УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА ОТ ЗОЛОВЫХ ШЛАКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Предлагаемое техническое решение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для более эффективной очистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений с меньшими топливоэнергетическими затратами.
Аналогичные технические решения известны: см., например, патент Российской Федерации на изобретение №2017057, который содержит следующую совокупность существенных признаков:
- котел;
- поверхность нагрева (теплообменник), выполненный в виде многотрубных пучков, установленных внутри верхней части котла;
- источник с теплоносителем, подсоединенный своими выходами к входам многотрубных пучков теплообменника;
- сборник нагретого теплоносителя, подсоединенный своим входом к выходам многотрубных пучков теплообменника и своим выходом к потребителю тепловой энергии;
- «N» запорно-регулирующих клапанов, установленных своими выходами во внутренней полости котла;
- источник сжатого воздуха, подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим входам запорно-регулирующих клапанов;
- систему управления, подсоединенную своим входом к выходу источника сигналов задания и своими соответствующими выходами к управляющим входам запорно-регулирующих клапанов.
Общими признаками предлагаемого технического решения и охарактеризованным выше техническим решением являются:
- котел;
- теплообменник (поверхность нагрева), установленный внутри верхней части котла;
- источник с теплоносителем, подсоединенный своим выходом ко входу теплообменника;
- сборник нагретого теплоносителя, присоединенный своим входом к выходу теплообменника и своим выходом к потребителю тепловой энергии;
- «N» регулирующих клапанов, установленных своими выходами во внутренней полости котла;
- источник сжатого воздуха, подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим входам «N» регулирующих клапанов;
- контроллер (система управления) подсоединенный своим первым входом к выходу источнику сигналов задания и своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим входам регулирующих клапанов.
Известно также аналогичное техническое решение: см., патент Российской Федерации на изобретение №2094728, которое выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа) и которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
- котел;
- поверхность нагрева (теплообменник), установленный во внутренней полости верхней части котла;
- источник с теплоносителем, подсоединенный своим выходом ко входу теплообменника;
- сборник нагретого теплоносителя, присоединенный своим входом к выходу теплообменника и своим выходом к потребителю тепловой энергии;
- датчики температуры, установленные своими входами во внутренней полости верхней части котла и расположенные над поверхностью нагрева (теплообменника);
- «№» электромагнитных клапанов, установленных своими выходами во внутренней полости котла и подсоединенных одними из выводов своих обмоток к одному из выходов источника постоянного напряжения и другими выводами своих обмоток через «№» управляемых ключей соответственно к другому выходу источника постоянного напряжения;
- источник сжатого воздуха, подсоединенный своими соответствующими выходами к соответствующим входам «№» электромагнитных клапанов и своими первым и вторым входами к выходам сети переменного напряжения;
- систему автоматического управления, подсоединенную своим первым входом к выходу источника сигналов задания, своими соответствующими входами к соответствующим выходам датчиков температуры и своими соответствующими последующими выходами к соответствующим управляющим входам «№» управляемых ключей.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:
- котел;
- теплообменник, установленный во внутренней полости верхней части котла;
- источник с теплоносителем, подсоединенный своим выходом ко входу теплообменника;
- сборник нагретого теплоносителя, присоединенный своим входом к выходу теплообменника и своим выходом к потребителю тепловой энергии;
- датчик температуры;
- «№» электромагнитных клапанов, установленных своими выходами во внутренней полости котла и подсоединенных одними из выводов своих обмоток к одному из выходов источника постоянного напряжения и другими выводами своих обмоток через «№» управляемых ключей соответственно к другому выходу источника постоянного напряжения;
- источник сжатого воздуха, подсоединенный своими соответствующими выходами к соответствующим входам «№» электромагнитных клапанов и одним из своих выводов к одному из выходов сети переменного напряжения;
- контроллер (систему автоматического управления), подсоединенный своим первым входом к выходу источника сигналов задания, своим вторым входом к выходу датчика температуры и своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим входам «№» управляемых ключей.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из охарактеризованных выше технических решений заключается в обеспечении измерения фактического значения температуры теплоносителя, поступающего к потребителю, в исключении сложной технической реализации, в экономии топливно-энергетических затрат и в обеспечении более эффективной очистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений.
Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что наличие нескольких датчиков температуры, усложняющих техническую реализацию известного устройства для очистки поверхностей нагрева (теплообменник), практически не влияет на толщину слоя отложений на внешнюю поверхность нагрева (теплообменника), а отсутствие оптимального контроля, в том числе и косвенного, не обеспечивает более эффективной очистки поверхностей нагрева (теплообменника) от золовых и шлаковых отложений и экономии топливно-энергетических затрат на нагрев теплоносителя.
Учитывая характеристики анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания средств более эффективной очистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в устройстве для очистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений, содержащем котел, теплообменник, установленный внутри котла, источник с теплоносителем, подсоединенный своим выходом к входу теплообменника, сборник нагретого теплоносителя, подсоединенный своим входом к выходу теплообменника и своим выходом к потребителю тепловой энергии, датчик температуры, «N» - электромагнитных клапанов, установленных своими выходами (соплами) внутри котла и подсоединенных одними выводами своих обмоток к одному из выходов источника постоянного напряжения и другими выводами своих обмоток к другому выходу источника постоянного напряжения через «N» - управляемых ключей, соответственно, источник сжатого воздуха, подсоединенный своими соответствующими выходами к соответствующим входам "N" - электромагнитных клапанов и своим первым входом к одному из выходов сети переменного напряжения и контроллер, подсоединенный своими первым входом к выходу источника сигналов задания, своим вторым входом к выходу датчика температуры и своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим ходам "N" - управляемых ключей, при этом датчик температуры установлен своим входом во внутренней полости выходного парубка сборника нагретого теплоносителя, а второй из питающих входов источника сжатого воздуха подсоединен к другому выходу сети переменного напряжения, через дополнительный управляемый ключ, подсоединенный к своим управляющим выходам к соответствующему (четвертому) выходу контроллера.
Установка датчика температуры и подсоединения одного из питающих входов источника сжатого воздуха через дополнительный управляемый ключ, подсоединенного своим управляющим входом к соответствующему (четвертому) выходу контроллера, как указано выше позволяет, в результате сгорания топлива в котле, осуществить нагревание теплоносителя в теплообменнике и осуществить подачу нагретого теплоносителя в сборник тепловой энергии, а из него к потребителю тепловой энергии, осуществляя при этом фактическое измерение температуры тепловой энергии, поступающей к потребителю, значения которой поступает в контроллер и постоянно сравнивается с заданным значением температуры, также поступающей в контроллер, с выхода источника сигналов задания.
При отложении золовых и шлаковых продуктов сгорания на внешних поверхностях теплообменника образуется дополнительный теплоизолирующий слой, который не только увеличивает потребление топлива и электроэнергии на нагревание теплоносителя, с образовавшимся теплоизолирующим слоем, но и снижает заранее заданное значение температуры теплоносителя, поступающего к потребителю.
В соответствии с программой, записанной в блоке памяти контроллера, значение заданной и непосредственно измеренной температуры теплоносителя, поступающего к потребителю обрабатываются и формируются соответствующие управляющие сигналы, обеспечивающие подачу напряжения питания от сети переменного напряжения к источнику сжатого воздуха и получение на его выходах сжатого воздуха высокого давления, а также обеспечивающие подачу напряжения питания от источника постоянного напряжения к входам электромагнитных клапанов, которые срабатывают, осуществляя подачу сжатого воздуха высокого давления на внешние поверхности теплообменника и разрушения золовых и шлаковых отложений на внешних поверхностях теплообменника.
В результате разрушения золовых и шлаковых отложений на внешних поверхностях теплообменника, температура теплоносителя, поступающего к потребителю, возвращается к заранее заданному значению, а контроллер в соответствии с программой, записанной в блоке памяти контроллера, прекращает формировать управляющие сигналы и отключает сеть переменного напряжения от источника сжатого воздуха и постоянное напряжение от электромагнитных клапанов, обеспечивая таким образом следящий автоматический режим работы и ожидания до появления следующих отложений на внешних поверхностях теплообменника и появления отклонений измеряемой температуры теплоносителя, поступающего к потребителю, значительно сокращая, при этом, затраты топлива и электрической энергии на нагрев теплоносителя, поступающего к потребителю.
