УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ САЖИ И ПЫЛИ
SOOT AND DUST CATCHER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пылеудаляющим устройствам, применяемым, например, в энергоустановках комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией и энергоустановках комбинированного цикла для сжигания топлива в кипящем слое под давлением, в частности к пылеудаляющему устройству, в котором предусмотрена повторяющаяся операция обратной продувки, в ходе которой с высокой частотой происходят подача и прекращение подачи продувочной среды высокого давления, а управление ходом этой операции происходит при помощи клапанов.
Уровень техники
В качестве системы для удаления пыли из запыленного газа из уровня техники известно применение фильтровальной установки со свечевым фильтром на основе фильтрующих элементов из пористого материала. Эта система обеспечивает улавливание, сбор и удаление пыли из газа, проходящего через пористые фильтрующие элементы. Следовательно, по мере нарастания припекшейся пыли, скапливающейся на фильтрующих поверхностях пористых фильтрующих элементов, увеличивается аэродинамическое сопротивление течению, в результате чего увеличивается перепад давлений на пористых фильтрующих элементах (перепад давлений на фильтре).
Следовательно, для уменьшения перепада давлений на пористых фильтрующих элементах, нужного для непрерывной работы технологической установки, необходимо, чтобы функционировала система обратной продувки, в которой обратная продувка осуществляется путем вдувания газа высокого давления в выходные отверстия пористых фильтрующих элементов для отделения и удаления пыли, осевшей на поверхностях пористых фильтрующих элементов.
В известном примере фильтровальной системы на основе пористых элементов, показанной на фиг.7, для изображенных на чертеже узлов и деталей использованы следующие позиционные обозначения: номер позиции 10 - пористый фильтр (пылеудаляющее устройство), 12 - корпус сосуда, 14 - пористый фильтрующий элемент, 16 - служащая держателем трубчатых фильтрующих элементов листовая перегородка, 18 - труба подвода запыленного газа, 20 - выходное отверстие очищенного газа, 22 - выходное отверстие для выгрузки пыли. Этот пористый фильтр 10 выполнен такой конфигурации, что запыленный газ вводится из трубы 18 подвода запыленного газа в корпус 12 сосуда, проходит через имеющиеся в большом количестве пористые фильтрующие элементы 14 и истекает из сосуда через выходное отверстие 20 очищенного газа. Следовательно, по мере того, как запыленный газ проходит пористые фильтрующие элементы 14, пыль, состоящая из частиц, отделяется от газа, не будучи в состоянии пройти через пористые фильтрующие элементы 14, и оседает и скапливается на фильтрующих поверхностях пористых фильтрующих элементов 14.
Кроме того, система обратной продувки для отделения и удаления припекшейся пыли, осевшей и образовавшей нарост на фильтрующих поверхностях пористых фильтрующих элементов 14, выполнена с возможностью вдувания газа высокого давления в сопла 34 обратной продувки через главную трубу 31 обратной продувки, соединенную с оборудованием 30 подачи газа высокого давления, таким как компрессор. Это означает, что система обратной продувки для пористого фильтра 10 может осуществлять вдувание газа высокого давления в выходные отверстия пористых фильтрующих элементов 14 (выходные отверстия для выпуска очищенного газа) в направлении, противоположном направлению течения запыленного газа, с целью отделения и удаления припекшейся пыли, осевшей на фильтрующих поверхностях, посредством потока газа высокого давления.
В этой показанной ради примера конструкции для того, чтобы обеспечить непрерывность технологического процесса, в котором задействовано предлагаемое в изобретении устройство, фильтровальная группа, состоящая из большого числа пористых фильтрующих элементов 14, установленных в корпусе 12 сосуда, поделена на несколько (в показанном примере - четыре) областей очистки, и для соответствующих групп областей очистки имеются четыре трубы 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки, ответвляющихся от главной трубы 31 обратной продувки и независимых от нее. В трубах 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки имеются, соответственно, клапаны 36а, 36b, 36с и 36d обратной продувки.
Управление операциями открытия/закрытия клапанов 36а, 36b, 36с и 36d обратной продувки организовано таким образом, чтобы регулярная обратная продувка осуществлялась для каждой группы или для каждого комплекса из нескольких отдельных групп, так что наблюдается более однородный характер течения запыленного газа через корпус 12 пористого фильтра 10. Для труб 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки и клапанов 36а, 36b, 36с и 36d обратной продувки использованы обобщающие названия, соответственно, трубы 32 обратной продувки и клапаны 36 обратной продувки, за исключением тех случаев, где необходимо провести четкое различение областей очистки.
В качестве прототипа настоящего изобретения выбрано известное из уровня техники устройство, раскрытое в японском документе JP 3128261, представляющее собой устройство обратной продувки, в котором используется сжатый газ и которое состоит из источника сжатого газа и ограниченного пространства, играющего роль резервуара газа, при этом в конструкции имеются клапаны, один из которых находится с верхней по потоку стороны от этого пространства, а другой - с его нижней по потоку стороны. Это устройство обратной продувки выполнено в такой конфигурации, что в качестве нижнего по потоку клапана для удаления с помощью короткого импульса всей пыли, осевшей на керамических фильтровальных трубках, используется клапан с высокой скоростью отклика (высоким быстродействием).
В целях уменьшения количества газа высокого давления, подаваемого к пористым фильтрующим элементам, необходимо, чтобы в системе, обеспечивающей регулярную подачу используемого для обратной продувки газа высокого давления для осуществления обратной продувки, как в описанной выше известной фильтровальной системе на основе пористых элементов, клапаны обратной продувки, которые открываются и закрываются для подачи газа высокого давления, срабатывали с высокой скоростью (время переключения из закрытого состояния в открытое состояние, или наоборот, из открытого состояния в закрытое состояние составляет порядка 0,1-0,2 с).
Кроме того, клапаны обратной продувки описанной выше системы обратной продувки, как правило, срабатывают каждые несколько минут для переключения между подачей газа высокого давления и прекращением этой подачи.
