насыпной компенсатор

Формула изобретения

Насыпной компенсатор котла, содержащий желоб, прикрепленный к нижней части конвективной шахты и заполненный уплотняющим сыпучим материалом, и погружной нож, установленный по периметру верхней части конвективной шахты, отличающийся тем, что сыпучий материал уложен в желобе слоями, при этом материал нижнего придонного слоя имеет наибольшую крупность с наименьшим коэффициентом неоднородности и в него заглублен торец погружного ножа, а частицы в последующих слоях меньше частиц материала соответствующего подстилающего слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для газоплотного соединения элементов паровых котлов и других теплотехнических агрегатов с обеспечением компенсации их температурных перемещений.

Известен компенсатор [1], содержащий прикрепленный к перемещающимся узлам компенсирующий элемент из гибкого теплостойкого полотнища, которое охватывает камеру с объемной пружиной и подключенный к ним источник сжатого воздуха. Недостатком данного компенсатора является потребность в дополнительной энергии для наполнения камеры воздухом и относительно малый срок службы.

Известен уплотнительный узел между трубчатыми экранами топки и футерованным бункером [2], содержащий уплотняющий элемент, размещенный в пазу или уступе, выполненном на верхнем торце бункера, а трубы экранов изогнуты по периметру этого паза или уступа и служат уплотняющим элементом. Недостатком этого устройства является низкая надежность при температурных перемещениях в двух плоскостях, при этом уплотняющий элемент необратимо деформируется и весь участок узла разгерметизируется.

Известен компенсатор температурных перемещений [3], в котором отверстия в полосе выполнены в виде треугольников, обращенных своими вершинами с чередованием к противоположным краям полосы, причем одна из сторон отверстия примыкает к продольным гофрам и выполнена гофрированной, а поперечные гофры расположены с противоположных относительно упомянутых отверстий краев пластины, примыкая своим основанием к элементам теплообменника. Недостатком настоящей конструкции компенсатора является значительная металлоемкость устройства.

Наиболее близким к заявленному изобретению является песочный компенсатор [4], содержащий желоб с песком, прикрепленный к нижней части конвективной шахты и погружной нож, расположенный по периметру верхней части конвективной шахты. Недостатком прототипа является то, что при заполнении желоба компенсатора отмытым речным песком, как это требует заводская инструкция, ухудшаются газоплотные характеристики слоевого затвора устройства, так как крупнозернистый материал без включения мелких и пылеватых фракций имеет малое аэродинамическое сопротивление.

В эксплуатационной практике отмечены случаи, когда по различным причинам возникшие пульсации разряжения в газоходах котла вызывают вынос сыпучего материала из желоба компенсатора. Это объясняется тем, что при пиках пульсаций разряжения песок по стенкам желоба и ножа внутри газохода начинает псевдоожижаться. Скорости воздуха на участке ожижения возрастают, а в объеме материала падают, что, в свою очередь, приводит к лавинообразному фонтанированию и выбросу частиц за пределы желоба с образованием промойных окон в компенсаторе.

Таким образом, помимо постоянной составляющей подсосов воздуха за счет инфильтрации через слой отмытого песка, возникают дополнительные существенные присосы через образовавшиеся окна, что отрицательно сказывается на экономичности работы котлоагрегата.

Заполнение компенсатора полидисперсной песочной смесью показало, что присосы воздуха в газоход котла снизились на порядок, но, хотя конструкцией компенсатора предусмотрено одновременное горизонтально-вертикальное перемещение по направляющей угла наклона погружного ножа, в процессе эксплуатации избежать образования провальных окон и выноса материала не удалось. Это объясняется повышенными аутогезионными характеристиками полидисперсного материала и сложными объемными непрогнозируемыми температурными перемещениями конструкций котлоагрегата на различных стадиях эксплуатации. Незначительные отклонения вертикальных или горизонтальных составляющих температурного перемещения погружного ножа от расчетных вызывают поджатие материала к одной из стенок желоба, на которой сыпучий, потеряв свою подвижность, зависает. Со временем создаются условия, когда на противоположной стенке желоба так же зависает спрессованный материал. В образовавшийся U-образный лабиринт поступает подсасываемый воздух, которым начинает выноситься песочный материал.

Техническим эффектом предлагаемого компенсатора является повышение надежности работы и снижение присосов воздуха в газоходы котла. Указанный эффект достигается тем, что уплотняющий сыпучий материал компенсатора уложен в желобе слоями, при этом материал нижнего придонного слоя имеет наибольшую крупность с наименьшим коэффициентом неоднородности и в него заглублен торец погружного ножа, а частицы в последующих слоях меньше частиц материала соответствующего подстилающего слоя.

