Котельные установки

Очистка поверхностей нагрева от образующихся золовых отложений методом обдувки

Обдувка является основным и наиболее распространенным средством защиты поверхностей нагрева от шлакования и заноса золой. Ее производят посредством струи, действие которой в связи с этим необходимо всесторонне рассмотреть. Несмотря на то, что обдувка должна носить профилактический характер, в процессе эксплуатации нередко появляется необходимость в уда­лении сформировавшихся отложений, что имеет место также на современных котлах. Исходя из этих соображений, необходимо обусловить два вида работы струи: золообдувку и расшлаковку. Первая относится к сыпучим, вторая - к прочным отложениям.

Энергия струи должна расщепить отложения на мелкие частицы и при­вести их в состояние витания, после чего поток топочных газов эвакуирует их за пределы агрегата. Очевидно, что затраты энергии на расщепление плотной массы несоизмеримо велики по сравнению с энергией витания летучих частиц. Поэтому часто струя, успешно выполняя операцию золообдувки, оказывается неспособной произвести струйную расшлаковку.

Все известные в энергетической практике виды обдувки производят с помощью касательного, лобового или поперечного омывания.

Касательное омывание может производят либо вращающимся соплом, как это имеет место в приборе ОПР-5, либо при обдувке диагональных кори­доров водяного экономайзера прибором ОПЭ. При касательном омывании струя как бы строгает слой отложений.

Лобовое омывание характеризуется двумя признаками: перпендикуляр­ностью между осью струи и слоем шлакозоловых отложений и совмещением в одной плоскости осей струй и трубы. При лобовом воздействии на трубу струя как бы разрубает шлаковую оболочку вдоль оси трубы по ее образующей и стремится сбросить ее. В чистом виде этот способ не применяют ввиду значи­тельной сложности его осуществления и опасности эррозионного износа обду­ваемых труб.

При поперечном омывании, струя воздействует по нормам к трубе. В отличие от предыдущего струя пересекает тело трубы и шлаковые отложе­ния на ней по схеме перерубання бруса поперек волокон. Поперечное омыва­ние, например, имеет место при сочетании поступательного движения обду - вочной струи с ее вращением.

Вследствие сложной конфигурации котельных пучков ни один из опи­санных видов омывания не существует изолированно. Но в каждом частном случае обдувки, как правило, тот или иной вид омывания преобладает над ос­тальными.

Г~ 2

Работа струи может характеризоваться плотностью обдувки S, кг/м":

Gm f

Где G - расход обдувочного вещества, кг/с; f - обдуваемая площадь, м2; m - коэффициент омывания, характеризующий соотношение полезного и холосто­го истечения обдувочного пара или воздуха. Так, для аппарата ОПР-5 экспери-

2 2 ментально определенная величина S = 0,41 кг/м", а для ОПК-8 S = 1,87 кг/м".

Сравнение плотностей обдувки, развиваемых различными приборами, позволяет оценить специфические свойства каждого из них. Наибольшие потери пара на холостое истечение характерны для ОПК-9 и ОПК-8 (низкие коэффициенты омывания).

Наиболее выгодными по использованию струи являются приборы ОПР-5 и ОПЭ. При совмещении обдувки фестона с обдувкой кипятильного пучка прибор ОПК-8 также обеспечивает довольно высокий коэффициент использо­вания струи.

Наибольшую ударную силу развивает прибор ОПК-8, у которого плот­ность обдувки во много раз выше.

Требования к плотности и интенсивности обдувки определяются карти­ной шлакования и заноса золой.

При расширении пар снижает температуру (примерно до 100 °С). В топке же и газоходах температура значительно выше. В результате местного неравномерного охлаждения шлака струей в нем возникают температурные поля, а следовательно, и напряжения. В проточных отложениях появляются трещины.

Расщепление шлаковых отложений обдувочной струей происходит под воздействием трех факторов: термического, динамического и абразивного.

Специфической особенностью паровой обдувочной струи является при­сутствие влаги, доля которой может колебаться от 8 до 18 %.

Осаждаясь на поверхность шлака, капельки влаги мгновенно испаряют­ся, поскольку вода в них нагрета до температуры насыщения, размер их мал, а тепловой напор шлака велик. В результате испарения капелек влаги происхо­дит дополнительное охлаждение шлака, термические напряжения в нем еще более увеличиваются. В процессе обдувки таким образом возникает неравен­ство температур: Тдг > Тог > Тпогр > Тя, - соответственно температуры дымовых газов, отложений, пограничного слоя и ядра струи. Температурный напор ме­жду шлаком и струей тем больше, чем выше температура шлака и чем ниже температура обдувочной струи в зоне контакта со шлаком.

Поскольку воздушная струя на выходе из сопла всегда холоднее паровой по меньшей мере на 200 °С, то можно записать:

Тог - Твоз > Тог - Тп ИЛИ At воз > At пара •

Отсюда следует, что в рамках термического фактора воздушная обдувоч - ная струя при прочих равных условиях эффективнее паровой. Даже при жид­ком шлаке, при резком охлаждении его обдувочной струей, шлаковая корка лишается пластических свойств, приобретает повышенную хрупкость.

Обдувочное вещество в полосе набегания теряет свою скорость и кине­тическую энергию, которая преобразуется главным образом в потенциальную энергию напряженного состояния шлаковых бугорков. Под воздействием струи бугорки приобретают мгновенные изгибающие моменты. Они опроки­дывают и срывают шлаковые бугорки.

