книги из ГПНТБ / Деринг И.С. Поведение минеральной части твердого топлива в парогенераторах пособие по курсу Парогенераторы

Рис. 2-ѴІ. Изменение прочности образца из 100% маг­ нетита.

и свободно выпадает из нее. Поэтому проверить прочность образца по последней методике не представлялось возмож­ ным. В смеси с песком CaS04 не спекался. На основании это­ го можно считать, что частицы летучей золы, в которых сульфатизация свободной окиси кальция, находящейся на поверх­ ности, успела произойти до попадания на поверхность на­ грева, 'Имеют ничтожно малую склонность к спеканию.

Большой интерес представляет скорость спекания частиц. Проведено исследование влияния времени на прочность образца из 100% магнетита. Поскольку наиболее опасной, с точки зрения образования прочно связанных с трубой отло­

92

сов. Результаты изменения прочности образцов представле­ ны на рис. 2-ѴІ.

Уже через 15 минут после, помещения холодной формы с засыпкой в муфельную печь происходит значительное спе­ кание частиц. С течением времени прочность связей между ча­ стицами быстро возрастает. Так как обдувіка поверхностей нагрева производится не чаще двух-трех раз в смену, име­ ются все условия для возникновения прочных связей между частицами магнетита и оксидной пленкой трубы, которые удержат частицу на поверхности при обдувке.

§ 3. Сравнительный анализ загрязнения поверхностей нагрева парогенераторов, работающих на бурых углях различных месторождений

Характер и степень загрязнения поверхностей нагрева парогенераторов в значительной мере зависит от месторож­ дения угля. Нами была поставлена задача: подобрать не­ сколько марок бурых углей различных месторождений, от­ личающихся как по химическому составу, так и по поведе­ нию в газоходах котла, провести испытания промышленных котлоагрегатов, работающих на этих углях с соблюдением изокинетичности, отобрать пробы летучей золы. Затем, по­ сле .изучения химического и минералогического составов и физических свойств летучей золы, предполагалось сопоста­ вить их с поведением минеральной части в газоходе котла и сделать заключение о влиянии химического и минералоги­ ческого составов на склонность летучей золы к образованию прочно связанных отложений. Для этого были выбраны .угли: гусино-озерский, ангренский и назаровский. В дальнейшем для сравнения использовали летучую золу березовского уг­ ля, который сжигался в огневом стенде К.ПИ.

Угольную пыль и уносы отбирали трубками Альнера. От­ бор проб на каждом режиме проводили в течение четырех часов. Некоторые данные ,по исходному топливу приведены в табл. 2-ѴІ, результаты химического анализа проб сведены в табл. 3-ѴІ.

Оомотр поверхностей нагрева обследуемых котлов пока­ зал следующее.

Г у с и н о - оз е р с к и й у г о л ь (Улан-Удэнская ТЭЦ, ко­ тел БКЗ-220, шлакоудаленне гранулированное). Конвектив­ ные и полурадиационные поверхности нагрева не имеют проч­ носвязанных отложений. На фронтальной стороне труб ширмо-

93

ются, но легко отваливаются от труб при прикосновении. Тем­ пература газов в районе ширм 1150—1180° С, температура стенки 350° С.

На «горячем» пакете пароперегревателя фронтальные отложения слегка спекаются. Имеется плотный подслой, прочно связанный со стенкой трубы. Толщина связанных от­ ложений достигает 30—40 мім. Температура газов в районе

рых отсутствуют связанные отложения, при работе на ангренском угле возникают плотные отложения высотой 1 0 — 15 мм, прочно связанные со стенкой трубы. Температура га­

котел ПК-38, жидкое шлакоудаление). Котел ПК-38 Назаровской ГРЭС подвергался неоднократным наладкам и испыта­ ниям (И). В результате-—значительно уменьшена скорость образования связанных отложений. Однако и сейчас на фронтальной стороне труб пароперегревателя, расположен­ ного сразу за поворотной камерой, наблюдается медленный рост прочно связанного подслоя, а также образование греб­ невидных отложений. Прочные отложения образуются и на. ширмовых пароперегревателях.

В топках с твердым шлакоудаление« обогащения летучей золы щелочными соединениями не наблюдалось (например • уголь гусино-озерский, см. табл. 3-ѴІ). В топках с жидким шлакоудалением происходит обогащение этими соединениями. летучей золы (например, уголь назаровский).

