RU2241903C2

RU2241903C2 - Bulk expansion device

Info

Publication number: RU2241903C2
Application number: RU2001131248/06A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Собачкин (RU); В.Б. Собачкин; Е.В. Липатов (RU); Е.В. Липатов; А.Л. Ченчиков (RU); А.Л. Ченчиков; А.К. Малашенко (RU); А.К. Малашенко; С.П. Савин (RU); С.П. Савин; В.А. Лариошкин (RU); В.А. Лариошкин; П.В. Собачкин (RU); П.В. Собачкин
Original assignee: ОАО "Красноярскэнерго"
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2004-12-10
Also published as: RU2001131248A

Abstract

FIELD: power engineering; gas-tight joints for boiler unit convective shaft components.

SUBSTANCE: proposed expansion device designed to ensure compensation for spatial temperature displacements of joints without escape of bulk material is characterized in layer-by-layer placement of bulk material in its trough; grain size of material in lower near-bottom layer is maximal at lowest coefficient of heterogeneity, and immersible knife end is driven into this material; particles in next layers are smaller than those of respective underlayer material.

EFFECT: enhanced operating reliability and reduced air ingress into boiler flue.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для газоплотного соединения элементов паровых котлов и других теплотехнических агрегатов с обеспечением компенсации их температурных перемещений.The invention relates to energy and can be used for gas-tight connection of elements of steam boilers and other heat engineering units with compensation for their temperature movements.

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.A known compensator [1], comprising a compensating element of flexible heat-resistant cloth attached to moving nodes, which covers a chamber with a volume spring and a source of compressed air connected to them. The disadvantage of this compensator is the need for additional energy to fill the chamber with air and a relatively short service life.

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.Known sealing assembly between the tube screens of the furnace and the lined hopper [2], containing a sealing element located in a groove or ledge made on the upper end of the hopper, and the pipe screens are bent around the perimeter of this groove or ledge and serve as a sealing element. The disadvantage of this device is the low reliability during temperature movements in two planes, while the sealing element is irreversibly deformed and the entire section of the node is depressurized.

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.A known compensator for temperature displacements [3], in which the holes in the strip are made in the form of triangles, their vertices alternating with opposite edges of the strip, one side of the hole adjacent to the longitudinal corrugations and made corrugated, and the transverse corrugations are located opposite from the said holes the edges of the plate, adjacent to its base to the elements of the heat exchanger. The disadvantage of this design of the compensator is the significant metal consumption of the device.

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.Closest to the claimed invention is a sand compensator [4], containing a gutter with sand attached to the lower part of the convection shaft and an immersion knife located around the perimeter of the upper part of the convection shaft. The disadvantage of the prototype is that when filling the gutter of the compensator with washed river sand, as required by the factory instructions, the gas-tight characteristics of the layer shutter of the device deteriorate, since coarse-grained material without small and dusty fractions has low aerodynamic resistance.

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.In operational practice, cases have been noted when, for various reasons, the resulting pulsations of the discharge in the boiler flues cause the removal of bulk material from the compensator trough. This is explained by the fact that, at peaks of rarefaction pulsations, sand along the walls of the gutter and knife inside the duct begins to fluidize. Air velocities in the liquefaction section increase, and fall in the volume of material, which, in turn, leads to an avalanche-like gushing and ejection of particles beyond the gutter with the formation of wash holes in the expansion joint.

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.Thus, in addition to the constant component of air leaks due to infiltration through the washed sand layer, additional significant suction occurs through the formed windows, which negatively affects the efficiency of the boiler unit.

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.Filling the compensator with a polydisperse sand mixture showed that air suction into the boiler gas duct decreased by an order of magnitude, but although the design of the compensator provided for simultaneous horizontal and vertical movement along the guide angle of the tilt of the submersible knife, during operation it was not possible to avoid the formation of failure windows and material removal. This is explained by the increased autogesionic characteristics of the polydisperse material and the complex volumetric unpredictable temperature movements of the boiler unit structures at various stages of operation. Slight deviations of the vertical or horizontal components of the temperature movement of the immersion knife from the calculated ones cause the material to be pressed to one of the walls of the trench, on which the loose one, having lost its mobility, hangs. Over time, conditions are created when compressed material also hangs on the opposite wall of the gutter. Into the formed U-shaped labyrinth, intake air enters, with which sand material begins to be carried out.

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.The technical effect of the proposed compensator is to increase reliability and reduce air suction into the boiler flues. This effect is achieved by the fact that the sealing loose material of the compensator is laid in layers in the trough, while the material of the bottom bottom layer has the largest size with the lowest coefficient of heterogeneity and the end face of the immersion knife is buried in it, and the particles in the subsequent layers are smaller than the particles of the material of the corresponding underlying layer.

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.In essence, it is proposed to use the inverse filter effect in the bulk compensator, which is widely used in hydraulic engineering and road construction. According to [5] (p. 292), the average calculated particle diameters of the mating layers should be 4-5 times different from each other, but not exceed a 10-fold difference [5] (p. 291). The bottom bottom layer of the material into which the end of the submersible knife is buried must be movable, with low strength of the particle contacts between each other, to maintain the flow properties after relieving compressive loads and have sufficient aerodynamic resistance acceptable for the 1st stage of the layer shutter. Experimental studies have established that the washed river sand taken from the sieve interval of 0.8 and 0.5 mm with d ₅₀ = 0.580 mm most meets these requirements. The selection of the particle size of the sand of the overlying layers is carried out according to the average design diameters: for the 2nd layer, d ₅₀ = 0.145-0.116 mm, for the third layer, d ₅₀ = 0.036-0.023 mm, etc.

