книги из ГПНТБ / Энергетическое использование фрезерного торфа

отсутствует лобовое уплотнение золы); расположение экономайзера в подъемном газоходе; предварительный подогрев воздуха.

Обдувка является основной и наиболее распростра­ ненной формой защиты поверхностей нагрева от шлако­ вания и заноеа золой. В Советском Союзе наиболее ши­ рокое распространение получила обдувка паром.

Характеристикой работы обдувочной струн является плотность обдувки, которая определяется по формуле

(5-7)

где G— расход обдувочного вещества, кг/сек\ / — обду­ ваемая площадь, .и2; т — коэффициент омывания, ха­ рактеризующий соотношение полезного и холостого исте­ чения обдувочного пара или воздуха.

В ЦКТИ ведутся работы по созданию системы обдувки, авто­ матически включающейся в работу при достижении некоторой степе­ ни зашлаковапиоети топ или мной части котлоагрегата, определяе­ мой оптическими средствами.

Вдоль шлакующейся поверхности нагрева направляют узкий пу­ чок света,. Когда шлаковые наросты отсутствуют, световой пучок беспрепятственно проходит весь путь. Когда шлаковый нарост пере­ крывает путь световому .пучку, приемник подает пусковой импульс обдувочному прибору.

До недавнего времени в США для обдувки котлов применялся почти исключительно пар, но по мере повышения требования к ка­ честву питательной воды ее безвозвратная потеря становилась в ряде

случаев неоправданной. Сейчас все более широко применяется для этих целей воздух давлением р = 20ч-35 кгс/см2.

Увеличение энергии струи обдувочного воздуха подогревом обхо­ дится в 2—2,5 раза дешевле эквивалентного увеличения энергии воздуха за счет его сжатия. Энергия перегретого пара обходится примерно на 25% дешевле энергии насыщенного пара.

На новых электростанциях США до 2% стоимости их сооруже­ ния приходится на долю обдувочных устройств. Ремонт и обслужи­ вание системы обдувки составляет примерно одну десятую всех эксплуатационных расходов. На питание обдувочных приборов тра­ тится до 1% рабочей производительности котлов.

Обдувка хвостовых поверхностей нагрева паром мо­ жет иногда привести к закупорке труб воздухоподогре­ вателей цементирующей золой. В настоящее время более срвершенными методами' очистки их считается дробе­

93

200—300 кг/ч на 1 иг2) очистка поверхностей достигается полная.

Последние исследования ВТИ совместно с заводом «Ильмарине» показывают, что пневмотранспорт дроби лучше осуществлять в напорных установках, чем в уста­ новках, работающих под разрежением, в этом случае оказывается более простое конструктивное выполнение

[Л. 59].

Для очистки поверхностей нагрева в зоне высоких температур более эффективна не дробеочистка, а специ­ альный шарпкомет, подающий шарики из асфальто-асбе- ста 0 12,7 мм и полученные литьем под давлением [Л. 61]. Поток шариков направляется на шлаковые на­ росты и сбивает их. Работу шарикомета можно сочетать с обычным обдувочным устройством. Расход шариков составляет 50—250 шт. в секунду; расход сжатого воз­ духа с давлением 5,6—17,5 кгс/см2 равен 2,8—9,6 м3/мин на каждый шарпкомет.

Для очистки ширмовых и конвективных пароперегре­ вателей широкое распространение имеют виброуста. новки.

Виброочистка и встряхивание — две разновидности одного и того же способа золо- и шлакоочистки и отли­ чаются лишь частотой и амплитудой колебаний, сооб­ щаемых змеевикам. При виброочистке частота колебаний исчисляется тысячами, а при встряхивании единицами или десятками периодов в минуту (в Советском Союзе принята частота колебаний виброочистки 50 гц).

Возможны две формы вибрации змеевиков: соосная и поперечная. Примером соосной вибрации служат пе­ ремещения вертикальной ширмы попеременно вверх и вниз. Более широкое распространение имеет поперечная вибрация. Опыт показал, что вибраторы ненаправленно­ го действия оказались малоэффективными [Л. 62]. По­ этому рекомендуется использовать вибраторы направлен­ ного действия.

Вибраторы направленного действия типа ВНДВ-1 представляют собой асинхронный электродвигатель, на вал ротора которого наса­ жен эксцентрик. Частота колебаний 2 800 в минуту, размах колеба­ ний 2/1+0,6—1 мм.

До установки виброочистки длительность кампании работы кот­ ла одной из электростанций составляла 2,5—3,5 мес. После установки вибратора кампания работы увеличилась до 5—5,8 мес. При этом

94

температура газов за пароперегревателем снизилась на 30—35 °С и аэродинамическое сопротивление уменьшилось на 15—25 мм вод. ст.