В чем и проявляется достижения вышеуказанного технического результата.
Предлагаемое устройство для отчистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений, поясняется нижеследующим описанием и чертежом, где представлена функциональная схема устройства для отчистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений.
Предлагаемое устройство для отчистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений содержит:
- котел - 1 с камерой - 2 сгорания прямоугольной формы, с камерой - 3 нагревания прямоугольной формы и с камерой - 4 дымовых газов прямоугольной формы;
- патрубок - 5 для отвода горючих газов (дыма) из внутренней полости камеры - 4 дымовых газов, выполненный в нижней части котла - 1;
- патрубок - 6 для вывода шлака из камеры - 2 сгорания выполненный в нижней части котла - 1;
- бункер - 7 для подачи угля в камеру - 2 сгорания котла - 1, установленный своим выходом в окне - 8, выполненном в одной из боковых стенок (левой) камеры - 2 сгорания котла - 1;
- насос - 9 для подачи воздуха в камеру - 2 сгорания котла - 1, установленный своим выходом в окне - 10, выполненном в одной из боковых стенок (левой) камеры - 2 сгорания котла - 1;
- как минимум, одну горелку, выполненную, например, в виде двух графитовых стержней (электродов) - 11; 12, установленных в отверстии - 13, выполненном в одной из боковых стенок (левой), расположенных одними концами своих выводов во внутренней полости камеры - 2 сгорания и подсоединенных другими концами своих выводов к выходам источника питания (на чертеже не показан);
- теплообменник - 14, выполненный, например, в виде труб «U» - образной формы, установленных во внутренней полости камеры - 3 нагревания котла - 1, параллельно друг другу своими плоскостями и параллельно боковым внутренним стенкам камеры - 3 нагревания котла - 1;
- источник - 15 с теплоносителем (вода, пар), подсоединенный своими соответствующими выходами к входам «U» - образных труб теплообменника - 14;
- сборник - 16 нагретого теплоносителя, подсоединенный своими соответствующими входами к выходам «U» - образных труб теплообменника - 14 и своим выходом через выходной патрубок к потребителю тепловой энергии (позиции патрубка и потребителя тепловой энергии на чертеже не представлены);
- «N» - электромагнитных клапанов - 17; 18; 19, установленных своими выходами в отверстиях (на чертежах не представлены), выполненных в одной из боковых (правой) стенок камеры - 3 нагревания котла - 1 и сообщающихся своими выходами с внутренней полостью камеры - 3 нагревания котла - 1 и подсоединенных одними из выводов своих обмоток к одному из выходов источника постоянного напряжения и другими выводами своих обмоток через «N» - управляемых ключей - 20; 21; 22 соответственно к другому выходу источника постоянного напряжения;
- источник - 23 сжатого воздуха (компрессор с воздухораспределителем), подсоединенный своими соответствующими выходами к соответствующим входам "N" - электромагнитных клапанов - ;17; 18; 19 (то есть первый выход подсоединен к входу первого электромагнитного клапана - 17, второй выход подсоединен к входу второго электромагнитного клапана - 18, третий выход подсоединен к входу третьего электромагнитного клапана - 19 и т.д.), одним своим входом к одному из выходов сети переменного напряжения 220 В и другим своим входом через управляемый дополнительный ключ - 23 к другому выходу сети переменного напряжения 220 В;
- датчик - 25 температуры, установленный своим входом во внутренней полости выходного патрубка сборника - 16 нагретого теплоносителя;
- контроллер - 26, подсоединенный своим первым входом к выходу источника - 27 сигналов задания, своим вторым входом к выходу датчика температуры - 25 и своими соответствующими выходами соответствующим управляющим входам "N"-управляемых ключей - 20; 21; 22 и дополнительного управляющего ключа - 24 (то есть первый выход контроллера  - 26 подсоединен к управляющему входу первого из "N"-управляемых ключей - 20, второй выход контроллера - 26 подсоединен к управляющему входу второго из "N"-управляемых ключей - 21, третий выход контроллера - 26 подсоединен к управляющему входу третьего из "N"-управляемых ключей - 22 и т.д., а четвертый выход контроллера - 26 подсоединен к управляющему входу дополнительного управляемого ключа - 24).
