СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ ОБДУВОЧНОЙ СИСТЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОЙ ПЕЧИ, ОБДУВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО РЕГЕНЕРАЦИОННОЙ ПЕЧИ И ОБДУВОЧНАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ОБДУВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
METHOD OF UPGRADING BLOWER SYSTEM OF REGENERATOR, SOOT BLOWER OF REGENERATOR AND BLOWER SYSTEM COMPRISING SOOT BLOWERS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к способу модернизации обдувочной системы регенерационной печи, в котором указанная обдувочная система содержит ряд обдувочных устройств, каждое из которых содержит раму, подвижную тележку, опирающуюся на указанную раму, двигатель для перемещения тележки, обдувочную трубу, установленную на указанной тележке с возможностью введения в регенерационную печь и выведения из нее и содержащую по меньшей мере одно сопло, и трубу для подачи пара, соединенную с обдувочной трубой для подачи обдувочного пара через указанное по меньшей мере одно сопло в регенерационную печь; при этом указанная труба для подачи пара содержит клапан, расположенный с возможностью пропуска пара через указанное по меньшей мере одно сопло, только когда указанная тележка с обдувочной трубой перемещается, то есть вышла из неактивного/стартового положения. Данное изобретение также относится к обдувочному устройству как таковому и регенерационной печи, содержащей обдувочные устройства, по меньшей мере одно из которых выполнено как указано выше.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Регенерационные печи используются в целлюлозно-бумажной промышленности в качестве химических реакторов, а также для производства пара для внутреннего использования, для вырабатывания электричества или на продажу. Поскольку регенерационные печи работают как химические реакторы, то условия горения в них отличаются от условий горения в обычном паровом котле тем, что поверхности нагрева печи чрезвычайно быстро покрываются отложениями продуктов горения, например золой, пеплом и/или копотью, что снижает эффективность работы регенерационной печи, в частности, из-за снижения эффективности теплопередачи. Помимо копоти отработанные газы содержат неорганические химические вещества, которые конденсируются на поверхностях нагрева регенерационной печи.
Поверхности нагрева регенерационной печи требуют непрерывной очистки с помощью специальных очищающих установок, называемых обдувочными устройствами. Обдувочные устройства производят очистку поверхностей нагрева путем воздействия пара высокого давления, и в целом около 2-10% производимого регенерационной печью пара используется для ее очистки. Если между двумя последовательными очистками проходит слишком много времени, пылеобразные частицы затвердевают и/или спекаются, и образующиеся отложения труднее удалить.
В целом обдувочная система содержит около 40-80 обдувочных устройств и является очень дорогостоящей подсистемой регенерационной печи. Кроме того, каждое отдельное обдувочное устройство приводится в действие через определенный интервал времени, в целом лежащий в пределах 45-300 минут. Надлежащее функционирование обдувочной системы является чрезвычайно важным с точки зрения уменьшения общих затрат предприятия, поскольку стоимость расходуемого пара высока и, кроме того, нередки случаи, когда для водной очистки поверхностей нагрева регенерационных печей требуется остановка всего процесса целлюлозного производства.
В течение долгого времени перед предприятиями стоит задача по уменьшению количества пара, используемого при обдувке. Однако в принципе это трудновыполнимо, поскольку снижение расхода пара подразумевает снижение эффективности удаления копоти. Во многих областях применения снижение эффективности удаления копоти неприемлемо в том случае, если необходимо достичь высокой/надежной/повышенной работоспособности регенерационной печи. Таким образом, существует давняя необходимость в решении, которое позволит легко сократить расход пара и одновременно увеличить эффективность обдувки.
В международной публикации WO 98/08677 описаны принципы работы регенерационной печи, а также использование обдувочных устройств для удаления частично или полностью спекшихся тяжелых отложений с поверхностей нагрева регенерационной печи.
Было предложено и запущено в производство несколько способов повышения эффективности удаления копоти. Согласно первому способу удаление копоти производят по необходимости. Интервалы работы обдувочных устройств регулируют в соответствии с расчетным количеством копоти на поверхностях нагрева. Уменьшение затрат пара достигается благодаря паузам/перерывам в обдувке, однако часто применение такого способа на предприятии является неприемлемым.
Согласно второму способу, описанному в патенте США №5416964, обдувочные устройства работают под низким давлением (часто в сочетании с большой скоростью) при обратном или прямом ходе. Поскольку снижение давления на пути между источником пара и обдувочными устройствами осуществляется в одном определенном месте, то обдувочные устройства должны приводиться в действие по очереди. Такой способ позволяет снизить затраты пара, однако одновременно приводит к некоторому снижению эффективности работы обдувочной системы. Аналогичное техническое решение также известно из заявки на патент США №20060065291, однако в этом документе предполагается его использование в котлах/печах небольшого размера.
