УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОЧИСТКИ ЛЕТОК ДЛЯ РАСПЛАВА И ВЫПУСКНЫХ ОТВЕРСТИЙ ДЛЯ РАСПЛАВА ПЕЧИ ИЛИ КОТЛА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ХИМИКАТОВ
DEVICE AND METHOD FOR CLEANING MELT TAPHOLES AND MELT OUTLETS OF FURNACE OR BOILER FOR REGENERATION OF CHEMICALS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и способу очистки леток для расплава и выпускных отверстий для расплава в стенке печи или котла для регенерации химикатов.
Предпосылки и уровень техники
Способ и устройство преимущественно используются на важном этапе производства химической целлюлозы. Более конкретно, указанный важный этап относится к регенерации химикатов для варки целлюлозы из так называемого «черного щелока», который представляет собой остаточный продукт такого производства, для получения химической целлюлозы с различными заданными свойствами. Химический состав этих химикатов может, как следствие, различаться. Регенерация происходит в котле, в котором температура в процессе регенерации обычно составляет порядка 1000°С (1832°F). При указанной температуре оставшееся древесное волокно сгорает, и химикаты для варки целлюлозы могут быть регенерированы. Перед введением в котел черный щелок концентрируется в водном растворе, который содержит около 65-90 процентов твердого материала. Этот раствор затем впрыскивается в котел-утилизатор, который является своего рода печью для химического восстановления. Печь для химического восстановления представляет собой реактор, в котором процессы испарения, газификации, пиролиза, окисления и восстановления происходят взаимозависимо во время регенерации химикатов. Органические материалы, такие как лигнин и другие древесные экстракты, поддерживают горение в печи, а выделяемое тепло высушивает отработанные варочные химикаты, когда они падают на пол или под котла. Здесь высушенные химикаты накапливаются в слое коксового остатка. Слой коксового остатка дополнительно нагревается с образованием жидкого расплава, который выпускается через одно или более выпускных отверстий и леток для расплава в нижней части или в поде котла.
Процесс горения требует введения больших объемов воздуха в котел. Этот воздух составляет около 80 процентов материала, вводимого в котел. Воздух нагнетается в котел из воздушных коробов или воздуховодов, расположенных на нескольких уровнях в непосредственной близости от котла, через множество впускных отверстий для воздуха в стенках котла, а именно: впускные отверстия первичного, вторичного и третичного воздуха. Впускные отверстия первичного воздуха, через которые вводится от 40 до 50 процентов воздуха, расположены в боковых стенках в нижней части котла, рядом со слоем коксового остатка. Впускные отверстия вторичного воздуха, через которые вводится около 35 процентов воздуха, расположены вокруг котла на более высоком уровне, чем впускные отверстия первичного воздуха, и ниже входа, через который черный щелок впрыскивается в котел. Хотя впускные отверстия первичного воздуха обеспечивают относительно большой объем воздуха со значительной турбулентностью для поддержания огненного шара в слое коксового остатка, впускные отверстия вторичного воздуха обеспечивают более точный контроль и распределение воздуха над слоем коксового остатка и равномерно распределяют воздух во впрыскиваемом черном щелоке для поддержания его горения. Черный щелок, впрыскиваемый в котел, имеющий консистенцию, аналогичную разогретому маслу, завихряется, горит и падает к поду котла в виде продуктов сгорания, включающих в себя материал коксового остатка и расплав.
Часть расплава и материала коксового остатка, вступающих в контакт со стенкой котла, будет охлаждаться поступающим воздухом, образуя таким образом отложения вокруг периферии впускных отверстий для воздуха. В соответствии с обычной практикой скопление коксового остатка периодически сбивается либо рабочим, вставляющим стержень в отверстия для впуска воздуха, либо механическим очистителем. Сбиваемый материал коксового остатка попадает в ванну с расплавом в нижней части котла. Механический очиститель для очистки впускных отверстий для воздуха в регенерационном котле ранее был известен из документа US 4,423,533.
С другой стороны, летки для расплава предназначены для слива расплава из котла и для поддержания бассейна для расплава на безопасном уровне. Если летка для расплава периодически не очищается, он будет окисляться и образовывать корку, которая будет забивать летку для расплава. Забитые летки для расплава могут вызвать повышение уровня расплава внутри котла, приводящие к неэффективной и непредсказуемой работе, что приведет к сокращению количества химикатов, которые могут быть регенерированы, уменьшению количества пара, производимого на единицу топлива, и увеличению выбросов вредных газов, таких как монооксид углерода и диоксид серы.
Летки для расплава содорегенерационных котлов часто очищаются вручную рабочим, вставляющим длинный металлический стержень в летку. Энергичные боковые и возвратно-поступательные движения стержня, выполняемые рабочим, смещают любой коксовый остаток или окисленный образовавший корку расплав, которые будут забивать летку. Такая очистка летки для расплава стержнем вручную неэффективна, а также крайне небезопасна. Температура расплава составляет порядка 1000°С, и, хотя длина стержней, используемых для прочистки летки, как правило, достигает шести метров или более, существует большая опасность того, что рабочий, который вручную прочищает стержнем такие летки для расплава, может обжечься. Отверстия летки для расплава из-за высокой температуры охлаждаются водой, циркулирующей в рубашках, окружающих как выпускное отверстие котла, так и летку, и во время прочистки можно повредить водяные рубашки ручным стержнем. Поврежденная водяная рубашка может привести к взрыву котла из-за летучести расплава в присутствии воды. Один кубический метр выпущенной воды мгновенно приводит к 8000 кубическим метрам выпущенного пара.
