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

сжигашіи березовекого— от 4,8 до 7 г/нм2 при тех же. прочих условиях. При сжигании назаровского [247, 248] и березов­ ского углей (рис. 5-ІІ) изменение зольности с 13% до 4,8% уменьшает коэффициент осаждения шлака в топке с 75% до 13-14% .

Снижение зольности топлива происходит за счет умень­ шения содержания в нем вторичной золы, обогащенной окис­ лами ікремния. При этом в летучей золе уменьшается содер­ жание «тяжелых» частиц и снижается коэффициент осаж­ дения шлака в пределах топки. В этом случае снижение ко­ эффициента осаждения шлака в топке не сопровождается дальнейшим ростом содержания окислов кремния. По зави­ симостям, представленным на рис. 4-ІИ и 5-ІИ, видим, что снижение зольности тбплива, а следовательно, и вызванное этим уменьшение коэффициента осаждения шлака в топке сопровождается уменьшением БіОг в шлаке (ввиду общего уменьшения SЮг в золе исходного топлива). Однако содер­ жание Si02 в шлаіке на всем диапазоне изменения зольности намного выше, чем в золе исходного топлива. С уменьшени­ ем зольности эта разница возрастает, расстояние между кри­ выми I и II (рис. 4-ІІІ) увеличивается. Это говорит о. росте степени обогащения шлака окисью кремния. Особенно силь­ но эффект селективного осаждения окислов кремния в пре­ делах топки проявляется при сжигании малозольного бере­ зовского угля (рис. 4-111). При зольности угля 4,8% и содер­ жании окиси кремния в золе топлива около 14% содержание SIO2 в шлаіке доходит до 25%. Соответственно этому проис­ ходит обеднения шлака окисью кальция. Если содержание окиси кальция в золе исходного топлива составляло 54%, то

Ошл У

40

t3°c

Рис. 6-Ш. Изменение температуры жидко­ плавкого состояния (tä) в зависимости от со­ держания СаО.

Рис. 7-ІИ. Зависимость температуры жидко­ плавкого состояния от зольности топлива (уголь назаровский):

I — зола; II — шлак; III — летучая зола.

41

в шлаке оно снижалось до 40%. Это не могло не сказаться на плавкостных характеристиках шлака.

С увеличением содержания СаО и уменьшением Si02 зо­ ла канско-ачинских углей, летучая зола и шлак становятся более тугоплавкими. На рис. 6-III представлена зависимость температуры жидкоплавкого состояния (t3) от содержа­ ния окислов кальция в пробе. На рис. 7-Ш показано изме­ нение температуры жидкоплавкого состояния проб золы ис­ ходного топлива, шлака и уноса, полученных при сжигании назаровекого угля в огневом стенде Красноярского политех­ нического института. С уменьшением зольности разность температур жидкоплавкого состояния золы исходного топли­ ва и топочного шлака увеличивается. При сжигании канскоачинских углей происходит обогащение шлаков окисью крем­ ния, а летучей золы — окисью .кальция. Это приводит к уменьшению вязкости топочного шлака и увеличению туго­ плавкости летучей золы. Томские исследователи, а также некоторые зарубежные ученые [194, 195, 200] для снижения температуры плавления шлака и облегчения его вытекания рекомендуют флюсовать топливо песком. Изложенные выше материалы показывают возможность «внутреннего флюсо­ вания».

Для получения шлака с наиболее низкой температурой плавления следует использовать условия сжигания, обеспе­ чивающие максимальное осаждение окиси кремния в преде­ лах топочной камеры. Этого можно добиться применением достаточно тонкого помола. Причем, не следует стремить­ ся к обеспечению максимального осаждения шлака в преде­

лах топки, так как последнее .повысит тугоплавкость шлака.

