УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ОТ АБРАЗИВНОГО ЗОЛОВОГО ИЗНОСА Российский патент 2020 года по МПК F28G13/00 F28F19/00 

Изобретение относится к области котлостроения для защиты от истирания труб и трубных досок в теплообменных аппаратах при сжигании в котлах углей, содержащих абразивную золу.

Известны устройства защиты трубы теплообменника от эрозионного износа, содержащие полый цилиндрический насадок, расположенные за пределами трубной доски перед входным участком теплообменной трубы соосно последней, для трубчатых теплообменников, выполненные в виде размещенной в трубе полой цилиндрической детали и/или с установленной над трубой головкой см: AC RU 131361 М Кл F25h от 18.01.1960 года; AC RU 348848 М Кл. F28f 19/00 от 14 08 1969 года; AC RU 357419 М. Кл. F 23/ 15/04 от 25 06 1970 года; AC RU 787883, М Кл F28F 19/06 от 28.12.1976 года; AC SU 1151814 A M Кл F28F 19/06 от 04 01 1983 года;

Недостатком таких устройств являемся низкая надежность их работы из-за интенсификации износа труб вследствие больших скоростей потока во входном участке около насадков, а также интенсивное истиранием таких насадков, выступающих над трубной доской лишь временно предостерегающих трубы и трубные доски теплообменных аппаратов от золового износа.

Известно также устройство золозащитный насадок для вертикальных труб теплообменного пучка, которое содержит входные сотовые элементы по числу труб в теплообменном аппарате, смыкающиеся своими боковыми стенками и скрепленные друг с другом в местах смыкания. Каждый сотовый элемент соединен посредством переходного участка с соответствующим стабилизационным патрубком, который соосно соединен с соответствующим стыковочным патрубком, предназначенным для установки в соответствующую трубу пучка. В каждом сотовом элементе установлена тонкостенная ячейковая решетка, см. Евразийский Патент 008034 B1 М кл F28F 9/00 от 28.06.2005 года.

Недостатками такого устройства является высокое гидравлическое сопротивление на входе в насадки, а, следовательно, необходимость изменять в сторону утяжеления режимы работы теплообменного аппарата, невозможность неразрушающего конструкцию демонтажа при замене единичного запыленного или разрушенного насадка при наличии сварных соединений между ними и с трубами теплообменного аппарата.

Цель изобретения - повышение надежности конструкции.

Изобретение позволяет повысить эффективность защиты от абразивного износа, технологичность монтажа и ремонтопригодность при необходимости замены устройства для предохранения от абразивного износа труб и трубной доски теплообменного аппарата, например, воздухоподогревателя энергетического котла.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в создании динамической стабильности и торможения золового потока, втекающего в теплообменный аппарат, повышении технологичности монтажа и ремонтопригодности при необходимости замены золозащитных насадков не разрушая труб теплообменных аппаратов.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для защиты теплообменников, например, воздухоподогревателей энергетических котлов от абразивного золового износа, содержащем для каждой трубы насадок с внутренним каналом, соосным трубе теплообменника, служащим для прохождения теплоносителя с абразивными частицами, состоящий из входного, основного и соединительного участков, между основным и соединительным участками насадка выполнен уступ и диаметр канала на соединительном участке больше, чем диаметр канала на входном и основном участках, и в стенке насадка выполнены боковые каналы, которые выходят во внутренний канал насадка за уступом, также имеется поверх насадок экранирующий щит со сквозными отверстиями, в том числе, соосными насадкам, которыми он опирается на уступы на наружной стороне насадков.

Дополнительно технический результат в заявленном устройстве достигается за счет того, что потоки газа, содержащие золу, через основной и боковые каналы при смешении тормозятся и золовые частицы теряют ударную траекторию за уступом в соединительном участке насадка на входе в трубный пучок теплообменного аппарата.

Дополнительный положительный стабилизирующий эффект достигается определенными геометрическими характеристиками насадка, а именно в устройстве входной и соединительный участки внутреннего канала насадков могут иметь длину не менее одного диаметра вписанной окружности труб, внутренний диаметр входного и основного участков не менее 0.85 диаметра вписанной окружности труб, внутренний диаметр соединительного участка не менее 0,90 диаметра вписанной окружности труб, основной участок имеет длину не менее двух диаметров вписанной окружности труб, и на входном участке выполнен конфузор.

В устройстве внутренние поверхности участков канала насадка могут иметь поверхностное упрочнение, например, закалкой, азотацией или лазерным напылением.

В устройстве боковые каналы в насадках могут быть выполнены с наклоном их осей к продольной оси внутреннего канала.

В устройстве насадки могут быть вставлены в трубы без зазора между наружной поверхностью соединительного участка и внутренней поверхностью труб теплообменника.

В устройстве экранирующий щит в свободном пространстве между насадками может быть зафиксирован в осевом направлении посредством не менее, чем двумя стяжными шпильками, на один экранирующий щит, причем шпильки обратными концами приварены либо привинчены к трубной доске.

Дополнительный положительный эффект достигается упрочняющим покрытием внутреннего канала насадка, например, закалкой, азотацией или лазерным напылением. Также съемный щит надежно защищает входную часть теплообменного аппарата от прямого динамического воздействия при ударах частиц золы.

Общим техническим достоинством золозащитного насадка является долгосрочность межремонтной эксплуатации, не влияние на общее гидравлическое сопротивление трубного пучка теплообменного аппарата.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

На Фиг. 1 представлен продольный разрез А-А золозащитного насадка;

На Фиг. 2 представлен Вид Б (сверху) на экранирующий щит с залозащитными насадками.

