Генератор ударных волн ГУВ-38

Проблема загрязнения поверхностей нагрева

Обеспечение надежной, безостановочной работы котлоагрегатов без снижения его производительности всецело связана с проблемой поддержания поверхностей нагрева (ПН) в эксплуатационно чистом состоянии как наружных, так и внутренних отложений. Следует отметить, что подавляющее число остановов котлоагрегатов в основном связанны с загрязнением их ПН, как по причине ухудшения качества сжигаемых топлив (повышение зольности, сернистости), так и отсутствие эффективных очистных устройств. В практике котлостроения задача очистки решается путем усовершенствования технологических (использование новых методов сжигания, применение интенсифицирующих методов теплопередачи и.т.д.) и конструктивных (компоновочные решения) схем совместно с различными способами удаления отложений.

Загрязнение наружными отложениями ПН приводит: к увеличению температуры уходящих газов, аэродинамического сопротивления газового тракта, и как следствие, к снижению производительности и КПД котлоагрегата; перерасходу топлива, повышению затрат на собственные нужды, ухудшению экологических показателей из-за завышения тепловых выбросов. Также увеличиваются выбросы окислов азота и серы, по причине нарушения аэродинамики топочного пространства. Применяемые традиционные способы очистки: парогазовая обдувка, водная обмывка, дробеочистка, виброочистка, акустическая очистка в большинстве случаев недостаточно эффективны, сложны и трудоемки в монтаже и эксплуатации, требуют значительных временных, материальных затрат для их ремонта и эксплуатации.

Метод газоимпульсной очистки

В настоящее время одним из признанных способов очистки ПН является газоимпульсная очистка (ГИО). Физические основы ГИО заключаются в периодических генерациях волн сжатия и потока продуктов сгорания различных горючих газовоздушных смесей в специальных импульсных камер (ИК).

Генерируемые таким образом избыточные импульсы давления и потоки продуктов сгорания, направленные через сопла ИК на очищаемые поверхности обеспечивают удаление с ПН образующихся в процессе эксплуатации сажистых и золошлаковых отложений.

Первые опытно-промышленные газоимпульсные установки ГИО были опробованы в 1964-1965гг. и к нашему времени импульсная технология очистки ПН от наружных отложений внедрена практически на всех типоразмерах котлоагрегатов, а импульсные камеры доведены до уровня штатного очистного оборудования. Однако, широкое внедрение ГИО в энергетике несмотря на эффективность не получило должного распространения, возможно по тем причинам, на которые указывают авторы ГИО: «монтаж их весьма сложен, а эксплуатация связана с рядом неудобств».

Действительно, поставляемые Кусинским машиностроительным заводом чугунные блочные экономайзеры для котлоагрегатов малой и средней производительности, которыми оборудуются многочисленные производственно-отопительные котельные, комплектуются ГИО в качестве штатного устройства. Однако в большинстве случаев это оборудование не используется в эксплуатации по назначению, возможно по указанным выше неудобствам, также из-за повышения требовательности к эксплуатации в связи с поднадзорностью газового хозяйства и низкой квалификацией персонала, о в некоторых случаях из-за практического отсутствия газового топлива. Поэтому разработка нового устройства с сохранением идеологии ГИО, но с исключением известных недостатков, свойственных ГИО, является перспективной для решения одной из актуальной проблемы энергетики.

В этой связи уместно отметить вывод одного из авторов ГИО В.Я. Лыскова о том, что: «представлялось заманчивым использовать в качестве источника волн сжатия (ударных волн — УВ) твердые взрывчатые вещества, в частности порох». Работы в этом направлении были начаты с 1983г на Улан-Удэнской ТЭЦ-1 кафедрой теплотехники Восточно-Сибирского технологического института на котлах следующих типов: ПТВМ-100, КБ-ГМ-100, БКЗ-75-39Ф и БК3-220-100Ф.

В дальнейшем, по результатам проведения комплекса научно-исследовательских, проектно-конструкторских работ и опытно-промышленных испытаний на различных типоразме-рах, работающих на разном топливе, автором настоящей работы был разработан новый способ очистки ПН с использованием энергии порохов.

Метод ударно-волновой очистки

Сущность способа, названного «ударно-волновая очистка (УВО)», заключается в использовании энергии ударной волны (УВ) для разрушения и удаления наружных отложений с ПН котлоагрегатов. Генерация УВ осуществляется в специальных устройствах (генератор ударных волн — ГУВ), аналогичных огнестрельному оружию, но только для генерации (стрельбы) используются специально созданные энергетические заряды ЭЗ.