По сути своей в насыпном компенсаторе предлагается использовать эффект обратного фильтра, который широко применяется в гидротехническом и дорожном строительстве. По данным [5] (стр.292) средние расчетные диаметры частиц сопрягающихся слоев должны быть отличны друг от друга в 4-5 раза, но не превышать 10-кратного расхождения [5] (стр.291). Нижний придонный слой материала, в который заглублен торец погружного ножа, должен быть подвижен, с низкой прочностью контактов частиц между собой, сохранять свойства текучести после снятия сжимающих нагрузок и иметь достаточное аэродинамическое сопротивление, приемлемое для 1-й ступени слоевого затвора. Опытными исследованиями установлено, что указанным требованиям наиболее отвечает отмытый речной песок, взятый из промежутка сит 0,8 и 0,5 мм с d₅₀=0,580 мм. Подбор крупности частиц песка вышележащих слоев производят по средним расчетным диаметрам: для 2-го слоя d₅₀=0,145-0,116 мм, для 3-го слоя d₅₀=0,036-0,023 мм и т.д.

Эксперименты, выполненные на стендовой модели компенсатора с имитацией температурных перемещений и с созданием разряжения над одной из половин слоевого затвора до 500 мм вод. ст., показали, что оптимальная глубина торца погружного ножа составляет 90-110 мм, а толщина 2-го и следующих слоев должна быть равна или больше зазора между ножом и стенкой желоба. Верхний замыкающий слой достаточно выполнить из пылеватого песка, просеянного через сито 0,8 мм.

На чертеже схематически представлен насыпной компенсатор, поперечный разрез.

Компенсатор содержит желоб 1 с воронкой 2, прикрепленный к нижней перемещающейся части конвективной шахты 3, и погружной нож 4, установленный по периметру верхней перемещающейся части конвективной шахты 5. Желоб 1 послойно заполнен сыпучим материалом 6, 7, 8, 9 таким образом, что торец ножа 4 заглублен в 1-й слой материала 6, а частицы материала в последующих слоях меньше частиц материала соответствующего подстилающего слоя.

По фронту и тылу конвективной шахты нож и стенки желоба компенсатора имеют наклонную компоновку, по бортам шахты эти элементы устройства имеют вертикальную компоновку.

Компенсатор работает следующим образом: при нагреве горизонтальных и вертикальных газоходов конвективной части котла его элементы под воздействием температурных расширений перемещаются в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Погружной нож 4 по расчетной результирующей направляющей, параллельной его плоскости, заглубляется в песочный объем желоба 1. За счет вакуума в газоходе возникшими фильтрационными потоками воздуха происходит кальматаж пор сыпучего материала на границах слоев 6-7, 7-8, 8-9 с возрастающим аэродинамическим сопротивлением всего слоевого затвора компенсатора до практически полного прекращения присосов воздуха в газоход котла.

В силу различных причин, вертикальные и горизонтальные температурные перемещения могут не соответствовать расчетным, при этом в движениях ножа 4 и желоба 1 нарушается соосность. Допуская, например, что горизонтальная составляющая возрастает с большими темпами, чем расчетные, тогда в правой части желоба 1 материал будет подвержен сжатию, а в левой части начинает образовываться свободный просвет вдоль стенки ножа 4. Наиболее подвижные и менее связанные частицы нижнего слоя 6 в первую очередь заполняют этот просвет на своем горизонте. За счет возмущения на участке контакта слоев 6-7 просвет заполняют частицы слоя 7 и так далее, т.е. разгерметизации слоевого затвора компенсатора и выноса материала из него не происходит. Аналогичная картина складывается, когда зоны сжатия-растяжения меняются местами.

Для практического применения предлагаемого решения по заполнению насыпного компенсатора достаточно использовать песок из разных природных карьеров [5] (стр.6) при условии, что песок для первого придонного слоя отмывают от пылеватых фракций и отделяют от частиц более 1 мм.

В настоящее время на Красноярской ТЭЦ-2 подобраны соответствующие материалы и начаты работы по заполнению песочного компенсатора котлоагрета БКЗ-500-140 ст. № 6.

Источники информации

1. Компенсатор. А.Д.Постников и др. Авторское свидетельство СССР № 816234, кл. F 22 В 37/36, заявка № 2448239/24-06 от 04.02.77 г.

2. Уплотнительный узел между трубчатыми экранами топки и футерованным бункером. А.И.Гольберг и др. Авторское свидетельство СССР № 1190141, кл. F 22 В 37/24, заявка № 3772124/24-06 от 20.07.84 г.

3. Компенсатор температурных перемещений. Л.П.Яковлев. Патент Российской Федерации № 2024792, кл. F 22 В 37/02, 15.12.94, заявка № 4939706 от 28.05.91

4. Чертеж БКЗ-500-140 № 03.8680.013 МЧ, Компенсатор песочный.

5. Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог / М.В.Аверочкина и др./Под ред. А.Ф.Подпалова и др. - М.: Транспорт, 1978, 766 с., ил., табл.