Время, в течение которого подается газ высокого давления (операционное время клапанов обратной продувки от момента открытия до момента закрытия), составляет несколько секунд (5 с или менее, предпочтительно 1 с или менее). Из этого следует, что для типа клапана обратной продувки, который открывается и закрывается за счет вращения приводящего клапан элемента на 90°, требуется чрезвычайно высокая частота вращения (частота поворотов в положение "клапан открыт" и в положение "клапан закрыт").
Следовательно, клапаны обратной продувки открываются и закрываются с высокой частотой (от нескольких десятков тысяч до сотен тысяч раз в год) и высокой скоростью (время перехода из исходного закрытого состояния снова в закрытое состояние, с промежуточным пребыванием в открытом состоянии, составляет от около 0,2 с до нескольких секунд), что делает обеспечение надежности важной проблемой.
Если клапаны обратной продувки выходят из строя, то становится невозможна обратная продувка пористых фильтрующих элементов в некоторых областях очистки, что, возможно, приводит к увеличенным потерям давления в этой фильтровальной системе или к тому, что обрабатывается лишь ограниченное количество запыленного газа (получается ограниченная нагрузка установки вследствие ограниченного количества запыленного газа, подвергающегося обработке пылеудаляющим устройством).
Для устранения этого недостатка существует потребность в повышении срока службы и эксплуатационной надежности пылеудаляющего устройства, имеющего систему обратной продувки с фильтрующими элементами, предусматривающую использование газа высокого давления, в которой будут улучшены рабочие условия для клапанов обратной продувки, которым приходится открываться и закрываться с высокой частотой.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения, актуальность которого продиктована изложенными выше обстоятельствами, состоит в создании пылеудаляющего устройства, содержащего систему обратной продувки, предусматривающую использование газа высокого давления, которая обладала бы повышенными сроком службы и эксплуатационной надежностью за счет улучшения условий работы, таких как частота открытия и закрытия клапанов обратной продувки.
Поставленная задача решается в настоящем изобретении с помощью приведенных ниже решений.
Предлагаемое в изобретении пылеудаляющее устройство представляет собой пылеудаляющее устройство, в котором пыль, уловленная из газа, пропущенного через установленную в корпусе сосуда фильтровальную группу, и собравшаяся на фильтрующих поверхностях, удаляется с фильтрующих поверхностей путем обратной продувки, при которой посредством клапанов повторно выполняются подача и прекращение подачи продувочной среды высокого давления, выбрасываемой к фильтрующим элементам; в тракте прохождения продувочной среды высокого давления, по которому она направляется от источника продувочной среды высокого давления к соплу обратной продувки для ее выбрасывания к фильтровальной группе, установлен резервуар, аккумулирующий давление продувочной среды и снабженный верхним по потоку клапаном обратной продувки и нижним по потоку клапаном обратной продувки, с формированием линии подачи продувочной среды высокого давления; и давление на выходе источника продувочной среды высокого давления задается таким образом, чтобы его отношение к давлению газа на входе в фильтр было больше или равно частному от деления единицы на критическое отношение давлений, благодаря чему скорость течения продувочной среды высокого давления, выбрасываемой из сопла обратной продувки, равна скорости звука или превышает ее.
В этом пылеудаляющем устройстве благодаря тому, что в тракте прохождения продувочной среды высокого давления, по которому она направляется от источника продувочной среды высокого давления к соплу обратной продувки для ее выбрасывания к фильтровальной группе, установлен резервуар, аккумулирующий давление продувочной среды и снабженный верхним по потоку клапаном обратной продувки и нижним по потоку клапаном обратной продувки, с формированием линии подачи продувочной среды высокого давления, а также тому, что давление на выходе источника продувочной среды высокого давления задается таким образом, чтобы его отношение к давлению газа на входе в фильтр было больше или равно частному от деления единицы на критическое отношение давлений, вследствие чего скорость течения продувочной среды высокого давления, выбрасываемой из сопла обратной продувки, равна скорости звука или превышает ее, достигается, что для продувочной среды высокого давления, накапливаемой в резервуаре, аккумулирующем давление продувочной среды, служащем в качестве буферной емкости, выходное давление, при котором она подается к соплу обратной продувки, поддерживается на высоком значении без открытия и закрытия нижнего по потоку клапана обратной продувки с высокой скоростью, т.е. без использования в качестве нижнего по потоку клапана обратной продувки быстродействующего клапана. Это решение обеспечивает возможность надежной обратной продувки.
Кроме того, если верхний по потоку клапан обратной продувки закрыт во время обратной продувки, то газ высокого давления не подается к соплу обратной продувки в количестве, превышающем вместимость резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды, даже если операция открытия/закрытия нижнего по потоку клапана обратной продувки происходит с относительно невысокой скоростью.
Предпочтительно, чтобы в настоящем изобретении у выхода источника продувочной среды высокого давления был установлен накопительный резервуар для продувочной среды высокого давления, что дает уменьшение изменения давления продувочной среды высокого давления, т.е. получается стабилизация давления продувочной среды высокого давления, закачиваемой в резервуар, аккумулирующий давление продувочной среды.
Предпочтительно предусмотреть наличие регулирующего клапана, который срабатывает в зависимости от внутреннего давления в резервуаре, аккумулирующем давление продувочной среды, при этом находится со стороны источника продувочной среды высокого давления по отношению к резервуару, аккумулирующему давление продувочной среды.
Предпочтительно, чтобы в настоящем изобретении за источником продувочной среды высокого давления линия подачи продувочной среды высокого давления разветвлялась на несколько ветвей подачи продувочной среды высокого давления, которые поставлены в соответствие нескольким областям очистки, на которые поделена фильтровальная группа. Такое решение позволяет уменьшить количество продувочной среды высокого давления, требуемое на операцию обратной продувки, за счет чего можно легко использовать в качестве нижнего по потоку клапана обратной продувки медленнодействующий клапан вместе с резервуаром, аккумулирующим давление продувочной среды, относительно малой вместимости.
