Блок завихрителя батарейного эмульгатора со сменными лопастными аппаратами

Полезная модель относится к технике мокрой очистки дымовых газов от твердых, жидких и токсичных газообразных включений, в частности, к блоку завихрителя батарейного эмульгатора, который используют в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности.
На сегодняшний день 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 лопастных 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 блока завихрителя и установленных в них лопастных аппаратов, так как они подвержены интенсивному эрозионно-коррозионному воздействию абразивной и химически активной золы сжигаемых углей. Это приводит к износу орошаемых насадок и лопастных аппаратов, в результате чего батарейный эмульгатор не выполняет в требуемом объеме функцию улова золы из дымовых газов, и, в конечном итоге, блок завихрителя выходит из строя.
Замена отдельных изношенных орошаемых насадок с установленными в них лопастными аппаратами не производится из-за неразъемного их соединения между собой.
Наиболее близким техническим решением является батарейный эмульгатор (RU, №155708, заявка №2015122114/05 от 09.06.2015, опубл. 20.10.2015 г.), включающий завихритель, состоящий 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, 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. Лопастные аппараты, согласно описанию, также выполнены из титана.
Недостатком указанного технического решения является, в случае износа, как лопаточных аппаратов, так и стенок орошаемых насадок, необходимость полной замены блока завихрителя, т.к. ориентировочный срок его эксплуатации составляет от 6 до 12 лет, что зависит от абразивных свойств золы.
На сегодняшний день существуют методы устранения возникших при эксплуатации дефектов:
1. Полная замена блока завихрителя.
Данный метод требует значительных финансовых затрат предприятия, эксплуатирующего батарейный эмульгатор, так как ориентировочный срок эксплуатации завихрителя до его замены составляет от 6 до 12 лет в зависимости от абразивных свойств золы, а орошаемые насадки и лопастные аппараты изготавливают из титана.
2. Заявителем разработаны вкладыши (RU, патент №185681, заявка №2018126567, опубл. 13.12.2018 г.) непосредственно в изношенные орошаемые насадки блоков завихрителей, перекрывающие зоны износа и деформации существующих конструкций и обеспечивающие блоку завихрителя работу в штатном режиме.
Однако данное решение позволяет увеличить срок службы блока завихрителя батарейного эмульгатора не более чем в 1,5 раза до их полной замены и является разовым, так как установленные в орошаемые насадки вкладыши при начале их износа уже невозможно заменить по причине цементирующих свойств золы любых углей, т.к. вкладыши не поддаются извлечению из насадок блока завихрителя, в которые они установлены.
Предлагаемая полезная модель решает проблемы естественного физического износа в процессе эксплуатации орошаемых насадок завихрителя батарейного эмульгатора, выполненного по патенту на полезную модель №155708.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в разработке конструкции блока завихрителя батарейного эмульгатора, направленной на улучшение его ремонтопригодности, и, в конечном итоге, на значительное продление срока его эксплуатации без полной замены.
Технический результат - продление срока эксплуатации блока завихрителя батарейного эмульгатора, простота выполнения ремонта и сокращение сроков его проведения, повышение экономичности.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата блок завихрителя батарейного эмульгатора, включающий орошаемые насадки, выполненные в виде параллелепипедов с установленными в нижней части каждого из них лопастного аппарата, причем стенки орошаемых насадок внутри завихрителя выполнены разорванными над лопастным аппаратом с образованием свободного пространства, согласно полезной модели, он выполнен в виде двух частей: стационарной верхней части, включающей орошаемые насадки, неподвижно установленные на опорные элементы корпуса батарейного эмульгатора, и съемной нижней части, выполненной в виде съемных секций, каждая из которых является продолжением соответствующего ряда орошаемых насадок верхней части, при этом нижняя часть присоединена к верхней с помощью фланцевого соединения, а высота каждой съемной секции определяется фактической высотой зоны износа титановых элементов.
При этом:
лопастной аппарат состоит из четырех лопастей в виде прямоугольных треугольников;
блок завихрителя может быть выполнен с водораспределительными стаканами, врезанными в верхнюю часть каждой из четырех насадок на пересечении их граней и имеющими отверстия в каждую насадку;
отверстия водораспределительных стаканов выполнены круглыми.
Таким образом, изготовление блока завихрителя из двух частей, нижняя часть которых является съемной, орошаемые насадки которой являются продолжением насадок верхней части, позволяет получить полноценную конструкцию, эксплуатационные показатели которой, включая аэродинамическое сопротивление, расход воды на орошение, степень золоочистки, полностью соответствуют эксплуатационным показателям конструкции по прототипу (патент №155708 РФ) блоку завихрителя батарейного эмульгатора.
Разъемная конструкция блока завихрителя позволяет выполнять его ремонт как полностью с заменой всех нижних съемных секций одновременно при их износе, так и частично с заменой нескольких, наиболее изношенных секций с перспективой замены остальных позже.
Предпочтительным материалом для изготовления съемных секций, а также фланцев и крепежных деталей является титан.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид блока завихрителя батарейного эмульгатора (условно показан блок завихрителя, состоящий из 16-ти орошаемых насадок и, соответственно, включающий в себя 4 съемные нижние секции).
На фиг. 2 - вид с боку А фиг. 1.