Предлагаемое устройство для отчистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложений работают следующим образом.
Подключают напряжение питания к, как минимум, двум графитовым электродам - 11; 12. подают в внутреннюю полость камеры - 2 сгорания котла - 1 из бункера - 7 топливо и воздух посредством насоса - 9, в результате сгорания которых осуществляется, в камере - 3 нагревание котла - 1, нагрев внешних поверхностей теплообменника, выполненного в виде "U"-образных трубок - 14 и теплоносителя поступающего в "U"-образные трубы - 14, с выходов которых нагретый теплоноситель поступает в сборник теплоносителя - 16, а из него через выходной патрубок к потребителю тепловой энергии. Образовавшийся в процессе сгорания топлива в котле - 1, шлак удаляется через выходной патрубок - 6, а горючие газы через выходной патрубок 5.
При этом на внешних поверхностях "U"-образных труб - 14 теплообменника откладываются золовые и шлаковые отложения, которые при длительной эксплуатации котла - 1 образуют теплоизоляционный слой, требующий для нагревания теплоносителя больших топливных и энергетических затрат.
С помощью датчика - 25 температуры, установленного своим входом во внутренней полости выходного патрубка сборника - 16 тепловой энергии, осуществляют постоянное измерение фактического значения температуры теплоносителя, поступающего к потребителю, значения температуры которого постоянно поступает на второй вход контроллера - 26, на первый вход которого поступает сигнал с выхода источника сигналов задания - 27.
В соответствии с программой записанной в блоке памяти контроллера - 26, поступившие значения заданной и измеренной температуры сравниваются между собой и при отклонении температуры от заданного значения температуры вычисляется сигнал их разности, из которого формируются соответствующие сигналы из четвертого выхода контроллера - 26 на управляющий вход дополнительного управляемого ключа - 24 поступает сигнал, который обеспечивает замыкание его контактов и подачу переменного напряжения на источника сжатого воздуха - 23 и получение на его выходах сжатого воздуха высокого давления, который поступает на соответствующие входы электромагнитных клапанов - 17; 18; 19, а с первого, второго и третьего выходов контроллера - 26 поступают сигналы, которые обеспечивают замыкание их контактов и подачу постоянного напряжения на обмотке электромагнитных клапанов - 17; 18; 19.
В результате этого электромагнитные клапаны - 17; 18; 19 срабатывают и обеспечивают подачу сжатого воздуха высокого давления на внешние поверхности "U"-образных труб - 14 теплообменника, который разрушает золовые и шлаковые отложения на внешних поверхностях  "U"-образных труб - 14 теплообменника.
После очистки внешних поверхностей нагрева "U"-образных труб - 14 теплоносителя, температура теплоносителя возвращается к заранее заданному значению. И контроллер - 26, в соответствии с программой, записанной в блоке памяти контроллера - 26, прекращает формировать управляющие сигналы и замкнутые контакты управляющих ключей - 20; 21; 22; 24 размыкаются, и напряжение питания отключается от источника сжатого воздуха - 23 и от электромагнитных клапанов - 17; 18; 19, обеспечивая таким образом следующий автоматический режим работы за появлением отклонений постоянно измеряемой температуры теплоносителя, поступающего к потребителю, свидетельствующих о наличии золовых и шлаковых отложений на внешних поверхностях нагреваемого теплообменника.
Таким образом предлагаемое устройство для очистки поверхностей нагрева от золовых и шлаковых отложении позволяет, за счет постоянного измерения температуры теплоносителя и при ее отклонении от заданного значения, осуществить своеобразный контроль о наличии на внешних поверхностях теплообменника золовых и шлаковых отложений и обеспечить их разрушение, за счет подачи сжатого воздуха высокого давления на внешние поверхности теплообменника, осуществляя при этом экономию топлива и электроэнергии. Поэтому предлагаемое устройство для очистки поверхностей нагрева займет достойное место среди известных объектов аналогичного назначения.