Продукты сгорания порохов при движении в сопловых насадках ГУВ со скоростями большими, чем скорость звука на выходе из насадки, в среде своего распространения формирует комплекс «ударная волна и скоростной поток продуктов сгорания», который направляется на очищаемые поверхности. Разрушающий эффект УВ заключается в динамическом нагружении слоя отложений волнами сжатия и разрежения, т.е. к отложениям прикладывается знакопеременная нагрузка, которая разрушает отложения тем быстрее и с меньшими затратами, чем выше динамика прикладываемых нагрузок. Известным является то, что затраты энергии для разрушения тел при динамических нагрузках значительно меньше, чем при разрушении их нагрузками постоянного знака (статическими).

Как видно физические основы ударно-волновой очистки (УВО) аналогичны с газо-импульсной очисткой (ГИО), отличие заключается в выборе энергоносителя: в установках УВО используются пороха, а в импульсных камерах ГИО — горючие газовые смеси.

Использование порохов, характеризующихся высокими скоростями химического превращения, позволяют получить давления и импульсы в УВ практически любой интенсивности за счет изменения типа, массы навески порохов и геометрии сопловых насадок генератора, и тем самым снять все конструктивные сложности, связанные с вопросами интенсивности горения газовой смеси в импульсных камерах ГИО. Т.е. исключаются различного рода турбулизаторы, многочисленные поджиги, кольцевые камеры и т.п., применяемые разработчиками ГИО для перераспределения энергии газового заряда в сторону увеличения вклада волновой энергии, которая является основной составляющей в процессе очистки загрязненных поверхностей по сравнению с энергией импульсного потока продуктов сгорания. В лучших импульсных камерах перераспределение энергии газового заряда ГИО составляет: около 40% в энергию волны сжатия, 60% в энергию скоростного потока продуктов сгорания в установках УВО - около 90% в энергию УВ, а 10% энергию потока.

Таким образом, в установках УВО вклад волновой энергии, обеспечивающий эффективность очистки и её «дальнобойность» (обусловлена высокой скоростью распространения УВ), существенно превосходит соответствующий вклад в установках ГИО. Возможность модуляции как по частоте, так и по амплитуде УВ для получения широкого диапазона из-менения её параметров, позволяет рационально использовать возможности генератора ударных волн по отношению к отложениям, в зависимости от их прочностных характеристик, без нарушения целостности металлоконструкций котлоагрегатов. В этом смысле сам способ воздействия УВ на отложения следует признать достаточно универсальным для решения задач очистки. В частности, ГУВы были успешно применены для зачистки хоперов-цементовозов, обрушения зависаний и сводов в силосных башнях для хранения цемента, гипса, алебастра и других сыпучих материалов неорганического происхождения.

С другой стороны, высокие объёмные плотности энергии порохов по сравнению с газовыми смесями, сжигаемыми при атмосферных давлениях в условиях работы установок ГИО, позволяют резко сократить габариты ГУВов, что позволило создать конструкции ГУВов как в переносном, так и в стационарных вариантах. Автономность энергетического заряда позволяет исключить внешние коммутационные связи, которые свойственны уста-новкам ГИО, обдувочным аппаратам и другим очистным устройствам.

Генератор ударных волн ГУВ-38

Переносные ГУВ оснащены дистанционными, механическими приводами для производства генерации УВ (выстрела), а стационарные — электроспусковыми приводами с электробезопасным напряжением тока до 24В.

Так как в основу ГУВ заложена конструкция огнестрельного оружия, то их отличает высокая надежность, готовность к применению, безопасность и простота обслуживания. Малый вес (стационарный не более 20 кг ), автономность и транспортабельность ГУВ позволяют за короткий срок практически без каких-либо конструктивных изменений котлоагрегатов оснастить его под УВО на уровне штатного очистного оборудования

Переносной ГУВ используется для очистки ПН котлоагрегатов малой и средней производительности, например, котлоагрегаты Бийского котельного завода которыми обычно оборудуются производственно-отопительные котельные. Для очистки ПН в таких котельных достаточно иметь один переносной ГУВ.

