PL215273B1 - Nakładka antyerozyjna rury ściany rurowej kotła fluidalnego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest nakładka antyerozyjna ściany rurowej kotła fluidalnego.

Kotły fluidalne, wykorzystujące palenisko fluidalne ze złożem cyrkulacyjnym (ang. CFB Circulating fluidized-bed), oprócz licznych zalet mają jednak wadę, którą jest podatność powierzchni ogrzewanych, na przykład szczelnych ścian rurowych, na erozyjne oddziaływanie materiału inertnego czyli na tzw. erozję popiołową. Zjawisko erozji zachodzi najsilniej w dolnych częściach ścian rurowych położnych bezpośrednio nad obmurzem leja komory paleniskowej. Z punktu widzenia bezpieczeństwa erozyjnego rury ekranowe ściany rurowej powinny być w tych obszarach pokryte grubą i twardą warstwą ochronną, która jednak w znacznym stopniu ogranicza możliwość wymiany ciepła pomiędzy paleniskiem a wodą znajdującą się w tych rurach. Krytyczny z punktu widzenia odporności erozyjnej jest obszar ściany rurowej położony bezpośrednio powyżej wymienionej wyżej warstwy ochronnej, ze względu na zaburzenie opływu wywołanego zmianą geometrii ściany. Aby wyeliminować to niekorzystne zjawisko stosuje się miejscowe zmniejszenie średnicy rury i wypełnienie powstałej przestrzeni materiałem odpornym na erozję, na przykład prefabrykowanymi nakładkami. Tego typu osłona antyerozyjna, mieszcząc się w obrysie ściany nie zaburza co prawda przepływu materiału inertnego ale w praktyce okazuje się, że na górnej granicy tej osłony nadal występuje zjawisko erozji popiołowej. Aby wyeliminować erozję również w tym obszarze natryskuje się dodatkową warstwę ochronną. Wymaga to jednak wcześniejszego dokładnego oczyszczenie powierzchni oraz zastosowania drogiego środka, bez gwarancji że taka dodatkowa warstwa ochronna przetrwa cały okres międzyremontowy. Opisane wyżej rozwiązania ochrony antyerozyjnej ujawniono między innymi w polskim opisie patentowym nr 194728 i polskim zgłoszeniu patentowym nr P-331580.

Celem wynalazku było opracowanie skutecznej ochrony antyerozyjnej kotła fluidalnego bez konieczności natryskiwania dodatkowej warstwy ochronnej.

Nakładka antyerozyjna według wynalazku charakteryzuje się tym, że jej powierzchnia zewnętrzna kontaktująca się z przestrzenią komory spalania kotła ma kształt stożka ściętego o osi zasadniczo pokrywającej się z osią osłanianej rury ekranowej i o kącie wierzchołkowym nie większym niż 120°. Średnica górnej podstawy tego stożka ściętego jest mniejsza od nominalnej zewnętrznej średnicy osłanianej rury ekranowej, a wysokość tego stożka jest większa od 30% nominalnej zewnętrznej średnicy tej rury. Twardość stożkowej powierzchni zewnętrznej wynosi co najmniej osiem w skali Mohsa.

W jednym z wariantów nakładki według wynalazku jej stożkowa powierzchnia zewnętrzna sięga poza tylną powierzchnię płetw sąsiadujących z osłanianą rurą ekranową.

W kolejnym wariancie nakładki według wynalazku jej stożkowa powierzchnia zewnętrzna ma dwa zasadniczo pionowe boczne ścięcia, przy czym odległość pomiędzy tymi ścięciami jest zasadniczo równa podziałce osłanianej ściany rurowej.

W kolejnym wariancie nakładki według wynalazku ma ona postać półpierścienia, który poniżej stożkowej powierzchni zewnętrznej ma pionowy element mocujący. Korzystnie ten element mocujący ma postać wycinka tulei współosiowej z osłanianą rurą ekranową.

W kolejnych wariantach wynalazku zewnętrzna średnica tej tulei jest co najmniej o 20% mniejsza od dolnej średnicy stożkowej powierzchni zewnętrznej, a jej wysokość jest porównywalna z wysokością tej stożkowej powierzchni.

