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

Рис. 1-ѴІІ. Изменение по длине факела L от­ носительного содержания в летучей золе оки­ си кальция, связанной в стойкие стекла и сложные соединения — двухкальцевыэ фер­ риты и др.:

I — при температуре сжигания 1350° С; И— при температуре сжигания 1450° С; III — при температуре сжигания 1550° С.

повышение температуры сжигания ^уменьшает степень сульфатизации, по-видимому, за счет различных долей окиси кальция, связанных в сложные соединения (как в кристал­ лической, так и в аморфной фазе).

Согласно приведенным данным, в зоне высоких темпера­ тур сжигания свободная окись кальция, оставшаяся несвя­ занной в сложные соединения в пределах топки, уопевает ча­ стично просульфатизи.роваться еще до попадания частиц летучей золы на поверхность нагрева. В области более низ­ ких температур сжигания сульфатизация частиц летучей зо­ лы в полете происходит медленнее, и частицы, попадающие на поверхность нагрева, содержат достаточное для процес­ са сульфатизации количество, свободной окиси кальция... По­ следнее объясняет причину снижения активности летучей зо­ лы с повышением температуры сжигания. Во-первых, как известно, повышение температуры сжигания увеличивает связывание свободной окиси кальция в сложные соединения. Во-вторых, летучая зола успевает в значительной степени просульфатизироватыся в полете. Это также снижает ее. склонность к упрочнению образующихся отложений.

Различные фракции летучей золы в процессе сжигания

123

I — уголь назаровский (на выходе из топки); II — уголь березовский и назаровский (ухо­ дящие газы).

топлива проходят различную «термообработку» и могут со­ держать разное количество свободной окиси кальция. На­ конец, разные фракции обладают разной удельной (на еди­ ницу веса) поверхностью реагирования. Поэтому и степень сульфатизации различных фракций может оказаться неоди­ наковой (табл. І-ѴІІ).

С увеличением размеров частиц летучей золы степень сульфатизации уменьшается очень незначительно. ■Замет­ ное ее уменьшение наблюдается только во франции 30— 50 микрон. Уменьшение степени сульфатизации гребневид­ ных отложений (см. § 2 этой главы) частично объясняется участием в их образовании частиц крупнее 30 микрон.

С повышением температуры сжигания степень сульфатизации наиболее тонких фракций летучей золы увеличивает­ ся. Только при температуре 1690° С наблюдается некоторое ее

124

снижение. Мелкие частицы летучей золы вследствие большой поверхности реагирования успевают в значительной степени просульфатизироваться, еще находясь в потоке газов, до по­ падания на поверхность нагрева. Уменьшение степени сульфатизации при самой высокой температуре сжигания свиде­ тельствует об интенсивном процессе связывания окиси каль­ ция в сложные соединения в пределах топки.

■Приведенные результаты подтверждают предположения [ПО] о том, что свободная окись кальция, находящаяся в летучей золе, в значительной мере связывается в сульфаты до попадания частиц на поверхность нагрева. Процесс свя­ зывания окиси кальция в различных, фракциях летучей зо­ лы аналогичен как при сжигании березовского, так и наза­ ретского угля в огневом стенде (табл. 2-ѴІІ, рис. 3-ѴІІ и 4-ѴІІ) (СаОсвоб. увеличено на количество СаОкарб.)- В обоих случаях увеличение размера частиц от 0 до 10 микрон сопро­ вождается повышением содержания в них свободной окиси кальция (кривые I, II и III). При дальнейшем увеличении размера частиц содержание свободной окиси кальция умень­ шается (кривые IV, V и VI). Максимальное количество ее содержится во фракции от 5 до 10 микрон. С увеличением температуры сжигания содержание свободной СаО снижает­ ся во всех фракциях. Однако следует еще раз заметить, что даже повышение температуры ів. топке до 1640° С не приве­ ло к полному связыванию окиси кальция. Количество сульфатизирующейся СаО при повышении температуры сжига­ ния до 1550—1640° С увеличивается. При дальнейшем росте

. 125

чении размера частиц. Это происходит в связи с уменьшени­ ем удельной поверхности реагирования с газовой средой. Та­ ким образом, нет основания говорить о более быстром упроч­ нении отложений из мелких фракций летучей золы вслед­ ствие большого содержания в них свободной окиси кальция.

Мелкие фракции летучей золы в сравнении с крупными

успевают сильнее просульфатизироватьея до попадания их на поверхность нагрева и поэтому менее склонны к упроч­ нению за счет сульфатизации. Содержание в этих же пробах СаО, связанной в карбонаты, невелико, однако при высоко­ температурном сжигании оно соизмеримо с содержанием в них СаОсвоб. Поскольку в месте отбора летучей золы тем­

пература газов иногда была равна 400—500° С, образование карбонатов могло происходить как в процессе отбора и обра­ ботки проб, так и непосредственно в газоходе котла. Однако в области интенсивного образования сульфатно-связанных

126

Рис. 4-ѴІІ. Зависимость содержания свобод­ ной окиси кальция (СаОсвоб.) от максималь­ ной температуры в топке (tT). Унос назаровского угля:

фракция 10 —20 микрон; V — фракция 20— 50 микрон.

отложений (пароперегреватель) температурные условия не позволяют протекать процессу карбонизации. Поэтому для пароперегревателя количество свободной окиси кальция сле­ дует увеличить на величину СаО, связанной в карбонаты.

§ 2. Зависимость степени сульфатизации отложений от режима работы топки, температуры стенки трубы и газов

В связи со значительным влиянием процесса сульфатиза­ ции на упрочнение слоя натрубных отложений большой ин­ терес представляет влияние температуры слоя 'отложений и температуры в топочной камере на процесс сульфатизации отложений.

