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

Рис. 13-VI. Зависимость прочности спекания

(Р)от содержания свободной окиси кальция (СаОсвоо.)- Унос назаровского угля:

I — температура спекания 850° С; И — тем­ пература спекания 900° С; III — температу­ ра спекания 950° С.

в эоловых отложениях, аѴследовательно, и увеличивает склонность золы к спеканию.

И наконец, четвертый фактор, который может повлиять на прочность спекания, — содержание в золе свободной оки­ си кальция. Исследования Барнхарта и Вильямса [40] го­ ворят о том, что присутствие свободной окиси кальция за­ медляет протекание процессов твердофазового, спекания.

Прочность спекания на базе соединений щелочных ме­ таллов можно значительно снизить присадкой окиси каль­ ция [ПО]. Эти сведения подтвердили и эстонские ученые. Нами также замечена взаимосвязь прочности спекания проб

летучей золы с содержанием свободной окиои кальция (рис. 13-ѴІ и 14-ѴІ).

Таким образом, установлено, что причина возрастания прочности спекания монофракции уносов березовского и на­ заровского углей при увеличении температуры в топке за­ ключается либо в увеличении содержания аморфной фазы, либо в уменьшении содержания свободной окиси кальция.

Рис. 14-ѴІ. Зависимость прочности спекания

(Р) от содержания свободной окиси кальция (СаОсвоо.). Унос березовского угля:

I — температура спекания 850° С; II — тем­ пература спекания 900° С; III — температу­ ра спекания 950° С.

§7. О возможности прогнозирования склонности

кобразованию прочносвязанных первичных отложений

на основании исследования спекаемости летучей золы

Спекание частиц летучей золы может явиться одной из основных причин упрочнения первичного слоя золовых от­ ложений. Так-, исследованиями американских ученых пока­ зано, что с повышением прочности спекания склонность к об­ разованию прочносвязанных отложений увеличивается [281]- Кесслером предложен параметр R:

114

Он считал, что этот параметр, с увеличением которого проч­ ность спекания в его исследованиях возрастала, может быть использован для «прогнозирования» шлакующих свойств топ­ лива. Нами проведены исследования, направленные на про­ верку применимости этого параметра для характеристики за­ грязняющих свойств углей Советского Союза.

Для сравнительного анализа были использованы уносы, отобранные изокинетично из газоходов промышленных паро­ генераторов, в которых сжигали гусино-озерский (Улан-Удэн­ ская ТЭЦ, котел БКЗ-220) и назаровский (Назаровская ГРЭС, котел ПК-38), угли, а также уносы, полученные при сжигании назаровского и березовского углей на огневом стен­ де КИИ. Известно, что березовские угли в промышленных парогенераторах не сжигались. Поведение же летучей золы назаровского угля в газоходах промышленных парогенера­ торов достаточно хорошо изучено. Поэтому березовокий и назаровский угли были сожжены в экспериментальном ог­ невом стенде при одинаковых условиях. Для сравнения по­ лучена зола при сжигании назаровского угля в промышлен­ ных парогенераторах. Унос гусино-озерского угля взят но той причине, что при сжигании этого угля на конвективных по­ верхностях нагрева прочносвязанных отложений не обра­ зуется. Поэтому летучая зола этого угля является хорошим материалом для сравнения с летучей золой угля назаровско­ го. С целью исключения влияния размера частиц была взя­ та узкая фракция (от 5 до 10 микрон), выделенная из проб летучей золы методом воздушной классификации. Химиче­ ский состав этих проб .представлен в табл. 12-ѴІ. Спекание проб производилось в воздушной среде по методике, опи­ санной ранее (§ 2 этой главы).

На рис. 15ДП представлена зависимость прочностных характеристик проб от температуры спекания. Сравнивая прочность спекания проб уносов, отобранных из промышлен­ ных парогенераторов, видим, что летучая зола, полученная при сжигании назаровского угля (кривая I) спекается проч­ нее, чем гусино-озерского (кривая II), что соответствует склонности этих углей к образованию прочносвязанных от­ ложений (при сжигании их ,в. парогенераторах).