Предпочтительно, чтобы в настоящем изобретении задействуемая для проведения обратной продувки процедура открытия/закрытия верхних и нижних по потоку клапанов обратной продувки включала процедуру подготовки к обратной продувке, состоящую из процедуры закачки продувочной среды высокого давления путем закрытия нижнего по потоку клапана обратной продувки и открытия верхнего по потоку клапана обратной продувки для зарядки резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды, продувочной средой высокого давления с повышением в нем давления до заданного значения, и процедуры поддержания давления путем закрытия верхнего по потоку клапана обратной продувки для поддержания давления в резервуаре, аккумулирующем давления продувочной среды, на заданном значении; и последовательно выполняемую процедуру обратной продувки, состоящую из процедуры осуществления обратной продувки путем открытия нижнего по потоку клапана обратной продувки в течение заданного времени для подачи продувочной среды высокого давления из резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды, к соплу обратной продувки, процедуры повторной закачки продувочной среды высокого давления путем закрытия нижнего по потоку клапана обратной продувки и открытия верхнего по потоку клапана обратной продувки для повторной зарядки резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды, продувочной средой высокого давления с повышением в нем давления до заданного значения, и процедуры поддержания полученного повторной закачкой давления путем закрытия верхнего по потоку клапана обратной продувки для поддержания полученного повторной закачкой давления в резервуаре, аккумулирующем давления продувочной среды, на заданном значении, при этом процедура обратной продувки осуществлялась после подтверждения завершения операции обратной продувки для каждой из нескольких областей очистки.
С помощью этой процедуры по завершении процедуры подготовки к обратной продувке, в ходе которой происходит закачивание продувочной среды высокого давления в резервуар, аккумулирующий давление продувочной среды, до достижения заданного давления, за счет чего в нем повышается давление, а также закрывается верхний по потоку клапан обратной продувки для поддержания давления в резервуаре, аккумулирующем давления продувочной среды, на заданном значении, может быть последовательно проведена обратная продувка одной за другой нескольких отдельных областей очистки путем подачи продувочной среды высокого давления из резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды, к соплу обратной продувки. Кроме того, по завершении обратной продувки в резервуар, аккумулирующий давление продувочной среды, может быть повторно закачана среда высокого давления для подготовки к следующей обратной продувке, в то время как проводится обратная продувка в отношении другой области очистки.
Предпочтительно, чтобы в настоящем изобретении завершение операции обратной продувки для каждой из областей очистки определялось на основании факта выдачи следующей по очереди команды верхнему и нижнему по потоку клапанам обратной продувки. Это позволяет без остановки продолжать последующую обратную продувку в следующей области очистки благодаря тому, что завершение обратной продувки принимается состоявшимся, даже если клапаны выходят из строя и останавливаются на полпути.
Предпочтительно, чтобы в настоящем изобретении на резервуаре, аккумулирующем давление продувочной среды, был установлен манометр для регистрации действующего в нем внутреннего давления. Это давление используется в качестве основы для определения момента времени, в который должно произойти закрытие верхнего по потоку клапана обратной продувки при выполнении процедуры поддержания давления, и момента времени, в который должно произойти закрытие нижнего по потоку клапана обратной продувки при выполнении процедуры повторной закачки продувочной среды высокого давления. Это облегчает управление для выставления давления в резервуаре, аккумулирующем давления продувочной среды, на значении, оптимально подходящем для обратной продувки.
Предпочтительно, чтобы в настоящем изобретении для регистрации перепада давлений на фильтровальной группе на корпусе сосуда был установлен дифференциальный манометр. Это дает возможность поддержания перепада давлений на фильтре в пределах подходящего диапазона за счет надлежащего изменения давления среды при обратной продувке и длительности цикла в зависимости от изменений перепада давлений на фильтре.
Преимущества изобретения
В описанном выше предлагаемом в изобретении пылеудаляющем устройстве резервуар, аккумулирующий давление продувочной среды и служащий в качестве буферной емкости, установлен для того, чтобы позволить использование для операции обратной продувки медленнодействующих клапанов. Использование медленнодействующих клапанов для операции обратной продувки улучшает условия работы клапанов обратной продувки, за счет чего обеспечивается значительное повышение срока службы клапанов обратной продувки и, как следствие, повышение эксплуатационной надежности пылеудаляющего устройства.
Кроме того, в случае выхода из строя клапанов обратной продувки количество продувочной среды высокого давления, подаваемой к фильтровальной группе пылеудаляющего устройства, ограничено вместимостью резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды, поскольку закрывается верхний по потоку клапан обратной продувки резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды. Следовательно, в пылеудаляющем устройстве уменьшается расход продувочной среды высокого давления, который вносит вклад в нарушение равномерности и однородности потока запыленного газа, что позволяет удалению пыли протекать непрерывно с менее изменчивым, более стабильным характером течения. За счет этого повышается стабильность работы пылеудаляющего устройства и, следовательно, установки, оборудованной этим устройством.
Краткое описание чертежей
На чертежах показано:
на фиг.1 - схематическое изображение конструкции предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства в первом варианте выполнения,
на фиг.2 - график для иллюстрации изменений давления и расхода газа высокого давления, происходящих при открытии и закрытии клапанов обратной продувки во время обратной продувки, где приведены кривые для предлагаемого в изобретении устройства и известного из уровня техники,
на фиг.3 - схематическое изображение конструкции предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства во втором варианте выполнения,
на фиг.4 - схематическое изображение конструкции предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства в третьем варианте выполнения,
на фиг.5 - схематическое изображение конструкции предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства в четвертом варианте выполнения,
на фиг.6 - схематическое изображение конструкции предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства в пятом варианте выполнения,
на фиг.7 - схематическое изображение конструкции известного из уровня техники устройства.
Осуществление изобретения
Ниже со ссылками на приложенные чертежи приведено описание вариантов выполнения предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства.
