УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ОТ ЗОЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Российский патент 1995 года по МПК F23C11/04 F28G11/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для очистки внутренних поверхностей котлоагрегатов, в частности экономайзеров, конвективных пучков труб и т.д.

В настоящее время широкое распространение для чистки поверхностей нагрева нашли методы воздействия на запыление поверхности ударной волной. Например, в газоимпульсной очистке формирование ударной волны происходит за счет сжигания в импульсной камере пропан-бутановой смеси с воздухом [1].

Однако амплитуда давления получается невысокой 1^.10⁵ Па, так как объемная плотность энергии газообразного топлива (например, бензол + кислород) невысока и составляет около 18 кДж/л.

Известны газоимпульсные устройства [2], в которых очистка происходит за счет кинетической энергии раскаленных продуктов сгорания. Труба заполняется смесью горючего газа и воздуха. В детонационной трубе смесь поджигается. По трубе распространяется детонационная волна, приводящая к возникновению слабых ударных волн и газового потока.

Недостатком устройства является формирование нескольких ударных волн, которые возбуждают колебания в обшивке, обмуровке котла и производят дальнейшее их разрушение.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для очистки поверхностей нагрева котла [3] , содержащее ударную трубу, смесепровод для подачи топливо-воздушной смеси, запальник, выхлопное сопло. Сопло установлено перпендикулярно стенке газохода. Ударная труба заполняется топливо-воздушной смесью на запальную свечу подается высокое напряжение. Пламя, распространяясь в сторону открытого конца, формирует газовую струю, сопровождающуюся ударными волнами, воздействующими на запыленную поверхность.

Конструкция обладает следующими недостатками, присущими всем газоимпульсным камерам. Вследствие большого диаметра сопла, тем более имеющего форму конфузора, в нерабочий период стенки ударной трубы заносятся золой. В момент включения устройства зола и более крупные частицы "выстреливают" и работают как абразив, разрушая противоположную стенку дымохода, а также теплообменные поверхности. Наличие газоподводящих трубопроводов делает устройство громоздким и взрывоопасным. Работа устройства возможна только в стационарных условиях.

Существенно более широкие возможности открывает использование в качестве источника энергии конденсированных взрывчатых веществ (порока). Объемная плотность энергии нитроглицерина 1000 кДж/л, что в 50 и более раз превышает плотность энергии жидкостных, а тем более газообразных смесей. При этом возможно формирование ударной волны в 100 и более атмосфер, мощность и амплитуду которой легко регулировать количеством заряда. Использование порохов позволяет конструировать более компактное, с меньшим диаметром ударной трубы, устройство для очистки с мощностью заряда, одинаковой с газоимпульсными устройствами.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки.

Цель достигается тем, что в устройстве для очистки поверхностей, содержащем ударную трубу с открытым выходным торцом и систему инициирования, согласно изобретению имеются камера сгорания с расположенным в ней гнездом с пороховым зарядом, соединенным посредством газового канала с ударной трубой, и затвор с рукояткой, размещенный со стороны порохового заряда и связанный с системой инициирования. Ударная труба подсоединена к камере сгорания с возможностью вращения. Открытый торец ударной трубы выполнен в виде изогнутого колена или с косым срезом. Система инициирования выполнена в виде расположенных последовательно капсюля, иглы и электромагнита.

Такое выполнение устройства в виде двух камер, в одной из которых происходит воспламенение и горение порохового заряда, а в другой - формирование ударной волны, позволяет получать на выходе ударную волну с высокими параметрами, превышающими возможности известных газоимпульсных устройств, и, кроме того, позволяет избавиться от газопроводящих трубопроводов с рабочими газами, смеси которых всегда взрывоопасны.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием камеры сгорания, в которой расположено гнездо с пороховым зарядом, соединенные посредством газового канала с ударной трубой, и затвора с рукояткой, размещенного со стороны порохового заряда. Система инициирования выполнена в виде последовательно расположенных электромагнита, иглы и капсюля.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены, поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлено устройство для очистки, продольное сечение; на фиг. 2 показана ударная труба в виде изогнутого колена; на фиг.3 - ударная труба с косым срезом на выходе.