Согласно третьему способу регенерационные печи разделены на две (или более) обдувочные системы (переднюю и заднюю), обдувочные устройства каждой из которых могут функционировать независимо от устройств другой системы. Этот способ применяется также в комбинации с двумя вышеописанными способами. Такое решение является технически сложным, поскольку подразумевает наличие разветвленного трубопровода, новых блоков управления и длительного процесса программирования для обеспечения надлежащего функционирования с технической точки зрения. Кроме того, реализация указанного способа на практике ограничена существующими конструкциями магистральных трубопроводов, подводящих пар к обдувочным устройствам. В результате такого ограничения эффективность удаления копоти на практике может быть увеличена не более чем на 30-50%.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является снижение расхода пара, используемого для обдувки регенерационных печей, без снижения эффективности удаления копоти, что достигается с помощью соответственно способа и устройства, описанных в формуле изобретения.
Данное изобретение позволяет достичь значительного снижения расхода пара с одновременным повышением эффективности теплопередачи.
Данное изобретение включает
- способ модернизации обдувочной системы регенерационной печи/котла, содержащей обдувочные устройства (1), каждое из которых содержит раму (10), подвижную тележку (14), опирающуюся на указанную раму (10), двигатель (2) для перемещения подвижной тележки (14), обдувочную трубу (11), установленную на указанной тележке (14) с возможностью введения в регенерационную печь (8) и выведения из нее и имеющую по меньшей мере одно сопло (12), и трубу (45, 35, 15) для подачи пара, соединенную с обдувочной трубой (11) для обеспечения подачи обдувочного пара, выпускаемого через указанное по меньшей мере одно сопло (12) в регенерационную печь, при этом указанная труба (45, 35, 15) для подачи пара содержит первый клапан (3), расположенный с возможностью пропуска пара через указанное по меньшей мере одно сопло (12), только когда указанная тележка с обдувочной трубой (11) находится в рабочем положении, т.е. при выведении из печи и введении в нее обдувочной трубы (11), причем на отдельном участке труб (45, 35, 15) для подачи пара перед первым клапаном (3) устанавливают направленно регулируемый клапан (4), или вместо указанного первого клапана (3) используют указанный направленно регулируемый клапан (4), или используют закрывающее средство (30), обеспечивающее закрытие указанного первого клапана (3), также когда обдувочная труба (11) находится в рабочем положении,
- указанный направленно регулируемый клапан или средство управления размещают для обеспечения обдувки с помощью указанной обдувочной трубы только или при ее введении в печь, или при выведении из печи, а также для прекращения, по меньшей мере по существу, подачи пара в указанную трубу в течение по меньшей мере существенной части периода или ее введения в печь, или ее выведения из печи, что является принципиальным для выполнения обдувки в соответствии с изобретением и облегчает достижение вышеуказанных преимуществ;
- система управления предназначена для контроля за тем, чтобы введению в печь первой обдувочной трубы соответствовало выведение из печи второй обдувочной трубы при их одновременном перемещении, а также для контроля за тем, чтобы в течение периода по меньшей мере основной части этого перемещения, предпочтительно по существу всего, единовременно осуществлялась обдувка с помощью одной из указанных первой и второй обдувочных труб, обеспечивая преимущество, состоящее в итоговом потреблении по существу постоянного количества пара, что устраняет (или по меньшей мере сводит к минимуму) скачки давления в системе подачи;
- дроссельный перепускной трубопровод предназначен для пропускания через направленно регулируемый клапан или минуя его уменьшенного потока пара для охлаждения обдувочной трубы при нахождении указанного клапана в закрытом положении, обеспечивая преимущество, состоящее в упрощении охлаждения обдувочной трубы, что может быть необходимо в некоторых вариантах конструкции;
- указанное/указанная устройство/система управления обеспечивает начало обдувки обдувочным устройством (1) в произвольный момент времени между началом и завершением выведения из печи предыдущего обдувочного устройства (1).
Данное изобретение также относится к обдувочному устройству, содержащему раму (10), подвижную тележку (14), опирающуюся на указанную раму (10), двигатель (2) для перемещения подвижной тележки (14), обдувочную трубу (11), установленную на указанной тележке (14) с возможностью введения в регенерационную печь (8) и выведения из нее и имеющую по меньшей мере одно сопло (12), и трубу (45, 35, 15) для подачи пара, соединенную с обдувочной трубой (11) для обеспечения подачи обдувочного пара, выпускаемого через указанное по меньшей мере одно сопло (12) в регенерационную печь, при этом указанная труба (45, 35, 15) для подачи пара содержит первый клапан (3), предназначенный для пропуска пара через указанное по меньшей мере одно сопло (12), только когда указанная тележка с обдувочной трубой (11) находится в рабочем положении, т.е. при выведении из печи или введении в нее обдувочной трубы (11), причем на отдельном участке труб (45, 35, 15) для подачи пара перед первым клапаном (3) установлен направленно регулируемый клапан (4), или указанный направленно регулируемый клапан (4) заменяет первый клапан (3), или имеется закрывающее средство (30), предназначенное для обеспечения закрытия указанного первого клапана (3), также когда обдувочная труба (11) находится в рабочем положении.