На рис. 5-ѴІІ представлена зависимость степени сульфа­ тизации. отложений при сжигании назароаского угля от тем­ пературы газов в районе трубок. Степень сульфатизации подсчитывалась по опубликованной эстонскими исследова­ телями методике [79].

127

Рис. 5-ѴІІ. Зависимость степени сульфатизации золовых отложений от температуры газов (назаровский уголь),

температура стенки 170—200° С.

Из рис. 5-ѴІІ видно, что повышение температуры газов до 800° С не приводит к заметному увеличению степени суль­ фатизации. Дальнейшее увеличение температуры газов за­ метно сказывается на степени сульфатизации. Так, измене­

2 раза. При температуре стенки выше 700° С и температуре газов ~ 1000° С степень сульфатизации уменьшается.

При низкой температуре газового потока (~600°С) тем­ пература стенки не оказывает существенного влияния на степень сульфатизации (кривая II, рис. 6-ѴІІ).

Как температура газового потока, так и температура стенки в конечном счете влияют на температуру слоя отло­ жений. Осуществление непосредственного замера темпера­ туры слоя связано с большими трудностями. Замеры прово­ дятся в процессе образования слоя. В начале замера слой от­ сутствует. В конце слой имеет толщину, неодинаковую по пе­ риметру. Причем температура по глубине отложений изменя­ ется. Поверхностные слои имеют температуру более высокую и процесс сульфатизации в них протекает значительно бы­ стрее, чем в слое, прилегающем к трубе. По мере накопления отложений температура нижнего слоя снижается, прибли-

128

9. Заказ 84

Рис. 6-ѴІІ. Зависимость степени сульфатизации натрубных отложений от температуры стенки трубы (назарет­ ский уголь):

I — температура газов 950— 1050° С; II — температу­ ра газов 540—620° С.

жаясь .к температуре стенки трубы. Поэтому и степень суль­ фатизации нижних и верхних слоев отложений различна. Следовательно, можно говорить о какой-то средней темпе­

степени сульфатизации от средней температуры слоя отло­ жений представлена на рис. 7-ѴІІ.

Результаты, полученные при различной температуре га­ зов и стенки, хорошо описываются одной кривой. С увели­ чением средней температуры слоя отложений степень суль­ фатизации растет и достигает максимума при температуре 820—850° С, а затем резко падает. Падение вызвано начи­ нающимся разложением сульфатов.

Характер зависимости согласуется с данными М. С. Шарловской и А. С. Рлвкина [80]. Однако максимум кривой -(рис. 7-ѴІІ) сдвинут в сторону более низких температур, по сравнению с данными М. С. Шарловекой и А. С. Ривкина, примерно на 80ч-100°С.

Это объясняется следующим. В опытах М. С. Шарловекой и А. С. Ривкина все частицы золы находились при одной тем­ пературе. В условиях реального слоя отложений нижние ча­ стицы, прилегающие непосредственно к поверхности нагре­ ва, могут не сульфатизироваться в том случае, если темпе-

130

Рис. 7-ѴІІ. Зависимость степени сульфатизации натрубных отложений от средней температуры слоя.

ратура поверхности нагрева достаточно низка (вне зоны об­ разования сульфатов). Частицы, находящиеся на наружной поверхности слоя отложений, имеют максимальную темпера­ туру слоя. Поэтому при сравнительно низкой средней тем­ пературе слоя отложений в верхней части их может проис­ ходить распад сульфатов.

Величина сдвига максимума кривой по сравнению с за­ кономерностью, полученной Шарловской и Ривкиным, зави­ сит от толщины слоя отложений, их теплопроводности, тем­ пературы газов и стенки.

Из вышеизложенного можно сделать л еще один вывод. Поскольку в летучей золе до ее осаждения на поверхность нагрева СаО полностью связаться в сульфаты и силикаты не успевает, независимо от времени образования слоя отложе­

ний в .нем следует ожидать наличие свободной окиси каль­ ция, если температура стенки настолько низка л.ибо темпе­ ратура наружной поверхности загрязнения настолько вы­ сока, что она выходит за пределы «зоны образования суль­ фатов». При достижении на наружной поверхности загряз­

к уменьшению степени сульфатизации за счет «разбавления», слоя непрооульфатнзнрова.вшнмИ'Ся отложениями.

По этим причинам, во-первых, нельзя рассчитывать на полную сульфатизацию реальных отложений при температу­ рах газов в лабораторных экспериментах М. С. Шарловской и А. С. Ривкина; во-вторых, температура максимальной сульфатизации, найденная Шарловской (~950°С ), может и не соответствовать средней условной температуре слоя, при ко­ торой наблюдается максимальная скорость сульфатизации.

При любой температуре сжигания, любой температуре тазов в районе образования слоя отложений и любой темпе­

ричных отложений показал, что во вторичных отложениях окислы кальция в значительной степени связаны в сложные соединения. В этом отношении свойства вторичных отложе­ ний приближаются к свойствам шлаков. Так же, как и шла­

первичные рыхлые. Следовательно, в упрочнении слоя вторич­ ных отложений основную роль играют силы адгезии и спека­ ние, а не сульфатнзация.

Значительный интерес представляет изучение изменения степени сульфатизации фронтальных и тыльных отложений раздельно, поскольку характер отложений с фронта и тыла труб различен. Результаты определения степени сульфатизации по фронтальны*! и тыльным отложениям при разной тем­

отложений с тыльной стороны трубы на всех режимах работы наміного выше, чем с фронта. В некоторых случаях степень сульфатизации тыльных отложений в 2—3 раза больше, чем

132