Угрубление помола с одной стороны увеличивает содер­ жание FeO в шлаке, с другой стороны уменьшает эффект селективного осаждения Si02 в пределах топочной камеры. Первое — снижает тугоплавкость шлака, второе — повыша­ ет. Уменьшение коэффициента избытка воздуха также спо­ собствует снижению тугоплавкости шлака. Оптимальная тон­ кость помола, а также величина коэффициента избытка воз­ духа, обеспечивающие минимальную температуру плавления, по-видимому, зависят также и от конструкции топочной ка­

меры и могут быть определены испытанием при наладке ре­ жима работы.

42

§ 2. Поведение соединений щелочных металлов при различной температуре сжигания

Многие считают, что в образовании натрубных отложе­ ний большая роль принадлежит соединениям щелочных ме­ таллов, особенно при высоком содержании их в золе исход­

мому, газовая среда, в которой производился эксперимент. Так, интенсивность улетучивания щелочей возрастала с уве­ личением содержания водяных паров в газовой среде [144— 146]. По другим данным, водяные пары способствуют умень­ шению испарения щелочных соединений [147].

Улетучивание соединений .щелочных металлов в восстано­ вительной среде применительно к эстонским сланцам может увеличиваться в 10 раз по сравнению со средой окислитель­ ной и начинаться с 1000° С. Сложность процессов, про­ текающих при сгорании частицы топлива, чрезвычайная не­ равномерность поля концентрации газов' и поля температур в факеле в целом и в особенности в непосредственной бли­ зости от горящей частицы не'позволяют достаточно надежно теоретически оценить долю испарения того или иного ком­ понента минеральной части топлива. Поэтому в настоящее время единственно надежным способом определения нали­ чия .сублимации различных компонентов в условиях котлоаг­ регата является эксперимент.

При рассмотрении процесса образования связанных эо­ ловых отложений применительно к углям с малым содержа­ нием соединений щелочных металлов влиянию этих соеди­ нений обычно не придавали значения. Так обстояло дело и с канско-ачинскими углями, в которых содержание щелочей большей частью не превышает долей процента. Впервые во­ прос о возможном влиянии щелочных соединений на про­ цесс загрязнения поверхнбсти нагрева при сжигании углей

43

щелочных соединений.

%

барандатского месторождения поставлен в работе А. Я- Махлапуу и X. П. Талля [67].

Температура, развивающаяся в частицах топлива при их сгорании, способна обеспечить сублимацию щелочных соеди­ нений и выпадание десублимата на поверхность частиц.

На рис. 8-Ш показана зависимость содержания окислов натрия и калия в топочном шлаке, полученном при сжига­ нии назаровского угля в огневом стенде, от температуры в

ной золе содержалось Na^O+KgO всего 0,79%)- Дальнейшее повышение температуры в топке резко уменьшает содержа­ ние щелочных соединений в шлаке и при температуре 1500°С достигает почти 50% от содержания их в золе исходного топ­ лива. Последующее повышение температуры изменяет их содержание в шлаке очень незначительно. Улетучивающие­ ся соединения Na и К при снижении температуры газов на

44

Рис. 9-ІИ. Изменение содержания соединений щелочных

выходе из топки конденсируются на поверхность частичек летучей золы, являющихся центрами конденсации, и повы­ шают содержание в них щелочных соединений в несколько раз.

На рис. 9-Ш представлено изменение содержания сое­

ле повышается. Причем кривые проходят почти эквидистант­ но, нет заметного обогащения летучей золы каким-либо од­

45

ним элементом. Интересно отметить, что кривая суммарного содержания окислов щелочных металлов в случае сжигания назаровского угля (кривая I) проходит значительно .круче кривой, представляющей эту же зависимость для березовских углей (кривая II)..Это объясняется тем, что при сжига­ нии березовского угля наблюдалось значительно меньшее осаждение шлака в топочной камере. Поэтому и обогащение летучей золы окислами щелочных металлов оказалось мень­ шим.

На рис. 9-1II пунктиром нанесено содержание окислов щелочных металлов в золе назаровского (.кривая I «в») и бе­ резовского углей (кривая II «в»). Видно, что с понижением температуры кривые I и I «в», II и II «в» сближаются. Про­ должив мысленно кривые в сторону более низких темпера­ тур, найдем, что они сольются при температуре сжигания ниже 1300° С. Следовательно, ощутимое улетучивание ще­ лочных соединении в процессе сжигания канско-ачинских углей следует ожидать при температуре в топке выше 1300° С.