Механическое устройство для прочистки летки для расплава и выпускного отверстия в стенке содорегенерационного котла ранее раскрывалось в WO 2008/044984. Стержнеобразный чистящий инструмент расположен с возможностью вращения вокруг его продольной оси в держателе, который подвижно установлен на колесах. Держатель и инструмент могут приводиться в возвратно-поступательное движение для перемещения чистящего инструмента вперед и назад через выпускное отверстие и вдоль прохода летки для расплава, который проходит под наклоном вниз от выпускного отверстия в стенке котла.
Настоящее изобретение относится к устройству, содержащему чистящий стержень, приводимый в движение возвратно-поступательными, осевыми движениями выдвижения и отведения при прочистке выпускного отверстия для расплава химикатов в регенерационном котле, в котором линейный исполнительный механизм является управляемым для обеспечения осевых перемещений чистящего стержня.
Чистящее устройство подобного типа ранее было известно из документа US 5,542,650 А (см. фиг. 25-30). В чистящей последовательности удаления превратившегося в корку материала из летки для расплава, чистящий стержень свободно поворачивается на опоре цапфы, чтобы обеспечить возможность перемещения стержня вверх или вниз вдоль летка, при выдвижении и отведении стержня линейным исполнительным механизмом. В попытке избежать соприкосновения чистящего стержня с нижней частью летки для расплава, документ US 5,542,650 А предлагает направлять чистящий стержень из роликового узла, который проходит по краям боковых стенок, к летке для расплава. Однако можно легко предвидеть, что это решение может серьезно пострадать от жестких условий, включая высокие температуры и брызги, которые на практике будут препятствовать работе роликового узла.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание альтернативного и улучшенного устройства для прочистки леток для расплава и выпускных отверстий в стенке котла для регенерации химикатов.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение не только улучшенного, но и полностью безопасного способа прочистки леток для расплава и выпускных отверстий в стенке котла для регенерации химикатов с использованием чистящего устройства, которое можно устанавливать для работы в совмещении с леткой для расплава и выпускным отверстием для расплава.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного чистящего устройства и способа прочистки, направленных на повышение стабильности работы котла для регенерации химикатов.
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного чистящего устройства и способа прочистки, направленных на уменьшение воздействия на работников опасных зон в котле для регенерации химикатов.
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного чистящего устройства для очистки, которое безопасно в эксплуатации и практически исключает риск разрушение летки для расплава во время прочистки.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного чистящего устройства, которое является относительно легким по весу и которое можно быстро и просто устанавливать вручную или извлекать из котла для регенерации химикатов по сравнению с решениями из уровня техники.
Наконец, целью настоящего изобретения является обеспечение чистящего устройства для установки неподвижно или временно неподвижно относительно летки для расплава и выпускного отверстия в стенке котла для регенерации химикатов. Благодаря этому можно избежать нарушения совмещения, или смещения, вызванного тепловым расширением корпуса котла, или свести его к минимуму.
По меньшей мере, некоторые из этих целей достигаются в устройстве, содержащем чистящий стержень, приводимый в возвратно-поступательное движение с осевыми перемещениями выдвижения и отведения при прочистке выпускного отверстия для расплава в котле для регенерации химикатов, в котором линейный исполнительный механизм является управляемым для обеспечения осевых перемещений чистящего стержня. Поворотное исполнительное средство является управляемым для поворота чистящего стержня вокруг оси при чистке летки для расплава, связанной с выпускным отверстием для расплава. Один или более датчиков выполнены с возможностью обеспечения основы управления для корреляции осевых перемещений с изменением угла поворота во время поворота чистящего стержня.
Комбинация перемещений и управления исполнительным механизмом, встроенным в чистящее устройство, определенная таким образом, обеспечивает технические и рабочие условия, необходимые для автоматизации, тем самым предлагая возможность избежать опасных работ по прочистке вручную. В этом смысле чистящее устройство может рассматриваться как автоматический или, по меньшей мере, полуавтоматический робот, который требует, самое большее, только сигнала запуска от оператора, чтобы инициировать последовательность прочистки.
Если ставится целью полностью автоматическая процедура, этого можно достичь путем организации начала последовательности прочистки в зависимости от определенных условий, связанных с процессом регенерации химикатов. Одним из таких условий, которое можно отслеживать и которое служит основой для начала прочистки, является, например, температура в летке для расплава, которая может отслеживаться датчиком температуры.
В одном варианте осуществления чистящее устройство содержит один или более датчиков, отслеживающих по меньшей мере одно из осевых и поворотных движений стержня, при этом работа по меньшей мере одного из линейного исполнительного механизма и поворотного исполнительного средства основана на выходных сигналах от одного или более датчиков.