Согласно дополнительным особенностям такого устройства оно содержит устройство управления, предназначенное для управления с обеспечением установки направленно регулируемого клапана (4) или существующего клапана с закрывающим средством (30) соответственно в открытое и закрытое положение;
- указанное устройство управления содержит датчики, используемые для определения положения и/или направления перемещения указанной обдувочной трубы и обеспечивающие преимущество, состоящее в достижении высокой степени надежности управления;
- указанные датчики содержат электрические и/или оптические датчики, и их использование обеспечивает преимущество, состоящее в дополнительном повышении надежности, в особенности, если такие датчики не содержат деталей, подверженных износу;
- указанное управляющее устройство содержит блок управления, который обеспечивает возможность применения более гибких и сложных стратегий управления для дополнительного повышения эффективности по различным/нескольким параметрам, например по оптимизации общих затрат регенерационной печи;
- указанное/указанная система/устройство (6) управления выполнена/выполнено с возможностью управления с обеспечением открытия только одного из направленно регулируемых клапанов (4) для обеспечения обдувки единовременно посредством одной из двух обдувочных труб (11), первой или второй, одна из которых соответственно вводится в печь, а другая выводится из нее;
- указанное/указанная система/устройство (6) управления содержит центральный блок(60) управления;
- указанное закрывающее средство (30) выполнено с возможностью закрытия указанного клапана (3) независимо от положения обдувочной трубы (11).
Обдувочное устройство содержит дроссельный перепускной трубопровод (41) для пропускания через направленно регулируемый клапан (4) или минуя его уменьшенного потока пара, предназначенного для охлаждения обдувочной трубы (11), когда указанный клапан (4) находится в закрытом положении;
- указанное управляющее устройство содержит устройства с механическим приводом, преимуществом которых является то, что в некоторых областях применения имеющиеся устройства могут быть использованы повторно и/или при наличии потребности могут основываться на других аспектах, например существующей инфраструктуре, ноу-хау операторов и т.д.
Предложена также обдувочная система для регенерационной печи, содержащая обдувочные устройства, по меньшей мере одно из которых является обдувочным устройством (1).
Обдувочная система содержит устройство/систему (6) управления для обеспечения начала обдувки обдувочным устройством (1) в произвольный момент времени между началом и завершением выведения из печи предыдущего обдувочного устройства (1).
В обдувочной системе указанное закрывающее средство (30) механически соединено с устройством (16) индикации положения, входящим в состав обдувочного устройства (1), при этом предпочтительно указанное закрывающее средство (30) выполнено с возможностью приведения в действие открывающего устройства (ЗА) клапана (3), когда указанное имеющееся устройство (16) индикации положения находится в рабочем положении, и для отключения открывающего устройства (ЗА) клапана (3), когда указанное устройство (16) индикации положения находится в нерабочем положении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее приведено подробное описание изобретения со ссылками на предпочтительные варианты выполнения и прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает схематический вид одного из вариантов выполнения предложенного обдувочного устройства, обдувочная труба которого находится в конечном положении, соответствующем началу ее введения в регенерационную печь;
Фиг.2 изображает схематический вид обдувочного устройства, показанного на фиг.1, с введенной обдувочной трубой, находящейся в другом конечном положении;
Фиг.3 изображает схематический вид системы подачи пара, содержащей ряд обдувочных устройств для удаления копоти в регенерационной печи, показанных на фиг.1 и 2;
Фиг.4 изображает схематический вид модификации обдувочного устройства, показанного на фиг.1, которая содержит концевые переключатели для контроля прохождения пара через обдувочную трубу;
Фиг.5 изображает схематический вид модификации обдувочного устройства, показанного на фиг.1, в которой для обеспечения работы в соответствии с изобретением используется существующий тарельчатый клапан;
Фиг.6 изображает конкретный пример варианта выполнения изобретения, содержащий устройство управления, которое может использоваться для реализации решения, показанного на фиг.5;
Фиг.7 изображает схематический вид решения, позволяющего использование в той или иной степени пневматических устройств для выполнения назначения в соответствии с изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 схематически изображает один из вариантов выполнения обдувочного устройства 1, содержащего обдувочную трубу 11, отведенную в конечное положение и непосредственно перед ее введением в регенерационную печь, внешняя стенка которой обозначена номером 9 позиции. Обдувочное устройство 1 содержит раму 10, подвижную тележку 14, опирающуюся на указанную раму 10, и двигатель 2 для перемещения тележки 14 (способ перемещения не проиллюстрирован) с помощью приводного вала 21. Обдувочная труба 11 установлена на тележке 14 с возможностью введения в регенерационную печь и выведения из нее и содержит по меньшей мере одно, предпочтительно два, сопло 12 для выпуска пара. Обдувочная труба 11 окружает внутреннюю трубу 13 для подачи пара, к которой присоединена внешняя труба 45, 35, 15 для обеспечения подачи обдувочного пара через указанное по меньшей мере одно сопло 12 в регенерационную печь. Клапан 5 с ручным управлением обычно находится в открытом положении, но в некоторых случаях, например при техническом обслуживании, может быть закрыт. На выходе клапана 5 выполнен паропровод 45, ведущий к направленно регулируемому клапану 4. На выходе клапана 4 выполнен паропровод 35, ведущий к двухпозиционному клапану 3 с паропроводом 15, выполненным на его выходе и соединенным с внутренней трубой 13 для подачи пара.
