книги из ГПНТБ / Цирульников, Л. М. Защита газомазутных котлов от сернокислотной коррозии [монография]

-ных экранных труб. Это наблюдалось, в частности, на котлах ТГМ-84 при установке как 4 горелок производительностью 2,1 кг/сек, так и 6 по 1,4 кг/сек.

Следует отметить, что за рубежом рекомендуются большие расстоя­ ния «между осями соседних горелок, и между стенкой и осью крайней горелки. В частности, приняв за основу проверенные рекомендации

H. Niepenberg (1970), легко показать, что для котлов ТГМ-84 при коэф­ фициенте избытка воздуха 1,02 следует выбирать 19 горелок производи­ тельностью 0,45 кг/сек, при 1,05 — 16 по 0,51, при 1,10 — 13 по 0,65,

при 1,20 — 8 по 1,11.

При больших избытках воздуха близкий результат можно получить, используя рекомендации О. А. Tacca, иЮ. В. Стужина (1970). Таким же путем можно получить и для других котлов с однофронтовой компо­ новкой горелок: для ТГМ-151—6 горелок производительностью

¡0,83 кг!сек, для БКЗ—160-100ГМ — 6 по 0,64, для ТГМ-94— 10 по 1,11.

Только при таком количестве горелок можно обеспечить надежную работу задних экранов.

При столь большом числе горелок весьма затруднительно в топках

.котлов ТГМ-84 и им подобных организовать наладку режима сжига-

.ния мазута с предельно низким коэффициентом избытка воздуха и авто­ матическое поддержание этого режима в длительной эксплуатации. 'Следовательно, однофронтовая компоновка мощных горелок при ¡неглубокой топке и сжигание мазута с предельно низким избытком воздуха взаимно исключаются.

В процессе поиска выхода из этого противоречивого положения разработан способ предотвращения удара факела в задний экран (Гор- ‘баңенко и др., 1971). Сущность этого способа заключается в том, что в горелки подают только часть воздуха, необходимого для горения, а другая часть выходит через встречно направленные амбразуры. Кон-

ʌ'Струкция (рис. 36) включает камерную топку 1 с установленными на фронтовой стене горелками 2 и на задней — амбразурами 3, распо­ ложенными встречно по отношению к горелкам. C помощью горе­ лок в топку подается все топливо и часть воздуха. На выходе из горелок формируются потоки горящей топливо-воздушной смеси. Навстречу им, через воздушные амбразуры, расположенные строго по осевому направлению горелок, подается со скоростью 25 м/сек или выше воздух в количестве не менее 10% поступающего в топку. Вы­ сокий скоростной напор встречных потоков создает в объеме топочной камеры интенсивное их соударение. Активное взаимодействие потоков воздуха с факелами горелок обеспечивается тем, что расстояние меж­ ду выходными сечениями горелок и встречных амбразур не выходит за пределы 6—10 калибров топливо-воздушной струи у корня факела.

Описанный способ опробовался на головном котле ТГМ-84/А, пред­ варительно (до установки встречных амбразур) испытанном. Этот ко­ тел имел те же основные параметры, что и широко распространенный ТГМ-84: номинальная паропроизводительность 116,7 кг/сек, давление пара в барабане 152 бар, параметры перегретого пара 137 бар и 570° С, температура питательной воды 230° С, тепловое напряжение топочного

Í0

Однако описанные трудности организации процесса сжигания мазута с малыми избытками воздуха предопределили поиск более мощных горелок. Поэтому на 3 котлах ТГМ-84 и ТГМ-84/А была изучена воз­ можность применения 3 конструкций горелок, разработанных на Уфимской ТЭЦ № 3 Ф. А. Липинским, на Стерлитамакской ТЭЦ Л. П. Зайцевым и В. Е. Сергиенко (1968) и в ХФЦКБ совместное ВТИ и ТКЗ А. Ф. Боевым, Μ. Μ. Левиным, А. Д. Горбаненко и В. С. Патыченко. Схемы установки горелок приведены на рис. 37. На всех 3 кот­ лах сжигался высокосернистый мазутМІОО, подогретый до 110—130° С, с вязкостью и давлением перед форсунками 3—4° ВУ и 15—25 бар соответственно.

