Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара

Изобретение относится к области энергетики, может быть использовано в процессах очистки различных теплообменных поверхностей и труб котельных установок, прежде всего, в процессе ремонтно-восстановительных работах.

Известно, что углерод, который получается при термическом разложении углеводородов, можно разделить на два различных продукта, на углеродную сажу и нагар (пиролитический углерод). Углеродная сажа является легкой и мягкой с низкой плотностью и образуется в газовой фазе, в то время как нагар является более твердым, имеет высокую плотность и образуется на поверхностях с относительно низкими температурами, обычно ниже чем 1100°С (Заявка на изобретение РФ №94031561, опубл. от 27.04.1996).

Известен способ удаления нагара с металлических поверхностей, заключающийся в обработке металлической поверхности кипящим раствором щелочи, в состав которой входит двухлористое олово и муку льняных семян, при этом очищаемую поверхность проваривают в данном растворе несколько минут, а затем разрыхленный нагар удаляют волосяной щеткой (Авторское свидетельство на изобретение СССР №23716, опубл. от 31 10.1931 г.). Однако данный способ очистки от нагара может быть использован только для небольших съемных деталей, поскольку требуется их полное погружение в кипящий раствор щелочи и двухлористого олова.

Известен способ получения и использования порошка фторуглерода, при этом отмечено, что фторирование углеродного порошка идет при температуре 400-500°С в течение от 10 минут до 2 часов, а при нагреве свыше 600°С происходит обратная реакция - реакция термического разложения фторуглеродного порошка с образованием паров фтора (Патент №2125968, опубл. от 10.02.1999).

Известен состав раствора для очистки поверхностей от нагара, в котором используются вещества, содержащие фтор, например, бифторид калия (Патент РФ №2132410, опубл. от 27.06.1999 г.). Однако в данный состав раствора входят еще соединения хрома, азотная кислота и другие химически агрессивные компоненты, что значительно ограничивает область применения данного раствора.

Известен способ очистки деталей от нагара, заключающийся в воздействии на очищаемые поверхности химическим реагентом, содержащим фтор (например, фторборат калия), нагревании очищаемых поверхностей и реагента до высоких температур, испарение реагента, выдерживание очищаемых поверхностей в парах реагента в течение времени, необходимого для очистки, и удаление нагара за счет продуваня очищаемых поверхностей специальной средой - аргоном (Патент РФ №2545282, опубл. от 27.03.2015, Бюл. №9). Однако, для реализации данного способа необходима высокая температура, близкая к температуре плавления материала очищаемой поверхности, а также размещение очищаемых поверхностей в специальном герметическом контейнере.

Известен способ очистки поверхностей газовыхлопных трактов энергетических установок от нагара, заключающийся в том, что в газовыхлопной тракт дизельной энергоустановки потоком сжатого воздуха из замкнутого объема инжектируют абразивный материал, в качестве которого используют просеянный речной песок, за счет скорости истечения сжатых газов абразивные частички песка приобретают кинетическую энергию, которая при ударе частичек переходит в потенциальную, в результате обеспечивается удаление нагара с поверхностей газовыпускного тракта и других деталей энергоустановки, при этом длительность подачи песка регулируют за счет изменения давления воздуха (Патент РФ №2008103, опубл. от 28.02.1994).

Известно устройство пульверизатора для очистки от нагара теплообменных поверхностей, содержащее инжектор, к которому подводятся сжатый воздух и абразивный материал из баллона, а также наконечник в виде трубки со сквозными пазами, равномерно расположенными на ее поверхности, причем пазы выполнены в плоскостях, перпендикулярных продольной оси на глубину не более половины диаметра трубки (Патент на полезную модель РФ №103761, опубл. от 27.04.2011, Бюл. №12). Однако, сжатый воздух в пульверизатор подается из пневмосистемы двигателя, что не позволяет использовать пульверизатор без пневмосистем двигателя, а конструктивное исполнение пазов наконечника позволяет обеспечивать подачу абразивного материала только в одну сторону.