Обдувочная струя, врезаясь в газовый поток, увлекает частицы летучей золы и насыщает ими свою оболочку. Струя разгоняет эти частицы до значи­тельных скоростей. Это вызывает пескоструйный эффект.

Сравнивая появление отдельных факторов струйной расшлаковки для ха­рактеристики специфических особенностей каждого их них, можно сделать следующие выводы.

1. Действие теплового фактора проявляется главным образом в хрупком растрескивании слоя.

2. Динамический фактор реализует работу хрупкого растрескивания, срывая отдельные шлаковые бугорки и чешуйки.

3. Роль абразивного фактора заключается в окончательной зачистке по­верхности трубы.

Следует заметить, что если паровая струя на выходе из сопла имеет плюсовую температуру, то воздуха - минусовую. Следовательно, у воздуха термическое воздействие более сильное. Однако воздушная струя при том же давлении, что и паровая, приобретает сравнительно умеренную скорость. То есть воздушная струя менее эффективна, чем паровая, с точки зрения износа и живой силы.

Величина динамического напора, необходимого для эффективной золо-

Обдувки и струйной расшлаковки, принимается по опытным данным

2 ^_ ^ ^

В интервале 25-1100 кг/м". При подстановке этих граничных значений

В формулу динамического напора будем иметь

490 < W2yc < 21,6 • 103 или.

18 м/с <W"yc <119 м/с.

Угол между направлением набегающей струи и омываемой поверхно­стью принято называть углом атаки. Наибольшей дальнобойностью обладает струя с углом атаки 90°. Ударная сила струи зависит от скорости вытекания угла атаки и расстояния.

ОПР - обдувочный прибор радиационный (рис. 20.1).

О ПК - обдувочный прибор конвективный.

ОПЭ - обдувочный прибор экономайзера.

ОПВ - обдувочный прибор воздухоподогревателя.

ОАРВ - обдувочный аппарат регенеративного воздухоподогревателя.

ОПВр - обдувочный прибор вертикальный.

ОГ - обдуватель глубоковыдвижной.

Обдувочные приборы на котле должны быть расставлены так, чтобы зо­ны активного действия обдувочных струй покрывали все очаги шлакования и заноса золой. Обдувочная струя выполняет свое назначение только в том слу­чае, если будет обладать достаточным запасом энергии. Динамический напор струи, убывающий по мере удаления от сопла, должен быть достаточно боль­шим вблизи шлакового нароста, чтобы разрушить его, но в то же время доста­точно умеренным, чтобы не причинить вреда трубам. Поскольку металличе­ская стенка трубы во много раз прочнее шлака, динамический напор, доста­точный для разрушения шлака, может быть безопасным для металла. Несмот­ря на то, что необходимость ограничения динамического напора струй по верхнему и нижнему пределам является общепризнанной, абсолютная величи­на этих пределов не регламентирована. По данным разных исследований и на-

Блюдений, верхний предел принимается в интервале 1000-1100 кг/м", нижний

2 u - в интервале 25-200 кг/м" на расстоянии 1 мм от омываемой поверхности на­грева. Эмпирическая формула определяет величину допустимого динамиче­ского напора струи в полосе набегания по условиям эрозионного и абразивно­го истирания омываемых труб:

If QP V

ТТ = К 3 н

Где Qh - низшая рабочая теплота сгорания, кДж/кг; Ар - зольность топлива на рабочую массу, %;

£,з - коэффициент абразивности золы, для подмосковного и тощего угля и АШ £,з = 3, для челябинского с,, = 1,5;

Тс - суммарное время нетто омывания труб в течение заданного срока аморти­зации, ч;

К, - эмпирический коэффициент, для вращающихся обдувочных приборов (и = 0,5 об/мин) при обдувке труб 0 83x3,5 из углеродистой стали К, = 4000.

Эта формула дает нижний предел динамического напора и не учитывает верхний предел. Она также не учитывает влияние капельной влаги в струе. Пределы допустимого приближения сопел к омываемой поверхности по от­дельным приборам - даются в литературе.

Эрозионный износ поверхностей нагрева может иметь место и при уме­ренном динамическом напоре, т. е. при большой дистанции обдувки. Такая опасность, например, может возникнуть при чрезмерном насыщении обдувоч­ного вещества частицами золы, придающими струе абразивные свойства.

Обычно обдувочные аппараты питаются паром давления 22-30 кг/см".

Питание системы обдувки паром может быть осуществлено по автоном­ной или групповой схеме.

При автономной схеме система обдувки питается паром обдуваемого котла. Групповая же схема характеризуется наличием какого-либо посторон­него источника питания, например отбора турбин, центрального пароструйно­го компрессора или специального парового котла низких параметров и не­большой производительности. Групповая схема более экономически выгодна, чем автономная.

Можно назвать следующие принципиальные схемы разводки обдувочного пара.

1. Одноступенчатая (по давлению) схема питания от отбора турбин - при наличии отбора давлением 22-33 кг/см".

2. Одноступенчатая (по давлению) схема питания паром обдуваемого котла (при совпадении параметров того и другого пара).

3. Двухступенчатая (по давлению) схема питания обдувочных приборов паром, сжатым в пароструйном компрессоре.

4. Двухступенчатая (по давлению) схема питания обдувочных приборов дросселированным паром.

Так как любое дросселирование является потерей в паросиловом цикле, наиболее выгодными (экономически) являются первые две схемы.