ВКЛАДЫШ ЗАВИХРИТЕЛЯ БАТАРЕЙНОГО ЭМУЛЬГАТОРА

Полезная модель относится к технике мокрой очистки дымовых газов от твердых, жидких и токсичных газообразных включений, а именно, к батарейному эмульгатору, который используют в энергетике, металлургии, химической и других отраслях промышленности.
Более конкретно, полезная модель предлагает решение проблемы естественного физического износа в процессе эксплуатации орошаемых насадок завихрителя батарейного эмульгатора, выполненного по патенту на полезную модель №155708 RU (МПК B01D 47/06, B01D 47/14,опубл. 20.10.2015), и схожего с ним батарейного эмульгатора, завихритель которого отличается формой выполнения орошаемых насадок.
Согласно полезной модели №155708 RU, завихритель батарейного эмульгатора состоит из орошаемых насадок в виде параллелепипедов с установленным в нижней части каждого из них лопастным аппаратом, причем стенки орошаемых насадок внутри завихрителя выполнены разорванными над лопастными аппаратами с образованием свободного пространства высотой не менее 1/3 от высоты лопастных аппаратов, при этом завихритель снабжен водораспределительными стаканами, врезанными в верхнюю часть каждых четырех насадок на пересечении их граней, и имеющими отверстия в каждую насадку. Завихритель установлен в корпус, содержащий патрубок ввода газов, патрубок вывода газов, узел орошения, включающий установленный по всему периметру замкнутый коллектор, каплеуловитель, отбойное кольцо, сборный бункер и золосмывной аппарат с гидрозатвором. Лопастной аппарат состоит из четырех лопастей в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катетов которых равна половине диагонали сечения параллелепипеда,  при этом треугольники установлены под углом друг к другу таким образом, что их гипотенузы располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси. Стенки орошаемых насадок выполнены из титана толщиной не менее двух миллиметров. Лопаточные аппараты, согласно описанию, также выполнены из титана.
До 2015 г. предприятие ООО «ОП «Свердловэнергоремонт» при изготовлении батарейного эмульгатора использовало для завихрителя орошаемые насадки в виде параллелепипедов с цельными стенками, без разрыва над лопастным аппаратом.
На сегодняшний день указанные батарейные эмульгаторы эксплуатируются более чем на 160 котельных агрегатах различных предприятий стран СНГ на протяжении более 20 лет.
Принцип работы батарейных эмульгаторов основан на высокоэффективном тепломассообмене между восходящим потоком дымовых газов, закрученных в лопаточных аппаратах орошаемых насадок завихрителей, и подаваемой противотоком жидкостью с образованием вихревого эмульсионного слоя, в котором и происходит эффективная очистка дымовых газов.
При эксплуатации батарейного эмульгатора происходит естественный физический износ орошаемых насадок и установленных в них лопастных аппаратов, т.к. они подвержены интенсивному эрозионно-коррозионному воздействию абразивной и химически активной золы сжигаемых углей. Это приводит к износу орошаемых насадок и лопастных аппаратов и к потере их формы, в результате чего батарейный эмульгатор не выполняет в требуемом объеме функцию улова золы из дымовых газов.
При этом в завихрителе с орошаемыми насадками, выполненными с разорванными над лопастным аппаратом стенками, износ происходит более равномерно и длительно, чем у завихрителя с орошаемыми насадками с цельными стенками, износ которых локальный и более быстрый, т.к. из-за неравномерного распределения дымовых газов по орошаемым насадкам часть из них испытывает чрезмерную нагрузку.
Методом устранения возникших при эксплуатации дефектов на сегодняшний день является полная штатная замена завихрителя. Замену отдельных изношенных орошаемых насадок не производят из-за неразъемного соединения насадок между собой. Ориентировочный срок эксплуатации завихрителя до его замены составляет от 6 до 12 лет в зависимости от абразивных свойств золы, а также от наличия в конструкции орошаемой насадки разрыва стенок над лопастным аппаратом. Поскольку орошаемые насадки и лопастные аппараты выполнены из титана, то замена завихрителя требует значительных затрат, которые значительно увеличивают финансовую нагрузку на предприятие, эксплуатирующее батарейный эмульгатор.
Задачей предлагаемой полезной модели является продление срока эксплуатации завихрителя батарейного эмульгатора.