Золозащитный насадок для труб 1 теплообменного аппарата (теплообменника), содержащий для каждой трубы входной участок с конфузором 6 основной 2 и соединительный участок 3, форма которого аналогична форме трубы 7 трубного пучка, теплообменного аппарата. Работа золозащитного насадка осуществляется следующим образом. Поток насыщенных абразивной золой газов входит через входные конфузоры 6 стабилизированным около оси внутреннего канала насадка и на скоростях, примерно в 1-5 - 2 раза меньших, чем в трубах 7 теплообменного аппарата. Это позволяет снизить эрозию самого насадка в пять и более раз, а дополнительное уплотнение 12, выполненное, например, путем поверхностной закалки, цементации или лазерного напыления 12 на внутренней поверхности канала насадка еще минимум в три раза, обеспечивая им срок службы не менее срока службы труб 7 теплообменного аппарата. В зоне выхода через основной участок 2, имеющий уступ 4 и диаметр D_о и протяженность L_о не менее двух диаметров D_t трубы 7 из боковых отверстий 5 золосодержащего потока в соединительный участок 3 с внутренним диаметром D_c и протяженностью L_c не менее диаметра D_t трубы 7 большим чем внутренний диаметр основного канала насадка происходит смешение и взаимное торможение основного и бокового залосодержащих потоков так, что их результирующая скорость имеет вектор, направленный параллельно оси труб теплообменных аппаратов и не вызывает их ударного разрушения под действием частиц золы. Линейные размеры L_v входного 1, L_о основного 2 и L_с соединительного 3 участков насадка выбраны таким образом, чтобы в процессе течения через насадок происходила окончательная стабилизация золосодержащего потока около оси насадка перед входом в трубу 7 теплообменного аппарата. На всем пути через насадок золосодержащий поток плавно перетекает ускоряясь из конфузора 6 во входной участок 1 стабилизируется на основном участке 2 и окончательно на соединительном участке 3 около оси трубы 1. Здесь зола собрана потоком газов к оси насадка и, уже практически не касаясь стенок соединительного участка 3, перетекает в трубы 7 теплообменного аппарата соосно.

Одновременно в процессе эксплуатации через дренажные отверстия 14, расположенные в промежутках между насадками на трубную доску насыпается и утрамбовывается до уровня входных отверстий боковых каналов 5 слой золы 13, который самоуплотняется и защищает от ударов частиц золы трубную доску 8 теплообменного аппарата. Монтаж и демонтаж насадов и защитного щита, либо листов 9 осуществляется посредством свинчивания гаек 11 или среза стяжных шпилек 10. Сам насадок вынимается из охватывающей его трубки 7 теплообменного аппарата без разрушения последней.

Устройство для защиты теплообменников, например воздухоподогревателей энергетических котлов, от абразивного золового износа содержит для каждой трубы насадок с внутренним каналом, установленный соосно трубе теплообменника, который служит для прохождения теплоносителя с абразивными частицами. Насадок состоит из входного, основного и соединительного участков, между основным и соединительным участками насадка выполнен уступ, причем диаметр канала на соединительном участке больше, чем диаметр канала на входном и основном участках. В стенке насадка выполнены боковые каналы, оси которых направлены под углом к оси насадка и которые выходят во внутренний канал насадка за уступом. Техническим результатом является снижение эрозии самого насадка и сопряженных с ним труб, а дополнительное уплотнение, выполненное, например, путем поверхностной закалки, цементации или лазерного напыления на внутренней поверхности канала насадка, увеличивает его ударную прочность, обеспечивая тем самым соосно стабилизированный после насадка поток горячих газов с абразивными частицами, втекающий без удара о стенки труб и о трубную доску, и в результате увеличивается срок их службы. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для защиты теплообменников, например воздухоподогревателей энергетических котлов, от абразивного золового износа, содержащее для каждой трубы насадок с внутренним каналом, соосным трубе теплообменника, служащим для прохождения теплоносителя с абразивными частицами, состоящий из входного, основного и соединительного участков, отличающееся тем, что между основным и соединительным участками насадка выполнен уступ и диаметр канала на соединительном участке больше, чем диаметр канала на входном и основном участках, и в стенке насадка выполнены боковые каналы, которые выходят во внутренний канал насадка за уступом, также имеется поверх насадок экранирующий щит со сквозными отверстиями, в том числе соосными насадкам, которыми он опирается на уступы на наружной стороне насадков.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что входной и соединительный участки внутреннего канала насадков имеют длину не менее одного диаметра вписанной окружности труб, внутренний диаметр входного и основного участков не менее 0.85 диаметра вписанной окружности труб, внутренний диаметр соединительного участка не менее 0,90 диаметра вписанной окружности труб, основной участок имеет длину не менее двух диаметров вписанной окружности труб и на входном участке выполнен конфузор.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренние поверхности участков канала насадка имеют поверхностное упрочнение, например, закалкой, азотацией или лазерным напылением.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что боковые каналы в насадках выполнены с наклоном их осей к продольной оси внутреннего канала.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что насадки вставлены в трубы без зазора между наружной поверхностью соединительного участка и внутренней поверхностью труб теплообменника.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что экранирующий щит в свободном пространстве между насадками зафиксирован в осевом направлении посредством не менее чем двух стяжных шпилек на один экранирующий щит, причем шпильки обратными концами приварены либо привинчены к трубной доске.