Известен способ очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара, заключающийся в применении порошкообразного химического реагента, который в процессе горения топлива образует соединения соляной, сернистой и серной кислот, разъедающих и разрыхляющих нагар на теплообменных поверхностей топочного пространства котлов, при этом подача химического реагента может быть осуществлена в виде порошка отдельно в зону горения с помощью пульверизатора или путем смешивания с топливом (Авторское свидетельство СССР №85831). Однако использование указанного способа позволяет только разрыхлять и разъедать нагар, но не удалять его с теплообменной поверхности, а также применение исходного химического реагента, имеющего сложный химический состав и содержащего хлористый аммоний и серу, что является взрыво-пожароопасным составом, приводит в процессе горения топлива к образованию в топочном пространстве котла соляной, сернистой и серной кислот, что вызовет повышенную коррозию теплообменных поверхностей и труб котлов.

Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении безопасности работ по очистке теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара за счет использования в качестве порошка химического реагента взрыво-пожаробезопасного порошка фторуглерода, а также снижении материальных затрат на механическую очистку теплообменных поверхностей и труб котлов за счет образования газообразного фтора при термическом разложения порошка фторуглерода, что обеспечивает активное взаимодействие фтора с нагаром, его разрыхление, перевод некоторой части нагара в летучую сажу, которая уносится с поверхности котлов и труб горячим потоком дымовых газов, и применение дополнительной механической очистки для удаления только оставшегося разрыхленного нагара с теплообменных поверхностей и труб котла.

Для достижения данного технического результата в предлагаемом способе очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара, заключающийся в применении порошкообразного химического реагента, который в зоне горения топлива образует соединения, разъедающих и разрыхляющих нагар на теплообменных поверхностей топочного пространства котлов, при этом подача химического реагента в топочное пространство котла может быть осуществлена в виде порошка отдельно в зону горения, например, с помощью пульверизатора, или путем смешивания с топливом, согласно изобретению, очистку от нагара производят в период ремонтных работ или регламентного обслуживания котлов в процессе эксплуатации, в качестве порошкообразного химического реагента применяют порошок фторуглерода, при этом порошок фторуглерода подают в топочное пространство в зону горения топлива, имеющей температуру более 500°С, обеспечивая реакцию термического разложения порошка фторуглерода с образованием газообразного фтора, и одновременно контролируют и поддерживают температуру на теплообменных поверхностях и трубах котла менее 400°С для реакции паров фтора с нагаром, данный процесс осуществляют в течение от 10 минут до 12 часов в зависимости от толщины и плотности нагара, а количество подаваемого порошка фторуглерода рассчитывают в зависимости от объема топочного пространства и площади теплообменных поверхностей, но не менее 10 г на 1 м³ топочного пространства, затем котел останавливают, прекращая подачу топлива и порошка фторуглерода, производят проветривание топочного пространства и удаляют оставшийся разрыхленный нагар с теплообменных поверхностей и труб котла дополнительной механической очисткой, например, струей сжатого воздуха или абразивного материала, ручной обработкой с помощью щетки и др.

Введение в предлагаемый способ очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара, в качестве порошка химического реагента взрыво-пожаробезопасного порошка фторуглерода, подача его в топочное пространство в зону горения топлива, имеющей температуру более 500°С, с обеспечением реакции термического разложения порошка фторуглерода с образованием газообразного фтора, поддержание температуры на теплообменных поверхностях и трубах котла менее 400°С для реакции газообразного фтора с нагаром, а также применение дополнительной механической очистки по удалению оставшегося разрыхленного нагара с теплообменных поверхностей и труб котла, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности повышения безопасности работ по очистке теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара за счет использования в качестве порошка химического реагента взрыво-пожаробезопасного порошка фторуглерода, исключающего возможность образования взрывоопасных смесей в топочном пространстве, а также снижении материальных затрат на механическую очистку теплообменных поверхностей и труб котлов за счет образования газообразного фтора при термическом разложения порошка фторуглерода, что обеспечивает активное взаимодействие фтора с нагаром, его разрыхление, перевод некоторой части нагара в летучую сажу, которая уносится с поверхности котлов и труб горячим потоком дымовых газов, и применение дополнительной механической очистки для удаления только оставшегося разрыхленного нагара с теплообменных поверхностей и труб котла, в качестве механической очистки может использоваться струя сжатого воздуха или абразивного материала, ручная обработка с помощью щетки и др.

