Абразивный износ конвективных поверхностей нагрева.

Сущность абразивного износа состоит в том, что крупные золовые частицы и частицы несгоревшего топлива, обладающие достаточной твердостью и остротой граней. При ударе о стенку трубы они непрерывно срезают с поверхности микроскопически малый слой металла, что ведет к уменьшению толщины стенки и может вызвать разрыв трубы.

Величина абразивного износа значительно увеличится при превышении допустимой скорости движения газов в конвективной шахте.

Интенсивность абразивного износа можно оценить по эмпирическому выражению:

,

где: - поперечный шаг трубы;

- коэффициент абразивности золы, который определяется экспериментально и в сильной мере зависит от содержания в золе кремнезема ( );

- коэффициент, учитывающий износостойкость стали;

- концентрация золы в конвективной шахте - ;.

- средняя скорость газов в газоходе;

- коэффициент, учитывающий неравномерность концентрации золы ( =1,2-1,25);

- коэффициенты неравномерности скорости газов в газоходе ( =1,25-1,5);

- тонкость помола угольной пыли;

- время эксплуатации.

Интенсивность абразивного износа усиливается при снижении , т.к. золовые частицы затвердевают и теряют свою пластичность.

При поперечном омывании труб, абразивному износу подвергается поверхность трубы под углом к направлению потока газов.

При продольном омывании труб наиболее интенсивному абразивному износу подвергается участок, находящийся на расстоянии от входа 2-3d_ВН.

Для защиты в данном случае могут использоваться цилиндрические вставки, которые могут заменяться по мере износа (1).

Допустимой считается величина абразивного износа не превышающая 0,2 мм в год. Здесь время нормальной работы трубы составляет около 10 лет.

Меры снижения абразивного износа.

• Ограничение скорости дымовых газов для топлив с абразивной золой;

• Установка сменных защитных устройств, манжет, накладок, листов и т.д. в местах наиболее подверженных абразивному износу;

• Установка сменных вставок.

ЛЕКЦИЯ №34

Коррозия поверхностей нагрева

Высокотемпературная коррозия.

Наблюдается при температуре газов больше 700°С.

а). Высокотемпературная сернистая коррозия возникает в ядре факела (на топочных экранах) при сжигании твердых топлив с малым выходом летучих и сернистого мазута.

Основным коррозионно-активным компонентом является сероводород ( ). Наиболее подвержены этой коррозии топочные экраны с набросом факела. Причина - местное (локальное) снижение коэффициента избытка воздуха (α) (восстановительная зона) при быстром росте температуры (1500^оС) не позволяет сгореть . При концентрации = 0,04-0,07% скорость коррозии повышается примерно в 10 раз.

Первичный продукт коррозии , который отсла-ивается от стенки трубы и дает место дальнейшему протеканию процесса. Скорость сернистой высокотемпературной коррозии может достигать 3-4 мм в год.

Меры борьбы:

1. максимально возможная равномерность раздачи топлива и воздуха по горелкам, для того, чтобы обеспечить (окислительную среду), где быстро сгорит;

2. исключение касания факелом топочных экранов.

б). Высокотемпературная ванадиевая коррозия характерна для труб конвективного пароперегревателя. Происходит при сжигании мазута, когда температура стенки (t_СТ) превышает 610°С. В золе высокосернистого мазута содержится оксид , который в присутствии и других компонентов в золе переходит в

- образует ванадат натрия ( ) с температурой плавления .

Данное соединение образует жидкую агрессивную пленку на поверхности труб из углеродистой и слаболегированной аустенитной стали и разрушает металл. Данной коррозии подвергаются крепежные детали, которые не имеют охлаждения. Коррозия эта усиливается при наличии в потоке окислов серы: . Наиболее опасен для металла пиросульфат натрия , который в сочетании с создает повышенную агрессивность газов при температуре около 600°С. Максимальная скорость данной коррозии наблюдается при температуре , которая характерна для неохлаждаемых крепежных деталей.

Меры борьбы с ванадиевой коррозией:

1. снижение , чтобы избежать образования ;

2. введение в топку щелочных присадок, например в количестве 0,6-0,8 , которые частично связывают ;

3. выделение из мазута в процессе его подготовки ванадия и натрия;

4. снижение до температуры ниже 600°С. Температура перегрева с учетом тепловой разверки не должна превышать 550-545°С.

Низкотемпературная сернокислотная коррозия

Определяющим фактором данной коррозии является наличие в продуктах сгорания паров серной кислоты.