В одном варианте осуществления поворотное исполнительное средство выполнено с возможностью регулирования скорости поворотного движения на основании показаний датчика осевого перемещения стержня, отслеживающего осевые перемещения во время поворота чистящего стержня.
Датчик осевого перемещения стержня может быть реализован, например, как одно из следующего: датчик приближения; один или более концевых выключателей или датчик конечного положения; или энкодер в серводвигателе линейного исполнительного механизма.
Линейный исполнительный механизм в одном варианте осуществления выполнен с возможностью регулирования скорости осевого перемещения на основании показаний датчика углового положения, который отслеживает изменение угла поворота во время поворота чистящего стержня.
Датчик углового положения может быть реализован, например, как одно из следующего: группа светочувствительных датчиков или фотоэлементов, отслеживающих область поворота чистящего стержня; видеокамера в фиксированном положении с соответствующим программным обеспечением для обработки изображений; или энкодер в серводвигателе поворотного исполнительного средства.
Таким образом, осевые и поворотные перемещения можно активно контролировать и балансировать таким образом, чтобы скорость или величина/длина осевого перемещения была пропорциональна применяемой скорости или величине изменения углового положения во время поворота. В этом изобретении координирование осевых и поворотных движений определяется как «корреляция», чтобы подчеркнуть, что каждое движение зависит от другого.
Эта корреляция между осевыми и поворотными перемещениями обеспечивает технический результат и преимущество, заключающееся в предотвращении повреждения летки для расплава за счет гарантии того, что чистящий стержень будет перемещаться вдоль летки для расплава с сохранением зазора до металлического дна летки для расплава.
Чистящее устройство может быть выполнено с возможностью поддержания чистящего стержня в постоянном или временном совмещении с леткой для расплава и выпускным отверстием для расплава. Эти признаки обеспечивают опциональную реализацию одного чистящего устройства очистки на каждую/каждое летку для расплава/выпускное отверстие в котле или выбор последовательной прочистки леток для расплава/выпускных отверстий с использованием подвижного чистящего устройства, которое можно перемещать от одной летки для расплава к другой.
В одном варианте осуществления чистящее устройство установлено в установочном приспособлении, которое может быть присоединено к котлу. В альтернативных вариантах осуществления чистящее устройство может быть установлено в установочном приспособлении, которое находится отдельно от котла, хотя его можно быть расположить в фиксированном положении относительно котла.
Эти признаки могут попеременно применяться в установках, где необходимо учитывать перемещение котла, вызванное тепловым расширением. Таким образом, в первом упомянутом альтернативном варианте чистящее устройство выполнено с возможностью следовать за любым перемещением котла из-за теплового расширения, тогда как во втором альтернативном варианте тепловое расширение не должно влиять на подвеску и выравнивание чистящего устройства.
В одном варианте осуществления установочная рама содержит на стороне, обращенной к котлу, средство позиционирования, сопрягаемое с соответствующим средством позиционирования, расположенным на переходнике, присоединяемом к котлу.
Этот вариант осуществления гарантирует надлежащее выравнивание с леткой для расплава и выпускным отверстием посредством принудительного сопряжения между чистящим устройством и стыковочным элементом, прикрепленным к котлу.
Следующие признаки и подробности определяют предпочтительные варианты осуществления чистящего устройства:
Чистящий стержень опирается на поворотное устройство, которое шарнирно установлено между парой рычагов, один конец которых, соответственно, закреплен в установочном приспособлении или на стенке котла.
В одном варианте осуществления поворотное устройство содержит реечный привод или шариковый винт или механизм шпильки с трапецеидальной резьбой, предназначенный для перемещения ведущего устройства, в котором чистящий стержень закреплен для осевых перемещений при выдвижении и отведении.
В одном варианте осуществления изменение углового положения чистящего стержня контролируется датчиком углового положения, который функционально связан с осью вращения чистящего стержня или поворотного устройства.
Поворотное исполнительное средство может быть угловым исполнительным механизмом или линейным исполнительным механизмом.
Чистящее устройство может быть шарнирно соединено с котлом.
В одном варианте осуществления чистящий стержень шарнирно подвешен на внешних концах пары рычагов, внутренние концы которых шарнирно соединены с котлом.
Последний вариант осуществления обеспечивает защиту от перегрузки для чистящего устройства, в частности для компонентов приводного механизма чистящего стержня, входящего в состав чистящего устройства.
Поворотное соединение чистящего устройства с бойлером дополнительно повышает защиту летки для расплава, позволяя чистящему устройству «подниматься» из летки в случае, если чистящий стержень случайно сильно ударится о дно летки для расплава.
Цели изобретения также достигаются в способе прочистки летки для расплава и выпускного отверстия для расплава котла для регенерации химикатов с использованием чистящего устройства, содержащего чистящий стержень, приводимый в движение с возвратно-поступательным осевым выдвижением и втягиванием, при этом способ содержит следующее: последовательно выдвигают и отводят чистящий стержень на этапе прочистки выпускного отверстия для расплава; и поворачивают чистящий стержень на этапе прочистки летки для расплава, причем осевые перемещения коррелируют с изменением угла поворота во время поворота чистящего стержня на основании показаний одного или более датчиков.
