КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Загрязнение и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева

Поступающие вместе с топливом в зону горения минеральные примеси подвергаются высокотемпературным физическим преобразованиям: часть из них плавится и даже испаряется, другие в этих условиях образуют но­вые эвтектические сплавы и соединяются в более крупные расплавленные частицы, которые выпадают в нижнюю часть топки (холодную воронку) в виде шлака. Основная масса мелких золовых частиц уносится из топки с продуктами сгорания в виде летучей золы.

Характеристики плавления частиц золы. В составе летучей золы имеются три группы частиц, отличающиеся химическим со­ставом и физическим состоянием в зоне высоких температур.

Легкоплавкие соединения имеют температуру плавления 700-850°С. Это в основном хлориды и сульфаты щелочных металлов (NaCl, СаСЬ, Na2S04, MgCb, АІ2(804)3). В зоне высоких температур ядра факела они испаряются, а затем конденсируются на поверхности труб, так как темпе­ратура чистой стенки всегда менее 700°С. Их количество в составе летучей золы невелико (менее 1%).

Среднеплавкие компоненты золы с температурой плавления 900-1 100°С (FeS, FeO, Na2Si03, K2S04 и др) находятся в топке в расплавленном состоянии, при контакте с поверхностью нагрева нали­пают на нее и по мере снижения температуры застывают и цементируют другие твердые частицы.

Тугоплавкими компонентами золы являются, как правило, оксиды ме­таллов типа MeO (CaO, MgO, Ре20з), а также Si02, AI2O3 и др. Темпе­ратура их плавления (1 600-2 800°С) превышает температуру газов в ядре факела, поэтому они проходят зону горения без изменения своего состо­яния, оставаясь твердыми. Ввиду малых размеров они уносятся потоком газов и составляют основную массу летучей золы.

Плавкостные характеристики золы в топочной камере зависят от со­отношения основных и кислых (по химическим свойствам) компонентов, входящих в расплав. Количественно это соотношение характеризуют пока­зателем кислотности расплава

Fe2Q3 + CaO + MgO + Na2Q + К20 * ~~ Si02 + А1203 + ТЮ2 * ( • }

При значении К > 1 шлаки являются основными по химическим свой­ствам, а при К < 1 — кислыми. Последние относятся к так называемым «длинным» шлакам с более медленным изменением вязкости при снижении температуры, они более предпочтительны при организации жидкого шла­
к0удаления. В то же время при твердом шлакоудалении эти шлаки более склонны к шлакованию экранов топки.

Летучая зола представляет собой эвтектические смеси компонентов различной плавкости. В таких смесях тугоплавкие компоненты типа МеО при их малом содержании в золе (5-20%) приводят к снижению температу­ры расплавления эвтектической смеси (особенно это относится к окислам FC2O3 и СаО при наличии в потоке SO2), что создает опасность шлакова­ния конвективных поверхностей в горизонтальном газоходе. При содержа­нии МеО в золе более 25%, а также при повышенном содержании AI2O3 и Si02 (более 65% по массе) температура плавления золовых частиц повы­шается и шлакование не имеет места даже при повышенной температуре потока газов.

Виды отложений на поверх­ностях нагрева. По степени механиче­ской прочности образующихся на поверхности металла отложений они разделяются на сыпу­чие, связанные рыхлые, прочные и сплавлен­ные (шлаковые). Шлаковые отложения разви­ваются в зоне температур газов 700 - f - 900° С (рис. 7.18) и могут привести к перекрытию (за - шлакованию) части газохода, что вызовет необ­ходимость снижения нагрузки на котле вви­ду ограничения тяги в результате резкого ро­ста аэродинамического сопротивления газово­го тракта котла.