Технический результат - продление срока эксплуатации завихрителя батарейного эмульгатора, простота выполнения ремонта и сокращение сроков его проведения.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предложен вкладыш завихрителя батарейного эмульгатора, состоящий из замещающей насадки в форме параллелепипеда и установленного в ее нижней части дублирующего лопастного аппарата, выполненного из четырех лопастей в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катетов которых равна половине диагонали сечения параллелепипеда, при этом треугольники установлены под углом друг к другу таким образом, что их гипотенузы располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси, при этом, согласно полезной модели, площадь сечения замещающей насадки вкладыша составляет (80-85)% от площади сечения орошаемой насадки завихрителя, высота замещающей насадки составляет не менее высоты дублирующего лопастного аппарата, вместе с тем максимальная высота вкладыша, установленного в орошаемую насадку, ограничена зоной расположения водораспределительного стакана завихрителя.
Кроме того, замещающая насадка и дублирующий лопастной аппарат выполнены из титана толщиной не менее двух миллиметров.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - общий вид батарейного эмульгатора с завихрителем, состоящим из орошаемых насадок, выполненных со стенками, разорванными над лопастным аппаратом. Количество вкладышей и их расположение на фигуре условны;
фиг. 2 - общий вид батарейного эмульгатора с завихрителем, состоящим из орошаемых насадок, выполненных с цельными стенками. Количество вкладышей и их расположение на фигуре условны;
фиг. 3 - общий вид вкладыша;
фиг. 4 - вид вкладыша сверху.
Вкладыш 15 предназначен для восстановления функции завихрителя 4 по очистке дымовых газов от золы. Завихритель 4 установлен в корпусе 1 батарейного эмульгатора (фиг. 1, 2), который также содержит патрубок 2 ввода газов, патрубок 3 вывода газов, узел орошения, состоящий из замкнутого коллектора 5, водораспределительных труб 11 и водораспределительных стаканов 8, каплеуловитель 6, отбойное кольцо 10, сборный бункер 7, золосмывной аппарат 14 с гидрозатвором.
Завихритель 4 состоит из орошаемых насадок 9 в виде параллелепипедов. Стенки орошаемых насадок 9 выполнены из титана толщиной не менее двух миллиметров.
В нижней части каждой орошаемой насадки 9 завихрителя 4 установлен лопастной аппарат, состоящий из четырех лопастей 12, выполненных в виде прямоугольных треугольников. Длина меньшего из катетов прямоугольного треугольника равна половине диагонали сечения параллелепипеда. Лопасти 12 установлены под углом друг к другу таким образом, что гипотенузы треугольников располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси. Материал, используемый при изготовлении лопастного аппарата - титан.
При этом стенки орошаемых насадок 9 завихрителя 4 могут быть как цельными (фиг. 2), так и разорванными над лопастными аппаратами, за исключением его наружного контура, с образованием внутри завихрителя 4 свободного пространства 13 высотой не менее 1/3 от высоты лопастных аппаратов (фиг. 1). Благодаря разрыву стенок над лопастным аппаратом отдельные орошаемые насадки 9 не испытывают чрезмерной нагрузки от дымовых газов, т.к. распределение дымовых газов происходит равномерно.
В верхней части каждой из четырех насадок 9 на пересечении их граней установлен водораспределительный стакан 8 с отверстиями в каждую насадку 9 (на фиг. не показаны). Подвод воды осуществляют через замкнутый коллектор 5 узла орошения, который соединен с водораспределительными трубами 11, расположенными над водораспределительными стаканами 8 и имеющими отверстия над последними (на фиг. не показаны).
Вкладыш 15 устанавливают в изношенную орошаемую насадку 9 завихрителя 4, при этом опорой для вкладыша является лопастной аппарат этой насадки (фиг. 1, 2). Конструкция вкладыша 15 аналогична конструкции орошаемой насадки 9 (с цельными стенками) с установленным в ней лопастным аппаратом из лопастей 12.
Вкладыш 15 (фиг. 3, 4) состоит из замещающей насадки 17 в форме параллелепипеда и установленного в ее нижней части дублирующего лопастного аппарата, выполненного из четырех лопастей 18 в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катетов которых равна половине диагонали сечения параллелепипеда, при этом треугольники установлены под углом друг к другу таким образом, что их гипотенузы располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси.
