14.5. Корозія металу внутрішніх поверхонь нагріву
При електрохімічній корозії у водному середовищі одночасно відбуваються окислення металу з переходом його іонів в розчин і накопиченням еквівалентної кількості електронів в металі і асиміляція надмірних електронів частинками, що знаходяться в розчині електроліту. Баланс цих реакцій і дає струмоутворюючу реакцію, що являється причиною корозійного процесу, в результаті якого може виникати тверда фаза продуктів корозії. Наприклад:
Молекули води у вказаних рівняннях опущені. При підвищених температурах металевої стінки визначальне значення має хімічна корозія, при якій відбуваються дифузійні процеси в металічній стінці, внаслідок чого на її поверхні утворюється захисна плівка.
Хімічна корозія виникає при взаємодії з металом агресивних газів О2 і СО2, а також пар при високих температурах стінки. Відповідно розрізняють кисневу і пароводяну корозії. Взаємодія водяної пари з металом відбувається при температурах вище за 500°С шляхом дифузії. Ця взаємодія є окислювально-відновним процесом, при якому відбуваються наступні реакції
Утворена в результаті процесу пароводяної корозії плівка захисних оксидів при температурі нижче 570 °C переважно складається з Fe3О4.
У випарних поверхнях нагріву в результаті взаємодії металу з їдким натрієм Na(OH) при високій його концентрації у воді (більше 3%) виникає лужна корозія. Різновидом лужної корозії являється міжкристалічна корозія — каустична хрупкість металу, яка виникає у вальцювальних з’єднаннях під впливом високих механічних напруг за наявності високої лужності води. Запобігання лужній корозії досягається зменшенням агресивних властивостей води шляхом підтримки в ній в певному співвідношенні концентрації гідратної лужності і інших іонів.
14.6. Забруднення поверхонь нагріву
В процесі роботи котла виникає забруднення зовнішніх поверхонь нагріву. За умови Тг/Тпл<1 основна частина викидів за топкою знаходиться в твердому стані (Тг — температура газів, Тпл — температура плавлення золи). На екранах і ширмах топки, що працює на пиловидному твердому паливі, можливі відкладення шлаку. Ці відкладення утворюються при температурі газів на виході з топки вищої, ніж температура розм'якшення золи, а також у високотемпературних зонах топки при незадовільній аеродинамічній організації топкового процесу в тих випадках, коли розплавлені частинки золи, що не встигли охолодитися і затвердіти, накидаються потоком газів на стінки топок і труби екранів. Зазвичай шлакування починається в проміжках між екранними трубами, а також в застійних зонах і ділянках топки. Якщо температура топкового середовища в зоні утворення шлакових відкладень нижче температуру початку деформації золи t1, то зовнішній шар шлаку складається з отверділих частинок. При підвищенні температури зовнішній шар шлаку може оплавлятися, що сприяє налипанню нових частинок і прогресуючому шлакуванню. При температурі навколишнього середовища вище точки початку рідкоплавкого стану t3 зовнішній шар шлаку оплавлятиметься і подальших його наростань не буде, оскільки шлак буде стікати із стінок топки. У такому режимі працюють ошиновані екрани топок з рідким шлаковидаленням.
У економайзері утворюються рихлі, сипкі відкладення дрібних фракцій золи, причому зростання забруднюючого шару супроводжується руйнуванням його крупнішими частинками, внаслідок чого встановлюється динамічна рівновага і стан забруднюючого шару набуває постійного характеру.
Відкладення золи на конвекційних поверхнях нагріву утворюються в основному на кормових поверхнях труб, а при малих швидкостях потоку — і на лобових їх поверхнях. Крупніші частинки золи осідають на лобових поверхнях, дрібніші, огинаючи труби і потрапляючи у вихрову зону, осідають на кормових поверхнях.
Кількість відкладень на конвекційних поверхнях нагріву залежить від швидкості потоку продуктів згорання, геометричних характеристик поверхні нагріву і фізичних властивостей золи. Число зіткнень з трубами дрібних частинок збільшується прямо пропорційно швидкості потоку, а руйнувальна дія крупних частинок росте пропорційно кубу цієї швидкості. У результаті із збільшенням швидкості потоку динамічна рівновага між процесами осідання золи і руйнування осівшого її шару наступає при менших його розмірах. Суттєво впливають на забруднення труб їх діаметр, крок між трубами, а також порядок їх розташування — коридорний або шаховий. Зменшення діаметру труб і поздовжнього кроку в трубних шахових пучках значно зменшує їх забруднення. У коридорних пучках труб забруднення більше, ніж в шахових.
Зменшення розміру частинок золи підвищує забруднення конвективних поверхонь нагріву. Проте частинки з розміром менше 20 мкм практично не осідають на трубах. Крупні частинки золи надають руйнівний вплив на шар відкладень золи.
Внаслідок забруднення конвекційних поверхонь нагріву погіршуються умови теплопередачі і зростають їх аеродинамічні опори. В результаті підвищується температура відхідних газів, збільшуються втрати q2 і витрата електроенергії на тягу. Для нормальної і надійної роботи котлів необхідно поверхні нагріву підтримувати чистими.