Таким образом, двухпозиционный клапан 3 (например, тарельчатый клапан или клапан любого другого типа, например регулирующий клапан) предназначен для пропуска пара через указанное по меньшей мере одно сопло 12 при нахождении тележки 14 с обдувочной трубой 11 в рабочем положении, т.е. при ее перемещении соответственно внутрь регенерационной печи и из нее, и является частью обдувочного устройства, которое было расположено в регенерационной печи до модернизации, выполняемой в соответствии с изобретением. Обдувочная труба 11 в целом поворачивается при ее введении и выведении, а двигатель 2 или отдельный привод могут использоваться для осуществления такого поворота. Кроме того, скорость перемещения в одном направлении может быть выше, чем скорость перемещения в другом направлении, например скорость выведения может превышать скорость введения. Датчик 22 направления тока располагают в соединении с двигателем 2, при этом датчик 22 определяет направление тока, т.е. направление поворота двигателя 2, и может, таким образом, использоваться для определения направления перемещения обдувочной трубы 11. Блок 6 системы управления, содержащий программируемый логический контроллер 61 и/или центральный сервер 60, используют для управления обдуванием на основании сигналов, регистрируемых применяемыми датчиками (например, указанным датчиком 22).
В соответствии с данным изобретением снижение расхода пара для обдувания регенерационной печи происходит без снижения эффективности удаления копоти (возможно, даже с ее увеличением) благодаря тому, что в трубах 45, 35 для подачи пара перед первым клапаном 3 располагают направленно регулируемый клапан 4 (см. фиг.1, 2 и 4 и большинство устройств на фиг.3), либо заменяют первый двухпозиционный клапан 3 на направленно регулируемый клапан 4 (см. фиг.3, правый ряд), либо устанавливают средство 30 управления, предназначенное для управления клапаном 3 новым способом.
На фиг.1 и 2 показан вариант выполнения, в котором второй клапан 4 регулируется направленно, так что он открыт при введении обдувочной трубы 11 и закрыт при ее выведении. Кроме того, для обеспечения пропускания в обход клапана 4 уменьшенного потока пара, используемого для охлаждения трубы 11 при ее выведении, используют дроссельный перепускной трубопровод 41 (как вариант, дроссельный перепуск может быть выполнен в виде канала, размещенного в направленно регулируемом клапане 4). Двухпозиционный клапан 3, расположенный перед направленно регулируемым клапаном 4, может использоваться для предотвращения протечек пара через указанный трубопровод 41 и сопутствующих потерь пара при полностью выведенной и неактивной обдувочной трубе 11. Номером 6 позиции обозначен программируемый логический контроллер (ПЛК), предназначенный для открытия и закрытия направленно регулируемого клапана 4.
Предложенное устройство, схематически изображенное на фиг.1 и 2, функционирует следующим образом. Центральный блок 60 управления приводит в действие двигатель 2 и открывает двухпозиционный клапан 3 путем подачи сигнала на переключатели (на чертежах не показаны) соответственно двигателя 2 и двухпозиционного клапана 3. Одновременно с началом перемещения трубы 11 в регенерационную печь под действием двигателя 2 датчик 22, определяющий направление тока двигателя, отправляет сигнал на ПЛК 6 о том, что обдувочная труба перемещается в регенерационную печь, и, как следствие, ПЛК 6 начинает открытие направленно регулируемого клапана 4. Клапан 5 с ручным управлением (в обычных условиях) установлен в открытое положение. Соответственно, пар поступает во внутреннюю трубу 13 для подачи пара, из которой, таким образом, подается под максимальным давлением через сопло 12. На протяжении всего процесса перемещения обдувочной трубы 11 из внутреннего положения, показанного на фиг.1, до полностью выдвинутого положения, показанного на фиг.2, производится подача пара для обеспечения эффективного обдувания поверхностей теплообмена регенерационной печи. После этого на центральный блок 60 управления поступает сигнал датчика (который может быть выполнен на основе одного из различных сенсорных и/или измерительных устройств) о том, что обдувочная труба 11 достигла точки поворота, что обеспечивает изменение направления тока электропитания под действием управляющего механизма двигателя 2, и начинается, таким образом, выведение трубы 11. Одновременно с изменением направления тока в двигателе 2 датчик 22 подает сигнал на ПЛК (и/или центральный блок 60 управления) для закрытия направленно регулируемого клапана 4. Таким образом, клапан 4 перекрывает подачу пара в обдувочную трубу 11, так что выведение указанной трубы происходит при отсутствии обдувания. Для обеспечения охлаждения обдувочной трубы во время ее выведения производится подача небольшого количества пара с помощью перепускного трубопровода 41, идущего в обход клапана 4. При повторном переходе трубы 11 в полностью введенное положение на центральный блок 60 управления и на двухпозиционный клапан 3 подается сигнал, вызывающий закрытие указанного клапана 3 и выключение двигателя 2. Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом функционирования предложенной обдувочной системы, одновременно с прекращением вышеописанной подачи пара через обдувочную трубу 11 центральный блок 60 запускает обдувку с помощью другого (например, соседнего, см. фиг.3) обдувочного устройства 1'. Соответственно, центральный блок 60 управления начинает открытие двухпозиционного клапана 3' соседнего обдувочного устройства 1', включение его двигателя 2', а также открытие направленно регулируемого клапана 4', так что прекращение подачи пара в обдувочное устройство 1 происходит одновременно с началом подачи пара в соседнее обдувочное устройство 1'. Таким образом, две обдувочные трубы 11 (и 11', на чертежах не показана) перемещаются в противоположных направлениях, т.е. выведение одной из указанных труб 11 из печи начинается с началом введения в печь другой трубы. В результате очистка осуществляется с удвоенной (или более, при меньшей степени спекания) интенсивностью при том же количестве используемого пара, что и при традиционном методе очистки.
