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

Рис. 11-ѴІІІ. Схема включения змеевиков.

вателем (рис. 11-ѴІІІ и 12-ѴІІІ) были установлены два зме­ евика, выполненные из труб диаметрам 32/38 мм. По этим змеевикам навстречу друг другу пропускали всю питатель­ ную воду до ее поступления в водяной экономайзер.

Испытания, проведенные после реконструкции, показали;, что питательная вода нагревается в этих змеевиках от 105° С до 138° С. При этом температура газов в области «холодных» змеевиков снизилась на 55° С.

Наблюдая за работой парогенератора в течение несколыких месяцев, обнаружили полное отсутствие прочносвязан­ ных отложений на грануляционных змеевиках. Образующиеся- в небольшом количестве отложения на фронтальной стороне труб пароперегревателя значительно менее прочные, слабее скреплены с металлом труб, чем до реконструкции.

Полученные результаты позволяют рекомендовать про­ стой и эффективный способ уменьшения температуры газов перед пароперегревателем и снижения активности летучей зо­ лы — установку «холодных» поверхностей нагрева, охлаждае­ мых питательной водой до входа ее в экономайзер.

Экспериментальные исследования показали следующее:-

1.При высокотемпературном сжигании канско-ачинскихг.

183»

денсацнн последних непосредственно на поверхности нагре­ ва.

2.Повышенные адгезионные свойства самых тонких фракций летучей золы проявляются гори температуре в ме­ сте контакта частицы и стенки 600—700° С. Это может обус­ лавливаться появлением легкоплавкой трехкомпонентной эвтектики Na2S0 3 -K2 S0 4 -FeSb а также сульфатов натрияжелеза и калия-железа.

3.Возможно попадание на высокотемпературную поверх­ ность нагрева частиц, несущих на себе «липкую» пленку. Из

таких частиц размером менее 1 микрона и может образовы­ ваться плотный подслой отложений, прочно связанный с по­

ратуре поверхности нагрева) объясняется: а) лерераспреде-

.лением десублимата между различными фракциями летучей золы в процессе сгорания, в результате чего поверхность ча- •.стиц «среднего» размера (от 5 до 10 микрон) оказывается юбедненной щелочными ■соединениями; б) увеличением ко­ личества кристаллической фазы в более крупных частицах, что уменьшает склонность к спеканию в процессе кристал­ лизации.

'5. Причиной возникновения прочно связанного с поверх­ ностью трубок пароперегревателя слоя отложений, образу­ ющегося после многомесячной эксплуатации, может явиться лрипекание частиц магнетита, содержащихся в летучей золе.

6. Вторичные гребневидные отложения начинают образо­

температуры начала деформации золы (ti) при наличии на поверхности подавляющей доли частиц соединений, образую­

коэффициенту теплопроводности слоя отложений, скорости газового потока и обратно пропорциональна температуре стенки и температуре газов.

8. Установлено, что для образования прочносвязанных

184

ГЛАВА IX. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СЖИГАНИЯ НА ПОВЕДЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ДАСТИ ТОПЛИВА В ГАЗОХОДАХ КОТЛА

§ 1. Анализ влияния высокотемпературного сжигания топлива на свойства и поведение летучей золы

вгазоходе котла

В[48, 50, 83] показано, что повышение температуры в топочной камере вызывает уменьшение загрязнения поверх­ ностей нагрева летучей золой. И. К. Лебедев, Л. И. Пугач,

А.С. Ривюин и др. объясняют это химическими процессами, протекающими в золовых частицах: .в основном — связыва­ нием свободной окиси кальция в сложные соединения еще в

предварительного нагрева ее до 1000° С и практически пре­ кращается в золе, предварительно прокаленной до 1200° С [70, 169]. Результаты промышленных исследований говорят об уменьшении скорости образования отложений при .высо­ котемпературном сжигании углей. При сравнительно непро­ должительном сжигании иазаровских углей в топках с го­ ризонтальными циклонами образование связанных натрубных отложений не наблюдалось [48].

Высокотемпературное сжигание приводит к улетучива­ нию значительного количества соединений щелочных .метал­ лов.