§ 3. Результаты'рентгеноструктурных и термографических анализов проб шлака и уноса, полученных при различной

температуре сжигания

Термограммы проб шлака, отобранного при сжигании на­

скую инертность шлака. В зависимости от температуры сжи­ гания термограммы этих проб изменяются очень мало [253].

Видим наличие двух очень незначительцых эндотермических эффектов. Первый, в области температур 100—200° С, со­ ответствует дегидратации гипса и других соединений каль­ ция. Второй, в области 700—800° С, вызван наличием в про­ бах кальция.

Термографическое исследование проб уноса показало на­ личие пиков, в основном, в тех же температурных областях, что и у шлаков. На рис. 10-ІІІ «б» приведена термограмма пробы уноса, полученного при тех же условиях, что и проба шлака (см. выше). С повышением температуры сжигания происходит уменьшение величины пика, что говорит о пере­ ходе окислов кальция в соединения, не имеющие гидратной воды. С повышением температуры сжигания поведение лету-

46

Рис. 10-Ш. Термограммы проб летучей золы и шлака, полученных при сжигании березовского угля. Температу­ ра сжигания 1640° С: «а» — термограмма шлака; «б» —

термограмма летучей золы.

чей золы (по этим анализам) приближается к поведению шлака.

Повышение температуры сжигания увеличивает количе­ ство «стекол». Это сопровождается увеличением фона и ос­ лаблением яркости на рентгенограммах [253]. С увеличением температуры сжигания ослабляются и постепенно исчезают на рентгенограмме линии, соответствующие свободной оки­ си кальция и окислам железа. В то же время увеличиваются интенсивность и количество линий, соответствующих двух­ кальциевым ферритам, двухкальциевьгм силикатам. Следу­ ет отметить, что двухкальциевые силикаты в пробах летучей золы по рентгенограммам почти не просматриваются. С по­ вышением температуры сжигания на рентгенограмме резко

47

сокращается количество линий ввиду перехода минералов в аморфную фазу.

Особый интерес представляет различие .свойств фракций летучей золы, полученной путем воздушной классификации. Максимальная интенсивность линий рентгенограмм, соот­ ветствующих свободной окиси кальция, приходится на са­ мые тонкие фракции. С угрублением фракций интенсивность этих линий уменьшается.

С повышением температуры сжигания падение интенсив­ ности линий ускоряется, что говорит о смещении свободной окиси кальция в более мелкие фракции.

Что касается топочных ш лаков, то в них в значительном количестве содерж атся аморфные стекла, двухкальциевые ферриты и двухкальциевые силикаты.

§ 4. Химический состав отдельных фракций летучей золы. Влияние сдвига фаз горения

Формирование различных слоев натрубных отложений происходит за счет частиц летучей золы различного размера. Самый нижний, прилегающий к поверхности нагрева, слой отложений образуется за счет наиболее тонких фракций ле­ тучей золы, обычно не превышающих одного микрона. По мере утолщения слоя в его формировании начинают прини­ мать участие все более крупные частицы. Наконец, в форми­ ровании вторичных, ' гребневидных отложений участвуют почти все фракции летучей золы. Отдельные фракции лету­ чей золы могут сильно различаться как по химическому и минералогическому составу, так и по физическим свойст­ вам. Знание-химического состава каждой узкой фракции ле­ тучей золы позволит более обоснованно судить о причинах образования прочно связанных отложений. Результаты оп­ ределения фракционного состава проб летучей золы, полу­ ченной при сжигании березовского угля на огневом стенде КПИ представлены в табл. I—III. Эксперименты показали, что с повышением температуры сжигания содержание фрак­ ции 0—5 микром, идущей в основном на формирование первич­ ного слоя отложений, в летучей золе уменьшается. Некоторое

48

4. Заказ 84