На фиг.3 изображена обдувочная система для регенерационной печи 8, содержащая ряд обдувочных устройств. Обдувочная система как таковая показана схематически, но при этом она содержит перегреватель, конвекционную часть и экономайзер, на поверхностях нагрева которых образуются отложения, подлежащие удалению с помощью обдувки. Поскольку большинство существующих регенерационных печей имеет значительную ширину, то показана система, предназначенная для использования в правой части регенерационной печи, при этом в ее левой части устанавливается идентичная обдувочная система (которая очевидно не требуется в случае малой ширины регенерационной печи). Пар подается из надлежащего источника через трубу 74 к редукционному клапану 75, в котором производится снижение давления до уровня, подходящего для обдувки, и после которого через трубу 7 пар подается к ряду в целом вертикальных разветвленных трубопроводов 71, 72, 73. Изображенный вариант выполнения содержит три трубопровода 71, 72, 73, отходящие соответственно к перегревателю, к конвекционной части и к экономайзеру. К трубопроводам 71, 72, 73 присоединены трубы 76 для подачи пара в обдувочные устройства 1. Указанные трубы 76 для подачи пара ведут к клапану 5, показанному на фиг.1, однако, как изображено на фиг.3, некоторые из указанных труб 76 в перегревателе (или в любой другой части регенерационной печи) могут производить подачу пара более чем к одному обдувочному устройству 1. Изображенный вариант выполнения содержит 15 обдувочных устройств 1 в перегревателе, 9 обдувочных устройств в конвекционной части и 8 обдувочных устройств в экономайзере. Очевидно, что при необходимости может использоваться и другое количество обдувочных устройств. В нижней части трубопроводы 71, 72, 73 соединены в общую выпускную трубу 77 со сливным клапаном 78, предназначенным для дренажа системы подачи пара (опять же очевидно, что возможны различные варианты выполнения, например каждый трубопровод может иметь собственный слив). Клапан 78 может управляться терморегулятором 79 или другим стандартным устройством. Из чертежей видно, что большинство обдувочных устройств выполнено в соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг.1 и 2. Как указано выше, одно из обдувочных устройств 1' обозначено другим номером позиции для более ясного представления предпочтительного способа (см. выше, стр.9) осуществления обдувки в соответствии с изобретением. Кроме того, из фиг.3 также видно, что для обеспечения работы в соответствии с изобретением в пределах, предусмотренных изобретением, как указано выше, достаточно использовать только один клапан 4, который на чертеже расположен в правом ряду обдувочных устройств экономайзера. Кроме того, в этой части с более низкой температурой может отсутствовать необходимость в охлаждении при выведении трубы из печи, т.е. пропадает необходимость в использовании перепускного трубопровода.
В варианте выполнения, изображенном на фиг.4, обдувочное устройство 1 имеет два концевых переключателя 31А, 31В, которые расположены в местах конечных позиций трубы 11 и могут представлять собой механические или оптические концевые переключатели или индуктивные сенсорные переключатели. Сигналы с указанных концевых переключателей 31А, 31В передаются непосредственно на приводной механизм (на чертежах не показан) направленно регулируемого клапана 4 или иное управляющее устройство (на чертежах не показано), которое используется для определения и/или задания направления перемещения обдувочной трубы и для управления открытием и закрытием направленно регулируемого клапана 4. Кроме того, на фиг.4 показано ограничивающее устройство 42, действующее на клапан 4, которое в некоторых вариантах выполнения может использоваться для обеспечения уменьшения потока, например для пропускания уменьшенного потока пара через некоторые участки регенерационной печи, например через экономайзер.
В варианте выполнения обдувочного устройства 1, изображенном на фиг.5, для обеспечения работы в соответствии с изобретением используется существующий тарельчатый клапан 3 (или новый тарельчатый клапан). Современный механически управляемый тарельчатый клапан 3 обычно управляется устройством, соединенным с тележкой 14, которое открывает тарельчатый клапан 3, когда указанная тележка выходит из внутреннего положения (перемещается в рабочее положение). Таким образом, традиционный тарельчатый клапан 3 как таковой не может использоваться для обеспечения работы в соответствии с изобретением. Однако в варианте выполнения, изображенном на фиг.5, тарельчатый клапан 3 оснащен закрывающим средством 30, которое соединено с подвижным устройством (на чертеже не показано), действующим аналогично устройству, соединенному с тележкой 14. Таким образом, подвижное устройство закрывающего средства 30 обеспечивает закрытие клапана 3 независимо от положения тележки 14. Обдувочное устройство, изображенное на фиг.5, может приводиться в действие в соответствии с изобретением путем соединения указанного закрывающего средства 30 с ПЛК 61 или центральным блоком 60 управления.