Первый вариант выполнения
На фиг.1 показан выполненный в соответствии с вариантом выполнения изобретения пористый фильтр 10А (пылеудаляющее устройство), представляющий собой фильтровальную систему со свечевым фильтром на основе фильтрующих элементов из пористого материала, удаляющую пыль из запыленного газа. Этот пористый фильтр 10А содержит фильтровальную группу, состоящую из большого числа пористых фильтрующих элементов 14, установленных в корпусе 12 сосуда. Запыленный газ вводится внутрь сосуда через трубу 18 подвода запыленного газа, расположенную в нижней части корпуса 12 сосуда.
Этот запыленный газ проходит через пористые фильтрующие элементы 14 в корпусе 12 сосуда и истекает из этого сосуда через выходное отверстие 20 очищенного газа. Во время этого процесса газовая составляющая запыленного газа проходит через пористые фильтрующие элементы 14, в то время как состоящая из частиц пыль оседает и скапливается на фильтрующих поверхностях. На чертеже номером позиции "16" обозначена служащая держателем трубчатых фильтрующих элементов листовая перегородка, создающая опору большому числу пористых фильтрующих элементов 14, а номером позиции "22" - выходное отверстие для выгрузки пыли, сквозь которое пыль выносится наружу из корпуса 12 сосуда.
Вышеназванный пористый фильтр 10А обеспечивает сбор пыли посредством фильтровальной группы, установленной в корпусе 12 сосуда, так что эта пыль скапливается на пористых фильтрующих элементах 14. Следовательно, для удаления находившейся в запыленном газе припекшейся пыли, осевшей и образовавшей нарост на фильтрующих поверхностях, пористый фильтр 10А снабжен системой обратной продувки для отделения и удаления припекшейся пыли посредством обратного потока газа.
Эта система обратной продувки осуществляет обратную продувку, т.е. удаляет пыль с фильтрующих поверхностей путем выбрасывания газа высокого давления (продувочной среды высокого давления), например, газообразного азота, в выходные отверстия фильтра к задним (противоположным рабочим фильтрующим поверхностям) поверхностям пористых фильтрующих элементов 14 для образования потока газа высокого давления в направлении, противоположном направлению протекания запыленного газа, за счет чего происходит отделение припекшейся пыли, осевшей на фильтрующих поверхностях. Эта обратная продувка выполняется путем повторения подачи и прекращения подачи газа высокого давления посредством операций открытия и закрытия клапанов, размещенных в линии подачи продувочной среды высокого давления.
Система обратной продувки для пористого фильтра 10А содержит выступающее в качестве источника продувочной среды высокого давления оборудование 30 подачи газа высокого давления, такое как компрессор, предназначенное для подачи газа высокого давления к соплам 34 обратной продувки. Линия подачи служащей для обратной продувки продувочной среды высокого давления, по которой газ высокого давления подается от оборудования 30 подачи газа высокого давления к соплам 34 обратной продувки, содержит, например, главную трубу 31 обратной продувки, соединенную с оборудованием 30 подачи газа высокого давления, и четыре трубы 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки, являющиеся ответвлениями от главной трубы 31 обратной продувки. Число труб обратной продувки не ограничивается четырьмя, как показано в данном случае, и может изменяться в зависимости от числа отдельных областей очистки, описанных ниже.
В описанной выше трубе 32а обратной продувки установлен продувочный резервуар 42а, выступающий в качестве резервуара, аккумулирующего давление продувочной среды, снабженный верхним по потоку клапаном 38а обратной продувки и нижним по потоку клапаном 40а обратной продувки. Подобным образом, в трубе 32b обратной продувки установлен продувочный резервуар 42b с верхним по потоку клапаном 38b обратной продувки и нижним по потоку клапаном 40b обратной продувки, в трубе 32с обратной продувки установлен продувочный резервуар 42с с верхним по потоку клапаном 38с обратной продувки и нижним по потоку клапаном 40с обратной продувки, а в трубе 32d обратной продувки установлен продувочный резервуар 42d с верхним по потоку клапаном 38d обратной продувки и нижним по потоку клапаном 40d обратной продувки. Это означает, что система обратной продувки в этом варианте выполнения имеет такую компоновку клапанов, при которой в каждой линии обратной продувки установлены два клапана обратной продувки, между которыми разместился продувочный резервуар.
В последующем описании для труб 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки, верхних по потоку клапанов 38а, 38b, 38с и 38d обратной продувки, нижних по потоку клапанов 40а, 40b, 40с и 40d обратной продувки и продувочных резервуаров 42а, 42b, 42с и 42d использованы соответствующие обобщающие названия: трубы 32 обратной продувки, верхние по потоку клапаны 38 обратной продувки, нижние по потоку клапаны 40 обратной продувки и продувочные резервуары 42, за исключением тех случаев, где необходимо провести четкое различение областей очистки.
c
Кроме того, в главной трубе 31 обратной продувки вблизи выхода оборудования 30 подачи газа высокого давления (со стороны впуска верхних по потоку клапанов обратной продувки) установлен манометр 44 для измерения давления газа высокого давления, предназначенный для регистрации выходного давления Р газа высокого давления.
f
Кроме того, на корпусе 12 сосуда или в трубе 18 подвода запыленного газа установлен манометр 24 для измерения давления на входе в фильтр, предназначенный для измерения давления P газа на входе в пористые фильтрующие элементы 14.
В результате линия подачи продувочной среды высокого давления, по которой продувочный газ высокого давления, подлежащий выбрасыванию к фильтровальной группе пористых фильтрующих элементов 14, направляется от оборудования 30 подачи газа высокого давления к соплам 34 обратной продувки, находящимся в областях очистки, протягивается через главную трубу 31 обратной продувки и одну из труб 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки, которые образуют тракт продувочной среды высокого давления, и в этих трубах 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки установлены, соответственно, продувочные резервуары 42а, 42b, 42с и 42d, для которых предусмотрены, соответственно, верхние по потоку клапаны 38а, 38b, 38с и 38d обратной продувки и нижние по потоку клапаны 40а, 40b, 40с и 40d обратной продувки.