Площадь сечения замещающей насадки 17 вкладыша 15 должна составлять 80-85% от площади сечения орошаемой насадки 9 завихрителя 4. Превышение наибольшей величины площади сечения замещающей насадки 17 (более 85%) может вызвать трудности при установке вкладыша 15 в изношенную орошаемую насадку 9. Наименьшая величина площади сечения замещающей насадки 17 (80%) определяется расчетным запасом аэродинамического сопротивления, зависящего от допустимой скорости дымовых газов в орошаемой насадке 9 завихрителя 4. Уменьшение площади сечения замещающей насадки 17 более чем на 20% может привести к увеличению скорости газов выше допустимого предела, при котором возможен срыв эмульсионного слоя, т.е. прекращение процесса золоулавливания, а также увеличится аэродинамическое сопротивление, которое усилит золовой износ замещающей насадки 17 и лопастей 18 дублирующего лопаточного аппарата.
Высота замещающей насадки 17 вкладыша 15 не может быть менее высоты дублирующего лопастного аппарата из лопастей 18 для обеспечения возможности установки лопастей 18 в замещающей насадке 17.
Максимальная высота вкладыша 15, установленного в изношенную орошаемую насадку 9 завихрителя 4, ограничена зоной расположения водораспределительного стакана 8. При этом в каждом конкретном случае высота вкладыша 15 определяется индивидуально и должна быть не менее высоты зоны износа орошаемой насадки 9 завихрителя 4.
Материал, используемый для изготовления вкладыша 15, может быть любым, не дающим гальванической пары в мокрой среде с титаном, из которого выполнены орошаемые насадки 9 с установленными в них лопастными аппаратами из лопастей 12. Наиболее предпочтительным является изготовление вкладыша 15 из титана.
Некоторое увеличение скорости дымовых газов (соответственно, аэродинамического сопротивления) в орошаемых насадках 9 с установленными в них вкладышами 15 несущественно и укладывается в расчетный запас допустимой скорости (не более 20%).
В завихрителе 4, орошаемые насадки 9 которого выполнены с разрывом над лопастным аппаратом (фиг. 1), некоторое изменение равномерности распределения дымовых газов после установки вкладышей 15 (изменена геометрия свободного пространства 13 над лопастными аппаратами) не вызывает существенного ухудшения таких показателей его работы как снижение степени очистки газов и повышение аэродинамического сопротивления. Неоднократно проведенные предприятием ООО «ОП «Свердловэнергоремонт» испытания продемонстрировали, что изменения этих показателей не выходят за установленные техническим заданием значения.
Более того, возможно, по желанию потребителя, установить вкладыши 15 во все орошаемые насадки 9 - как в эмульгаторе с завихрителем 4 из орошаемых насадок 9 с цельными стенками (фиг. 2), так и в эмульгаторе с завихрителем 4 из орошаемых насадок 9 со стенками, выполненными с разрывом над лопастным аппаратом (фиг. 1). В последнем случае, из-за полного отсутствия свободного пространства 13 над лопастями 12, произойдет некоторое снижение качества очистки дымовых газов, но в пределах допустимого, т.к. завихритель станет практически аналогичен завихрителю, изначально выполненному из орошаемых насадок 9 с цельными стенками (назначение свободного пространства 13 над лопастями 12 - выравнивание давления дымовых газов по орошаемым насадкам 9 для повышения качества очистки газов).
Ремонт завихрителя 4, состоящего из орошаемых насадок 9 с цельными стенками, и ремонт завихрителя 4, состоящего из орошаемых насадок со стенками, выполненными с разрывом над лопастным аппаратом, не имеют различий. Установку вкладышей 15 выполняют следующим образом:
-производят кратковременную остановку котельного агрегата, как правило, (2-3) дня независимо от количества устанавливаемых вкладышей 15;
промывают завихритель 4 (например, водой из шланга) от возможных отложений золы;
визуально определяют количество изношенных орошаемых насадок 9 в завихрителе 4 (видимые сквозные дыры, разрушение сварных швов, «подлизы» лопастей 12 и пр.);
временно демонтируют водораспределительные трубы 11 и водораспределительные стаканы 8, препятствующие установке вкладышей 15;
через штатный люк (лаз) 16 корпуса 1 батарейного эмульгатора (располагается над завихрителем 4) внутрь этого корпуса подают необходимое количество вкладышей 15;
в изношенную орошаемую насадку 9 сверху подают вкладыш 15, опускают его вниз до уровня верха лопастей 12 и опирают на них. При этом направление закручивания дымовых газов лопастями 18 вкладыша 15 должно совпадать с направлением закручивания дымовых газов лопастями 12 изношенной орошаемой насадки 9 завихрителя 4;
восстанавливают временно демонтированные водораспределительные трубы 11 и водораспределительные стаканы 8;
при необходимости, с целью исключения возможной вибрации установленных вкладышей 15, их расклинивают (например, деревянными дощечками) в зазоры между стенками орошаемых насадок 9 и стенками вкладыша 15.