Существуют также другие способы управления направленно регулируемым клапаном 4, предназначенные для контроля за его закрытием и открытием для пропуска потока пара к обдувочной трубе 11. Для примера, направление поворота обдувочной трубы 11 может определяться любым подходящим механическим устройством и/или синхронизируемым триггером без необходимости определения направления перемещения или положения обдувочной трубы 11. Также существует множество различных способов механического воздействия и прямого включения привода через параллельный привод двигателя 2 обдувочного устройства, а также различные варианты указанных выше способов.
Основным принципом для понимания процесса обдувки, известным из уровня техники, является то, что около 90% очистки происходит при введении обдувочной трубы 11, а остальные 10% - при ее выведении. Выполнение направленно регулируемого клапана 4 в соответствии с изобретением на обдувочном устройстве 1 или, более конкретно, в трубах 45, 35, 15 для подачи пара перед обдувочным устройством обеспечивает возможность перекрытия потока пара в любой необходимый момент работы трубы 11, предпочтительно во время ее перемещения, например во время ее введения в печь или, наоборот, во время ее выведения из печи. Такой способ работы обеспечивает сокращение расхода пара на 50% при сохранении эффективности удаления копоти на уровне 90%. Соединение каждого обдувочного устройства с отдельным вторым двухпозиционным клапаном 4 обеспечивает возможность одновременного управления несколькими обдувочными устройствами вне зависимости от направления их взаимного перемещения, что является существенным преимуществом согласно изобретению.
Обдувочные устройства 1 приводятся в действие через равные интервалы (около 45-300 минут) для обеспечения непрерывного удаления отложений с поверхностей нагрева. Отложения, имеющие пылеобразную структуру при оседании на поверхностях нагрева, спекаются под воздействием тепла в промежутках между очистками. Трудноотделяемые, спекшиеся отложения постепенно засоряют регенерационную печь, в результате чего появляется необходимость в ее остановке для проведения очистки. Благодаря параллельной работе двух устройств 1 при осуществлении обдувки в соответствии с изобретением, промежуток между двумя очистками сокращается вдвое, так что в большинстве случаев отложения не успевают спечься за это время. В результате наблюдается повышение эффективности очистки более чем на 100%, поскольку практически полностью предотвращается долговременное накопление/спекание загрязнений, реже возникает (а в некоторых случаях и вовсе исключается) необходимость остановки регенерационной печи для проведения очистки, а более эффективная очистка поверхностей теплообмена обеспечивает увеличение теплопередачи, т.е. снижение коэффициента теплопередачи. Данное изобретение обеспечивает возможность параллельного функционирования двух или более устройств 1, а также полное перекрытие или уменьшение потока пара, проходящего через обдувочные трубы 11 в течение требуемого/установленного периода при их нахождении в активном состоянии (т.е. при введении в печь или выведении из нее в нормальных условиях). Одновременное непрерывное функционирование устройств 1 приводит к увеличению эффективности более чем на 100% без увеличения расхода пара.
Благодаря использованию запуска с задержкой, при котором «следующее обдувочное устройство 1'» начинает выводиться из регенерационной печи не сразу (или после заданного перерыва/паузы) после начала обратного перемещения трубы 11, становится возможным плавное и одновременное регулирование расхода пара и эффективности.
Для примера, плавное регулирование позволяет регулировать удаление копоти (при условии, что все обдувочные устройства перемещаются с одинаковой скоростью) между следующими уровнями.
Низкий уровень расхода пара:
- одновременно приводится в действие только одно обдувочное устройство 1;
- снижение расхода пара при удалении копоти составляет 50%;
- эффективность удаления копоти сохраняется на уровне 90%.
Высокий уровень эффективности удаления копоти:
- два обдувочных устройства 1 постоянно работают одновременно (т.е. следующее начинает работать, когда предыдущее начинает возвращаться назад);
- расход пара равен расходу пара при обычном удалении копоти;
- эффективность удаления копоти увеличивается более чем на 100%.
Средний уровень, который может иметь место в процессе работы:
- функционирование трубы 11' «следующего обдувочного устройства 1'» начинается, когда труба 11 предыдущего устройства проходит половину пути назад;
- снижение расхода пара при удалении копоти составляет 33%;
- эффективность удаления копоти увеличивается более чем на 33%.
На фиг.6 изображен конкретный вариант выполнения закрывающего средства 30, схематически описанного при рассмотрении фиг.5. Как указано применительно к фиг.5, такой тип решения основан на использовании существующего тарельчатого клапана 3 в сочетании с закрывающим средством 30, что исключает необходимость дополнительного клапана. Как известно, в обычных условиях существующий тарельчатый клапан 3 находится в закрытом положении под действием пружины, устанавливающей шток клапана в закрывающее положение. Рычаг 3А установлен с возможностью поворота и предназначен для обеспечения перемещения штока клапана 3 (вниз на фиг.6) и, следовательно, открытия клапана 3 при повороте рычага 3А вправо на фиг.6. Во многих известных устройствах рычаг 3А приводится в действие при помощи стержня 16, который перемещается вправо и фиксируется (с помощью эксцентрикового фиксирующего устройства) после выхода тележки 14 и трубы 11 из положения покоя и, таким образом, остается в зафиксированном положении до возвращения тележки 14 и трубы 11 в указанное положение. Следовательно, как описано выше применительно к известному уровню техники, тарельчатый клапан 3 остается в открытом положении все время, пока труба 11 и тележка 14 перемещаются вперед и назад.