Горелки Ф. А. Липинского были расположены на фронтовой стене

вдва яруса: на первом 4 горелки производительностью 1,9-2,2 кг/сек,

ана втором—2 горелки по 0,56 кг/сек. Первоначальная установка горелок первого яруса под углом 35° к горизонту и под углом 10° к продольным осям полутопок не обеспечивала номинальную температу­ ру перегретого пара и достаточную надежность, так как вследствие удара факела в задний экран обмуровка быстро (через 300—500 час) вы­ горала. Поэтому угол к горизонтали был увеличен до 45°. Исследова­ ния проведены именно при таком расположении нижних горелок, пол­ ном отключении верхних и использовании форсунок того же автора.

Большая длина факела (18 м и более), формируемого этими горел­ ками при скорости воздуха 45—50 м/сек и присосах воздуха в топку

10%, обусловила во всех проверенных режимах удар его в противо­ положную стену. Значительная часть топки оставалась не заполненной факелом. В рассмотренных условиях уже при коэффициенте избытка

потери составляют более 0,5%. Эти результаты не позволили ре­ комендовать горелки Ф. А. Липинского для котлов с однофронтовой компоновкой горелок.

На соседнем котле горелки Стерлитамакской ТЭЦ были расположе­ ны аналогично с той лишь разницей, что все они имели производитель­ ность 2,08 кг/сек. Несмотря на то, что присосы воздуха в топку дости­ гали 20%, эти горелки обеспечивают более полное сжигание мазута, распыленного нормализованными форсунками, нежели горелки Ф.А. Ли­ пинского. При коэффициенте избытка воздуха 1,08 топочные потери составляли лишь 0,17%, но при уменьшении избытка воздуха они быст­ ро возрастают. Сопротивление этих горелок при полной нагрузке — 230 дан/м2, а горелок Ф. А. Липинского —350 дан/м2. Факел, форми­ руемый горелками Стерлитамакской ТЭЦ, как и горелками Ф. А. Ли­ пинского, систематически ударяет в задний экран, что снижает его надежность. Последнее обстоятельство не позволило рекомендовать для внедрения и эти горелки.

Поиски более совершенных конструкций были продолжены. Оказа­ лось, что в большей степени требованиям надежности и экономичнос­ ти отвечает горелка конструкции ХФЦКБ-ВТИ-ТКЗ производитель­ ностью 2,5 кг/сек при скорости воздуха 30—45 м/сек. Четыре горелки

£2

этой конструкции были установлены в два яруса на упомянутом голов­ ном котле ТГМ-84/А. Сжигание высокосернистого мазута, распылен­ ного нормализованными форсунками, с малыми избытками воздуха и расчетными параметрами пара возможно при относительной нагрузке более 0,83, а при 0,78 для поддержания перегрева приходится увели­ чивать коэффициент избытка воздуха более 1,10.

Опыты показали равномерное распределение концентраций продук­ тов горения в топке и газоходах, что подтверждает хорошую работу горелочных устройств. При коэффициенте избытка воздуха 1,03—1,04, присосах воздуха в топку 7% и сопротивлении горелок 185 данім2 топочные потери составляют менее 0,5%. Факел, формируемый горел­ ками, располагался в центре топки, хотя отдельные языки периоди­ чески достигали заднего экрана. Изменением крутки воздуха удавалось снизить длину факела. Следовательно, эти горелки выгодно отличают­ ся от ранее испытанных в аналогичных условиях. И тем не менее, даже эти горелки периодически ударяли в задний экран, имели относитель­ но высокое гидравлическое сопротивление и не обеспечивали при малых избытках воздуха расчетной температуры перегретого пара.