[Л. 56].

В зарубежной практике {Л. 62] для очистки воздухо­ подогревателя используют интенсивную просушку отло­ жений с последующей вибрацией, в результате чего от­ ложения легко отделяются от поверхностей нагрева (просушка осуществлялась дымовыми газами при пре­ кращении подачи воздуха в одну из половин воздухопо­ догревателя) .

Для повышения температуры размягчения золы и по­ лучения более рыхлых отложений применяют различные присадки к топливу. Известна эффективность действия магнезита .извести, доломита, глинозема и других приса­ док при сжигании сернистых мазутов [Л. 54, 63], с по­ мощью которых удается существенно снизить как про­ цесс загрязнения поверхностей нагрева, так и интенсив­ ность их коррозии. Так, применение жидких присадок ВНИИНГІ-102, -103, -102К, сокращает количество отло­ жений вдвое, а интенсивность коррозионного износа уменьшается в 4,5 раза [Л. 54]; в целом улучшается и топочный процесс.

Присадки MgO и Si02 могут быть использованы для понижения температуры точки росы уходящих газов, для чего их следует вдувать в газоходы котла при темпера­ туре газов меньше 400°С.

В заключение следует отметить, что применение раз­ личных средств очистки поверхностей нагрева и мер, сни­ жающих золоотложения, существенно улучшают условия эксплуатации котлоагрегатов и обеспечивают: удлинение рабочей кампании, устойчивость эксплуатации при опти­ мальных параметрах и тем самым повышают эффектив­ ность топливоиспользования.

5-3. КОРРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ н а грев а

По вопросу протекания процессов коррозии наруж­ ных поверхностей нагрева нет вполне установившихся взглядов. Считают, что основной причиной коррозии являются комплексные железо-щелочные сульфаты. Со­ трудники Центрально-исследовательской лаборатории в Литерхеде (Великобритания), наоборот, считают, что основной причиной коррозии являются не комплексные сульфаты, а продукты их распада — S03.

95

При наличии в газовой атмосфере влаги и катализа­ торов в виде золы, кокса, сажи и пыли, S02 частично переходит в S03 и дает затем в соединении с влагой серную кислоту. Интенсивнность коррозии зависит не столько от количества серы, сколько от степени перехо­ да S02 в S 03.

В S 03 окисляется ~3% серы топлива, оптимальная температура окисления ~400°С. Ниже этой температу­ ры процесс коррозии сильно замедляется, выше — раз­ лагается S 03.

Так как концентрированная H2SO.i не действует на железо, максимум величины коррозии с образованием сульфатов находится на 30—50°С ниже температуры конденсации паров H2S04. Затем при достижении темпе­ ратуры, соответствующей точке росы водяных паров коррозия уменьшается, после чего снова начинает уве­ личиваться. При этом преимущественно образуются гид­ роокиси железа, которые с течением времени переходят в различные окислы железа. Величина коррозии в этой зоне может в несколько раз превысить максимум вели­ чины коррозии в сульфидной золе.

В отличие от высокотемпературной коррозии, проис­ ходящей при /> 500°С, низкотемпературная коррозия при /< 200°С начинается с момента конденсации агрес­ сивных составляющих дымовых газов.

Конденсация кислоты начинается при снижении тем­ пературы газов ниже величины, называемой кислотной точкой росы. При этом решающее значение имеет не средняя температура газа, а температура стенки нагре­ ва. Точка росы H2SO.i зависит от концентрации, парци­ ального давления S03 в газах и колеблется от 120 до 1609С. Наиболее интенсивная коррозия протекает при температуре на 4—27 °С ниже точки росы кислоты.

На точку росы дымовых газов влияют парциальные давления SÖ3 и Н20, зависящие от состава топлива, из­ бытка воздуха, вида горелочного аппарата и конфигура­ ции камеры сгорания, качества сгорания топлива. Кор­ розия зависит также от катализирующего действия об­ муровки и отложений на поверхностях нагрева.

На интенсивность коррозии оказывают влияние фор­ ма и направление факела, тонкость помола топлива, рас­ пределение пыли по горелкам, тип и место установки го­ релок.

96

Для определения температуры точки росы предложе­ на следующая формула:

С введением в указанную формулу вместо Sp вели­ чины A'sSpp, характеризующей долю серы, действительно

принимающей участие в образовании газовых SOa и S03 получим:

1,05 °унч1Рр

Для предупреждения забивания труб воздухоподогре­ вателя цементированными отложениями золы категори­ чески недопустима конденсация водяного пара или вод­ ного раствора серной кислоты на поверхностях нагрева и минимальная температура стенки воздухоподогрева­ теля должна быть выше температуры точки росы

( ^ с т ) ЙШН > ѵ

Приближенно точка росы может быть определена по

°/о кг/1 000 ккал; ^ ’^ — температура насыщения водяных паров, °С.