В показанной системе обратной продувки для обеспечения непрерывности технологического процесса, происходящего в установке, в которой используется пористый фильтр 10А, фильтровальная группа, состоящая из установленных в корпусе 12 сосуда пористых фильтрующих элементов 14, разделена на несколько (в проиллюстрированном примере - четыре) областей очистки. Деление на области очистки уменьшает количество газа высокого давления, требуемое на операцию обратной продувки, за счет чего можно легко использовать в качестве нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки медленнодействующие клапаны вместе с продувочными резервуарами 42 малой вместимости. Кроме того, могут быть уменьшены габариты оборудования 30 подачи газа высокого давления.
Кроме того, обратная продувка может осуществляться поочередно для каждой области очистки за счет того, что для соответствующих групп областей очистки обеспечены четыре трубы 32а, 32b, 32с и 32d обратной продувки, ответвляющиеся от главной трубы 31 обратной продувки и независимые от нее, и обеспечено открытие и закрытие верхних по потоку клапанов 38а, 38b, 38с и 38d обратной продувки и нижних по потоку клапанов 40а, 40b, 40 с и 40d обратной продувки для соответствующих областей очистки. Это означает, что управление процессом обратной продувки для каждой области очистки организовано так, чтобы регулярная обратная продувка осуществлялась для каждой группы или для каждого комплекса из нескольких отдельных групп, вследствие чего уменьшается расход используемого для обратной продувки газа высокого давления. Это сделано с целью получения более равномерного и однородного характера течения запыленного газа через корпус 12 пористого фильтра 10А.
с
f
с
f
с
f
с
f
Система обратной продувки такой конфигурации выставляет выходное давление Р оборудования 30 подачи газа высокого давления, регистрируемое манометром 44 для измерения давления газа высокого давления, равным критическому значению давления P газа на входе, регистрируемого манометром 24 для измерения давления газа на входе в фильтр, или превышающим его, так что скорость, с которой газ высокого давления выбрасывается из сопел 34 обратной продувки, представляет собой скорость звука или превышает ее. Здесь давление Р газа высокого давления выставляется таким образом, чтобы отношение P/Р, т.е. отношение давления P газа на входе в фильтр к давлению Р газа высокого давления было меньше или равно критическому отношению давлений. С использованием давления P газа на входе, регистрируемого манометром 24 для измерения давления на входе в фильтр, скорость течения газа высокого давления, выбрасываемого из сопел 34 обратной продувки, расположенных выше по потоку от манометра 24, может быть более надежно выставлена на скорости звука или выше.
Для нахождения критического отношения давлений используется следующее выражение:
<mrow><msub><mi>π</mi><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>p</mi><mi>f</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>p</mi><mi>c</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>2</mn><mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mfrac><mi>k</mi><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow></msup></mrow>
где k - показатель адиабаты.
кр
В случае использования в качестве продувочного газа азота k=1,4 и, следовательно, критическое отношение давлений π=0,5283.
с
f
Это означает, что для критического отношения давлений давление Р газа высокого давления в 1/0,5283=1,89 раз превышает давление P газа на входе в фильтр.
Управление работой клапанов системы обратной продувки, описанной выше, т.е. задействуемая для проведения обратной продувки процедура открытия/закрытия верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки и нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки, включает в себя "процедуру подготовки к обратной продувке", которая представляет собой управление работой клапанов перед выполнением обратной продувки, и "процедуру обратной продувки", которая представляет собой управление работой клапанов во время выполнения обратной продувки.
с
Процедура подготовки к обратной продувке состоит из процедуры закачки газа высокого давления путем закрытия нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки и открытия верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки для закачки газа высокого давления в продувочные резервуары 42 до достижения заданного давления, за счет чего в них повышается давление, и процедуры поддержания давления путем закрытия верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки для поддержания давления в продувочных резервуарах 42 на заданном значении. Это означает, что процедура подготовки к обратной продувке является подготовительной процедурой для вхождения в обеспечивающее возможность обратной продувки состояние путем закачки газа высокого давления до тех пор, пока давление в продувочных резервуарах 42 не достигнет заданного значения, которое в нормальной ситуации представляет собой давление, по существу равное выходному давлению Р, регистрируемому манометром 44 для измерения давления газа высокого давления.
Следующим этапом процедуры обратной продувки является процедура открытия и закрытия клапанов, состоящая из процедуры осуществления обратной продувки путем открытия нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки в течение заданного времени для подачи газа высокого давления от продувочных резервуаров 42 к соплам 34 обратной продувки, процедуры повторной закачки газа высокого давления путем закрытия нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки и открытия верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки для повторной закачки газа высокого давления в продувочные резервуары 42 до достижения заданного давления, за счет чего в них происходит повышение давления, и процедуры поддержания полученного повторной закачкой давления путем закрытия верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки для поддержания полученного повторной закачкой давления в продувочных резервуарах 42 на заданном значении. Эта процедура обратной продувки осуществляется последовательно вслед за тем, как завершение операции обратной продувки было подтверждено для каждой из нескольких областей очистки. Это означает, что как только завершение обратной продувки путем выбрасывания газа высокого давления из сопел 34 обратной продувки было подтверждено для одной области очистки, та же самая процедура обратной продувки осуществляется для следующей области очистки. Таким образом, все области очистки последовательно подвергаются обратной продувке.
Эта процедура обратной продувки осуществляется, периодически повторяясь с подходящей длительностью цикла, при этом каждый заход включает в себя последовательную обратную продувку всех областей очистки, однократную или заданное число раз.
с
Следовательно, по завершении процедуры подготовки к обратной продувке, в ходе которой происходит закачка газа высокого давления в продувочные резервуары 42 до достижения заданного давления (например, выходного давления Р), за счет чего в них происходит повышение давления, и также в ходе нее происходит закрытие верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки для поддержания давления в продувочных резервуарах 42 на заданном значении, возможна последующая обратная продувка одной за другой нескольких отдельных областей очистки за счет подачи газа высокого давления из продувочных резервуаров 42 к соплам 34 обратной продувки.
