УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРУБ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ОТ АБРАЗИВНОГО ЗОЛОВОГО ИЗНОСА
DEVICE FOR PROTECTING HEAT EXCHANGER PIPES FROM ABRASIVE ASH WEAR

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.: SU 131361 МПК F25H от 18.01.1960 года; SU 348848 МПК F28H 19/00 от 14.08.1969 года; SU 357419 МПК F23/ 15/04 от 25.06.1970 года; SU 787883, МПК F28F 19/06 от 28.12.1976 года; SU 1151814 А МПК F28F 19/06 от 04.01.1983 года.
Недостатками таких устройств являются 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. ЕP 008034 В1 МПК F28F 9/00 от 28.06. 2005 года.
Недостатками такого устройства является высокое гидравлическое сопротивление на входе в насадки, а, следовательно, необходимость изменять режимы в сторону ухудшения 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.
Наиболее близкий аналог: «Устройство содержит насадок, вставленный в кольцо на торкретированнной трубной доске». Справочник по ремонту котлов и вспомогательного котельного оборудования» под ред. В.Н. Шастина. М.: Энергоиздат, 1981, с. 240, рис. 8-1, г).
Недостатком данного устройства является невозможность замены насадка без разрушения торкрета на трубной доске, и технически сложная операция по обнаружению дефектного насадка, полностью скрытого в торкрете.
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 без разрушения труб теплообменных аппаратов.
Технический результат достигается, во-первых, за счет того, что в устройстве золозащитный насадок на трубы теплообменного аппарата установлен пристыковочным участком без зазора, но без неразъемного соединения, и без уступа в месте соединения.
Во-вторых, технический результат в заявленном устройстве достигается за счет того, что потоки газа, содержащие золу, протекая через проточный канал насадка попадают в трубы теплообменного аппарата – воздухоподогревателя стабилизированным потоком, а часть газо-золового потока, натекающая на трубную доску помимо насадков, теряет часть золы и таким образом снижается абразивный износ внутренних поверхностей труб воздухоподогревателя.
Основным преимуществом устройства является свободная взаимозаменяемость насадков в универсальных посадочных местах, устроенных в плите на трубной доске сопряженного теплообменного аппарата, что позволяет применять насадки разных форм профиля проточной части и изготавливать их из различных материалов, например, композитных, металлокерамических, фарфоровых, базальтовых, обладающих повышенной эрозионной стойкостью, увеличенным сроком непрерывной эксплуатации.
Общим техническим достоинством устройства является также отсутствие увеличения гидравлического сопротивления в теплообменном аппарате, оснащенном таким устройством.
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 посадочного отверстия в плите и золозащитного насадка.
На Фиг. 2 представлен Вид Б (сверху) на залозащитные насадки с крепежным соединением.
Устройство для защиты труб 1 и трубных досок 2 теплообменников от абразивного эолового износа, содержащий поверх трубной доски плиту 3, и в ней отлиты посадочные отверстия 4 с внутренней резьбой, в посадочные отверстия ввинчены насадки 5, которые с помощью цилиндрической проточки 6 с прорезями 7 на входных конфузорах 8 путем загибов кромок укреплены от самопроизвольного вывинчивания. Прочность плиты 3 увеличивается за счет армирования лентой 9, содержащей выступы и впадины 10 на поверхности, скреплённой одни краем 11с трубной доской.
На Фиг. 2 один из насадков 5 показан с винтовыми канавками 14 в канале.
Минимальная толщина плиты 3 по условиям необходимой прочности крепления насадков 5 в посадочных отверстиях с внутренней резьбой 4 достигается при высоте внутренней резьбы (оптимальное сцепление резьбового соединение обеспечивается при контакте от 3 до 5 витков резьбы) и, соответственно, при толщине плиты не менее величины диаметра этой внутренней резьбы.
Длина внутреннего канала насадка 5 не менее двух диаметров этого канала выбрана для достижения полной динамической стабилизации втекающего газозолового потока, который формируется начиная с конфузора 8 и далее вдоль оси канала 12, а присоединительный участок 13 выполнен высотой не менее внутреннего диаметра трубы 1 теплообменного аппарата для окончательной стабилизации газозолового потока перед втеканием в трубу 1. Полное выравнивание поля скоростей происходит при длине насадков 5 равной от 3 до 5 диаметров вдоль оси канала 12.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Поток насыщенных абразивной золой газов входит через входные конфузоры 8 насадков стабилизированным около оси канала насадка 12 и на скоростях, примерно в 1-5 раза меньших, чем в трубах 1 теплообменного аппарата. Это позволяет снизить эрозию самого насадка не менее чем в три раза, а дополнительное уплотнение внутренних поверхностей насадков 5, выполненное, например, путем поверхностной закалки, цементации или лазерного напыления еще минимум в три раза. Такое конструктивное решение обеспечивает срок службы труб не менее назначенного при проектировании котла. Свободная взаимозаменяемость насадков позволяет в процессе эксплуатации котла осуществлять поддержание всего поля насадков в идеальном состоянии, надежно защищать от ударного эрозионного воздействия абразивной золы трубы сопряженного теплообменного аппарата.
На всем пути через насадок золосодержащий поток плавно перетекает, ускоряясь на входном участке, стабилизируется в канале насадка и окончательно на присоединительном участке 13. На входе в трубы 1 зола, собранная потоком газов вдоль оси насадка, двигается, скользя вдоль стенок, и протекает по трубам 1 теплообменного аппарата соосно, возможно с закруткой винтовыми канавками 14, обеспечивая постоянную очистку их внутренней поверхности от возможных отложений и заносов.
Геометрические параметры проточной части насадков ограничены размерами, отнесенными к внутреннему диаметру труб сопряженного теплообменного аппарата, так, чтобы в устьях насадков – на входе в трубки была обеспечена гидродинамическая стабильность течения многофазного теплонесущего газозолового потока, и тем самым были достигнуты минимальные гидравлические потери при максимальной тепло передаче от уходящих газов котла.
Монтаж и демонтаж насадов и осуществляется посредством раскрепления загибов концевых частей насадков и вывинчивания насадков из плиты, не нарушая состояния целостности крепления рядом стоящих и всех остальных насадков на поле. Сам насадок вывинчивается из охватывающего его посадочного отверстия без разрушения последнего.