В качестве мер по предотвращению процесса наруж­ ной коррозии обычно производят соответствующую на­ ладку топочного процесса (перераспределение пыли и воздуха в горелочных устройствах, предотвращение уда­ ра аэросмеси, выходящей из горелок, о трубы), местную защиту труб покрытием их торкретом (известь, жидкое стекло с глиноземистым цементом и пр.), введение в топ­ ку различных присадок, локализующих процесс корро­ зии, и т. д.

Исследования показывают, что коррозия наблюдает­ ся только под слоем пористых отложений, не препятст­ вующих доступу окислов серы к поверхностям нагрева; под слоем прочных стекловидных отложений коррозия пренебрежимо мала.

Связанные сульфатом кальция плотные верхние слои отложения защищают трубу от развития коррозии, пре­ пятствуя доступу агрессивных веществ к поверхности трубы. Ввиду этого можно предположить, что усиленная очистка поверхностей нагрева, не допускающая образо­ вания сульфатно-связанных плотных отложений, приво­ дит не только к усиленному механическому износу труб, но и обнажает поверхность трубы для доступа агрессив­ ных соединений золы и компонентов топочного газа. По­ этому основным мероприятием защиты высокотемпера­ турных труб от интенсивной золовой коррозии является работа их под постоянным слоем сульфатно-связанных отложений.

Защитные покрытия предохраняют от процессов кор­ розии и эрозии [Л. 66]. Имеется опыт применения эмале­ вых покрытий для регенеративных воздухоподогревате­ лей и хвостовых поверхностей нагрева. В результате их срок службы увеличивается и повышается к. п. д. котла на 1,5% (за счет снижения температуры уходящих га­ зов) [Л. 67].

Применение защитных покрытий из пластмасс в боль­ шинстве случаев оказывается более экономичным, чем применение легированных сталей. Основными материа­ лами для защитных покрытий являются эпоксидная, по­ лиэстеровая, изоцианидная, акриловая, феноловая, сили­ коновая и фурановая синтетические смолы, которые можно применять при температурах до 200 °С.

В ряде случаев борьбу с коррозией ведут с помощью режимных мероприятий.

Так, на одной электростанции был увеличен избыток воздуха в топке (содержание С02 в газах было снижено с 15 до 14%).

На другой электростанции часть вторичного воздуха направля­ лась вдоль стен топки для защиты от непосредственного контакта экранных поверхностей с факелом [Л. 69].

Опыт эксплуатации отечественных котельных устано­ вок показывает, что скорость коррозии поверхностей на­ грева может достигать 0,7—1,9 мм в год [Л. 10]. При этом обычно в зоне коррозии очень мало SO2 и всегда имеет­ ся СО и Н2. В топке может происходить диссоциация сернистых соединений с образованием атомарной серы,

98

которая наиболее активно действует на металл. Химиче­ ский анализ отложений на коррозированных участках показывает, что в этих местах сера присутствует в виде сернистого железа FeS.

В некоторых случаях отмечается интенсивная корро­

Это может быть объяснено тем, что у котлов высокого давления температура стенки труб выше (примерно на 85 °С), чем у котлов среднего давления, а скорость хи­ мической реакции, как известно, растет с температурой.

5-4. ЭОЛОВОЙ ИЗНОС ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

Важнейшими характеристиками золы топлив являют­ ся: температурные характеристики t\, и t3, абразивные свойства, вязкость расплавленной золы и некоторые спе­ циальные свойства (содержание редких элементов, при­ годность для использования в строительной технике, кор­ розионная способность, степень вредности на окружаю­ щую среду при выбросе ее с дымовыми газами в атмо­ сферу и пр.).

Т е м п е р а т у р н ы е х а р а к т е р и с т и к и золы изучены подробно и приводятся в таблицах по качеству топлив. Они очень валены при конструировании соответ­ ствующих топочных устройств и обеспечении бесшлаковочной их работы. Менее изучены прочие свойства золы, и в настоящее время ведется большая работа по уточ­ нению этих характеристик.

А б р а з и в н ы е с в о й с т в а золы приводят к интен­ сивному эоловому износу (эрозии) поверхностей нагрева, следовательно, к удоролеанию эксплуатации топл.ивоиспользующих установок за счет периодической замены изношенного оборудования, а в некоторых случаях при­ водит и к авариям (образование свищей в котельных трубах и пр.).