Способ может дополнительно содержать этапы, на которых:
- отслеживают изменение угла поворота при повороте, и
- регулируют скорость осевого перемещения на основании показаний изменения угла поворота.
Точнее, в одном варианте осуществления скорость осевого перемещения поступательно увеличивают с увеличением угла поворота.
В альтернативном варианте осуществления способ содержит этапы, на которых:
- отслеживают осевое перемещение чистящего стержня во время поворотного движения, и
- регулируют скорость поворотного движения на основании показаний осевого перемещения.
Во время поворотного движения наконечник чистящего стержня предпочтительно удерживается на расстоянии приблизительно от 1 мм до 50 мм от дна летки для расплава или на минимальном расстоянии приблизительно от 1 мм до 20 мм от дна летки для расплава.
На следующем этапы автоматизации процесса прочистки начало сеанса прочистки зависит от показаний датчика температуры, который отслеживает температуру в летке для расплава.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет дополнительно объяснено ниже со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых
на фиг. 1 показана установка котла-утилизатора в здании,
на фиг. 2а и 2b показан фрагмент котла по фиг. 1 в увеличенном масштабе,
на фиг. 3 представлен в аксонометрии вид одного варианта осуществления чистящего устройства согласно настоящему изобретению,
на фиг. 4 представлен в аксонометрии соответствующий вид, показывающий чистящее устройство по фиг. 3 с противоположной стороны,
на фиг. 5 показана альтернативная установка чистящего устройства в котельном здании,
на фиг. 6 представлен график зависимости между изменением угла поворота и скоростью отведения чистящего стержня во время поворота чистящего стержня,
на фиг. 7а-7с показана последовательность этапов сеанса прочистки,
на фиг. 8а-8с показана та же последовательность этапов, выполняемая в альтернативном вариантом осуществления,
на фиг. 9а и 9b показаны виды сбоку фрагментов чистящего устройства, и
на фиг. 10 показаны альтернативные варианты расположения датчиков, установленных для отслеживания осевого и поворотного движений чистящего стержня.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематически показан котел 1 для регенерации химикатов. Котел 1 подвешен к верхней конструкции 2 здания, в котором он находится. Снаружи котла обычно расположена охлаждающая рубашка, обозначенная ссылочной позицией 3. Охлаждающая рубашка 3 обычно содержит множество трубопроводов, в которых циркулирует вода. Продукты расплава могут выгружаться из котла через летку 4 для расплава, которая проходит под углом с наклоном вниз от выпускного отверстия 5 для расплава в стенке 6 котла 1. Летка 4 для расплава обычно ориентирована в плоскости, которая перпендикулярна стенке 6 котла. Фактически, вокруг корпуса котла могут быть распределены несколько леток 4 и выпускных отверстий 5 для расплава.
На фиг. 2а летка 4 для расплава, выпускное отверстие 5 и фрагмент стенки 6 котла показаны на виде сбоку, по существу, параллельно стенке котла. На фиг. 2b показана летка для расплава по фиг. 2а на виде спереди, перпендикулярно стенке котла. Сплошная черная полоса и пробка на фиг. 2а и 2b схематично изображают расплавленный материал, который застыл в летке для расплава и закупоривает выпускное отверстие. На фиг. 2а и 2b, ссылочный номер 4' обозначает дно летки 4 для расплава.
Поскольку превращение расплава в корку в летке для расплава обычно связано с температурой расплава, необходимость очистки летки от корки может быть определена путем отслеживания температуры в летке для расплава. Для этого на летке для расплава может быть установлен температурный датчик 4''.
Альтернативно может быть предусмотрена тепловая камера для измерения температуры в расплаве, который стекает в летку. Показания датчика температуры 4'' или тепловой камеры могут послужить основанием для автоматического запуска сеанса очистки, если это необходимо.
Устройство 7, предназначенное для очистки и удаления превратившегося в корку материала из выпускного отверстия 5 и из летки 4 для расплава, теперь будет раскрыто со ссылкой на аксонометрический виды слева и справа на фиг. 3 и 4, соответственно. Данный вариант осуществления чистящего устройства 7 содержит раму, включающую в себя два параллельных рычага 8 и 9, идущие от внутреннего конца, который шарнирно установлен у стенки 6 котла, к внешнему концу, который обеспечивает поворотную подвеску приводного механизма 11 для чистящего стержня (что будет раскрыто далее). Точнее, в проиллюстрированном варианте осуществления рычаги 8 и 9 шарнирно перемещаются в установочной раме 10, которая выполнена с возможностью соединения со стенкой 6 котла.
Установочная рама 10 представляет собой коробчатую конструкцию, содержащую левую и правую опорные секции 12 и 13, определяющие между собой центральный паз 14, который имеет размеры, обеспечивающие прием верхнего конца летки 4 для расплава 4, когда установочная рама 10 и чистящее устройство 7 совмещены с леткой для расплава и выпускным отверстием 5.