Механизм коррозии.

Сера окисляется в зоне ядра факела

(сернистый ангидрид).

При наличии избытка воздуха сернистый ангидрит доокисляется атомарным кислородом до , который в области высоких температур разрушается. Общий процесс образования и разрушения можно представить в виде:

,

где и - постоянные скоростей прямой и обратной реакций.

В ядре факела > - на границе ядра факела имеется заметная концентрация , которая при завершении реакции горения несколько снижается. Процесс разложения завершается при температурах газов меньше 1200° - 1250⁰С.

Таким образом, чем быстрее охлаждаются продукты сгорания, тем выше остаточная концентрация . В общем виде, остаточная концентрация определяется выражением:

,

где: и - это коэффициенты, учитывающие тип топки и топливо;

- содержание избыточного кислорода;

- тепловое парообразование;

- содержание летучей серы в топливе;

- опытные коэффициенты.

При дальнейшем движении газов через конвективные поверхности, содержание при наличии и может увеличиваться за счет каталитического доокисления до .Роль катализатора играют наружние отложения, в первую очередь, сульфаты железа и сажа. В итоге содержание составляет 1 – 5% от или 0,002-0,01%

В зоне температур ниже 500°С начинается процесс образования паров серной кислоты ( ).

Процесс образования заканчивается при температуре 250°С.

Коррозия поверхности может начаться, если окажется меньше температуры конденсации паров влаги или паров серной кислоты, соответствующей их парциальному давлению в газах.

Температура, при которой начинается конденсация влаги на поверхности, называется термодинамической температурой росы (точка росы) .

Температура росы чистых водяных паров (без ) при их парциальном давлении в продуктах сгорания составляет . При наличии в потоке газов паров температура конденсации (сернокислотная точка росы ) значительно повышается до 140-160°С. При сжигании мазута она определяется по формуле:

, где - приведенная S, .

- концентрация избыточного кислорода в газовой среде, %.

Увеличение и ведет к увеличению и .

При рассмотрении коррозии необходимо учитывать, что часть нейтрализуется щелочными соединениями, содержащимися в золе. Общее содержание щелочных соединений:

тогда коэффициент коррозионной агрессивности топлива характеризуется величиной .

Примеры:

Топливо		К
Кизеловский	6,1	0,38
Подмосковный бурый	4	0,16
Донецкий марки Д	3	0,11
Мазут	2,7	2,62

Для углей:

, где А – это функция от 1/К ( ).

Интенсивность процесса коррозии определяется концентрацией в образовавшейся жидкой пленке и находится по диаграмме фазового состояния жидкости и пара для системы .

Нижняя ветвь - это зависимость температуры кипения водного раствора серной кислоты от ее концентрации при Р – const.

Верхняя ветвь – это температура начала конденсации парового раствора.

Видно, что даже незначительная конденсация паров в дымовых газах резко повышает .

При 0% было бы

При 5% , .

При этом образующаяся на стенке пленка жидкости имеет высокую концентрацию .

Коррозия металла происходит при наличии на его поверхности сконденсировавшейся пленки, содержащей . Продолжение коррозии возможно при новом поступлении в пленку из потока газов.

Таким образом, скорость коррозии пропорциональна скорости конденсации паров .

Зависимость скорости коррозии от и от для мазута .

Скорость коррозии при повышается ( ) вследствие воздействия на металл раствора сернистой кислоты, образующейся при низких температурах при соединении на поверхности пленки .

- сернистая кислота.

Экстремальный характер зависимости объясняется следующим. Скорость коррозии пропорциональна скорости конденсации , т.к. интенсивность коррозии пропорциональна концентрации в пленке.

При t<110°С – толщина пленки растет быстро за счет , а концентрация - падает.

При t>110°С – толщина пленки растет медленнее, но концентрация меньше, чем при 110°С.

Влияние обусловлено величиной избыточного кислорода, который способен доокислять .

Для исключения низкотемпературной сернокислотной коррозии необходимо иметь:

Это экономически оправдано при сжигании малосернистых и сернистых мазутов и сернистых твердых топлив, для которых .

В других случаях , определяемая величиной будет чрезмерно велика.

Минимальная ТВП.

, где - коэффициенты теплоотдачи с газовой и воздушной сторон.

- температуры уходящих газов и воздуха на входе в ТВП.

0,8 и 0,95 – коэффициенты, учитывающие влияние загрязнений с газовой стороны и неравномерность температурного поля газов.

( )