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

Для момента достижения частицей летучей золы поверх­ ности нагрева

Х= 6; Хі = 1.

Можно записать:

Определим эту температуру для частиц размером ОД микрон. Для них г= 10— м, г1= 1, а = 0,73.

Второе слагаемое представляет собой разность температур частицы и поверхности нагрева в момент контакта (деленное на 1000).. Подсчет второго слагаемого показал, что величи­ на разности температур близка к 0,0014° С, то есть частица размером 0,1 микрон достигает поверхности нагрева при тем­ пературе, практически не отличающейся от температуры стенки.

Для частиц размером в 1 микрон г= 10—6 м, Г]= 10,

и частицы летучей золы в момент достижения ими поверхно­ сти нагрева для частиц более крупных произведено с помо­ щью ЭВМ с учетом как радиационных, так и конвективных потоков тепла. Результаты занесены в табл. 1-ІІ. Видим, что частицы размером в десятки микрон остывают еще доста­ точно быстро и успевают огранулироваться до попадания на поверхность нагрева. Частицы же размером в 100 микрон по­ чти не снижают свою температуру при прохождении погра­ ничного слоя. Однако их доля в формировании первичного, слоя отложений чрезвычайно мала.

Проведенные расчеты подтвердили возможность охлаж­ дения частиц летучей золы в газовой среде пограничногослоя. Этбго же мнения придерживается и Э. П. Дик. Он считает, что частицы летучей золы, попадая в ламинарный пограничный слой, охлаждаются и затвердевают [269].

30

Т а б л и ц а I-II

Размещение на выходе из топки поверхности нагрева с низкой температурой стенки дает возможность более глубо­ ко охладить находящиеся в потоке газов золовые частицы и тем самым уменьшить опасность образования прочносвязанных отложений.

несколько более низкой, чем температура газов. Чем крупнее частица, тем больше разность температур газов и частицы.

2. С изменением температуры газовой среды температура мелких частиц летучей золы почти мгновенно изменяется на соответствующую величину. В пристенном слое температура частиц размером в доли микрона либо в несколько микрон успевает снизиться почти до температуры холодной поверхно­ сти. Это исключает возможность наброса расплавленных, ли­

31

ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЦИКЛОННОЙ ТОПКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ШЛАКА И УНОСА

§ 1. Влияние коэффициента избытка воздуха, тонкости помола, влажности угольной -пыли и зольности исходного топлива на химический состав и свойства шлака и уноса

Ряд исследователей считают, что коэффициент избытка воздуха влияет на состав, свойства шлаков и уноса и на скорость образования натрубных отложений [46, 73, 74, 232, 233, 238].

Однако количественной оценки этого влияния никем не дано-. Были проведены эксперименты, направленные на вы­ яснение влияния вышеназванных факторов [75].

угольной пыли от 16 до 24% не привели к заметному изме­ нению содержания АЬОз и MgO.

Суммарное содержание окислов железа также не изме­ нялось. Заметное влияние на соотношение окислов Рег03 и FeO оказывают коэффициент избытка воздуха и тонкость помола угольной пыли. Зависимость содержания основных компонентов шлака от коэффициента избытка воздуха при температуре в топочной камере 1500°С представлена на рис. 1-III, а изменение химического состава шлака от тон­ кости помола угольной пыли — на рис. 2-ІП.

Уменьшение коэффициента избытка воздуха приводит к переходу железа из полуторных окислов в одинарные, то есть уменьшается содержание в шлаке РегОз и увеличивает­ ся FeO. Причем в основном влияет изменение коэффициента избытка воздуха в пределах от 1 до 1,2. Дальнейшее увели-

ченпе ат вызывает очень незначительное изменение содер­

(рис. 2-Ш) показал, что фракционный состав угольной пыли оказывает большее влияние «а химический состав топочных шлаков, чем коэффициент избытка воздуха.

Угрубление помола от Rmo= 25% до Rioo= 68% уменьша­ ет содержание окиси кремния в шлаке на 3%. Содержание окиси кальция при этом возрастает, приближаясь к ее со­ держанию в золе исходного топлива. При угрублении помола увеличивается количество крупных частиц топлива, сепари­ рующихся на шлаковую пленку, и увеличивается коэффици­ ент осаждения шлака в топке. В крупных частицах угольной пыли содержится значительно больше окиси кальция, чем в мелких [82]. Это и приводит к обогащению шлаков окисью кальция и обеднению их Si02.

Аналогичное действие угрубление помола оказывает и на содержание соединений щелочных металлов. Если измене­ ние тонкости помола от Rіоо = 11 % до Rioo= 36% не вызыва­ ет заметных сдвигов в соотношении содержания этих сое­ динений в исходном топливе и шлаке, то увеличение остатка на сите Rmo от 36% до 68% уже явно приближает содержа­ ние щелочных соединений в шлаке к их содержанию в золе исходного топлива (кривые 1 и 2 сближаются).