Каждая опорная секция 12 или 13 содержит набор усиливающих элементов 15, предназначенных для восприятия нагрузки от чистящего устройства через подрамник 16, с помощью которого внутренний конец каждого рычага шарнирно установлен на оси 17 в установочной раме 10, соответственно. Более конкретно, подрамники 16 проходят под рычагами 8 и 9, чтобы поддерживать чистящее устройство 7, в основном, в горизонтальном положении, из которого чистящее устройство может поворотно перемещаться, по причине, которая будет рассмотрена ниже.
Как раскрыто в настоящем документе, в основном, рычаги 8, 9 могут быть выполнены в виде самонесущих или консольных элементов. Однако в альтернативных вариантах осуществления свободные внешние концы рычагов 8 и 9 могут поддерживаться от здания котельной, например, подвешиваться на канатах, свисающих с конструктивного элемента в здании. При необходимости подвеска наружных концов рычагов 8 и 9 может иметь некоторую степень упругости, например, за счет пружин растяжения, вставленных в несущие канаты.
Чистящее устройство 7 может быть выполнено с возможностью постоянного или временного совмещения с леткой 4 для расплава и выпускным отверстием 5. При этом совмещение относится, с одной стороны, к ориентации чистящего устройства параллельно летке для расплава, как видно в горизонтальной плоскости, и, с другой стороны, к расположению чистящего устройства относительно вертикальной высоты выпускного отверстия для расплава.
При постоянном совмещении установочная рама 10 может быть прикреплена к стенке котла или к любому конструктивному элементу, который присоединен к стенке котла. Постоянное совмещение может альтернативно предусматривать, что чистящее устройство неподвижно поддерживается в конструкции, которая является отдельно стоящей от котла. Пример последнего в иллюстративных целях приведен на фиг. 5. В этом варианте осуществления рычаги 8' и 9' выполнены в виде угловых консолей, в зависимости от установочной балки 10'. Балка 10' может быть закреплена в конструктивном элементе здания котельной или может сама составлять конструктивный элемент здания. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, высоту по вертикали можно регулировать, выполнив рычаги 8', 9 выдвижными, как предлагалось, с помощью болтового соединения 17' с удлиненным отверстием. Подвеска чистящего устройства на болтах, которые вставляются в продолговатые отверстия, выполненные в рычагах 8' и 9', дополнительно обеспечивает вид защиты от перегрузки, предотвращая передачу чрезмерных нагрузок на компоненты чистящего устройства и позволяя чистящему устройству двигаться вверх, скользя на болтах.
При временном выравнивании чистящее устройство может быть подвижно закреплено в конструкции, которая находится отдельно от котла, или подвижно закреплено в конструкции, которая может быть соединена с внешней стороной котла. В случае, когда чистящее устройство должно перемещаться от одной летки для расплава к другой, например, при последовательных операциях прочистки, чистящее устройство может быть подвижно установлено на рельсе, который проходит горизонтально на фиксированном расстоянии от котла. Такой рельс может крепиться к конструктивным частям здания котельной или крепиться к внешней стороне котла.
Хотя для специалиста существует несколько вариантов адаптации подвески чистящего устройства к применению в конкретном котле за счет соответствующей конструкции несущих конструкций, существенным аспектом и требованием при любом применении является правильное совмещение чистящего устройства с одной стороны и летки для расплава и выпускного отверстия в стенке котла с другой стороны. Приемлемые допуски в этом отношении предпочтительно должны быть определены в миллиметрах, чтобы избежать повреждающего контакта со стенкой котла и леткой для расплава во время операции прочистки.
В варианте осуществления по фиг. 3 и 4, требуемая точность достигается тем, что чистящее устройство 7 выполнено с возможностью стыковки с переходным элементом 18, который крепится к котлу. Правильное совмещение и позиционирование, как по горизонтали, так и по вертикали, достигается путем сопряжения установочной рамы 10 со средством позиционирования 19, выполненным на переходном элементе 18. Средство 19 позиционирования может быть выполнено в виде штырей 19, выступающих из переходного элемента 18 для вставки в соответствующие отверстия 19', которые выполнены в противоположной стороне 20 установочной рамы, обращенной к котлу и переходному элементу. Штыри 19 могут быть резьбовыми болтами для постоянного соединения чистящего устройства 7 со стенкой котла/переходным элементом. Конечно, могут использоваться любые подходящие взаимодействующие средства и направляющие, помимо указанных штырей или болтов и отверстий для штырей или болтов, для приведения чистящего устройства в сопряженное положение с леткой для расплава и выпускным отверстием.
На внешнем конце рычагов 8 и 9 приводной механизм 11 для чистящего стержня выполнен с возможностью поворота вокруг оси S, которая определяется парой шарнирных пальцев (не видно на фиг. 3 и 4, но один показан на фиг. 9а и 9b и здесь обозначен ссылочным номером 21). Шарнирные пальцы 21 образуют шарнирную ось в паре консольных элементов 22 и 23, каждый из которых прикреплен к внешнему концу рычага 8 или 9, соответственно. Между этими консольными элементами подвешено поворотное устройство 24 способное поворачиваться за счет его установки на шарнирные пальцы 21, которые связаны с противоположными продольными сторонами поворотного устройства.
