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

Рис. 1-ІѴ. Зависимость удельного количества отложений от средней температуры пограничного слоя (трубки не­ охлаждаемые).

данных методом математической корреляции. Видим, что с увеличением температуры газов удельные отложения увеличи­ ваются. Следовательно, изучение влияния температурного гра­ диента (а значит, и силы термофореза) на количество обра­ зующихся отложений следует проводить при постоянной тем­ пературе пограничного слоя, чтобы исключить влияние темпе­ ратуры.

§ 2. Влияние температурного напора на скорость образования натрубных отложений

Влияние температурного напора (разности температургазов и стенки, которая пропорциональна температурному градиенту в пограничном слое), можно обнаружить изменяя синхронно температуру газов и стенки, с тем, чтобы изме­ нялся только температурный-напор, а средняя температура пограничного слоя оставалась постоянной. Средняя темпе­ ратура пограничного слоя определялась как полусумма тем­ ператур газа и стенки. Однако добиться в полупромышлен­ ной установке, синхронного изменения температуры стенки, трубы и газа очень трудно. Поэтому температурный напор из-

62

меняли путем увеличения температуры газов и снижением температуры стенки трубы. При этом изменялась и средняя температура пограничного слоя. Для исключения влияния из­ менения температуры пограничного слоя пользовались полу­ ченной ранее зависимостью (рис. 1-IV), внося коррективы в величину GyÄ (величина GyÄ приводилась к температуре по­ граничного слоя 500°С). Графические зависимости GyR от At представлены на рис. 2-ІѴ. Исследования показали, что с уве­ личением разности температур газа и стенки при постоянной температуре в пограничном слое удельное отложение возрас­ тает при любой температурной обработке частиц летучей зо­ лы в топке.

Увеличение температуры в топке с 1350° С до 1550° С при

счет процесса испарения-конденсации минеральных составля­ ющих топлива и ухудшением, ввиду этого при повышении температуры сжигания условий закрепления частиц на по­ верхности нагрева. Результаты экспериментов, полученные при температуре в топке 1550° С и 1650° С при малых темпе­ ратурных напорах, описываются одной .кривой. Однако с уве­

физических свойствах частиц летучей золы, образовавшихся

погрешности в определении температуры газов накладыва­ ются погрешности определения температуры стенки трубы.

§3. Влияние потенциала поверхности трубки на количество образующихся отложений

Одной из многих сил, действующих на частицу летучей золы и заставляющих ее осесть на поверхности нагрева, яв­ ляется электростатическая сила [12, 19, 121, 132, 135], воз­ никающая при униполярном заряжении поверхности нагре­ ва частицами летучей золы, несущими на себе заряд [135]. Однако исследований, позволяющих хотя бы приблизитель­ но оценить влияние сил электрофореза на процесс образо­

64

вания отложений на поверхностях нагрева в газоходах кот­ ла, пока нет. Для определения величины потенциала, могу­ щего самопроизвольно возникнуть в газоходе парогенера­ тора, а также для оценки влияния электростатических сил на процесс образования натрубных отложений, нами прове­ дены экспериментальные исследования [230] на огневом стенде КЭТИ.

Для устранения возможного влияния сил термофореза основная часть исследований проведена на неохлаждаемых трубках наружным диаметром 32 мм, изготовленных из ста­ ли марки 1Х18Н9Т. Экспериментальные трубки размещали в десятом и одиннадцатом рядах пучка, расположенного на выходе из топочной камеры [21]. Часть экспериментальных трубок заземляли. Другую электро,изолировали с помощью фарфоровых изоляторов. На электроизолированные трубки подавали потенциал от +.800 до —600 вольт. Источником пи­ тания служил УИП. Делитель напряжения позволял пода­ вать различные потенциалы на трубки. Температуру газов в месте расположения экспериментальных трубок выдержи­ вали в пределах 930—970° С, скорость газов — 15—18 м/сек,

Скорости роста отложений на трубках, имеющих на своей поверхности различные потенциалы, представлены графиче­ ски (рис. 3-ІѴ). Поскольку нас интересовали не абсолютные значения скорости роста, а относительное влияние потенци­ ала на образование отложений, пересчет на удельные коли­ чества отложений не производили.

Результаты исследований показали, (рис. 3-ІѴ) что знак и величина потенциала оказывают влияние на скорость ро­ ста отложений. Скорость роста увеличивается с увеличением

потенциал уменьшает скорость образования отложений не­ значительно. Изменение потенциала от 0 до —600 вольт уменьшило скорость образования отложений всего на 24%.

Однако такое заметное влияние было получено при срав­ нительно высоких значениях потенциала. Значительный ин­ терес представляло определение' величины потенциалов, са­ мопроизвольно возникающих на поверхностях нагрева в про-

Рис. 3-ІѴ. Зависимость скорости образования отложений от электрического потенциала, поданного на трубку.

цессе образования натрубных отложений. Для этого в газо­ ход котла устанавливали параллельно с неохлаждаемыми электроизолированными трубками водоохлаждаемые и воз­ духоохлаждаемые. Замеры потенциалов на поверхности за­ грязнений этих трубок показали, что летучая зола, оседаю­ щая на электрически изолированных и на заземленных труб­ ках, заряжала последние зарядом, достигающим в некото­ рых случаях максимального значения ±500 милливольт. За­ ряжение заземленных трубок происходило, по-видимому, вследствие высокого удельного электрического сопротивления эолового слоя, достигающего, по данным некоторых авторов, 32 1,ІО" 3 см. м., что приводило в наших экспериментах к медленному стеканию зарядов с эолового слоя.