Над исследованием вопросов эолового износа дли­ тельное время работают институты ВТИ, ЦКТИ и др. [Л. 71—79]. Были установлены первые приблилсенные за­ кономерности и получены соответствующие формулы для

‘определения эолового износа, уточнены механизм износа [Л. 72], влияние различных факторов на износ [Л. 71—75].

Однако к настоящему времени процесс эолового из­ носа пока еще изучен недостаточно [Л. 71, 72] вследствие

сложности вопроса гі многообразия факторов, влияющих на него.

Как показывают исследования, изменение тонкости помола топлива мало влияет на дисперсный состав золы, а следовательно, на золовой износ. Однако если с угрублением помола топлива увеличивается содержание горю­ чих в золе, то золовой .износ может возрасти [Л. 71].

В условиях топочного процесса фракционный состав летучей зсѣіы может существенно изменяться за счет раз­ ложения карбонатов и сульфатов при высоких темпера­ турах, оплавления частиц, агломерации более тяжелых частиц; различного конструктивного оформления и рас­ положения горелок в топке.

Режимные факторы также заметно влияют на дис­ персный состав летучей золы. Так, увеличение нагрузки котла сопровождается увеличением скорости газов, а следовательно, выносом в газоходы более крупных ча­ стиц золы, чем при нормальной нагрузке котла.

Наконец, физическое состояние частиц (агрегатное состояние) также влияет на интенсивность золового из­

и концентрации золы и нр.), причем наиболее опас­ ным является местный износ (рис. 5-7). Иногда скорости газов локально превышают средние в 2—2,5 раза. Такими местами являются различные коридоры, устраивае­ мые для удобства монтажа и эксплуатации (например, для обдувочных устройств), манжеты, дефлекторы и пр. Поэтому для уменьшения локального износа их сле­ дует устанавливать осторожно, так как они могут вызвать локальный износ в другом месте. Различные неплотности в газовых перегородках также могут вы­ звать переток части газов и привести к локальному износу.

100

Для устранения общего износа следует стремиться

кнаибольшей равномерности газовых потоков по тракту

имаксимальной сепарации золы в топке.

Некоторый результат могут дать устройства золо­ улавливающих карманов и камер, расширение газоходов и соответствующее уменьшение скорости газов [Л. 77].

Большую пользу может принести использование но­ вых синтетических материалов для покрытия мест изно­ са, но которые в настоящее время еще слабо приме­ няются.

Существенный эффект по уменьшению эолового из­ носа можно получить и режимными факторами. Напри­

нию эрозии. Аналогично влияет и местное шлакование. На золовой износ влияет

и отлажеиность процесса сжигания (большие тепловые потери связаны с повышенным расходом топлива, тг е. увеличением концентраций золы в газах).

На одной из электростанций [Л. 79] для устранения эрозионно­ го износа поверхности, чугунного сопла золоуловителя были покрыты слоем сырой резины толщиной 2 мм и слоем эбонита 2 мм. Затем сопла помещались в вулканизационный аппарат и подвергались вул­

канизации.

Результат оказался хорошим: после четырех месяцев эксплуата­ ции сопла почти не имели следов эрозии.

По [Л. 80, 81] золовой износ водяных экономайзеров рассматривается как комплекс коррозионно-абразивного процесса (рис. 5-8).

Большое влияние на интенсивность коррозии оказы­ вает наличие или отсутствие при движении среды лами­ нарного слоя у корродирующей поверхности. Наличие этого пограничного слоя приводит к охлаждению оседающих частиц и соответствующему снижению ин­ тенсивности коррозии.

101

Таким образом, итоговый процесс эолового йзнбса может быть выражен как

X. Лепиксон и И. Клейпс [Л. 82] провели эксперимен­ ты по определению эффективности защиты труб от эоло­ вого износа покрытием их эмалью. Результаты опытов приводятся в табл. 5-3, из которой видна высокая стой­ кость эмали по сравнению со сталью.

Т а б л и ц а 5-3

Сравнительный износ труб после 1 600 н работы в водяном экономайзере котла БКЗ-75-39Ф при сжигании

На ТЭЦ Кохтла-Ярве после покрытия труб экономайзера эмалью срок службы увеличился в 2—3 раза. Скорость износа эмалирован­ ных труб уменьшилась по сравнению со стальными в 20 раз

(табл. 5-3).

5-5. ЗОЛОУЛАВЛИВАНИЕ И ЗОЛОУДАЛЕНИЕ

Отличительной чертой современного развития энерге­ тики является использование низкосортных топлив — высокозольных и высоковлажпых углей, сланца, торфа, отходов углеобогащения. Встает вопрос об использова­ нии и некоторой части так называемых забалансовых углей, идущих в отвал. Первые опыты по сжиганию этих продуктов дают обнадеживающие результаты.

В настоящее время проводятся большие исследова­

102