Таким образом, установка вкладышей 15 в изношенные орошаемые насадки завихрителя 4 позволяет:
1. восстановить в требуемом объеме выполнение функции батарейного эмульгатора по улову золы из дымовых газов;
2. продлить срок службы завихрителя батарейного эмульгатора до 1,5 раз;
3. значительно упростить монтажные работы по установке вкладышей по сравнению с установкой нового завихрителя за счет того, что небольшие размеры и масса вкладышей позволяют устанавливать их без разбора корпуса 1 батарейного эмульгатора, через штатные лазы (люки) 16 корпуса. При этом нет необходимости в использовании специального монтажного оборудования (грузоподъемные механизмы, леса и пр.);
4. значительно сократить срок проведения ремонта завихрителя, а именно, до (2-3) дней, необходимых для установки любого количества вкладышей, по сравнению с монтажом нового завихрителя, на который требуется срок в (1,5-2) месяца;
5. значительно снизить затраты на восстановление функции батарейного эмульгатора за счет:
экономии затрат по приобретению вкладышей, т.к. стоимость нового завихрителя из титана намного превышает стоимость вкладышей из титана;
снижения затрат на выполнение ремонтных работ благодаря уменьшению их трудоемкости, сроков проведения и снижению затрат на перевозку оборудования, т.к. при транспортировке вкладышей для одного котельного агрегата не требуется специальная техника, как при перевозке нового завихрителя.
После установки вкладыша 15 в изношенную орошаемую насадку 9, лопасти 12 которой тоже изношены, вкладыш 15 начинает выполнять функцию по очистке дымовых газов от золы, при этом их закрутку производит дублирующий лопастной аппарат из лопастей 18.
Процесс работы батарейного эмульгатора с установленными в завихрителе 4 вкладышами 15 не отличается от процесса работы эмульгатора с завихрителем 4 без вкладышей 15 и осуществляется следующим образом.
Дымовые газы поступают через патрубок 2 ввода газов в нижнюю часть корпуса 1 и входят в параллельно расположенные орошаемые насадки 9 ив замещающие насадки 17 вкладышей 15, установленных в изношенных насадках 9 завихрителя 4. В насадках 9 и 17 дымовые газы интенсивно закручиваются лопастями 12 (в орошаемых насадках 9) и лопастями 18 (в замещающих насадках 17).
Орошающая жидкость в виде воды подается в коллектор 5, откуда она поступает в водораспределительные трубы 11, а из отверстий труб - в водораспределительные стаканы 8, и далее через отверстия в стаканах в каждую насадку 9 и 17. При взаимодействии воды с вращающимся газовым потоком происходит образование пенного вращающегося слоя, который накапливается над лопастями 12 и 18. Вращение этого слоя способствует его турболизации, при этом повышается межфазная контактная поверхность и ее обновляемость. В слое пены с высокоразвитой поверхностью улавливаются мелкие частицы золы, оставшиеся после прохождения газового потока через лопасти 12 и 18. Отработанная жидкость с уловленной золой сливается через лопасти 12 орошаемых насадок и лопасти 17 дублирующих насадок 16 в сборный бункер 7 и далее в золосмывной аппарат 14 с гидрозатвором.
Дымовые газы после очистки в эмульсионном слое поступают в каплеуловитель 6, где потерявшие вращательную скорость газы дополнительно закручиваются для сепарации водяных капель из дымовых газов, а оставшиеся на выходе из каплеуловителя несепарированные водяные капли собираются под отбойным кольцом 10 и сливаются для дальнейшего участия в процессе очистки газов.
Таким образом, предлагаемая полезная модель выполняет поставленную задачу, и имеет в качестве технического результата продление срока эксплуатации завихрителя батарейного эмульгатора, простоту выполнения ремонта и сокращение сроков его проведения.