94

Результаты химических анализов золы топлив и летучей золы не вскрывают причину различия в склонности к образо­ ванию связанных отложений на поверхностях нагрева при сжигании вышеназванных углей. По содержанию СаО и сум­

возможно установить общую для этих топлив причину упроч­ нения отложений.

С целью выяснения данного вопроса нами произведен рентгеноструктурный анализ проб летучей золы. Результаты исследования минералогического состава показали, что с увеличением нагрузки котла, а следовательно, и с возраста­ нием температуры сжигания, количество линий на рентгено­ граммах уменьшается при сжигании всех исследуемых то­ плив. Это объясняется переходом кристаллических структур

играть не столько общее содержание щелочных металлов, сколько содержание водорастворимой части этих соединений (как более летучей). Нами .произведено определение водо­ растворимых соединений путем кипячения пробы в дистил­ лированной воде в течение четырех часов.

Из табл. 4-ѴІ видно, что содержание'водорастворимых со-

95

приведены .в табл. 5-ѴІ. Зависимость прочности спекания от температуры для различных фракций уноса аниренекого уг­ ля представлена на рис. 3-ѴІ. Время спекания — 2 часа.

Исследов-ания показали, что прочность спекания возра­ стает с уменьшением размера частиц. Самая крупная фрак­ ция спекается хуже полифракционной пробы.

С уменьшением размера фракций начало спекания сдви­ гается' в область более низких температур. Так, если фрак­ ция 30—50 микрон (у ангренского угля) проявляет первые признаки спекания при температуре 900° С и выше, то фрак­ ция 0—5 микрон начинает спекаться при температуре ме­ нее 750° С (рис. 3-ѴІ).

Эффект увеличения прочности спекания и сдвиг начала спекания в область более низких температур при уменьше­ нии размера частиц летучей .золы характерен для всех рас­ сматриваемых топлив и объясняется как увеличением ак­ тивной поверхности, так и различным химическим и мине­ ралогическим составом разных фракций летучей золы одно­ го и того же топлива.

На рис. 4-ѴІ приведены зависимости прочности спекания

(Р) от температуры спекания (W ), полученные на одной фракции летучей золы (0—5 микрон) различных топлив. Из рассматриваемых углей гусино-озерский менее всего скло­ нен к образованию прочносвязанных отложений (см. § 3 этой главы). Исследования показали, что летучая зола это­ го угля обладает минимальной прочностью спекания по срав­ нению с другими рассматриваемыми углями и начало ее спе­ кания лежит в области наибольших температур (выше 800° G, рис. 4-ѴІ).

Наиболее активным, с точки зрения образования прочно­ связанных отложений на поверхностях нагрева котлов, яв­ ляется унос назаровского угля. Это совпадает с результата­ ми опытов, которые показали, что тонкая фракция летучей золы назаровского угля (кривая 1, рис. 4-ѴІ) дает наиболь­ шую прочность спекания. Начало спекания этой фракции сдвигается в область температур 650—700° С.

Унос ангренского угля по склонности к образованию проч­ носвязанных отложений занимает промежуточное положе­ ние между назаровским и гусино-озерским. Проверка опе­ каемое™ показала, что зола ангренского угля также занима­ ет промежуточное положение.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что все образцы приобретают высокую прочность при температуре

98

Рис. 3-ѴІ. Зависимость прочности спекания узких фрак­ ций летучей золы ангренского угля от температуры спе­

кания. Время выдержки — 2 часа.

значительно более низкой, чем температура начала шлако­ вания, равная для наиболее шлакующей золы назаровского угля 900—950° С. Под температурой начала шлакования по­ нимают температуру газов в районе образования прочноевя-

Рис. 4-ѴІ. Зависимость прочности спекания проб летучей золы от температуры спекания. Время выдержки — 2 часа, фракция — от 0 до 5 микрон.

I — уголь назаровский; II — уголь ангренский; III — уголь гусино-озерский.

занных отложений. По-видимому, эта температура не явля­ ется единственным фактором, а начало образования как ■прочносвязанных первичных отложений, так и вторичных, определяется температурой в месте контакта частицы и по­ верхности, .на которую она попала.