Rozwiązanie według wynalazku eliminuje konieczność natryskiwania dodatkowej warstwy ochronnej oraz zabezpiecza ścianę rurową przed erozją dzięki modyfikacji spływu materiału inertnego w obrębie progu obmurza leja komory paleniskowej kotła CFB.

Wynalazek w przykładzie realizacji został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zabezpieczoną antyerozyjnie rurę ekranową w widoku z boku (do strony płetwy), fig. 2 przedstawia ten sam widok z dodatkowym przekrojem płaszczyzną pionową przez obmurze leja i pierwszą nakładkę antyerozyjną, zaś fig. 3 przedstawia powiększony fragment widoku z fig. 2. Fig. 4 przedstawia nakładkę antyerozyjną według wynalazku (drugą nakładkę antyerozyjną) w widoku z boku, fig. 5 przedstawia przekrój tej nakładki płaszczyzną pionową przechodzącą przez oś tej nakładki. Fig. 6 i fig. 7 przedstawiają widoki tej nakładki odpowiedni od przodu i od tyłu. Fig. 8 przedstawia widok tej samej nakładki od góry, a fig. 9 - jej widok perspektywiczny. Fig. 10 przedstawia w widoku od góry fragment ściany rurowej osłoniętej nakładkami według wynalazku.

Wynalazek zostanie bliżej przedstawiony na przykładzie zabezpieczenia antyerozyjnego ściany rurowej kotła fluidalnego typu OFz 425 o mocy termicznej 336 MW. Ścianę tę tworzą stalowe rury

PL 215 273 B1 ekranowe 1 o średnicy nominalnej D1 równej 63,5 mm i podziałce równej 85 mm. Rury 1 wychodzą z obmurza 2 leja komory paleniskowej wykonanego z betonu ubijanego i połączone są ze sobą stalowymi płetwami 3 o grubości 6 mm. Na odcinku od 233 do 340 mm powyżej poziomu obmurza 2 na rurach ekranowych 1 wykonano podcięcia 4, zmniejszające ich średnicę D2 do wartości 51 mm. Na tym samym odcinku wycięto także płetwy 3. Na wspomnianym betonowym obmurzu 2 oparto ceramiczne pierwsze nakładki antyerozyjne 5 o wysokości 300 mm, których dolna zewnętrzna powierzchnia 5' w płaszczyźnie prostopadłej do ściany ekranowej i przechodzącej przez oś rury oddalona jest od tworzącej tej rury o 80 mm. Powyżej poziomu 190 mm zewnętrzna powierzchnia 5 nakładki 5 pochylona jest w kierunku ściany ekranowej pod kątem β równym 30°. Pomiędzy górną krawędź podcięcia 4 rury ekranowej 1, a górną płaszczyznę pierwszej nakładki antyerozyjnej 5 wstawiono drugą nakładkę antyerozyjną 6 wykonaną z granulatu zawierającego co najmniej 92% tlenku glinu AI2O3, spiekanego w temperaturze 1600°C i pod ciśnieniem około 200 MPa. Nakładka wykonana w takiej technologii charakteryzuje się twardością 9 w skali Mohsa. Powierzchnia zewnętrzna 7 drugiej nakładki antyerozyjnej 6, kontaktująca się z przestrzenią komory paleniskowej kotła czyli narażona na oddziaływanie materiału inertnego, ma kształt wycinka stożka ściętego o kącie wierzchołkowym a równym 60° i osi pokrywającej się z osią osłanianej rury ekranowej 1. Średnica D3 górnej podstawy tego stożka wynosi 57 mm, a więc jest mniejsza od średnicy nominalnej D1 osłanianej rury ekranowej 1. Wysokość H1 tego stożka wynosi 40 mm, dzięki czemu dolna średnica D4 tego stożka zachodzi na górny koniec pierwszej nakładki antyerozyjnej 5 tworząc tzw. ujemny uskok. Możliwe są również inne ukształtowania pierwszych nakładek antyerozyjnych, byleby ich górne końce mieściły się w okręgach współśrodkowych z dolnymi podstawami stożkowej powierzchni zewnętrznej 7 drugich nakładek antyerozyjnych 6 i mającymi średnice mniejsze od średnicy D4 tych dolnych podstaw. Zapewnia to wspomniany wyżej ujemny uskok jednej nakładki względem drugiej. Poniżej swej stożkowej powierzchni zewnętrznej 7 druga nakładka antyerozyjna 6 ma pionowy element mocujący 8 w postaci wycinka tulei współosiowej z osłanianą rurą ekranową 1 o wysokości H2 równej 37 mm. Średnica zewnętrzna D6 tulei mocującej 8 wynosi 70 mm, dzięki czemu tuleja 8 mieści się pomiędzy podciętą 4 rurą ekranową 1 i pierwszą nakładką antyerozyjną 5. Tylne końce drugiej nakładki antyerozyjnej 6 przechodzą przez wspomniane wycięcia w płetwach 3 i sięgają około 4 mm poza tylną powierzchnię 9 tych płetw (3). Pozostała wolna przestrzeń pomiędzy rurą ekranową 1 a pierwszą nakładką antyerozyjną 5 wypełniona jest specjalnym betonem żaroodpornym 10, służącym do mocowania pierwszej nakładki antyerozyjnej 5 a tym samym do utrzymywania we właściwym miejscu górnej nakładki antyerozyjnej 6. Stożkowa powierzchnia zewnętrzna 7 drugiej nakładki antyerozyjnej 6 ma dwa zasadniczo pionowe boczne ścięcia 11, dzięki czemu można w prosty sposób budować według wynalazku osłonę antyerozyjną ściany ekranowej o różnych podziałkach, zarówno na ich odcinkach prostych jak i w narożach. Ścięcia 11 nakładek 6 stosowanych na płaskich odcinkach ściany rurowej są wzajemnie równoległe i odsunięte od siebie o odległość L zasadniczo równą podziałce osłanianych rur ekranowych 1, natomiast w nakładkach 6 znajdujących się w narożach kąt pomiędzy ścięciami 11 zależy od kąta tych naroży.