При сжигании назаровского угля на экспериментальном стенде получена летучая зола, обладающая значительно мень-

Рис. 15-ѴІ. Зависимость прочности образцов от темпера­ туры спекания (фракция 5 —10 микрон):

I.— унос назаровского угля;

II — унос гусино-озерского угля (промышленные котлы); III — унос назаровского угля;

IV -- унос березовокого угля (огневой стенд КПИ).

шей прочностью спекания (кривая III), чем летучая зола из промышленного парогенератора. Это можно объяснить как различными условиями сжигания, так и разным химическим составом. Из табл. 8 -ѴІ видно, что в золе назаровского угля, сжигавшегося в огневом стенде, содержалось СаО в 1,5 ра­ за больше, чем в угле, который использовали в промышлен­ ном парогенераторе. Этим, по' нашему мнению, и объясня­ ется различие в прочности спекания.

116

Сравнение прочности опекамия летучей золы назаровского и березовского углей, сжигавшихся в одном огневом стенде (при температуре 1350—1360°С), показало значи­ тельно меньшую прочность спекания у летучей золы березовского угля (кривая IV).

Если принимать во внимание только процессы спекания (без учета процессов сульфатизации), то летучая зола березовского угля должна обладать очень малой склонностью к образованию прочносвязанных отложений.

Для иоследовашых нами углей был подсчитан параметр Кесслера (R). Расчеты показали (табл. 8 -ѴІ), что увеличе­ ние этого .параметра не на всем диапазоне сопровождается увеличением прочности спекания. Так, параметр R имел мак­ симальное значение для летучей золы березовского угля, а прочность спекания у этой золы наименьшая, соизмеримая с прочностью спекания летучей золы гусино-озерСкого угля.

Исследования показали, что прочность спекания узкой фракции летучей золы отражает склонность к упрочнению натрубных отложений и может явиться одним из элементов общей зависимости, характеризующей агрессивность летучей золы.

Вы в о д ы

1.Процесс спекания, наряду с процессом сульфатизации, может играть значительную роль в упрочнении отложений, а

подслоя, крепко связанного с оксидной пленкой трубы, в зна­ чительной степени может определяться наличием в летучей золе мелких частиц магнетита.

2. Закрепление частиц магнетита на оксидной пленке тру­ бы следует ожидать при температуре стенки 500° С и выше.

3.Для выходной ступени пароперегревателя с температу­ рой стенки, близкой к 600° С, время, необходимое для за­ крепления на ней частиц магнетита, исчисляется десятками минут.

4.С температуры поверхности 700° С и выше начинается закрепление на ней частиц, несущих на своей поверхности пленку из K2SO4. Особенно резкое увеличение числа закреп-

11.7

118

ГЛАВА VII. О РОЛИ ПРОЦЕССА СУЛЬФАТИЗАЦИИ

ВОБРАЗОВАНИИ НАТРУБНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

§1 . Связывание свободной окиси кальция по длине факела.

Зависимость степени сульфатизации уноса от режима работы топки

Значительную роль в упрочнении натрубных золовых от­ ложений играют процессы сульфатизации окиси кальция [57, 70, 71 и др.]. Наиболее легко сульфатизируется свобод­ ная окись кальция, содержание которой в летучей золе за­ висит от топочного режима. В исходном топливе СаО может находиться в составе солей гу.миновых кислот [235, 236] и при лирогенетическом разложении топлива выделяется в сво­ бодном виде. Известно, что процесс сульфатизации протека­ ет очень быстро в интервале температур 850—1100° С. При более высокой температуре происходит связывание' свобод­ ной окиси кальция в более сложные соединения.

М. С. Шарловекой и А. С. Ривкиным [72] на лаборатор­ ном стенде доказана возможность полного связывания сво­ бодной окиси кальция при высокотемпературном сжигании топлива. Следует отметить, что условия обработки исследу­ емых проб в экспериментальной установке значительно отли­ чались от промышленных.