Указанные недостатки были устранены после модернизации котла путем установки системы встречного дутья: факел стал располагаться ближе к центру топки, что исключило в большинстве режимов взаимо­ действие с задним экраном; одновременно произошла разгрузка горе­ лок и их воздуховодов, что обеспечило снижение давления на 50— 60 данім2, наконец, за счет перераспределения тепловой нагрузки меж­ ду задним, фронтовым и потолочным экранами произошло повышение тепловосприятия настенного и потолочного пароперегревателя, обеспе­ чившее номинальную температуру перегретого пара при сжигании мазута с малыми избытками воздуха во всем диапазоне относительных нагрузок от 1,05 до 0,62. В этом диапазоне нагрузок достигнута высо­ кая экономичность работы котла с малыми избытками воздуха:

Особенно важно то, что резко облегчились процессы наладки режима сжигания с малыми избытками воздуха. Вследствие этого упростилось автоматизированное управление данным котлом.

Естественно ожидать, что наибольшая эффективность предложен­ ного способа может быть достигнута на котлах, работающих в регули­ рующем режиме, так как, насколько известно, это пока единственный надежно проверенный в длительной эксплуатации пример обеспечения номинального перегрева при сжигании мазута с малыми избытками воздуха в условиях глубокого снижения нагрузки.

94

На котлах же, работающих в базисном режиме, данный способ перспективен в случае оснащения их мощными горелками, которые фор­ мируют факелы с обогащенной топливом и обедненной воздухом хвос­ товой частью. В этом случае подача в хвост мазутного факела энергич­ ной струи горячего воздуха способствует интенсивному протеканию реакции окисления компонентов химического и механического недо­ жога, обеспечивая тем самым эффективное сжигание мазута с малыми избытками воздуха на котлах с однофронтовым расположением мощ­ ных горелок, а также уменьшение окислов азота.

Данный способ исследовался и на котле ТГМ-84 с прямоточными го­ релками. В этом случае структура потока, формируемого прямоточнымигорелками и встречными амбразурами, аналогична той, которая наблю­ далась при использовании встречных прямоточных горелок, где взаи­ модействие факелов приводило к соударению и образованию в центре топки высокотемпературного ядра, способствующего ускорению за­ вершения реакций горения при предельно низких концентрациях избыточного кислорода. Кроме того, появилась возможность еще глубже снизить гидравлическое сопротивление горелок и повысить к. п. д. нетто.

Описанный способ интенсификации топочных процессов на котлах с однофронтовым расположением мощных горелок в совокупности с указанными преимуществами этой компоновки (безопасность в эксп­ луатации и удешевление оборудования) позволяет существенно повы­ сить надежность и экономичность котлов при сжигании высокосер­ нистого мазута.

ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА НА СКОРОСТЬ СЕРНОКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

Вслед|за зарубежными данными об эффективности сжигания высо­ косернистых мазутов с малыми избытками воздуха появились данные, носившие противоречивый характер, что практически одновременно стало обсуждаться как в СССР (Внуков, 1963; Геллер и Липинский, 1964; Горбаненко, Цирульников, Красноселов, 1964; Авдеева, 1964; Жарков, 1965), так и за рубежом (Bender, 1964). До сих пор нет единого мнения об оптимальном уровне избытка воздуха. Если А. Д. Горбанен­ ко и др. (1971) приводят положительные данные по снижению серно­ кислотной коррозии при коэффициенте избытка воздуха 1,02 — 1,03, то Beckman (1965) указывает, что бескоррозионный режим имеет место при коэффициенте избытка воздуха менее 1,01. Минимальное значе­ ние коэффициента избытка воздуха около 1,005 указывает F. Glaubitz (1963, 1964).

Исследования возможностей контроля за топочным режимом по­ казали, что широко распространенные отечественные конструкции химических, хроматографических и парамагнитных газоанализаторов могут обеспечить в длительной эксплуатации контроль за коэффициен­ том избытка воздуха с точностью до +0,02, поэтому целесообразно

95

■организовать топочные режимы со средним значением коэффициента избытка воздуха 1,02—1,03.

