1.7. Структура и физические свойства отложений
Структура и физические свойства отложений зависят от химического состава, температуры котловой воды, конструкции котла и от режима его эксплуатации.
Отложения, обнаруживаемые на поверхности нагрева, имеют разнообразный характер, как по своему химическому составу, так и по физическим свойствам. Наряду с пористыми отложениями подобными пемзе, встречаются отложения, которые по твердости и прочности связи с металлом напоминают эмали.
К физико-механическим показателям отложений относятся пористость, твердость и теплопроводность.
Пористость отложений - показатель, характеризующий, какая часть их объема (в процентах) занята порами и трещинами. На пористость отложений оказывают влияние органические включения, которые позже выгорают, образуя пустоты, а также включения гипса, переходящие в раствор при случайных понижениях температуры.
Твердость исследуемого образца отложения определяют методом вдавливания в него наконечника (алмазная пирамида с ромбическим основанием); она может быть также охарактеризована по сопротивлению накипи размолу в лабораторных мельницах, т.е. величиной коэффициента размолоспособности. Твердость и пористость отложений являются показателями, которые позволяют судить о трудности удаления их с помощью скребков, шарошек и других механических способов.
Теплопроводность отложений является важной характеристикой, определяющей надежность и экономичность работы котлов. Величины коэффициентов теплопроводности отложений зависят от их структуры и химического состава. Снижение пористости отложений, как правило, приводит к росту их коэффициента теплопроводности. Плотно приставшие к поверхности отложения менее опасны, чем слабо сидящие, так как зазор, образующийся между металлической стенкой и отложениями, сильно увеличивает тепловой подпор и приводит к опасному местному перегреву металла.
Структура отложений и их количество зависят от определяющих при данных условиях процессов доставки примеси, осаждения и закрепления ее на поверхности трубы.
В общем случае отложения примесей разделяют на два слоя:
- верхний слой (наружный, эпитактический) – рыхлый, слабо сцепленный с нижним слоем, легко снимается при механическом воздействии; состоит из хаотично расположенных кристаллов размером 1-6 мкм и из конгломератов округлых частиц размером в десятые доли микрона; поры пронизывают весь слой в разных направлениях;
- нижний слой (внутренний, топотактический) – прочно сцеплен с поверхностью металла, состоит из сросшихся кристаллов размером 1-2 мкм, плотный, с малым количеством пор (рис.1.31).
Рис.1.31. Структура внутритрубных отложений примеси.
Соотношение
удельных количеств отложений в наружном
и внутреннем
слоях зависит от их общего количества
(рис. 1.32). Линейный характер этой
зависимости говорит о том, что
продолжительность формирования отложений
не влияет на закономерность распределения
примеси между слоями. Зависимость толщин
наружного
и внутреннего
слоев
от массы отложений так же линейна, т.е.
пористость и плотность слоев остается
практически постоянной при увеличении
массы отложений.
Рис. 1.32. Распределение удельной массы железооксидных отложений в наружном и внутреннем слоях в зависимости от суммарной величины отложений .
Средняя
пористость отложений
,
%, определяется по плотности отложений
и собственно магнетита
(
г/см3):
Характеристика наиболее распространенных в прямоточных котлах СКД железоокисных отложений представлена в табл. 1.2.
Адгезионная прочность наружного (эпитактического) слоя существенно ниже, чем внутреннего (топотактического). Поэтому при различных изменениях скорости потока (при пуске и останове котла, переменные режимы и т.д.) происходит частичный смыв примеси с наружного слоя отложений. Поступившие при этом в водный теплоноситель частицы примеси разносятся по контуру блока и, если их не удаляют из цикла, образуют рыхлые отложения на поверхности труб.
Соотношение массы отложений и толщины слоя отложений
где
-
в г/м2;
-
в мкм.
Таблица 1.2.
Свойства железоокисных отложений на поверхности труб
Параметр |
Топотактический слой |
Эпитактический слой |
Внешняя поверхность |
относительно ровная |
неровная, волнообразная, зубчатая |
Структура |
приближается к структуре металла, плотная (1-2 мкм) |
Слипшиеся высокодисперсные частицы (1-6 мкм), рыхлая, пористая |
Плотность, г/см3 |
4-4,4 |
0,7-2 |
Теплопроводность, Вт/мК |
0,85-3 |
0,3-1,5 |
Пористость, П,% |
10-30 (средняя -20) |
30-50 (средняя - 40) |
Ширина макротрещин, мкм |
0,8-1,5 |
3-8 |
Размер микропор, мкм |
0,5 |
1 |
Доля микропор в общей пористости, % |
85 |
75 |
Объемная плотность отложений , г/см3, определяется по формуле:
;
;
;
,
мкм