Исследованиями В. И. Бабия и И. П. Ивановой [61, 62] установлено, что частицы топлива при сгорании нагреваются почти мгновенно до очень высокой температуры. Это долж­ но отразиться не только на изменении минералогического и

зали наличие свободной окиси кальция в летучей золе даже при сравнительно высокой температуре сжигания. Наличие

120

свободной окиси кальция при сжигании назаровского угля в- промышленных котлоагрегатах М. С. Шарловская и А. С. Ривкин объясняют неравномерностью полей темпера­ тур и концентраций. Однако сжигание канеко-ачииоких углей в огневом стенде с вертикальной циклонной топкой с футе­ ровкой значительной толщины из хромо-магнезитового кир­ пича, в которой имелось очень равномерное поле температур (максимальное изменение температуры по высоте топки не превышало 80° С), показало, что окись кальция оставалась в овободном виде в количествах, близких к промышлен­ ным [259].

Причина неполного связывания СаО в сложные соединения при. высокотемпературном сжигании заключается в следую­ щем. При размоле топлива значительная доля его мине­ ральной части выделяется в чистом виде [7]. Поэтому от­ дельные частицы оказываются очень неоднородными по хи­ мическому составу. Наряду с частицами, содержащими по­ вышенное количество Si02, имеются и сильно обогащенные окисью кальция. В них-то и остается СаО несвязанной в сложные соединения из-за нехватки в этой частице окиси кремния, хотя в среднем содержание этих соединений в золе-

.исходного топлива вполне достаточно для полного связыва­ ния СаО.

По результатам работы огневого стенда КПИ было уста­ новлено влияние температуры сжигания и времени на свя­ зывание окиси кальция (при работе на назаровскомугле) [64]. Однако к .полученным данным следует подходить ос­ торожно по следующим причинам. В процессе отбора про­

значительное количество недожога. Даже в процессе «мяг­ кого» озоления при 500° С в муфельной печи образуются кар­ бонаты и, по-видимому, сульфаты. Поэтому, рассматривая приводимые ниже данные, нужно последнее учитывать. При отборе пробы, а также выжигании навески в муфеле,, может уменьшиться количество окиси кальция, связанной в карбонаты и сульфаты, и количество свободной окиси каль­ ция. Наиболее достоверными являются сведения о связыва­ нии окиси кальция в сложные соединения, поскольку ни в процессе отбора, ни в процессе выжигания навески условий для образования сложных силикатов и ферритов не возни­ кало.

121

Для графического представления результатов исследова­ ния была подсчитана доля окиси кальция, связанная в слож­ ные соединения:

СаОСВО(5ОЛ + СаОкарб Ч СаОСуЛЬф

Тт=1550°С — на расстоянии 3 'М от устья горелки.

С повышением температуры сжигания процесс связыва-. ния СаО протекает более полно. При температуре Тт=1350°С в сложные соединения связывалось всего около 40% СаО, я при 1550°С эта величина достигает почти 80%. Остальные 20% состояли, по результатам анализов, из сульфатов, кар­ бонатов и свободной окиси кальция.

Исследованиями Ференса, Бритта и др. установлено, что разложение отдельных карбонатов начинается при 500— 850° С, а при температуре 1000° С оно протекает чрезвычай­ но быстро [223, 224].

При движении с потоком газов в газоходах котла лету­ чая зола сульфатизируется. Этому способствует большая по­ верхность реагирования, содержание окислов серы в продук­ тах сгорания и благоприятные температуры. На рис. 2-ѴІГ представлена зависимость степени сульфатизации летучей зо­ лы (Kso3 %), отобранной на выходе из экспериментального газохода огневого стенда, от температуры сжигания (Тт° С) (подсчитана по методике [79]). Видим, что при повышении температуры сжигания степень сульфатизации летучей золы возрастает и достигает максимума в области 1600—1650° С. Это возрастание объясняется увеличением содержания легкосульфатизирующихся щелочных соединений, а также по­ вышением температуры газов в газоходах, что интенсифици­ ровало протекание процессов сульфатизации. Дальнейшее

122