Поскольку десублимат выпадает в первую очередь на мелких и «холодных» частицах золы, следовательно, и части­ цы магнетита оказываются «глазированными» по поверхно­ сти коркой щелочных соединений. Эта корка частично либо полностью (в зависимости от количества десублимата) ней­

186

общему уменьшению концентрации летучей золы в дымовых газах, что снижает скорость образования первичного слоя отложений.

С повышением температуры в топке уменьшается пори­ стость частиц, увеличивается их удельный вес. Так, яри из­

очередь, увеличило срок формирования первичного слоя от­

Высокотемпературное сжигание увеличивает долю окиси кальция, связанную в сложные соединения, и степень суль-

.фатизации летучей золы еще до попадания ее на поверх­ ность нагрева. Это снижает активность золы в упрочнении слоя отложений, что также уменьшает скорость его образо­ вания.

При повышении температуры газов (при прочих постоян­ ных условиях) увеличивается тепловой поток через поверх­ ность нагрева, н критическая температура на поверхности загрязнения может быть достигнута при меньшей толщине •слоя загрязнений. Следовательно, повышение температуры в топке увеличивает время, необходимое для формирования слоя первичных отложений, а увеличение температуры в газйхбде уменьшает это время.

Попытка объяснить влияние температуры сжигания на температуру начала образования вторичных отложений по результатам работы огневого стенда была сделана ранее [179]. Сдвиг момента начала образования гребневидных от­ ложений (точка перелома кривой, рис. І-ІХ) в область бо­ лее высокой температуры газов объяснялся увеличением се­ парации кремниевых соединений с повышением температу­ ры в топке. Последнее привело к обогащению летучей золы соединениями, содержащими СаО, из-за чего повысилась ее температура плавления. Это и вызвало, по мнению указан­ ного автора, смещение момента начала образования отло­ жений в область более высоких температур.

Объяснять этим сдвиг начала образования ' гребневидных отложений было бы неверно, поскольку температура начала деформации летучей золы даже при самой низкой темпера­ туре сжигания не опускалась ниже 1100° С. По приведенным данным (рис. 1-ІХ) гребневидные отложения начинают об-

188

разовываться почти .во всех случаях при более высокой тем­ пературе.

Кроме того, частицы летучей золы вследствие интенсив­ ного излучения на поверхности нагрева остывают быстрее, чем газовая среда, и в момент удара о нее имеют температуру более низкую, чем температура газовой среды [185].

Исследования Аттинга и Дуцн [231] так же показали, что температура плавления золы очень слабо влияет иа интен­ сивность загрязнения поверхности нагрева.

Причина эффекта, представленного на рис. 1 -IX, объясня­ ется следующим. Продолжительность сжигания составляла в среднем 4,5 часа при температуре в топке 1450° С и темпе­ ратуре в газоходе котла 1000° С. Этого времён« было доста­ точно для формирования слоя первичных отложений и об­ разования гребней. Следствие — наличие резкого возрастания ■скорости образования отложений. При повышении темпера­ туры сжигания до 1650° С и прежней температуре в газоходе

В этих условиях завершение формирования слоя первичных отложений и начало образования вторичных за указанный период могло наступить при более высокой температуре в газоходе, что и было получено [рис. 1-ІХ). Если температура •сжигания — 1650° С, то образование вторичных отложений за это время оказалось возможно при повышении температуры в тазоходе до 1150° С. Следовательно, смещение точки переги­ ба кривых рис. 1-ІХ в сторону больших температур газов в значительной степени обусловлено не повышением тугоплав-. кости, а увеличением времени, необходимого для заверше­ ния формирования первичных отложений. Последнее под­ твердило результаты длительных наблюдений за состоянием поверхности нагрева. Гребни при некоторых условиях начи­ нали образовываться только после 8, 10 и более часов рабо­ ты.

