2.2.7. Абразивный износ и коррозия поверхностей нагрева

При сжигании жидких и твердых топлив в продуктах сгорания образуется зола, которая образует на поверхности нагрева шлакозоловые отложения. Эти отложения отрицательно влияют на надежность и экономичность работы котла. Отложения могут образовываться в зоне низких и высоких температур и могут быть сыпучими, связанными рыхлыми, связанными прочными и сплавленными (шламовыми). Оседание золы на поверхность нагрева связано с силами, которые стремятся удержать частицу на поверхности нагрева:

1. силы аутогезии- силы сцепления частиц друг с другом;

2. силы адгезии- силы сцепления частиц с поверхностями;

3. аэродинамические силы (связаны со скоростью движения продуктов сгорания).

Сыпучие отложения

Сыпучими называются такие отложения, при образовании которых не протекают химические реакции, отсутствуют силы адгезии и в слое нет связующих компонентов. Образование сыпучих отложений зависит от концентрации золы, скорости потока, диаметра труб и их расположения, размера частиц золы и направления потока.

Концентрация золы влияет на загрязнения сыпучими компонентами только в начальный момент времени после включения котла.

Скорость потока для уменьшения сыпучих отложений должна быть 6-8 м/с, диаметр труб 25-32 мм. Расположение труб желательно выбирать шахматное. Направление потока не оказывает существенного влияния на количество отложений, поэтому при конструировании газоходом выбор направления движения не должен обуславливаться количеством отложений.

Связанные отложения

Отложения, образования которых протекают под действием аэродинамических факторов и химических процессов, в результате этих процессов отложения становятся прочными. Образование связанных отложений зависит от состава топлива, распределение температуры, продолжительности воздействия высоких температур. Эти отложения вызывают наибольшие трудности. Связанные отложения способны к росту с течением времени. Их образование проходит в две стадии. Сначала появляется первичный слой отложений, температура которого по мере его увеличения приближается к температуре продуктов сгорания. При высоких температурах большая часть уносимой золы находится в пластическом состоянии, и, соприкасаясь с первичным слоем, оседает на нем. В результате образуются быстрорастущие отложения, т.е. начинается шлакование. Наиболее прочные отложения образуются при сжигании мазута.

Обдувка и обмывка поверхностей нагрева

Для удаления отложений с поверхности нагрева применяют обдувочные аппараты. Обдувка может производиться горячим паром и холодной водой или сжатым воздухом. Принципы действия обдувочного аппарата: энергия пара, воды или сжатого воздуха преобразуется в сопловом аппарате в кинетическую энергию струи, действие которой зависит от динамического, термического и абразивного фактора. Под действием динамического фактора происходят механические разрушения отложений. Чем больше динамический напор, тем лучше очистка. Под действием термического фактора поверхностное разрушение отложений происходит за счет разности температур. Особенно существенна роль термического фактора при удалении плотных отложений и шлака, имеющих высокую температуру, когда используется холодная вода. Однако водяная обдувка может привести к опасным напряжениям в металле. Поэтому применяют кратковременную водяную обдувку (доли секунды), повторяющуюся несколько раз. При сжигании твердых топлив большую роль играет абразивный фактор, так как обдувочная струя, увлекая за собой частицы золы, сообщает им высокую скорость, и они истирают наружную часть слоя отложений.

В системах паровой обдувки используется перегретый или насыщенный пар. Этот способ широко применяется из-за простоты получения пара на котельной. Однако при паровой обдувке теряется конденсат и теплота пара, требуется более дорогая изоляция трубопроводов. Кроме того, паровая обдувка представляет повышенную опасность для обслуживающего персонала, а струя пара истирает очищаемую поверхность.

Обдувка перегретой водой заключается в том, что в качестве агента используется пароводяная смесь. Основной недостаток – высокое давление обдувочного агента.

Обдувочные аппараты делятся на стационарные и выдвижные. Стационарные аппараты неподвижно установлены в обмуровке стен топки и газохода. Эти аппараты широко применяются для обдувки конвективных пучков промышленных котлоагрегатов. Обдувка осуществляется при вращении обдувной трубы. Выдвижные аппараты осуществляют возвратно-поступательные движения.

Очистка поверхностей нагрева регенеративных ВЗП и конвективных поверхностей нагрева ВК при башенной компоновке может производиться обмывкой водой с температурой не ниже 70ºС и давлением 0,3-0,4 МПа. Каждая промывка приводит к утонению металла, поэтому количество обмывок должно быть минимальным. Вода после обмывки имеет повышенную кислотность и содержит вредные примеси, поэтому перед сливом в канализацию или в водоем должна пройти нейтрализацию.