Стационарные ГУВ применяются для очистки ПН энергетических котлоагрегатов, водогрейных котлов большой производительности, электрофильтров, регенеративных воздухоподогревателей. При этом ГУВы стационарно монтируются на котлоагрегатах в виде системы из нескольких ГУВов по всему газовому тракту. Создание системы ГУВов на котлоагрегате заключается: в выборе оптимальных точек ввода УВ, установке в этих точках ГУВов, подвода электропитания к ним и сборке пульта управления. Объемный характер действия УВ и её «дальнобойность» позволяет ограничиться малым числом ГУВов даже на котлоагрегатах большой производительности. Как правило, ГУВы устанавливают в рассечках между ступенями ПН котлоагрегата. В частности, для очистки ступеней конвективного пароперегревателя стационарные ГУВы устанавливаются в точках идентичных с точками ввода глубоковыдвижных обдувочных аппаратов, что позволяет исклю-чить их на котлоагрегате.

Очистка ПН производится по режимной карте очисток, разработанной в период предварительных испытаний. В процессе испытаний устанавливается: последовательность и частота генераций УВ по газовому тракту котлоагрегата, целесообразность одновременной генерации УВ несколькими ГУВами, величина навески пороха в энергетических за-рядах.

На основании опыта внедрения УВО, установленной последовательностью генерации УВ по газовому тракту котлоагрегата является последовательность от хвостовых ПН к высокотемпературным и далее наоборот.

Одновременная генерация УВ несколькими ГУВами с разных точек обусловлена тем, что в месте встречи двух или нескольких УВ механическое действие оказывается значительно большим, чем эффекты от каждой волн в отдельности. Это обстоятельство используется для очистки прочно связанных отложений, или далеко отстоящих ПН.

Изменение величин навесок пороха определяется в основном размерами очищаемых по-верхностей (размерами котлоагрегата) и также прочностью отложений. При увеличении габаритов котлоагрегата и прочности отложений увеличивается навеска пороховых заря-дов.

Понимание физических основ взаимодействия УВ в зависимости от прочностных характеристик отложений (динамическая прочность, акустическая жесткость и т.д.). А также накопленный опыт внедрения УВО на различных котлоагрегатах, сжигающих различные топлива, позволяет разработать технологическую схему очистки ПН при помощи ГУВ практически для любого котлоагрегата.

Внедрение УВО поверхностей нагрева котлоагрегатов от наружных золошлаковых и сажистых отложений позволяет:

• Обеспечить эффективную очистку ПН котлоагрегатов от отложений различной прочности;
• Поддерживать более низкий эксплуатационный уровень температуры уходящих газов и стабильные значения сопротивления газового тракта, что обеспечивает нормальный режим работы дымососов;
• Увеличить среднюю эксплуатационную теплопроизводительность и КПД котлоагрегата и этим решить вопросы покрытия дефицита тепловой энергии;
• Осуществлять очистку поверхностей нагрева на работающих котлоагрегатах. Таким образом расширить возможность по поддержанию диспетчерского графика работы тепловой сети за счет избежания необходимости останова котлоагрегата на очистку;
• Ликвидировать неэффективные очистные устройства, сократить штат эксплуатационного и ремонтного персонала;
• Исключить сезонные работы, связанные с демонтажем, очисткой и монтажом загрязнённых поверхностей нагрева за время рабочей компании;
• Решить вопрос снижения вредных выбросов в окружающую среду;
• Получить значительную экономию топлива, снизить затраты на собственные нужды и повысить культуру производства;
• Технологичность, простота монтажа ГУВ на котлоагрегатах, незначительный объем работ и затрат позволяет в короткие сроки реализовать практическое внедрение разработки.

Применение переносного ГУВ позволяет производить очистку поверхностей нагрева всех котлоагрегатов производственно-отопительных котельных;

ООО «Генезис-ГУВ» по прямым договорным связям с заказчиком осуществляет разработку технологической схемы точек ввода УВ на котлоагрегате, поставку оборудования, монтаж, проведение испытаний. Обучение персонала работе с ГУВами, отработку режимных карт по проведению очисток и авторский надзор; Таким образом, предусматривается про-ведение работ по полному циклу со сдачей в режиме под «ключ».

Основные технические характеристики устройства:

Максимальное давление пороховых газов в патроннике ГУВ, МПА (кг/см2):	169 (1700)
Ресурс работы, импульсов:	5000
Габаритные размеры,мм:
- длина:	200
- длина с соплом:	400 — 1000
- ширина:	140
- высота:	200
- наружный диаметр сопла:	25, 40, 60
Масса изделия, не более, кг:	10