Кроме того, по завершении обратной продувки газ высокого давления можно повторно закачивать в продувочные резервуары 42 для подготовки к следующей обратной продувке, в то время как обратная продувка ведется в отношении другой области очистки. Предпочтительно, чтобы продувочные резервуары 42 имели вместимость, равную количеству газа высокого давления, требующемуся для примерно одной или двух операций обратной продувки.
Завершение операции обратной продувки для каждой области очистки, описанной выше, определяется на основании факта выдачи следующей по очереди команды к верхним по потоку клапанам 38 обратной продувки и нижним по потоку клапанам 40 обратной продувки. Это означает, что определение осуществляется путем подтверждения выдачи управляющей команды к клапанам, а не на основании того факта, была ли операция клапана в действительности завершена или нет. Соответственно, например, даже если клапаны выходят из строя и останавливаются на полпути, то можно считать, что обратная продувка завершена, исходя из подтверждения выдачи управляющей команды.
Таким образом, даже если в работе клапанов происходит сбой, обратная продувка и после этого продолжается в следующей области очистки без остановки, так что выход из строя одного клапана не приводит к остановке всей системы обратной продувки.
Согласно этому варианту выполнения, благодаря тому, что продувочные резервуары 42, служащие в качестве буферных емкостей, с целью накопления газа высокого давления при заданном давлении установлены между верхними по потоку клапанами 38 обратной продувки и нижними по потоку клапанами 40 обратной продувки, эти резервуары 42 поддерживают на высоком значении выходное давление, под которым газ подается к соплам 34 обратной продувки, что позволяет получить значительный эффект обратной продувки без использования быстродействующих клапанов в качестве нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки.
Кроме того, благодаря тому, что верхние по потоку клапаны 38 обратной продувки, находящиеся по ходу движения газа перед продувочными резервуарами 42, закрыты во время обратной продувки, в течение которой открыты нижние по потоку клапаны 40 обратной продувки, количество газа высокого давления, истекающего из сопел 34 обратной продувки в пористые фильтрующие элементы 14 в областях очистки, не превышает вместимости продувочных резервуаров 42 даже, если операция открытия/закрытия нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки происходит с относительно невысокой скоростью. Кроме того, по мере того, как с течением времени давление в продувочных резервуарах 42 уменьшается, уменьшается расход газа высокого давления, выбрасываемого из сопел 34 обратной продувки, так что наблюдаются меньшие колебания расхода запыленного газа, протекающего через корпус 12 сосуда.
На фиг.2 показаны изменения давления и расхода газа высокого давления, имеющие место в ходе операций открытия/закрытия клапанов обратной продувки во время обратной продувки. На этом графике сплошными линиями показаны изменения в известном из уровня техники устройстве (см. фиг.7), в котором в качестве клапанов 36 обратной продувки применены быстродействующие клапаны, а штриховыми линиями показаны изменения в предлагаемом в настоящем изобретении устройстве (см. фиг.1), в котором в качестве нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки использованы медленнодействующие клапаны.
с
с
В известном из уровня техники устройстве газ высокого давления подается при выходном давлении Р, по существу одновременно с открытием клапана, так как в качестве клапанов 36 обратной продувки используются быстродействующие клапаны и, вдобавок к этому, газ высокого давления подается от оборудования 30 подачи газа высокого давления непрерывно, а не отдельными порциями. Соответственно, сопла 34 обратной продувки снабжаются газом высокого давления с расходом, соответствующим выходному давлению Р, пока клапан не закроется. Это означает, что расход газа высокого давления возрастает до своего максимального значения сразу же после открытия клапанов 36 обратной продувки, и подача продолжается в этом состоянии до тех пор, пока клапан не закроется. Количество газа высокого давления, подаваемого за время между открытием и закрытием клапанов 36 обратной продувки, т.е. количество газа высокого давления, используемого для одной операции обратной продувки, равно площади прямоугольной области, ограниченной сплошной линией на чертеже (прямоугольная область, образованная линией, указывающей изменение расхода).
с
В противоположность этому, в настоящем изобретении на момент открытия нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки, представляющих собой медленнодействующие клапаны, давление газа высокого давления в продувочных резервуарах 42 по существу равно выходному давлению Р, до достижения которого и велась предшествующая закачка. Соответственно, расход газа высокого давления достигает своего максимального значения с некоторой задержкой во времени с момента открытия клапана. С другой стороны, давление в продувочных резервуарах 42 уменьшается постепенно по мере истечения газа высокого давления после открытия клапана, в результате чего расход уменьшается со временем, а не мгновенно.
Здесь для выбрасывания газа высокого давления из сопел 34 обратной продувки со скоростью звука или выше необходимо, чтобы давление в продувочных резервуарах 42 было выше или равно критическому значению для давления газа на входе в фильтр; следовательно, промежуток времени, в течение которого обратная продувка эффективна - это отрезок времени, длящийся начиная с момента открытия клапана до времени te. Отсюда следует, что так как количество газа высокого давления, подаваемого за этот промежуток времени, равно площади заштрихованной области на чертеже, для выставления количества газа высокого давления, аккумулируемого в продувочных резервуарах 42, равным, например, количеству, требующемуся для одной операции обратной продувки, площадь заштрихованной области на чертеже может быть больше или равна площади прямоугольника, описанного выше.
Второй вариант выполнения
Далее со ссылками на фиг.3 приведено описание второго варианта выполнения предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства. Здесь детали, аналогичные описанным в первом варианте выполнения, обозначены теми же самыми номерами позиций, и их подробное описание опущено.
с
с
В этом варианте выполнения на выходе оборудования 30 подачи газа высокого давления к системе обратной продувки для пористого фильтра 10В установлен резервуар 46 газа высокого давления, служащий в качестве накопительного резервуара газа высокого давления. Кроме того, в то время как в предыдущем варианте выполнения имеется манометр 44 для измерения давления газа высокого давления, который установлен рядом с выходом оборудования 30 подачи газа высокого давления для регистрации выходного давления Р газа высокого давления, в рассматриваемом варианте выполнения имеется манометр 44' для измерения давления газа высокого давления, который прикреплен непосредственно к резервуару 46 газа высокого давления. В этом варианте давление, регистрируемое манометром 44' для измерения давления газа высокого давления, используется в качестве выходного давления Р газа высокого давления для осуществления того же самого регулирования, как в предыдущем варианте выполнения.