В образовании связанных рыхлых и плот­ных отложений участвуют щелочные соедине­ния (К2О, Na20), а также сульфатные типа Na2S04 и золовые фракции с повышенным со­держанием оксидов железа. Характер плотных отложений близок к показанному на рис. 7.18, только в меньших масштабах, они развивают­ся на поверхностях воздухоподогревателя при сжигании мазута и температуре стенки ни­же 200°С, где начинается конденсация на поверхности нагрева паров серной кислоты совместно с влагой. При наличии силикатов натрия образуются твердые, прочные, стеклоподобные наплавлення на трубах.

На твердых топливах в этой зоне образуется слой рыхлых влажных отложений, содержащих золовые частицы различного состава.

Загрязнение и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева

Рис. 7.18. Характер золового заноса поперечно обтекаемо­го низкотемпературного пуч­ка с шахматным расположе­нием труб при сжигании ма­зута.

В зоне относительно низких температур газового потока — менее 000 - т - 700°С и до температур «холодной части» воздухоподогревателя - наиболее распространены при сжигании твердых топлив сыпучие отло­
жения. Они имеют слабую механическую связь с поверхностью и между собой и легко удаляются при встряхивании или прямом ударе по участку от­ложений. Кроме аэродинамических факторов, приводящих к набрасыванию частиц золы на поверхности труб, в переносе мелких фракций золы участ­вуют электростатические силы (за счет разного электростатического заряда поверхности трубы и частички золы), а также силы термофореза (движение частиц из горячего потока к более холодной поверхности трубы).

Ій ~ 18 м/с w ~ 11 м/с w ~ 5 м/с

I I I

Загрязнение и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева

Рис. 7.19. Загрязнение труб сыпучими отложениями при разных скоростях движения газов.

Сыпучие отложения преимущественно образуются на тыльной стороне трубы по отношению к направлению движения газового потока, в зоне вихрей в следе за трубой (рис. 7.19) и сильно зависят от скорости пото­ка., На лобовой стороне заметные сыпучие отложения появляются лишь при малых скоростях набегающего потока (менее 5-6 м/с) или при на­личии в потоке очень тонкой летучей золы (при жидком шлакоудалении в топке).

Интенсивность образования сыпучих1 отложений сильно зависит от фракционного состава золы. Крупные фракции золы размером свыше 30 мкм обладают достаточно большой кинетической энергией при движе­нии около трубы и разрушают нарастающие отложения. В таких случаях отложения оказываются незначительными. В длительной эксплуатации при постоянном контакте отложений с газовым потоком может происходить свя­зывание (спекание) частиц между собой за счет сульфатных соединений Na и К, поэтому желательно систематическое удаление таких отложений.

Сыпучие и другие виды загрязнений поверхности труб ухудшают теп­лообмен с газовым потоком и снижают эффективность ее работы. Оценку тепловой эффективности поверхности нагрева производят через приведен­
(7.17)

Где 6-і, А3 — средняя условная толщина слоя отложений по периметру тру­бы, м, и теплопроводность золового слоя, Вт/(м-К).

<5з

Ный коэффициент загрязнения, £3 (м2-К)/Вт:

Изменение коэффициента загрязнения £3 в разных условиях эксплуата­ции позволяет оценить изменение размера отложений, т. е. установить влия­ние режимных факторов на характер отложений. Значение коэффициента £3 получают при испытаниях путем сравнения реального тепловосприятия по­верхности с теоретическим при совершенно чистых трубах.

Я м - К

Загрязнение и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева

М К

10 12 14 16 w, м/с б)

Рис. 7.20. Изменение коэффициента загрязнения груб £ в зависимости от концен­трации золы в потоке и ее крупности (трубы d — 38 мм, S/d — S^/d = 2): а — в зависимости от времени работы; б — в зависимости от скорости потока; 1 — кон­центрация золы 21 г/м3; 2 — то же при концентрации 7 г/м3; 3 — мелкая зола; 4 — крупная зола.