В СССР первые надежные данные об эффективности длительного сжигания высокосернистого мазута с малыми избытками воздуха полу­ чены Р. А. Петросяном и Н. Д. Сергеевой на котле ТП-230-2М (64 кг/сек, 98 бар, 510° С), оснащенном двумя горелками Ф. А. Липинского производительностью 2,5 кг/сек. и трубчатым воздухоподогревателем. Исследования проводились в течение полугола при коэффициенте из­ бытка воздуха за топкой 1,02—1,03, а за второй ступенью водяного

экономайзера — 1,09 слева и 1,04 справа. Сжигался мазут М100 с серосодержанием 2,4—3,2% и зольно­ стью 0,07—0,09%. Отложе­ ния с поверхностей нагрева и опытных образцов уда­ лялись дробеочисткой.

В период опытов темпе­ ратура холодного воздуха изменялась в пределах от 8 до 40° С, уходящих га­ зов — от 140 до 180° С. Ре­ зультаты определения

к 0,2 г!мг ■ час, а при 95—105° C — 0,35. При температуре стенки ниже 70° C скорость коррозии растет, хотя и несколько меньшими темпами, чем при высоких избытках воздуха: при 60° C она составля­ ла 0,5, а при 50° C — 0,9 a∕.w2 час. Следовательно, по условию корро­ зии минимально допустимая температура стенки при малых избытках воздуха 70° С. Из этих же данных вытекает, что невозможно полное решение проблемы сернокислотной коррозии при сжигании высоко­ сернистого мазута в топках под разрежением с малыми избытками воздуха, хотя и удается по сравнению с режимом сжигания мазута с нормативными избытками воздуха снизить максимум коррозии при­ мерно в 3,5 раза.

На аналогичном по конструкции котле ТП-41 (69,4 кгісек, 108 бар, 510° С) с такими же горелками проведены подобные исследования с той разницей, что котел работал не в базисном режиме, а с многократно меняющейся нагрузкой (от 70 до 100%), причем регулирование осу­ ществлялось не автоматически, а дистанционно. Длительность опытов превышала 1100 час. Коэффициент избытка воздуха за верхней сту­ пенью водяного экономайзера составлял 1,06, а на выходе из топки —

1,03.

96

Для выявления влияния количества горелок на скорость сернокис­ лотной коррозии поставлены такие же опыты на весьма близком по кон­ струкции котле ПК-10 (69,5 кг/сек, 98 бар, 510° С), оснащенном по углам топки 4 горелками Ф. А. Липинского. Коэффициент избытка воздуха был таким же, как и в двух предыдущих опытах. Сжигался мазут MlOO с серосодержанием 2,8—3,9% и зольностью 0,08%.

Скорость коррозии в базисном режиме почти совпала с данными,

бытках воздуха получить высокий эффект по снижению скорости коррозии, хотя и достигается ослабление максимума коррозии почта в 2 раза. ь-

Данные Уральского отделения ОРГРЭС, полученные на котле ПК-47, и материалы ВТИ, полученные на котлах ТГМ-151 с 12 горелками и на котле ТП-230 с 4 горелками ХФЦКБ-ВТИ, согласуются с приве­ денными данными. На всех котлах при коэффициенте избытка воздуха 1,02—1,03 максимальная скорость коррозии находилась в пределах

0,3-0,5 г/м2 ■ час.

Представленные данные убедительно показывают, что хотя и не удается полностью предупредить коррозию низкотемпературных по­ верхностей нагрева трубчатых воздухоподогревателей при сжигании высокосернистого мазута с малыми избытками воздуха, но неизменно

весьма существенно ослабляются их коррозионные разрушения и уве­ личивается срок службы примерно в 1,8—3,5 раза. Это значит, что В совокупности с другими мероприятиями может оказаться возможной полная защита трубчатых воздухоподогревателей от сернокислотной коррозии.

Вместе с тем, как уже указано, современные газомазутные котлы оснащаются, как правило, РВП, очистка которых от отложений с по­ мощью дроби невозможна. На этих котлах также можно снизить ско­ рость коррозии путем сжигания мазута с малыми избытками воздуха. Например, в процессе коррозионных испытаний набивки РВП, не под­ вергающейся очистке, на котле ТМ-84 при коэффициенте избытка воз­ духа 1,03 получена максимальная скорость коррозии 0,3 г!M2 час (Надыров, 1973). Однако вскоре после испытаний из-за загрязнений на­ бивки РВП появились ограничения паропроизводительности, а тех­ нико-экономические показатели резко снизились, в связи с чем набив­ ка была очищена от отложений с помощью водной промывки.