Предлагаемый способ очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара может быть осуществлен в описываемом ниже устройстве.

Устройство для осуществления данного способа очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара, представляющий собой пульверизатор, содержащий инжектор, состоящий из канала входа в инжектор, центральной полости инжектора и канала выхода из инжектора, при этом к каналу входа в инжектор подсоединен трубопровод с краном для подачи сжатого воздуха, герметичную емкость с абразивным материалом (например, речным песком) подсоединенную к центральной полости инжектора, и наконечник в виде трубки со сквозными отверстиями, подсоединенный к каналу выхода из инжектора через съемный трубопровод подачи смеси сжатого воздуха и абразивного материала, снабжено герметичной емкостью с порошком фторуглерода, подсоединенной к центральной полости инжектора магистралью с запорным вентилем, баллоном со сжатым воздухом, подсоединенным к трубопроводу для подачи сжатого воздуха в канал входа в инжектор через регулирующий вентиль, при этом герметичные емкости с порошком фторуглерода и абразивным материалом снабжены дыхательными клапанами, а сквозные отверстия наконечника выполнены в виде усеченных конусов.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления данного способа очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара.

Устройство для осуществления данного способа очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара, представляющий собой пульверизатор, содержащий инжектор 1, состоящий из канала входа 2 в инжектор 1, центральной полости 3 инжектора 1 и канала выхода 4 из инжектора 1, при этом к каналу входа 2 в инжектор подсоединен трубопровод 5 для подачи сжатого воздуха, герметичную емкость 6 с абразивным материалом (например, речным песком) подсоединенную к центральной полости 3 инжектора 1 магистралью 7 через запорный клапан 8, герметичную емкость 9 с порошком фторуглерода, подсоединенную к центральной полости 3 инжектора 1 магистралью 10 с запорным вентилем 11, баллон 12 со сжатым воздухом, подсоединенным к трубопроводу 5 для подачи сжатого воздуха в канал входа 2 инжектора 1 через регулирующий вентиль 13. Герметичная емкости 9 с порошком фторуглерода снабжена дыхательным клапаном 14, а герметичная емкости 6 с абразивным материалом снабжена дыхательным клапаном 15. К каналу выхода 4 инжектора 1 через съемный трубопровод 16 подсоединен наконечник 17 в виде трубки со сквозными отверстиями, выполненными в виде усеченных конусов 18.

Предлагаемый способ очистки теплообменных поверхностей и труб котлов от нагара осуществляют в описанном устройстве следующим образом.

В период проведения ремонтных работ или регламентного обслуживания в процессе эксплуатации котлов проводится топка котла, в процессе которой порошок фторуглерода подают в топочное пространство в зону горения топлива, имеющей температуру более 500°С. Для этого из баллона 12 со сжатым воздухом по трубопроводу 5 в канал входа 2 инжектора 1 подается сжатый воздух в центральную полость 3 инжектора 1. Одновременно открывают запорный вентиль 11 и по магистрали 10 в полость 3 поступает порошок фторуглерода из герметичной емкости 9. В центральной полости 3 инжектора 1 происходит интенсивное смешивание порошка фторуглерода и сжатого воздуха, после этого указанная смесь инжектируется и по каналу выхода 4 инжектора 1 через съемный трубопровод 16 поступает в наконечник 17, представляющий собой трубку со сквозными отверстиями в виде усеченных конусов 18.