10

Вт

5,0 4,0 3,0 2,0 1.0

0 2 .4 6 8 10 Т а)

Как следует из результатов испытаний (рис. 7.20), загрязнение труб от­ложениями летучей золы мало зависит от концентрации ее в потоке дымо­вых газов. Разница в загрязнениях наблюдается только в первые часы рабо­ты до установления динамического равновесия. Более интенсивное загряз­нение труб (более высокое значение коэффициента £3) имеет место в случае присутствия в потоке тонких фракций золы. Во всех случаях с увеличением скорости потока загрязнения труб сыпучими отложениями уменьшаются,

8 Котельные установки

Что связано с ростом кинетической энергии частиц и разрушением образу­ющихся отложений более крупными частицами.

Ю

Загрязнение и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева

Рис. 7.21. Сравнение коэффициентов загрязнения различных пучков труб.

S;/d = 3,0 vfc ---------

5 6 7 8 9 10 .11 12 13 14 w. м/с

Большое влияние на степень загрязнения поверхности оказывают тип пучка труб (шахматный или коридорный) и продольный шаг труб S2 в шах­матном пучке. При равных прочих условиях (скорость газов, диаметр труб) коэффициент загрязнения коридорного пучка в 1,7-3,5 раза больше, чем шахматного (рис. 7.21). С уменьшением продольного шага труб S2 (уплот­нение пучка труб) загрязнение существенно уменьшается. Загрязнение груб существенно возрастает при низких скоростях газового потока, поэтому скорости газов в поверхностях менее 3-4 м/с не допускаются, а с учетом рабочего диапазона нагрузок котла (до 0,5 DH0M) скорости газов при номи­нальной нагрузке принимаются не ниже 6 м/с для поперечно омываемых пучков труб и не менее 8 м/с — для продольного тока газов в поверхностях воздухоподогревателей.

І м2-К Вт

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

0

Абразивный износ поверхностей нагрева. Сущ­ность абразивного износа заключается в том, что крупные частицы золы, обладающие достаточной твердостью и остротой граней, при ударах о стен­ку трубы непрерывно срезают с поверхности микроскопически малые слои оксида металла, постепенно уменьшая в этом месте толщину стенки трубы (рис. 7.22). Частицы несгоревшего топлива (чаще у антрацитов и полуан­трацитов) также вызывают истирание поверхности.

Загрязнение и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева

Рис. 7.22. Места и характер абразивного износа труб: а — места абразивного износа трубы поперечным набегающим потоком газов; б — упрощенная схема срезания частицами золы металла с поверхности трубы; 1 — место износа металла трубы.

Таким образом, золовой износ прежде всего определяется абразивно - стью частиц золы. Последняя прежде всего зависит от содержания SiC>2 в золе и заметно увеличивается, когда SiC>2 > 60%. Так, например, сильно абразивными свойствами обладает зола экибастузского каменного угля, так как в ее составе содержание SiC>2 > 80%.

Интенсивность износа также зависит от общего количества золы в топ­ливе, т. е. от А9, и определяется концентрацией частиц золы в газовом по­токе, г/м3:

TOC o "1-3" h z 10 Ар ауи 273 (7 Ш

VT~ 273Т^ (7Л8)

Или в безразмерном виде

АР а

№" = (Iooi)' (7Л9)

Здесь Vr — объем газов при сжигании 1 кг топлива, м3/кг; аун — доля золы, Уносимая из топки с газовым потоком; Gr — масса дымовых газов, кг/кг топлива:

Gr = 1 - 0,01 Ар 4-1,306 aVB°. (7.20)

Загрязнение и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева

Абразивный износ более сильно проявляется в зоне температур газов ни - >ке G00°C,'когда частицы теряют поверхностную пластичность и становятся Твердыми, т. е. в верхней части конвективной шахты. Интенсивность износа
неравномерна как по сечению газохода, так и по периметру труб. При входе в конвективную шахту из горизонтального газохода газы имеют разворот на 90°С, в результате чего наиболее грубые фракции золы отбрасываются к задней стене шахты и имеют там повышенную концентрацию.