На соотношение окиси и закиси железа в шлаке угруб-

.ление помола действует аналогично уменьшению коэффици­

чества FeO. Последнее мы объясняем тем, что с угрублением помола увеличивается сепарация недогоревших частиц на пленку шлака, в результате чего в пленке шлака создается восстановительная среда, способствующая частичному вос­ становлению железа. Это влияет на температуру плавления и на вязкость расплава [118, 122—125].

34

3'

существует взаимосвязь [246—248]. Зольность исходного топ­ лива оказывает также значительное влияние на химический состав летучей'золы и топочных шлаков и на осаждение ми­ неральной части топлива в пределах топки. Изменение же химического состава шлака и летучей золы вызывает изме­ нение их физических свойств. При сжигании в огневом стен­ де иазаровского, ирша-бородинского и березовского углей шлак обогащается окислами кремния и окислами железа, а летучая зола — окислами кальция. Обогащение шлака не­ которыми компонентами при сжигании канско-ачинских уг­ лей в промышленных котлоагрегатах с жидким шлакоудалением установлено рядом исследователей [115, 249—251].

В каиско-ачииских углях окись кальция входит, в основ­ ном, в состав первичной золы и равномерно распределена по всей массе топлива. Окись же кремния, в основном, вхо­ дит в состав золы вторичной. При размоле значительная часть окиси кремния выделяется в чистом виде [8]. Ввиду большего удельного веса, под действием центробежных сил,, возникающих в вертикальной циклонной топке, происходит интенсивное осаждение на стенках «тяжелых» частиц, обо­ гащенных кремнием. Таким образом, шлак обогащается окисью кремния, а «легкие» частицы летучей золы — окисьюкальция.

Последнее видно из графика рис. З-Ш и 4-ПІ.

Для построения этих зависимостей использовали данные, полученные при сжигании иазаровского угля с зольностью А°= 8% и выше, и данные проб, отобранных при сжигании бе­ резовского угля с зольностью 4,8%.

G уменьшением зольности топлива увеличивается содер­ жание окиси кальция и уменьшается содержание окиси крем­ ния в золе исходного топлива, летучей золе и шлаке [246, 247], что согласуется с данными ТОПИ [254]. Однако раз­ ница между содержанием этих соединений в летучей золе и топочном шлаке с изменением зольности изменяется не­ значительно, кривые II и III проходят почти эквидистантно. По-видимому, величина ее зависит от конструкции и аэро­ динамики топки. Частицы, обогащенные окисью кремния, имеют больший удельный вес, чем частицы, обогащенные окисью кальция. Поэтому в топочных устройствах, обеепечи-

37

Рис. З-ІІІ, Зависимость содержания CaO в золе топлива, шлаке и уносе от зольности при сжигании канско-ачин- •ских углей в вертикальной циклонной топке стенда КПИ: I — в золе назаровского угля; II — в шлаке (назаровский уголь); III — в уносе (назаровский уголь).

Кружком отмечены данные, относящиеся к сжиганию березовского угля.

•вающих действие сравнительно небольших инерционных сил на частицы летучей золы, сепарируются наиболее тяжелые ча­ стицы. Если учесть, что наиболее тяжелые частицы обога­ щены окисью кремния, то следует ожидать, что с уменьшени­ ем коэффициента шлакоулавливания, полученного за счет уменьшения центробежных сил и сил инерции, обогащение шлака окисью кремния должно возрасти. Однако это спра­ ведливо при достаточно тонком помоле, когда частицы вто­ ричной золы выделяются в чистом либо почти в чистом ви­ де.

При грубом помоле в первую очередь выпадают из пото­ ка крупные частицы, содержащие, кроме вторичной, значи­ тельное количество золы первичной, а следовательно, обога­ щенные окисью кальция. Поэтому угрубление помола дол­ жно привести с одной стороны к увеличению коэффициента

38

Рис. 4-Ш. Зависимость содержания Si02 в золе топлива, шлаке и уносе от зольности при сжигании канско-ачин- ских углей в вертикальной циклонной топке: I — в зо­ ле назаровского угля; II — в шлаке (назаровский уголь); III — в уносе (назаровский уголь).

Кружком отмечены данные, полученные при сжигании березовских углей.

осаждения шлака в топке, с другой — к уменьшению селектив­ ного осаждения окислов кремния в топочной камере.

Подводя итог, можно сказать, что при одной и той же марке топлива с одинаковой зольностью уменьшение коэф­ фициента осаждения шлаіка в топке за счет применения бо­ лее тонкого помола либо уменьшения центробежных и инер­ ционных сил (например уменьшения скорости движения пыле­ газового потока), действующих на частицу летучей золы, при­ водит к обогащению шлака окисью кремния и обеднению окисью кальция.

Интересно отметить, что снижение зольности топлива (на­ пример — при переходе от назаровского к березовскому уг­ лю), вызывая уменьшение коэффициента осаждения шлаіка в пределах топки, очень незначительно снижает концентра­ цию летучей золы в дымовых газах. Так, если при сжигании иазаровских углей она колебалась от 5 до 8 г/нм3, то при

39