На фиг. 3 - вид с боку съемной секции завихрителя батарейного эмульгатора.
На фиг. 4 - разрез Б-Б фиг. 3.
Блок завихрителя батарейного эмульгатора состоит из двух частей: стационарной верхней части (1), состоящей из определенного количества рядов орошаемых насадок верхней части (2) и неподвижно установленной на опорные элементы (3) корпуса батарейного эмульгатора, и нижней части (4), представляющей собой съемные секции (5), каждая из которых является продолжением ряда насадок(2) верхней части (1) и присоединенная к ней посредством фланцевых соединений (6).
На пересечении граней верхней части (1) рядов орошаемых насадок (2) могут быть установлены водораспределительные стаканы, в которых имеются круглые отверстия для насадки трубы орошения (8). Круглая форма отверстий позволяет замедлить процесс зарастания отверстий золой, что увеличивает срок безремонтной эксплуатации эмульгатора.
Съемная секция (5) нижней части блока завихрителя (4) состоит из орошаемых насадок нижней части (9), в каждую из которых установлен лопастной аппарат (10), состоящий из 4-х лопастей в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катета 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 (9) блока завихрителя батарейного эмульгатора выполнены, за исключением его наружного контура, разорванными над лопастными аппаратами с образованием внутри блока завихрителя свободного пространства (7). Наличие над лопастными аппаратами (10) пространства (7), свободного от препятствий для прохождения дымовых газов, приводит к выравниванию давления этих газов по всему сечению завихрителя и к последующему равномерному распределению дымовых газов по всем орошаемым насадкам завихрителя.
Высота каждой съемной секции определяется фактической высотой зоны износа титановых элементов блока завихрителя в зависимости от свойств золы сжигаемых углей.
Блок завихрителя батарейного эмульгатора может быть снабжен водораспределительными стаканами, врезанными в верхнюю часть каждой из четырех насадок на пресечении их граней и имеющими круглые отверстия в каждую насадку. Наличие (или отсутствие) водораспределительных стаканов определяется наличием (или отсутствием) примесей в орошающей воде: при большом количестве примесей стаканы устанавливаются, при отсутствии (или незначительном количестве) примесей - орошение происходит непосредственно через отверстия распределительных труб (т.е. без стаканов).
Реализуют предлагаемую конструкцию следующим образом.
Изготовляют съемные секции. Для определения высоты каждой съемной секции определяют фактическую высоту зоны износа титановых элементов блока завихрителя.
Ввиду небольших размеров и массы - установка съемных секций выполняется через штатные люки подводящих газоходов от котла до батарейного эмульгатора. При этом нет необходимости в использовании специального монтажного оборудования, так как установка съемных секций (вместо изношенных) выполняется в пределах недолговременных остановов котельного агрегата (1,5-2 недели) вместо 1,5-2 месяцев при полной замене завихрителей.
Ремонт разъемного блока завихрителя происходит следующим образом:
останавливают котел;
промывают блок завихрителя (водой из шланга) от возможных отложений золы;
визуально определяют количество изношенных съемных секций в блоке завихрителя (сквозные дыры, разрушение сварных швов, «подлизы» лопаток);
ниже блока завихрителя устанавливают монтажные леса для проведения работ по замене секций;
демонтируют изношенные съемные секции;
через штатный лаз подводящих газоходов (от котла до батарейного эмульгатора) внутрь корпуса подают необходимое количество новых съемных секций и устанавливают взамен демонтированных;
монтажные леса разбирают, лазы закрывают.
Таким образом, разъемная конструкция блока завихрителя (стационарная верхняя часть и съемные заменяемые секции орошаемых насадок с лопастными аппаратами) позволяет:
увеличить общий срок службы блоков завихрителей батарейных эмульгаторов в 2-3 раза до их полной замены (интервал времени зависит от типа золы сжигаемых углей (химически и абразивно-активная или нет), времени работы котельного агрегата (постоянно или с технологическими остановами) и его рабочей производительностью (в зависимости от работы на полную или неполную мощность);
за время общего срока службы блока завихрителя неоднократно выполнять замену изношенных съемных секций, как в полном объеме, так и выборочно (по результатам дефектации), что не предусмотрено в технологии ремонта завихрителя методом установки вкладышей;
снизить затраты на покупку оборудования в целом: или покупку нового титанового блока завихрителя, или отдельных съемных секций лопастных аппаратов, составляющих (даже при их полной замене) не более 30-40% от массы (соответственно, стоимости) нового завихрителя;
значительно упростить монтажные работы по установке съемных секций по отношению к установке полностью нового блока завихрителя, при этом сократить срок этих работ по замене блока завихрителя (1,5-2 месяца) на срок установки новых съемных секций (1,5-2 недели);
снизить затраты на перевозку оборудования: для перевозки съемных секций блоков завихрителей для одного котла (независимо от его производительности) не требуется спецтехника - большегрузный транспорт (как при перевозке блоков завихрителя для такого же котла).
Заявителем и авторами внесены изменения в конструкторскую документацию по блоку завихрителя, касающиеся выполнения нижней части съемной.
Предлагаемая полезная модель соответствует критерию «новизна», т.к. при исследовании уровня техники не выявлены технические решения с предложенной совокупностью признаков и критерию «промышленная применимость».