Поворотное устройство 24 содержит раму 25 шасси, имеющую продольные и поперечные рамные элементы. Внутри рамы 25 шасси предусмотрено ведущее устройство 26, выполненное с возможностью скольжения по паре направляющих шпилек 27 и 28, которые проходят по длине рамы шасси, между поперечными рамными элементами. Ведущее устройство содержит пару подшипников скольжения 29 и 30, которые расположены на соответствующих направляющих шпильках 27 и 28. Между подшипниками скольжения на ведущем устройстве без возможности вращения закреплена резьбовая гайка 31. Резьбовая шпилька 32 пропускает гайку в резьбовом зацеплении. Один конец шпильки 32 установлен с возможностью вращения во внутреннем конце рамы шасси, тогда как противоположный конец шпильки 32 выступает из рамы шасси для функционального взаимодействия с исполнительным механизмом 33, который управляется для вращения шпильки 32 в любом направлении вращения. Гайка 31 и шпилька 32 могут быть выполнены в виде шарико-винтовой передачи. Гайка 31, шпилька 32 и исполнительный механизм 33 функционируют аналогично реечному приводу, действующему для перемещения ведущего устройства 26 в прямолинейном, возвратно-поступательном движении, то есть в движении выдвижения и отведения вдоль направляющих шпилек, путем управления направлением вращения в исполнительном механизме 33. В этом смысле исполнительный механизм 33 является линейным исполнительным механизмом 33.
Линейный исполнительный механизм 33 преимущественно включает в себя серводвигатель с энкодером, который обеспечивает обратную связь по оборотам оси двигателя с системой управления, которая коррелирует работу линейного исполнительного механизма с работой поворотного исполнительного средства, как будет дополнительно раскрыто далее.
Ведущее устройство 26 дополнительно включает в себя конструктивные элементы в виде пары пластин 34 и 35, которые соединены между собой через корпуса 36 и 37, в которых размещены подшипники скольжения 29 и 30. Как лучше всего видно на фиг. 9а и 9b, эти пластины 34 и 35 выступают под рамой 25 шасси, чтобы обеспечить крепление чистящего стержня 38 под поворотным устройством. Очевидно, что при необходимости ведущее устройство альтернативно может быть смещено на 180° для удерживания чистящего стержня над поворотным устройством. На внутреннем конце рамы шасси опционально может быть предусмотрен опорный кронштейн (не показан), способствующий направлению чистящего стержня при его перемещении вперед и назад. Чистящий стержень 38 представляет собой удлиненный, сплошной или трубчатый элемент.
В этой связи можно отметить, хотя это явно не проиллюстрировано на чертежах, что чистящий стержень 38 может быть закреплен в ведущем устройстве 26 с помощью упругих элементов, таких как резиновые или полимерные втулки, для предотвращения передачи толчков от соударения с материалом корки на компоненты приводного механизма. Следует также упомянуть, хотя это и не являющийся существенной частью настоящего изобретения, что чистящий стержень может быть выполнен с возможностью нести сменные чистящие инструменты на своем переднем конце или наконечнике 38'.
Поворот приводного механизма 11 чистящего стержня осуществляется и управляется с помощью поворотного исполнительного средства. В варианте осуществления по фиг. 3 и 4 поворотное исполнительное средство содержит угловой исполнительный механизм 39, который приводящим образом соединен с одним из шарнирных пальцев 21. Датчик 40 углового положения может быть реализован как инкрементный датчик, который контролирует изменение угла поворота вокруг оси S поворота, и таким образом, обеспечивается индикация углового положения чистящего стержня. Таким образом, угловой исполнительный механизм 39 и датчик 40 углового положения функционально соединены с осью S поворотного устройства 24. Показания датчика 40 обеспечивают основу для управления работой и энергоснабжением углового исполнительного механизма 39.
При этом показания датчика 40 углового положения также используются для управления скоростью или величиной, на которую чистящий стержень 38 отводится или выдвигается при повороте чистящего стержня 38.
В этой связи на фиг. 10 представлены альтернативы датчику 40 углового положения, изображенному на фиг. 4.
Когда приводной механизм чистящего стержня поворачивается для прочистки летки для расплава путем перемещения наконечника 38' чистящего стержня вдоль летки, осевое перемещение чистящего стержня коррелирует с изменением его угловой ориентации, чтобы компенсировать изменение расстояние между дном летки и чистящим стержнем, когда последний поворачивается вокруг оси S поворота. Если, например, поворотное движение совершается с постоянной скоростью, то может потребоваться увеличение, в некоторых случаях - постепенное увеличение, скорости осевого перемещения по направлению к концу летки.
Пример корреляции между осевыми и поворотными движениями чистящего стержня показан на графике на фиг. 6. Кривая на графике представляет ускорение движения отведения (х) как функцию увеличения угла (ϕ) поворота.