В варианте выполнения, показанном на фиг.6, установлен известный управляющий механизм. Однако стержень 16 присоединен не напрямую к рычагу 3А, а к устройству 301 позиционирования, которое в свою очередь неподвижно прикреплено к поршневому цилиндру 303. Устройство 301 позиционирования проходит вдоль поршневого цилиндра 303 и имеет общую с ним ось. Кроме того, устройство 301 позиционирования имеет проем 302. В указанном проеме 302 расположен с возможностью скольжения позиционирующий элемент 304, длина которого меньше половины длины проема 302, что обеспечивает перемещение элемента 304 в проеме 302. Элемент 304 неподвижно прикреплен к поршню 305 поршневого цилиндра 303. Таким образом, позиционирующий элемент 304 может перемещаться вперед и назад в проеме 302 под действием поршневого цилиндра 303. Кроме того, поршневой цилиндр 303 и устройство 301 позиционирования могут перемещаться вперед и назад под действием стержня 16. Верхний конец рычага 3А клапана 3 присоединен с возможностью поворота к крепежному устройству 308, которое в свою очередь неподвижно прикреплено к позиционирующему элементу 304. Кроме того, для подачи сжатого воздуха к поршневому цилиндру 303 для обеспечения его перемещения в одном из направлений, а также, в некоторых вариантах выполнения, для размещения позиционирующего элемента 304 в требуемом положении используются изображенные на чертеже соединители 306, 307.
Устройство, изображенное на фиг.6, работает следующим образом. Когда тележка 14 и обдувочная труба 11 находятся в положении покоя, стержень 16 выдвинут в крайнее положение и зафиксирован в нем. В таком положении устройство 301 позиционирования и позиционирующий элемент 304 расположены таким образом, что тарельчатый клапан 3 не может быть открыт путем приведения в действие поршневого цилиндра 303, кроме того, нахождение позиционирующего элемента 304 в крайнем правом положении в проеме 302 также препятствует активации рычага 3А, а следовательно, и открытию тарельчатого клапана 3. Таким образом, устройство 301 и элемент 304 расположены относительно рычага 3А тарельчатого клапана 3 таким образом, что клапан 3 остается в закрытом положении вне зависимости от положения позиционирующего элемента 304 в проеме 302.
После начала перемещения (в данном случае вправо на фиг.6) тележки 14 и трубы 11 стержень 16 перемещается в рабочее положение, т.е. вправо до крайнего введенного положения. После этого тарельчатый клапан 3 может быть приведен в действие с помощью закрывающего устройства 30. Однако благодаря устройству 301 позиционирования и возможности перемещения позиционирующего элемента 304 под действием поршневого цилиндра 303, тарельчатый клапан 3 также может быть закрыт, когда стержень 16 находится в рабочем положении. Перемещение позиционирующего элемента 304 вправо вызывает поворот рычага 3А и открытие тарельчатого клапана 3, вследствие чего пар поступает в обдувочную трубу 11 через патрубок 15. Таким образом, клапан 3 полностью открывается, когда элемент 304 находится в крайнем выдвинутом положении, т.е. в конце проема 302 на максимальном расстоянии от поршневого цилиндра 303.
При подаче через подающий соединитель 306 к поршневому цилиндру 303 сжатого воздуха поршень 305 перемещается влево, вызывая перемещение влево позиционирующего элемента 304 и рычага 3А и закрывая, таким образом, клапан 3. В промежуточном положении возможно достижение ограничения потока пара.
Таким образом, регулирование подачи сжатого воздуха в соединители 306, 307 обеспечивает получение любого требуемого положения тарельчатого клапана 3 при нахождении стержня 16 в крайнем введенном положении. Например, система управления может быть выполнена с обеспечением подачи сжатого воздуха в подающий соединитель 307 с самого начала перемещения тележки 14 и обдувочной трубы 11, обеспечивая поддержание клапана 4 в открытом состоянии во время их перемещения наружу. После достижения конечного положения датчик 31В подает сигнал на блок управления (на чертежах не показан), начиная подачу сжатого воздуха в другой подающий соединитель 306, вследствие чего поршень 305 перемещается внутрь, закрывая клапан 3 и, следовательно, прекращая подачу пара во время возвратного перемещения. Очевидно, что поршневой цилиндр 303 может использоваться также для установки поршня 305 в промежуточное положение во время, например, возвратного перемещения, обеспечивая, таким образом, при необходимости подачу пара в количестве, достаточном для охлаждения. В связи с этим, для специалиста в данной области техники очевидно, что использование данного изобретения обеспечивает возможность подачи охлаждающего пара в определенное количество труб 11, в то время как в другие трубы подача пара не производится, например, в зависимости от того, в каком месте в котле-регенераторе используется труба 11. Как известно, некоторые области в котле-регенераторе более горячие, чем другие, и, соответственно, охлаждение требуется не всегда и не везде. Использование данного изобретения обеспечивает возможность независимой оптимизации для каждого котла-регенератора с возможностью подачи охлаждающего пара только к тем участкам, где это необходимо, в результате чего достигается дополнительная экономия расхода пара.