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.The experiments performed on a bench model of a compensator with simulation of temperature displacements and with the creation of a vacuum over one of the half-layer shutter to 500 mm of water. Art., showed that the optimal depth of the end face of the immersion knife is 90-110 mm, and the thickness of the 2nd and subsequent layers should be equal to or greater than the gap between the knife and the wall of the gutter. The upper closing layer is enough to make of dusty sand sifted through a 0.8 mm sieve.

На чертеже схематически представлен насыпной компенсатор, поперечный разрез.The drawing schematically shows a bulk compensator, a cross section.

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.The compensator contains a groove 1 with a funnel 2, attached to the lower moving part of the convection shaft 3, and an immersion knife 4, installed around the perimeter of the upper moving part of the convective shaft 5. The groove 1 is layer-by-layer filled with bulk material 6, 7, 8, 9 so that the end face knife 4 is buried in the 1st layer of material 6, and the particles of material in subsequent layers are smaller than the particles of material of the corresponding underlying layer.

По фронту и тылу конвективной шахты нож и стенки желоба компенсатора имеют наклонную компоновку, по бортам шахты эти элементы устройства имеют вертикальную компоновку.On the front and rear of the convection shaft, the knife and the walls of the compensator trough have an inclined layout, along the sides of the shaft these elements of the device have a vertical layout.

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.The compensator works as follows: when heating the horizontal and vertical flues of the convective part of the boiler, its elements move under the influence of temperature expansion in the vertical and horizontal planes. The submersible knife 4, along the calculated resulting guide parallel to its plane, is buried in the sand volume of the gutter 1. Due to the vacuum in the gas duct, the resulting filtering air flows cause the pores of the granular material to be squashed at the boundaries of layers 6-7, 7-8, 8-9 with increasing aerodynamic the resistance of the entire layer shutter of the compensator until the air suction into the boiler flue is almost completely stopped.

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.For various reasons, the vertical and horizontal temperature movements may not correspond to the calculated ones, while alignment is disturbed in the movements of the knife 4 and the groove 1. Assuming, for example, that the horizontal component increases at a faster rate than the calculated ones, then on the right side of the groove 1 the material will compress and the left side will begin to form a free gap along the knife wall 4. The most mobile and less connected particles of the lower layer 6 in the first turn fill this gap on your horizon. Due to the disturbance in the contact area of the layers 6-7, the particles of the layer 7 fill the gap and so on, i.e. depressurization of the layer shutter of the compensator and removal of material from it does not occur. A similar picture develops when the compression-extension zones change places.

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.For the practical application of the proposed solution to fill the bulk compensator, it is sufficient to use sand from various natural quarries [5] (p. 6), provided that the sand for the first bottom layer is washed from the dusty fractions and separated from the particles by more than 1 mm.

В настоящее время на Красноярской ТЭЦ-2 подобраны соответствующие материалы и начаты работы по заполнению песочного компенсатора котлоагрета БКЗ-500-140 ст. № 6.At present, at Krasnoyarsk CHP-2, the appropriate materials have been selected and work has begun on filling the sand compensator for boiler BKZ-500-140 st. Number 6.

Источники информацииSources of information

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.1. Compensator. A.D. Postnikov et al. USSR Copyright Certificate No. 816234, class. F 22 B 37/36, application No. 2448239 / 24-06 dated 04.02.77.

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.2. A sealing assembly between the tube screens of the furnace and the lined hopper. A.I. Golberg et al. USSR author's certificate No. 1190141, class. F 22 B 37/24, application No. 3772124 / 24-06 of 07.20.84.

3. Компенсатор температурных перемещений. Л.П.Яковлев. Патент Российской Федерации № 2024792, кл. F 22 В 37/02, 15.12.94, заявка № 4939706 от 28.05.913. Compensator of temperature movements. L.P. Yakovlev. Patent of the Russian Federation No. 2024792, cl. F 22 B 37/02, 12/15/94, application No. 4939706 dated 05/28/91

4. Чертеж БКЗ-500-140 № 03.8680.013 МЧ, Компенсатор песочный.4. Drawing BKZ-500-140 No. 03.8680.013 MCH, Sand Compensator.

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.5. Handbook on the subgrade of operated railways / M.V. Averochkina et al. / Ed. A.F. Podpalova et al. - M .: Transport, 1978, 766 pp., Ill., Tab.

Claims

A bulk boiler compensator comprising a chute attached to the lower part of the convection shaft and filled with a sealing bulk material, and an immersion knife installed around the perimeter of the upper part of the convection shaft, characterized in that the bulk material is laid in layers in the chute, while the material of the bottom bottom layer has the largest fineness with the lowest coefficient of heterogeneity and the end face of the immersion knife is buried in it, and the particles in the subsequent layers are smaller than the particles of the material of the corresponding underlying layer.