График на фиг. 6 предназначен для иллюстрации функциональности, заложенной в чистящем устройстве, для обеспечения постоянного зазора между металлическим дном летки и наконечником чистящего стержня. При этом в зависимости от преобладающих геометрических условий корреляция между осевыми и поворотными движениями чистящего стержня может демонстрировать характеристики, отличающиеся от тех, что показаны на фиг. 6. В других альтернативах, например, может быть более целесообразным применять постоянное отведение или выдвижение чистящего стержня при регулировании скорости поворотного движения путем регулирования мощности, которая подается на поворотное исполнительное средство.
Во всех случаях корреляция вычисляется в блоке управления, выполняющем программно-кодированный алгоритм, который использует динамические входные данные от одного или нескольких датчиков или детекторов вместе, например, со статическими данными, такими как пространственные координаты и наклон летки для расплава и максимальное выдвижение чистящего стержня, что может использоваться для инициирования поворотного движения. Вместо статических данных или в сочетании с ними могут использоваться бесконтактные датчики для непрерывного определения положения чистящего стержня в режимах выдвижения и отведения.
Таким образом, показания датчиков или детекторов используются для управления работой линейного исполнительного механизма 33 и/или поворотного исполнительного средства 39, 41 для корреляции и синхронизации осевого и поворотного движений чистящего стержня. Эта корреляция может включать в себя не только управляемое отведение чистящего стержня, но и управляемое выдвижение чистящего стержня, при необходимости, в зависимости от геометрии объекта. В типовых случаях корреляция включает в себя управление источником питания, временем работы и направлением вращения в средствах линейного и/или поворотного исполнительного средства, чтобы поддерживать наконечник чистящего стержня на минимальном расстоянии от приблизительно 1 мм до приблизительно 20 мм от дна летки для расплава. В некоторых случаях расстояние может варьироваться в пределах от приблизительно 1 мм до приблизительно 50 мм от дна летки для расплава (например, в зависимости от количества и состояния наслоений, которые блокируют летку для расплава).
Например, показания датчиков для определения углового и осевого положения чистящего стержня могут быть записаны в блоке управления во время первого запуска установки, при котором чистящий стержень поворачивается вдоль летки для расплава с определенной силой. Записанные данные затем используются для управления линейным исполнительным механизмом 33 и угловым исполнительным механизмом 39 последовательными ходами, при этом чистящий стержень поворачивается вдоль летки для расплава с управляемыми движением и силой.
Работа чистящего устройства во время сеанса очистки схематично показана на последовательных видах на фиг. 7а-7с. Соответственно, на фиг. 7а двойная стрелка х-у иллюстрирует осевые перемещения (выдвижение (у) и отведение (х)) чистящего стержня во время прочистки выпускного отверстия 5 для расплава.
Это движение в основном является горизонтальным, что означает, что ориентация чистящего стержня предпочтительно лежит в пределах нескольких градусов над или под горизонтальной плоскостью. Фактически, выражение «в основном горизонтальное» следует понимать как включающее в себя отклонение от истинной горизонтали менее +/-45°, например, в пределах интервала +/-30°, или даже более предпочтительно - в интервале +/-15° по высоте.
Во время последовательности очистки, показанной на фиг. 7а, угловой исполнительный механизм 39 неактивен, тогда как линейный исполнительный механизм 33 может попеременно приводиться в действие в обоих направлениях вращения для выдвижения или отведения чистящего стержня. В альтернативных вариантах осуществления чистящий стержень опционально может быть выполнен с возможностью поворота вокруг своей собственной оси, как известно в данной области техники, чтобы облегчить очистку всех частей периферии выпускного отверстия.
В последовательности (фиг. 7а) удаления твердого или превратившегося в корку материала из выпускного отверстия для расплава может потребоваться многократное отведение чистящего стержня и его выдвижение до тех пор, пока оно не проникнет в отверстие. Чтобы защитить компоненты приводного механизма чистящего стержня от чрезмерной нагрузки, весь узел может быть поднят путем поворота на осях 17 поворота, с помощью которых рычаги 8, 9 крепятся к стенке 6 котла или к установочной раме 10. Это защитное действие обозначено пунктирной стрелкой L на фиг. 7а.
Защита от перегрузки для приводного механизма чистящего стержня альтернативно может включать в себя упругую и эластичную фиксацию внутренних концов рычагов в установочной раме 10 или, в качестве третьей альтернативы, упругое и эластичное крепление консольных элементов 22 и 23 к внешним концам рычагов 8 и 9.
На фиг. 7b показана последовательность очистки летки 4 для расплава путем прохождения наконечника чистящего стержня вниз по летке для расплава. Поскольку наконечник чистящего стержня проходит вдоль летки для расплава с зазором в несколько миллиметров до дна летки для расплава, небольшой остаток материала корки может оставаться на дне летки для расплава даже после прохождения наконечника чистящего стержня. Таким образом, тонкий слой материала корки, который остается на дне летки для расплава, защищает дно летки от горячего расплава, который будет стекать в летку после сеанса очистки.
Во время этой последовательности угловой исполнительный механизм 39 приводится в действие для поворота чистящего стержня, как показано стрелкой ϕ, тогда как линейным исполнительным механизмом 33 управляют для отведения х чистящего стержня синхронно с поворотным движением, как было объяснено ранее.
В связи с этим следует отметить, что скорость поворотного движения может быть адаптирована к скорости потока для расплава в летке для расплава, чтобы избежать разбрызгивания.