с
При этой конфигурации, в которой к выходу оборудования 30 подачи газа высокого давления подсоединен резервуар 46 газа высокого давления, предназначенный для накопления газа высокого давления при заданном давлении, наблюдаются меньшие колебания давления на стороне, с которой происходит подача газа высокого давления, чем в том случае, когда газ высокого давления подается напрямую, что дает стабилизацию получаемого закачкой давления в продувочных резервуарах 42. Это приводит к более эффективной и надежной обратной продувке, то есть повышается эффективность отделения и удаления припекшейся пыли с фильтрующих поверхностей пористых фильтрующих элементов 14. Кроме того, использование внутреннего давления резервуара 46 газа высокого давления в качестве выходного давления Рпозволяет добиться более устойчивого регулирования.
с
с
В то время, когда оборудование 30 подачи газа высокого давления включается в работу или останавливается, или подает или прекращает подачу газа высокого давления, в зависимости от выходного давления Р газа высокого давления, резервуар 46 газа высокого давления, в котором накапливается газ высокого давления при выходном давлении Р, сглаживает колебания давления газа высокого давления, подаваемого к продувочным резервуарам 42. Благодаря этому уменьшаются колебания давления газа высокого давления, подаваемого к продувочным резервуарам 42, и стабилизируется давление газа высокого давления, закачиваемого в продувочные резервуары 42, в результате чего сокращается число повторений пусков и остановов оборудования 30 подачи газа высокого давления, что повышает его срок службы и надежность.
Третий вариант выполнения
Далее со ссылками на фиг.4 приведено описание третьего варианта выполнения предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства. Здесь детали, аналогичные описанным в описанных выше вариантах выполнения, обозначены теми же самыми номерами позиций, и их подробное описание опущено.
t
В этом варианте выполнения система обратной продувки для пористого фильтра 10C содержит манометры 48 для измерения давления в продувочных резервуарах, установленные на продувочных резервуарах 42 для регистрации внутреннего давления P в продувочных резервуарах. Манометры 48а, 48b, 48с и 48d для измерения давления в продувочных резервуарах установлены, соответственно, на продувочных резервуарах 42а, 42b, 42с и 42d, и далее они называются просто манометрами 48 для измерения давления в продувочных резервуарах, за исключением тех случаев, когда может понадобиться провести различения для каждой линии.
t
с
Таким образом, благодаря тому, что в этом варианте выполнения вдобавок к деталям и узлам, имевшимся в конфигурации, описанной в рассмотренном выше первом варианте выполнения, на продувочных резервуарах 42 установлены манометры 48 для измерения давления в продувочных резервуарах, момент времени, в который происходит закрытие верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки и нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки, может быть выставлен с использованием внутреннего давления P в продувочных резервуарах, которое регистрируется в положении, более близком к соплам 34 обратной продувки, а не с использованием выходного давления Р оборудования 30 подачи газа высокого давления, регистрируемого манометром 44 для измерения давления газа высокого давления.
t
f
Момент времени, в который закрываются верхние по потоку клапаны 38 обратной продувки, выставляют так, чтобы он наступал после того, как внутреннее давление P в соответствующем продувочном резервуаре достигает значения, равного произведению давления P газа на входе в фильтр, регистрируемого манометром 24 для измерения давления на входе в фильтр, на множитель, обратный критическому отношению давлений, или же при превышении этого значения. Предпочтительным является значение, в 1,15 раза или более превышающее давление, соответствующее критическому отношению давлений.
t
f
Момент времени, в который закрываются нижние по потоку клапаны 40 обратной продувки, выставляют так, чтобы он наступал, когда внутреннее давление P в соответствующем продувочном резервуаре уменьшается до значения ниже величины, равной произведению давления P газа на входе в фильтр на множитель, обратный критическому отношению давлений, или не позднее, чем при уменьшении до значения, составляющего 0,9 от давления, соответствующего критическому отношению давлений, или менее того.
Таким образом, благодаря установке на продувочных резервуарах 42 манометров 48 для измерения давления в них, давление газа высокого давления может быть выставлено на значении, оптимально подходящем для обратной продувки, что позволяет более эффективно отделять и удалять припекшуюся пыль с фильтрующих поверхностей пористых фильтрующих элементов 14 в процессе обратной продувки.
Кроме того, поскольку возможно такое управление нижними по потоку клапанами 40 обратной продувки, чтобы они закрывались, если зарегистрировано, что давление в продувочных резервуарах 42 уменьшается до низкого значения, не обеспечивающего достаточного эффекта обратной продувки, расход (потребление) используемого для обратной продувки газа высокого давления может быть уменьшен за счет предотвращения вытекания избыточного газа высокого давления.
t
Это означает, что так как момент времени, в который закрываются верхние по потоку клапаны 38 обратной продувки в процедуре поддержания давления, описанной выше, и момент времени, в который закрываются нижние по потоку клапаны 40 обратной продувки в процедуре повторной закачки газа высокого давления, определяются на основании внутреннего давления P в продувочных резервуарах, давление в продувочных резервуарах 42 может быть легко выставлено на значении, наиболее подходящем для обратной продувки.
Четвертый вариант выполнения
Далее со ссылками на фиг.5 приведено описание четвертого варианта выполнения предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства. Здесь детали, аналогичные имеющимся в описанных выше вариантах выполнения, обозначены теми же самыми номерами позиций, и их подробное описание опущено.
В этом варианте выполнения система обратной продувки для пористого фильтра 10D содержит резервуар 46 газа высокого давления, установленный на выходе оборудования 30 подачи газа высокого давления, и регулирующий клапан 50, установленный по ходу потока газа перед резервуаром 46. К резервуару 46 газа высокого давления прикреплен манометр 44' для измерения давления газа высокого давления, а в остальном конструкция аналогична той, которая описана выше, в привязке к третьему варианту выполнения.