Глубина подачи порошка фторуглерода в топочное пространство котла (на рис. не показан) до зоны горения топлива, имеющей температуру более 600°С, регулируется изменением давления, выходящей из наконечника 17 через усеченные конуса 18 смеси воздуха и порошка фторуглерода, с помощью регулирующего вентиля 13, установленного на трубопроводе 5 и длиной съемного трубопровода 16.

Подача порошка фторуглерода в зону горения топлива, имеющей температуру более 500°С, обеспечивает реакцию термического разложения порошка фторуглерода с образованием газообразного фтора. Газообразный фтор из зоны горения топлива поднимаются к теплообменным поверхностям и трубам котла, температура на поверхности которых, как правило, всегда меньше 400°С, и вступают в реакцию с нагаром, разрыхляя его. В зависимости от толщины и плотности нагара процесс подачи порошка фторуглерода в зону горения топлива осуществляется в течение от 10 минут до 12 часов, а количество подаваемого порошка фторуглерода рассчитывают в зависимости от объема топочного пространства и площади теплообменных поверхностей котла, но не менее 10 г на 1 м³ топочного пространства.

При этом некоторая часть нагара переходит в летучую сажу, которая уносится с поверхности котлов и труб горячим потоком дымовых газов.

Затем прекращают подачу топлива и останавливают котел. Закрывают запорный вентиль 11 на магистрали 10, прекращая подачу порошка фторуглерода, и закрывают регулирующий вентиль 13, прекращая подачу сжатого воздуха. Производят проветривание топочного пространства, удаляя остатки газообразного фтора в топочном пространстве.

Затем производят дополнительную механическую очистку для удаления оставшегося разрыхленного нагара с теплообменных поверхностей и труб котла. Для этого открывают регулирующий вентиль 13, из баллона 12 со сжатым воздухом по трубопроводу 5 в канал входа 2 инжектора 1 вновь подается сжатый воздух в центральную полость 3 инжектора 1. Одновременно открывают запорный вентиль 8 и по магистрали 7 в полость 3 поступает абразивный материал (например, просеянный речной песок) из герметичной емкости 6. В центральной полости 3 инжектора 1 происходит интенсивное смешивание абразивного материала и сжатого воздуха, после этого указанная смесь инжектируется и по каналу выхода 4 инжектора 1 через съемный трубопровод 16 поступает в наконечник 17, представляющий собой трубку со сквозными отверстиями в виде усеченных конусов 18, что позволяет увеличить давление смеси сжатого воздуха и песка при выходе из наконечника 17.

Из наконечника 17 смесь абразивного материала и сжатого воздуха подается на очищаемую поверхность, и за счет давления и действия абразивного материала производится сбивание оставшегося разрыхленного нагара с теплообменных поверхностей и труб котла.

В процессе использования данной установки, постоянно происходит расход (уменьшение) объема порошка фторуглерода в герметичной емкости 9 и абразивного материала в герметичной емкости 6, что приводит к вакуумированию герметичных емкостей 9 и 6 и усложняет процесс подачи указанных сред в центральную полость 3 инжектора 1. Для избежания возможности вакуумирования емкостей 9 и 6, герметичная емкость 9 с порошком фторуглерода снабжена дыхательным клапаном 14, а герметичная емкость 6 с абразивным материалом снабжена дыхательным клапаном 15, которые открываются при снижении давления в емкостей 9 и 6, ниже атмосферного.

Источники информации

1. Заявка на изобретение РФ №94031561, опубл. от 27.04.1996.

2. Авторское свидетельство на изобретение СССР №23716, опубл. от 31.10.1931 г.

3. Патент №2125968, опубл. от 10.02.1999.

4. Патент РФ №2132410, опубл. от 27.06.1999 г.

5. Патент РФ №2545282, опубл. от 27.03.2015, Бюл. №9.

6. Патент РФ №2008103, опубл. от 28.02.1994.

7. Патент РФ №2008103, опубл. от 28.02.1994.

8. Патент на полезную модель РФ №103761, опубл. от 27.04.2011, Бюл. №12.

9. Авторское свидетельство СССР №85831 - прототип.