После завершения прочистки чистящее устройство возвращается в исходное положение за счет обратного действия углового исполнительного механизма 39, как показано стрелкой R на фиг. 7с.
Тот же способ действий выполняется в слегка модифицированном варианте осуществления, показанном на фиг. 8а-8с. Единственное отличие от предыдущего варианта осуществления состоит в том, что в варианте осуществления по фиг. 8а-8с поворотное исполнительное средство представляет собой линейный исполнительный механизм 41, такой как блок поршень-цилиндр, вместо углового исполнительного механизма 39.
Линейные и угловые исполнительные механизмы 33, 39 и 41 могут быть выполнены в виде приводов двойного действия или реверсивных приводов, приводимых в действие воздухом, гидравлической жидкостью или электричеством. Угловой исполнительный механизм 41 альтернативно может включать в себя узел поршня/цилиндра одностороннего действия с пружинным возвратом.
В еще одном альтернативном варианте снаружи углового исполнительного механизма может быть применена внешняя пружина и, более конкретно, для любой из двух альтернативных целей: i) внешнюю пружину (внешние пружины) применяют и калибруют для возврата чистящего устройства в исходное положение, или и) внешнюю пружину (внешние пружины) применяют и калибруют таким образом, чтобы обеспечить более равномерную нагрузку и, таким образом, избежать пиков нагрузки в угловом исполнительном механизме, когда наконечник чистящего стержня движется вниз по неравномерно покрытой коркой летке для расплава.
На фиг. 9а и 9b, торсионная пружина 42 показана в ненагруженном состоянии (фиг. 9а) и нагруженном состоянии (фиг. 9b), соответственно. Пружина 42 выполнена с возможностью приложения противодействующей силы, которая центрирована вокруг оси S поворота, когда чистящий стержень и приводной механизм чистящего стержня поворачиваются книзу. Например, одна такая пружина 42 может поддерживаться на каждом шарнирном пальце 21, который шарнирно соединяет поворотное устройство 24 с рычагами 8 и 9 соответственно. Пружина 42 содержит пару ножек 43 и 44, которые приводятся в действие парой штифтов 45 и 46. Первый штифт 45 неподвижно расположен на внутренней стороне рычага 8 или 9 и служит для фиксации ножки 43, тогда как второй штифт 46 расположен на внешней стороне поворотного устройства 24, напротив внутренней стороны рычага, второй штифт зацепляет ножку 44 для натяжения торсионной пружины 42 при поворотном движении поворотного устройства (фиг. 9b). Торсионная пружина 42 может быть откалибрована так, чтобы служить целям i) или и), как обсуждалось выше.
На фиг. 10 показано, что, изменение углового положения чистящего стержня 38 может альтернативно отслеживаться оптическими детекторами 47, отслеживающими путь чистящего стержня во время поворотного движения. Оптические детекторы могут быть реализованы как передатчики и приемники света, расположенные поперечно к плоскости поворотного движения. Оптический детектор изменения углового положения альтернативно может быть реализован как видеокамера 48 с фиксированным положением с соответствующим программным обеспечением для обработки изображений.
Изменение углового положения альтернативно можно обнаруживать косвенно, с помощью датчика 49 приближения, который обнаруживает изменение осевого положения чистящего стержня 38. С учетом геометрических условий на месте эксплуатации управляющее программное обеспечение может быть запрограммировано для адаптации поворотного движения к изменению осевого положения с помощью соответствующих средств управления поворотным исполнительным средством, так что наконечник чистящего стержня может точно следовать наклону летки для расплава.
Обратимся далее к фиг. 10, где ссылочной позицией 50 обозначен энкодер, который включен в линейный привод 33 и который регистрирует число оборотов, совершаемых двигателем 10 линейного исполнительного механизма, тогда как ссылочная позиция 51 обозначает один или несколько датчиков конечного положения или концевых выключателей, которые либо определяют конечное положение, либо определяют момент, когда чистящий стержень 38 выходит из летки 4 для расплава, и/или определяют любое промежуточное осевое положение чистящего стержня. Ссылочный номер 52 относится к энкодеру, связанному с угловым исполнительным механизмом 39.
Из приведенного выше описания будет понятно, что настоящее чистящее устройство и способ прочистки не должны строго ограничиваться использованием и применением в связи с регенерацией химикатов для варки целлюлозы из черного щелока в содорегенерационных котлах, но что конструкция и работа устройства в общем также применимы в связи с любым аналогичным процессом, выполняемым в печах для регенерации химических веществ и в котлах.
Следует также отметить, что в уровне техники очистка летки включала в себя перемещение чистящего инструмента вверх вдоль носика. Хотя это и не является предпочтительной практикой, восходящая очистка летки все же выиграет от корреляции между поворотом стержня и осевыми перемещениями, как это предусмотрено чистящим устройством по настоящему изобретению. Таким образом, изобретение не ограничивается корреляцией между поворотом и отведением, применяемым в режиме нисходящей очистки, но также применимо и к повороту во время выдвижения чистящего стержня очистки в режиме восходящей очистки.