Исследования скорости коррозии набивки РВП котла БКЗ-320- 140ГМ (88,9 кг/сек, 138 бар, 570° С), работающего в режиме сжигания мазута MlOO с серосодержанием 3% и зольностью 0,07% с малыми из­ бытками воздуха во встречных прямоточных горелках, проведены при относительной нагрузке 0,76. Коэффициент избытка воздуха составлял затопкой 1,03, за конвективным пароперегревателем 1,06,за дымосо­ сом 1,50. Средние температуры холодного воздуха на входе в РВП 29° С, горячего воздуха 23Г С, газов на входе в РВП 302° С, а на вы­ ходе 127° С.

Промывка РВП производилась одновременно холодной технической водой (под давлением 6 бар} и водой непрерывной продувки (138 бар, 300° С), поступавшими через стационарные многосопловые промывочные устройства. За время опытов РВП промывался 13 раз всего в течение 13 час. На образцах, установленных в РВП, по окончании опытов име­ лись лишь трудно удаляемые отложения толщиной 0,5—1 мм, что сви­ детельствовало о достаточно полной очистке образцов. Однако это привело к резкой интенсификации коррозии — максимум ее достиг

превысила 1,7 г/м2 час, а среднее по холодному слою значение равно

0,9 г!м2 час (рис. 39, 1).

Следовательно, котлы с РВП только снижением избытка воздуха не удается защитить от сернокислотной коррозии. Но это не значит, что к данному режиму не следует стремиться, так как при нем облегчаются условия для успешного применения других способов защиты от кор­ розии и повышается экономичность котельного агрегата.

98

Глава V. КИСЛОТОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ И МАТЕРИАЛЫ

КАК ЗАЩИТА ОТ СЕРНОКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ

Один из путей защиты низкотемпературных поверхностей нагрева от сернокислотной коррозии — применение коррозионно-стойких ма­ териалов или покрытий. Он может оказаться эффективным только в том случае, если не вызовет резкого снижения теплопередачи в низко­ температурной зоне котла. Чтобы оценить влияние неметаллических материалов и покрытий на теплопередачу, была рассмотрена тепловая работа набивки РВП, у каждого элемента которой в процессе прогре­ ва и охлаждения меняется температура стенки. Темп изменения тем­ пературы стенки определяется по уравнению теплопроводности Фурье.

Расчеты, проведенные для различных слоев эмалевого покрытия, показывают, что даже для покрытии толщиной 5 мм относительное изменение температуры на поверхности пластины и в ее средней плос­ кости по сравнению с температурой металлической неэмалированной пластины не превышает 7% (рис. 40). Это значит, что температуры внут­ ри пластины и на ее поверхности практически совпадают. Для реаль­ ных пластин с толщиной покрытия до 2 мм различия не превышают 3,5%, значит, в тонких пластинах, выполненных из материалов с раз­ личной теплопроводностью, сохраняется один и тот же закон изменения температуры.

Нестационарность процесса в РВП учитывается обычно поправкой, предложенной С. С. Кутателадзе (1957) и В. К. Мигаем.

Поправка на нестационарность процесса для неэмалированной стальной пластины и стальной пластины с несколькими слоями эмали практически не отличается по абсолютному значению.

Вследствие относительно слабого влияния коэффициента тепло­ проводности на теплопередачу температуры стальной и эмалирован­ ной пластин отличаются между собой на очень малую величину во всем диапазоне толщины стенки (рис. 41).

Условия теплопередачи через тонкие стенки с разными теплофизиче­ скими свойствами близки и при стационарном режиме. Для стальной и эмалированной пластин толщиной 0,1—2 мм расхождения межйу зна­ чениями коэффициента теплопередачи оказываются меньше 5%