Устройство для очистки поверхностей от зольных отложений (фиг.1) содержит камеру 1 сгорания, в которой расположено гнездо 2 с пороховым зарядом 3, соединенное посредством газового канала 4 с ударной трубой 5. Со стороны порохового заряда размещен затвор 6 с рукояткой. Последовательно расположенные электромагнит 7, игла 8, проходящая через отверстие затвора 6, и капсюль 9 в совокупности составляют систему инициирования. Ударная труба 5 подсоединена к камере 1 сгорания с помощью муфты 10 и имеет возможность вращения. Открытый торец ударной трубы выполнен в виде изогнутого колена (фиг.2) или с косым срезом (фиг.3).

Устройство работает следующим образом.

В гнездо 2 камеры 1 сгорания устанавливается заряд 3 с капсюлем 9. Затвор 6 с помощью рукоятки закрывают. При включении электромагнита 7 игла 8 ударяет по капсюлю 9. Порок воспламеняется. В свободном пространстве гнезда 2 порохового заряда давление возрастает до 100-200 МПа, что ускоряет процесс горения. В газовом канале 4 происходит догорание частиц порока, не сгоревших в гнезде 2. Через газовый канал 4 продукты сгорания поступают в более широкий канал ударной трубы 5, в котором продукты сгорания "толкают" воздушную "пробку", формируя при этом ударную волну. К этому моменту порок сгорает.

Осциллограмма, снятая датчиком давления, установленным на трубе вблизи среза, характеризует изменение давления в сформировавшейся ударной волне. Импульс давления - одиночный с крутым породным фронтом и пологим задним, длительность импульса 1-3 мс.

Далее при выходе из трубы волна распространяется по всему объему ее амплитуда уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Поэтому при падении волны на очищенные поверхности ее амплитуда уменьшается до величины ≈ 10⁵Па, что все-таки превышает амплитуду волн от газоимпульсного устройства. За ударной волной двигается высокоскоростной газовый поток. Энергия распределяется следующим образом: 80% в ударной волне, 20% в скоростном потоке. Чтобы полностью использовать энергию, необходимо трубу направлять непосредственно на очищенную поверхность.

Если поверхности нагрева имеют низкую температуру, порядка 100-200^оС, то используется для очистки стационарная установка с соплом изогнутого типа. Если поверхности нагрева находятся в топке, то устройство устанавливается на направляющие, дающие возможность открытый конец ударной трубы вводить и извлекать из топочного пространства, при этом он выполнен с косым срезом. Открытый конец трубы направляется в сторону греющей поверхности и располагается над ней. Таким образом исключается возможность заноса стенок ударной трубы золой.

Использование предлагаемого устройства для очистки от рыхлых отложений поверхностей экономайзера обеспечивает по сравнению с существующими газоимпульсными устройствами следующие преимущества. Наличие источника энергии высокой концентрации (пороха) позволяет существенно снизить диаметр ударной трубы и обеспечивает за счет этого очистку любых труднодоступных мест. Кроме того, ввиду небольшого диаметра ударной трубы имеется возможность направить срез трубы по потоку дымовых газов, что предотвращает попадание в трубу золы. В связи с этим исключается разрушение очищаемых теплообменных поверхностей за счет воздействия выстреливающих зольных частиц.

Использование: в теплоэнергетике для очистки внутренних поверхностей котлоагрегатов, экономайзеров, конвективных пучков труб. Сущность изобретения: устройство содержит камеру 1 сгорания, в которой расположено гнездо 2 с пороховым зарядом 3, соединенное посредством газового канала 4 с ударной трубой 5. Со стороны порохового заряда 3 размещен затвор 6 с рукояткой. Последовательно расположенные электромагнит 7, игла 8, проходящая через отверстие затвора 6, и капсюль 9 в совокупности составляют систему инициирования. Ударная труба 5 подсоединена к камере 1 сгорания с помощью муфты 10 и имеет возможность вращения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ОТ ЗОЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, содержащее камеру сгорания, ударную трубу с открытым выходным торцом, систему инициирования, отличающееся тем, что камера сгорания снабжена гнездом с пороховым зарядом, газовым каналом, посредством которого гнездо сообщено с ударной трубой, кроме того, устройство снабжено затвором с рукояткой, расположенным со стороны порохового заряда и сообщенным с системой инициирования. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ударная труба установлена с возможностью вращения вокруг своей оси. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что участок ударной трубы, расположенный ближе к выходному торцу, выполнен в виде изогнутого колена. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходной торец ударной трубы выполнен с косым срезом. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система инициирования состоит из последовательно расположенных электромагнита, иглы и капсюля.