В этом варианте выполнения помимо того, что изложено при описании третьего варианта выполнения, давление, регистрируемое манометром 44' для измерения давления газа высокого давления, используется еще и при осуществлении регулирования давления газа высокого давления.
Это означает, что поскольку на продувочных резервуарах 42 установлены манометры 48 для измерения давления в них, давление газа высокого давления можно выставить на значение, подходящее для обратной продувки, что дает возможность более эффективного отделения и удаления припекшейся пыли с фильтрующих поверхностей пористых фильтрующих элементов 14 путем обратной продувки.
Кроме того, благодаря закрытию нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки тогда, когда зарегистрировано, что давление в продувочных резервуарах 42 уменьшается до низкого значения, не обеспечивающего достаточного эффекта обратной продувки, может быть уменьшен расход используемого для обратной продувки газа высокого давления.
с
В то время, когда оборудование 30 подачи газа высокого давления включается в работу или останавливается, или подает или прекращает подачу газа высокого давления, в зависимости от выходного давления Р газа высокого давления, резервуар 46 газа высокого давления и регулирующий клапан 50 сглаживают колебания давления на стороне подачи. В результате этого сокращается число повторений пусков и остановов оборудования 30 подачи газа высокого давления, что положительно сказывается на его надежности.
t
с
Соответственно, даже если функционирование системы обратной продувки предполагает срабатывание ее с высокой частотой, внутреннее давление P в продувочных резервуарах может поддерживаться на надлежащем значении за счет того, что резервуар 46 газа высокого давления действует как емкость промежуточного хранения газа (ресивер). Вдобавок к этому, возможно более надежное поддержание давления в резервуаре 46 газа высокого давления на заданном уровне за счет управления работой регулирующего клапана 50 на основании выходного давления Р, регистрируемого манометром 44' для измерения давления газа высокого давления.
Пятый вариант выполнения
Далее со ссылками на фиг.6 приведено описание пятого варианта выполнения предлагаемого в изобретении пылеудаляющего устройства. Здесь детали, аналогичные имеющимся в описанных выше вариантах выполнения, обозначены теми же самыми номерами позиций, и их подробное описание опущено.
В этом варианте выполнения показан пористый фильтр 10Е, в котором помимо тех компонентов, которые имеются в описанном выше четвертом варианте выполнения, на корпусе 12 сосуда установлен дифференциальный манометр 26, предназначенный для регистрации перепада DP давлений для фильтровальной группы пористых фильтрующих элементов 14. Это означает, что пористый фильтр 10Е выполнен с возможностью осуществления регулирования давления газа высокого давления за счет регистрации перепада DP давлений между сторонами впуска и выпуска пористых фильтрующих элементов 14 с помощью дифференциального манометра 26.
Ниже особо описано регулирование давления, происходящее следующим образом. Команда на регулирование давления газа высокого давления надлежащим образом изменяется на основании изменений коэффициента сопротивления пористых фильтрующих элементов 14, вычисляемого из значения перепада DP давлений на фильтре, так что давление газа высокого давления, регистрируемое манометром 44' для измерения давления газа высокого давления, находится на подходящем уровне (например, 5 кПа или менее). Это означает, что перепад DP давлений на фильтре, являющийся показателем количества припекшейся пыли, осевшей на пористых фильтрующих элементах 14, может быть учтен в оптимизации давления, используемого для обратной продувки газа высокого давления.
Соответственно, если значение, задаваемое командой на регулирование давления газа высокого давления, достигает верхнего предела рабочих параметров оборудования 30 подачи газа высокого давления, то эта управляющая команда может быть изменена в расчете на сокращение периода (длительности цикла) работы системы обратной продувки. Это означает, что перепад DP давлений на фильтре может поддерживаться в пределах подходящего диапазона за счет надлежащего изменения давления, используемого для обратной продувки газа высокого давления, и длительности цикла в зависимости от изменений перепада DP давлений на фильтре, чем обеспечивается гибкая поддержка различных операций, имеющих место при работе пористого фильтра 10Е.
Таким образом, в пористых фильтрах в соответствии с описанными выше вариантами выполнения установлены продувочные резервуары 42, служащие в качестве буферных емкостей, что сделано с целью обеспечить возможность использования медленнодействующих клапанов в качестве нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки и верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки, требуемых для операции обратной продувки. В результате использования для операции обратной продувки медленнодействующих нижних по потоку клапанов 40 обратной продувки и верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки улучшаются условия работы клапанов обратной продувки, в том числе достигается уменьшение числа операций, за счет чего повышается срок службы клапанов обратной продувки и, следовательно, повышается ресурс и эксплуатационная надежность пористых фильтров.
Более того, в случае выхода из строя клапанов обратной продувки количество используемого для обратной продувки газа высокого давления, подаваемого к фильтровальной группе пористого фильтра, ограничено вместимостью продувочных резервуаров 42 благодаря закрытию верхних по потоку клапанов 38 обратной продувки этих резервуаров 42. Следовательно, в пористых фильтрах уменьшается расход используемого для обратной продувки газа высокого давления, который дает вклад в нарушение равномерности и однородности потока запыленного газа, что позволяет процессу удаления пыли протекать непрерывно с менее изменяющимся, более стабильным характером течения запыленного газа. Это улучшает стабильность работы пористых фильтров, раскрытых в описанных выше вариантах выполнения, и, как следствие, стабильность эксплуатации установок, оборудованных этими пористыми фильтрами, в том числе энергоустановок комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией и энергоустановок комбинированного цикла для сжигания топлива в кипящем слое под давлением.
Настоящее изобретение также можно использовать в устройствах, в которых предусмотрена повторяющаяся операция обратной продувки, в ходе которой с высокой частотой происходят подача и прекращение подачи продувочной среды высокого давления, а управление ходом этой процедуры происходит при помощи клапанов.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами выполнения и допустимы его изменения без отступления от его сущности и попадающие в его объем.