Для специалиста в данной области техники очевидно, что для обеспечения функционирования, описанного при рассмотрении фиг.6, могут использоваться различные решения. Например, возможно использование различных позиционирующих/питающих устройств, таких как гидравлические поршневые цилиндры, электрические установки и т.д. Кроме того, следует понимать, что вместо стержня 16 могут использоваться и другие механические соединители, например провод или цепной механизм, обеспечивающие установку устройства 301 позиционирования в соответствии с положением стержня 16. Также следует понимать, что вместо механических средств, соединенных с обдувочной трубой 11/тележкой 14, для обеспечения позиционирования стержня 16 могут использоваться электрические датчики, например различные выключатели, подводящие электричество к механическим средствам 30 после возвращения тележки 14 в положение покоя.
На фиг.7 схематически показано, что данное изобретение может использоваться в соединении с системой управления с пневматическим приводом, в результате чего необходимость в дополнительных системах управления в обдувочном устройстве 1 сводится к минимуму. Из чертежа также видно, что оба концевых переключателя 31А, 31В, внутренний и внешний, приводятся в действие с помощью рычажного механизма, обеспечивающего перевод пневматического клапана в одно из двух положений. На чертеже также показан управляющий клапан 309, который соединен с линиями подачи, ведущими к соединителям 306, 307 поршневого цилиндра 303. К обеим линиям, в которых установлены концевые переключатели 31А, 31В и расположен управляющий клапан 309, подается сжатый воздух. Как описано выше, тарельчатый клапан 3 в положении покоя закрыт. Начало перемещения обдувочной трубы 11 вызывает поворот внутреннего концевого переключателя 31А вниз, открывая проход потоку воздуха через центральный клапан управления 309 и перемещая указанный клапан в первое положение, вследствие чего сжатый воздух подается к соединителю 307, вызывая перемещение поршня 305, ведущее к открытию клапана 3. Достижение трубой 11 конечного положения вызывает поворот внешнего концевого переключателя 31 В и, соответственно, открытие соответствующего ему клапана, так что центральный клапан 309 управления перемещается во второе положение (т.е. вправо на фиг.7), вследствие чего сжатый воздух подается к соединителю 306. В результате поршень 305 перемещается внутрь и вызывает закрытие двухпозиционного клапана. Для специалиста очевидно, что выше схематически описан только один из вариантов выполнения, показывающий, что функционирование в соответствии с данным изобретением, а также основные преимущества, получаемые при его использовании, могут быть достигнуты путем применения самых различных устройств управления, а также других устройств и их комбинаций.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Данное изобретение не ограничено указанными предпочтительными вариантами выполнения и может изменяться в рамках прилагаемой формулы изобретения. Например, данное изобретение может использоваться для модернизации существующих обдувочных систем, содержащих переднюю и заднюю системы, которые могут функционировать при взаимно изменяющихся значениях давления пара, а обдувочные устройства одной из указанных систем могут приводиться в действие независимо от обдувочных устройств другой системы. При необходимости увеличения мощности потока пара, выходящего из сопел, могут использоваться сопла Лаваля. Кроме того, для специалиста очевидно, что существуют различные способы оптимизации работы обдувочной системы с помощью использования компьютеризированных автоматических устройств управления, на которые подаются измерительные сигналы (например, значение коэффициента теплопередачи) от различных датчиков, а также с помощью использования оптических датчиков, определяющих положение различных объектов, температурных датчиков, датчиков давления, индуктивных датчиков и т.д. Кроме того, очевидно, что область применения данного изобретения не ограничена котлами-регенераторами и что оно обеспечивает соответствующие преимущества при использовании в других областях, где существуют подобные проблемы, например в котлах и/или в химических реакторах других типов. Также в данном изобретении в качестве охлаждающей/чистящей среды может использоваться не только пар, но и другие среды, например в качестве охлаждающей среды может использоваться воздух.
Конструкция данного изобретения обеспечивает легкую установку, при этом для нее характерны следующие отличительные признаки.
- Простой дизайн и низкая стоимость одной установки.
- Простота механического монтажа.
- Необходимость в малом количестве дополнительного электропитания (или электрических сигналов) или отсутствие такой необходимости.
- Небольшая модификация существующих управляющих программ и установок.
Данное изобретение обеспечивает по меньшей мере следующие преимущества для пользователя или оператора.
- Простота регулировки удаления копоти, позволяющая достичь максимальной производительности при минимальном расходе пара.
- Повышение производительности регенерационной печи, которое может быть использовано для повышения эффективности производства химикатов и пара.
- Снижение расхода пара (повышение общей эффективности регенерационной печи).
- Получение быстрой выгоды благодаря снижению расхода и цены использованного пара.
- Простой и понятный процесс установки с низкой степенью риска.