При поперечном обтекании трубы наибольшему износу подвергаются боковые ее стенки под углом 30-50°С, где обтекающий трубу поток прохо­дит по касательной к поверхности (рис. 7.22). Коридорные пучки подверга­ются существенно меньшему износу, так как по ходу газов трубы находятся в аэродинамической тени первой (лобовой) трубы, на которую к тому же поток газов набегает с более низкой скоростью (из свободного газохода), чем скорость газов в межтрубном пространстве пучка. Интенсивность износа определяется:

1) кинетической энергией отдельных частиц золы, которая зависит от квадрата скорости газов — w*;

2) количеством частиц, проходящих у поверхности в единицу времени, которое зависит от концентрации частиц в потоке газов /ізл и является возрастающей функцией от скорости wv

3) неравномерностью концентраций золы в потоке км и скоростей газов в сечении kw

4) плотностью расположения труб в поперечноомываемом пучке, что определяет торможение частиц при контакте с поверхностью и умень­шение их скорости в следующем ряду труб, по сравнению со скоростью газов.

В итоге интенсивность износа, I мм/год, зависит в третьей степени от скорости газов:

1НЗ - 0,028а7п^/ізл(^ гог)3(^^)1,8гр • R%6, (7.21)

Где а — коэффициент абразивности золы, мм-с3/(г-ч); т — относительный показатель износоустойчивости труб, зависящий от химического состава стали; тр — время эксплуатации поверхности, ч/год. На входе в конвектив­ную шахту при П-образной компоновке котла коэффициенты неравномерно­сти концентраций золы и скоростей газов имеют следующие значения: kfI = = 1,2-1, 25 и kw = 1, 25 - г-1,3. Допустимым считается износ стенки трубы 1,п = 0, 2 мм/год из расчета нормальной работы трубы не менее 10 лет (тр = = 60-70 тыс. час). Максимально допустимая по условиям износа скорость газов в первом ряду конвективного пакета верхней части шахты, wm м/с, определяется из (7.21) и для шахматного пучка труб при относительном шаге труб S/d = 2,5 составляет:

Топливо wvl3, м/с Топливо wm, м/с

Экибастузский уголь 7,0 Кизеловский уголь 10,5

Подмосковный уголь 9,0 Антрацит марки АШ 11,5

Челябинский уголь 10,0 Донецкий уголь марки Т 12,0

Рабочие скорости газов в пакете должны быть меньше максимальных. При опасности абразивного износа труб поверхности принимают меры для их защиты. Активными являются способы общего уменьшения скоростей (при конструировании) и выравнивания их в сечении газохода (аэродинами­ческие устройства, исключение свободных газовых коридоров). Методами пассивной локальной защиты являются накладки сверху на всю длину тру­бы полуцилиндрических сменных манжет, наплавка прутков с двух сторон трубы в зоне наибольшего износа, установка на входе в трубы воздухопо­догревателя внутренних цилиндрических вставок длиной не бодее 10 dBH.

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

ТТ котлы, электричество и тепловой насос, как альтернатива газу.

Тарифы на центральное отопление постоянно растут, оплата этой коммунальной услуги отнимает большую часть платежей семьи. Отличным выходом может стать выбор альтернативного источника тепловой энергии, который должен стать энергосберегающим, недорогим и …

Подбор мощности твердотопливного котла.

Наиболее важным параметром, от которого зависит удобство и комфорт использования котла, является его мощность. Неправильно подобранная мощность грозит Вам целым рядом проблем и неудобств. Самой распространенной ошибкой является недостаточная мощность

Промышленный парогенератор Genel

Парогенератор Genel – это устройство, которое предназначено для производства влажного и сухого пара в сфере обслуживания и для использования в производственных процессах. Прежде чем приобрести данное оборудование необходимо обратить внимание на …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.