По рис. З-ІІ видим, что изменение потенциала в пределах ±500 милливольт не оказывает заметного влияния на ско­ рость образования отложений. Следовательно, заряды, воз­ никающие самопроизвольно на поверхности как электроизо-

лированных, так и заземленных трубок, существенно не из­ меняют скорости роста отложений и в практических расче­ тах их влияние можно не учитывать.

Наблюдения за характером образующихся отложений по­

66

казали, что при любом потенциале на поверхности трубок образуются отложения одинаковой прочности.

Исследования, проведенные при разной температуре В'

.топке, позволили установить, что температура сжигания не оказывает существенного влияния на характер зависимости скорости образования отложений от потенциала на поверх­ ности трубок.

§ 4. Селективность осаждения отдельных компонентов, под влиянием электрического потенциала

Химический состав проб отложений, полученных при раз­ личном потенциале на поверхности нагрева, представлен в табл. 1-ІѴ. Анализ приведенных в таблице данных говорит

о том, что путем изменения потенциала поверхности нагрева можно влиять на процесс осаждения частиц, обогащенных: отдельными химическими соединениями. Увеличение как от­ рицательного, так и положительного потенциалов уменьшает содержание окислов железа и повышает содержание окиси кальция в отложениях как с фронта, так и с тыла трубы. Величина потенциала также оказывает заметное влияние на содержание соединений серы в отложениях: оно уменьшается с увеличением отрицательного потенциала. На осаждение: частиц летучей золы, обогащенных соединениями кремния* потенциал заметного влияния не оказывает. Его влияние на содержание соединений щелочных металлов также не про­ сматривается, возможно, ввиду низкой их концентрации.

По результатам исследований, изложенных в главе І.Ѵ„ можно сделать следующие выводы:

1. При низкой температуре газов, обеспечивающей отсут­ ствие в потоке частиц с повышенными адгезионными свой­ ствами, увеличение разности температур газов и стенки при­ водит к увеличению количества образующихся первичны« отложений.

3. Подачей потенциала на поверхность трубки можно' только заметно уменьшить скорость образования отложений,.

ГЛАВА V. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА НА ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ НАТРУБНЫХ

ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

§ 1 . Состояние вопроса

Известно, что скорость движения газового потока оказы­ вает значительное влияние на формирование натрубных от­ ложений [13, 14, 15, 129]. Этот вопрос подробно исследован

не учтено влияние температуры газового потока и температу­ ры стенки трубы, от которых существенно зависит процесс загрязнения поверхностей нагрева [10, 13, 16, 17, 18, 19]. Предложенное В. И. Хмыровым, Б. Н. Кирпичниковым и С. И. Офицеровым математическое описание процесса осе­ дания частиц [130, 131] не раскрывает до конца сущности процесса. Введенный ими в формулу коэффициент реализа­

вой работой, в которой исследуется совместное влияние ско­ рости газового потока, его температуры и температуры стен­ ки трубы применительно к сжиганию эстонских сланцев, яв­ ляется работа И. Міикка [3]. Он показал, что образование

температура стенки трубы, при которой образование плотных

70

с увеличением диаметра трубы и уменьшением скорости дви­ жения газового потока. (Кроме того, указывается, что увели­ чение температуры газов повышает t B 0 3 u . . Все это объясня­ ется им с двух позиций: увеличением эррозионного действия крупных частиц летучей золы при повышении скорости га­ зового потока и ростом вязкости ламинарного пограничного слоя пріи повышении температуры газов. Последнее уменьша­ ет количество мелких частиц летучей золы, достигающих по­ верхности нагрева.

Влияние эррозионного действия пыле-газового потока бесспорно. При увеличении скорости движения газового потока увеличивается количество летучей золы, проходящей через единицу сечения газохода за единицу времени, ве­ роятность удара частиц летучей золы о поверхность тру­ бы [5], повышается кинетическая энергия движущихся частиц. Поэтому резко возрастает и количество частиц, способных сбивать уже осевшие и недостаточно прочно закрепившиеся частицы. Но одновременно с этим уменьша­ ется толщина ламинарного слоя. Последнее приводит к уве­ личению количества мелких частиц летучей золы, достига­ ющих поверхности нагрева и идущих на формирование слоя отложений. Взаимодействие этих факторов и объясняет пер­ воначальное увеличение количества отложений, а затем — резкое снижение [4, рис. 6 -6 ]. Однако в представленной за­ висимости одновременно с увеличением скорости движения газового потока пропорционально увеличивалось и количест­ во проходящих загрязнений (по оси ординат нанесена тол­ щина отложений, отнесенная к единице времени).

Отнесение количества образующихся отложений к количе­ ству прошедших загрязнений дает более наглядное представ­ ление о влиянии скорости движения газового потока на обра­ зование отложений.

Возможность образования слоя отложений и скорость его роста определяется следующими факторами:

1 ) количеством мелких частиц, достигающих поверхно­ сти и способных закрепиться на ней;

2 ) количеством крупных частиц, достигающих поверхно­ сти и способных сбить уже осевшие мелиие частицы;

3) скоростью упрочнения связи осевших частиц с поверх­ ностью нагрева либо слоем уже закрепившихся отложений. Количество мелких частиц, достигающих поверхности нагре­

71