Claims (6)

1. Nakładka antyerozyjna ściany rurowej kotła fluidalnego składającej się z szeregu rur ekranowych połączonych płetwami, znamienna tym, że jej powierzchnia zewnętrzna (7) kontaktująca się z przestrzenią komory spalania kotła ma kształt stożka ściętego o osi zasadniczo pokrywającej się z osią osłanianej rury ekranowej (1) i o kącie wierzchołkowym (a) nie większym niż 120°, przy czym średnica (D3) górnej podstawy tego stożka ściętego (7) jest mniejsza od nominalnej zewnętrznej średnicy (D1) osłanianej rury ekranowej (1), a wysokość (H1) tego stożka (7) jest większa od 30% nominalnej zewnętrznej średnicy (D1) tej rury (1), przy czym twardość stożkowej powierzchni zewnętrznej (7) wynosi co najmniej osiem w skali Mohsa.

2. Nakładka według zastrz. 1, znamienna tym, że jej stożkowa powierzchnia zewnętrzna (7) sięga poza tylną powierzchnię (9) płetw (3) sąsiadujących z osłanianą rurą ekranową (1).

3. Nakładka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że jej stożkowa powierzchnia zewnętrzna (7) ma dwa zasadniczo pionowe boczne ścięcia (11), przy czym odległość (L) pomiędzy tymi ścięciami (11) jest zasadniczo równa podziałce osłanianej ściany rurowej.

PL 215 273 B1

4. Nakładka według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienna tym, że ma postać półpierścienia, który poniżej stożkowej powierzchni zewnętrznej (7) ma pionowy element mocujący (8), korzystnie w postaci wycinka tulei współosiowej z osłanianą rurą ekranową (1).

5. Nakładka według zastrz. 4, znamienna tym, że zewnętrzna średnica (D5) tulei mocującej (8) jest najmniej o 20% mniejsza od dolnej średnicy (D4) stożkowej powierzchni zewnętrznej (7).

6. Nakładka według zastrz. 5, znamienna tym, że wysokość (H2) tulei mocującej (8) jest porównywalna z wysokością (H1) stożkowej powierzchni zewnętrznej (7).