В промышленных котлоагрегатах повышение температу­ ры в топке по указанным выше причинам приводит к умень­ шению скорости образования отложений. Времени между обдувками может при этом оказаться недостаточно для фор­ мирования первичного слоя. В этом случае вторичные отло­ жения вообще могут перестать образовываться. Проведен­ ные нами эксперименты позволили установить, что в процес­

190

се испарения-конденсации минеральной части топлива про­ исходит выпадение щелочных соединений в основном на са­ мых мелких частицах. Это подтверждается увеличением их

ры сжигания увеличивается содержание аморфной фазы в частицах летучей золы. Поскольку наличие водорастворимых соединений и аморфной фазы способствует протеканию про­ цесса апекания, увеличение температуры сжигания сопро­ вождается увеличением прочности спекания (рис. 9-ѴІ). Сле­ довательно, с повышением температуры сжигания с одной стороны, уменьшается скорость образования отложений и уменьшается опасность упрочнения отложений за счет сульфатизации и спекания на основе магнетита, с другой сторо­ ны, усиливается склонность летучей золы к спеканию на ос­ нове водорастворимых соединений и протекания процессов

ГРЭС Красноярского энергоуправления, показали, что повы­ шение температуры сжигания не устраняет возможности об­ разования прочного подслоя.

§2. О рациональном изменении профиля котлоагрегата, рассчитанного на сжигание канско-ачинских углей

Известно, что канско-ачинские угли обладают рядом спе­ цифических свойств, требующих особого подхода к их сжи­ ганию. Однако для сжигания этих углей пытаются приме­ нить, не всегда успешно, типовые конструкции котлоагрега­ тов, широко используемые для сжигания углей других ма­ рок. Так как суммарная мощность электростанций, намечен­ ных к строительству в районе указанного бассейна, велика, экономически целесообразным было бы создать конструкцию котлоагрегата, учитывающую специфические особенности не только бассейна в целом, но, возможно, и отдельных место­ рождений (например, Назаровекого, Ирша-Бородинекогр, Бе­ резовского, Барандатского). При проектировании котлоаг­ регатов на эти угли следовало бы также учесть низкую их стоимость.

Одним из факторов, затрудняющих работу котлоагрега­ тов на назаровских углях, является шлакование высокотем­ пературных поверхностей нагрева. В резолюции научно-тех­ нического совещания по сжиганию канско-ачинских углей

191

[92] записана рекомендация, в которой с целью устранения шлакования предлагается снизить температуру газов иа входе в конвективную поверхность нагрева до 850° С. На дей­ ствующем котлоагрегате выполнить эту рекомендацию мо­ жно снижением температуры подогрева воздуха либо умень­ шением нагрузки котла. Проведенные нами расчеты показа­ ли, что, например, в котле ТГТ-230 даже при полном отказе от подопрева воздуха (при работе на назаровском угле) тем­ пература газов иа входе в пароперегреватель может быть снижена всего до 950° С [93]. Следовательно, одним изме­ нением температуры подогрева воздуха снизить температуру газов на входе в конвективную поверхность нагрева до ре­ комендованной температуры не удастся.

Расчеты по другим вариантам [93] показали, что умень­ шить температуру на выходе из топки можно только при значительном снижении нагрузки котла. Так, в котле ТП-230 ■при сжигании в нем иазаровского угля получить рекомендо­ ванную температуру газов на входе в пароперегреватель мо­ жно только при снижении паропроизводителыюсти до 135 т/час. При этом тепловое напряжение топочного объема составит всего 64-ІО3 ккал/м3 час. Такое снижение нагрузки не может быть рекомендовано для действующих котлоагре­ гатов. По-видимому, при решении вопроса борьбы со шлако­ ванием высокотемпературных поверхностей нагрева пароге­ нераторов, работающих на канско-ачинских углях, следует искать других путей, которые позволили бы работать с вы­ сокими тепловыми напряжениями в топочной камере.

Одной из причин образования прочно связанного с метал­ лом труб плотного подслоя является спекание мельчайших частиц летучей золы. Необходимые для этого условия — до­ статочно высокая температура газов и стенки и «бомбарди­ ровка» образующегося слоя крупными частицами, вызыва­ ющая достаточное уплотнение слоя. Устранить опасность об­ разования подслоя за счет спекания частиц можно разме­ щением на выходе из топки поверхности нагрева с темпе­ ратурой не выше 300—400° С. Для полного исключения плот­ ных отложений желательно использовать схему продольно­ го обтекания труб при повышенной скорости газов.

Одной из причин образования подслоя, прочно связанно­ го с металлом труб, .после достаточно длительной эксплуа­ тации котла, может явиться наличие в летучей золе частиц магнетита, легко спекающихся с оксидной пленкой трубы (при достаточно высокой температуре стенки). Высокотемпе-

192