Изучение изменения прочности по времени показало, что

100

летучая зола всех топлив и всех размеров увеличивает проч­ ность спекания .с увеличением времени контакта.

Рентгеноструктурным анализом обнаружено малое со­ держание кристаллических структур в самой тонкой фракции, летучей золы и увеличение интенсивности и количества ли­ ний в рентгенограммах при возрастании температуры и вре­ мени прокаливания. Это говорит о переходе аморфной фазы в кристаллическую.

При рассмотрении химического состава различных фрак­ ций летучей золы оказалось, что содержание водораствори­ мых щелочей не соответствует общему содержанию щелочей в пробах. Несмотря на максимальную общую концентрацию' щелочей в золе гусино-озерскаго угля, содержание их водо­ растворимой части в ней наименьшее, в золе назаровского угля — наибольшее. Кроме того, во всех пробах уноса кон­ центрация водорастворимых щелочей повышается с умень­ шением величины фракции.

Следовательно, на прочность спекания в воздушной сре­ де может оказать влияние не только размер фракций, но и содержание водорастворимых соединений щелочных метал­ лов и протекание процессов кристаллизации. Влияние послед­ них двух факторов описано в § 5.

§ 5. Роль водорастворимых соединений и процессов кристаллизации в упрочнении золовых отложений

Рядом авторов показано наличие зависимости уп­ рочнения золовьгх отложений от содержания в них водора­ створимых соединений щелочных металлов [43, 67 н др.],. а также процессов кристаллизации [37, 40]. Интенсивностьпротекания последних в значительной степени зависит от химического и минералогического составов золы. Нами сде­ лана попытка проследить влияние водорастворимых щело­ чей и процессов кристаллизации на упрочнение золовых от­ ложений. Для исследования использованы пробы летучей золы топлив, описанных в предыдущих параграфах этой главы, а также пробы летучей золы, полученной при сжига­ нии березовского угля в огневом стенде КПИ при максималь­

101

четыре части. Одну часть оставляли без изменения (за ис­ ключением того, что ее выдерживали при температуре 600° С для удаления влаги и органических веществ).

Из второй части удаляли водоірастворимые соединения кипячением пробы в дистиллированной воде в течение 2,5 ча­ сов. При этом одновременно происходило образование гид­ роокисей и поглощалась кристаллизационная влага. Нали­ чие различных видов влаги в пробе могло оказать сущест­ венное влияние на результаты дальнейших исследований. Поэтому после отмывки водорастворимых соединений следо­ вало удалить поглощенную пробой влагу. При выборе тем­ пературы прокаливания для удаления связанной и несвязан­ ной влаги исходили из того, что прокаливание при низкой температуре не дает возможности полностью ее удалить, а прокаливание при очень высокой температуре может вызвать процесс кристаллизации. Прокаливание при различной тем­ пературе помогло установить, что выдерживание промы­ той пробы при 600° С в течение двух часов является доста­ точным для удаления связанной и несвязанной влапи. Увели­ чение температуры прогрева до 700° С не влияло на резуль­ таты дальнейших исследований.

Таким образом, вторая часть пробы отличалась от пер­ вой только отсутствием водорастворимых соединений.

В третьей части пробы необходимо было оставить водо­ растворимые соединения, но исключить влияние процесса кри­ сталлизации на упрочнение. Поэтому третью часть пробы выдерживали в муфельной печи при температуре 1000° С в течение 5 часов. В пробе протекали процессы кристаллиза­ ции. Если проба при этом упрочнялась, ее измельчали в агатовой ступке. Поскольку при этом размер частиц изме­ нялся, производилось вновь отвеивание фракции от 5 до 1 0 микрон.

Третья часть пробы должна была отличаться от первой большим содержанием кристаллической фазы.

Каждую из приготовленных частей пробы проверяли на прочность спекания при различной температуре по описан­ ной в § 2 этой главы методике. Результаты исследований при­ ведены на рис. 5-ѴІ—8 -ѴІ.

При сравнении опекаемое™ проб, содержащих водораст­ воримые соединения (кривая I) и без них (кривая II), обна­ ружено, что во всех случаях при удалении водорастворимых -соединений прочность спекания уменьшается. Однако если для летучей золы, полученной при сжигании гусино-озерскаго и

102