книги из ГПНТБ / Энергетическое использование фрезерного торфа

нагрузка его радиационной поверхности возрастает, со­ ответственно увеличивается и интенсивность шлакования.

Исследования показывают, что летучая зола отли­ чается относительной равномерностью состава по газо­ ходам котла, причем большее количество по весу состав­

изменяющихся главным образом в связи с развитием их поверхности и соответственным увеличением поверхност­ ной энергии, их делят на два класса:

(сила сопротивления пропорциональна скорости в первой степени);

второй — с размерами, меньшими 2 мкм. Удары моле­ кул о такие частицы приводит их в броуновское движе­ ние (длина свободного пробега молекул при атмосфер­ ном давлении равна 1 мкм). Такие частицы обладают способностью адсорбироваться на металлической поверх­

ности, причем, чем меньше

84

ми) и сыпучими (рыхлыми) — рис. 5-1, могут быть так­ же липкими («жирными»), которые обычно образуются на более холодных хвостовых .поверхностях нагрева (эко­ номайзерах, воздухоподогревателях), особенно при на­ личии в уходящих газах продуктов недожога в виде сажи и серных соединений.

Сажа представляет собой продукт неполного сгора­ ния и имеет частицы размером 0,25—1 мкм, которые мо­ гут коагулироваться в хлопья и легко оседать на по­ верхностях нагрева.

Для углей наиболее характерно образование шлака и спекшейся массы (полушлака). Минеральная часть же торфа отлагается в виде гипсовой пленки и рыхлой обо­ лочки.

Стекловидный шлак отлагается в виде плиты сравни­ тельно умеренной толщины и хорошо удаляется обду­ вочной струей.

Спекшаяся масса (полушлак) в отличие от стекло­ видного, шлака может отлагаться в большие глыбы, ко­ торые образуются преимущественно в зонах умеренных температур. В процессе формирования эти отложения легко удаляются обдувкой.

Зола, сцементированная гипсом, образуется обычно при температурах 450—-550 °С. Гипс образуется в резуль­ тате взаимодействия сернистого ангидрида с карбона­ том кальция. В процессе образования эти отложения хо­ рошо удаляются с помощью дробеочистки.

При сжигании фрезерного торфа в шахтно-мельнич­ ных топках на трубах пароперегревателя образуется гип­ совая пленка толщиной 1,5—2,0 мм, которая по прочно­ сти не уступает эмали и при расшлаковке трудно отде­ ляется от металла. Эту гипсовую пленку обдувкой удалить нельзя.

Рыхлые отложения образуют так называемую «шу­ бу». Эти отложения легко устраняются обдувкой.

Плотные отложения покрывают поверхности сплош­ ной коркой со стороны движения газов. Механизм обра­ зования этих отложений происходит следующим обра­ зом. Сначала на поверхность налипают мелкие частицы. С увеличением толщины отложений теплопередача ухуд­ шается, температура отложений растет, вследствие чего происходит спекание золы. В дальнейшем процесс про­ грессирует и отложения могут полностью перекрыть меж­ трубное пространство.

85

Вопросам отложений па поверхностях нагрева посвя­ щено большое количество работ (за последние 20 лет более 300 наименований), и тем не менее до настоящего времени нет общепризнанного объяснения причин их по­ явления и механизма образования.

Большинство исследователей считает главной причи­

особенно шлаковых явлений (когда температура газов превышает температуру плавления золы) является то, что этот процесс идет непрерывно и в некоторых случаях приводит к остановке агрегата для его расшлаковки. Наиболее интенсивно шлакуются поверхности экранов, топки, пароперегреватели и первые ряды котельного пуч­ ка. В плотных отложениях содержатся сульфат щелоч­ ных металлов, окись кремния и окись железа.

86

Интенсивность формирования сыпучих отлткенин определяется диаметром омываемых труб, фракционным составом золы, скоростью потока, строением пучка и пр.

Сыпучие отложения имеют место обычно на тыльной стороне (по ходу газа) конвективных хвостовых поверх-

г=8/> ., м г ч ?С/ккал

ностей нагрева (рис. 5-2), т. е. в области пониженных температур. Эти отложения сначала нарастают, но затем их рост прекращается.

«ГТ» о

Рис. 5-5. Коэффициенты загрязнения шахматных пучков труб 0 38 мм п,ри различных отношениях S2ld (по ВТИ).

Склонность труб к загрязнению летучей золой воз­ растает с увеличением их диаметра, причем наиболее это выражено для коридорных пучков труб (рис. 5-3—

5-5).

Наибольший износ сыпучего отложения дымовыми газами имеет место при косом ударе под углом 30—45°, поэтому отложения принимают форму треугольной приз-

87

Мы. При этом если сыпучие отложения с увеличением скорости газового потока уменьшаются, то связанные отложения, наоборот, возрастают с увеличением скорости газов. Следовательно, если образование сыпучих отло­ жений связано с физико-химическими процессами, то об­ разование связанных отложений идет за счет одновре­ менного действия физико-химических и механических факторов (уплотнение за счет ударного действия частиц золы).

Большое значение для образования загрязнений име­ ет активность поверхности (например, ее окисленность) и ее температура.

При частично загрязненной поверхности из-за дого­ рания оседающих горючих продуктов на ней возникают локальные повышенные температуры, что' интенсифици­ рует процесс спекания и отвердевания продуктов отло­ жения. Поэтому рост отложений может быть вызван не1 только липкостью (в результате расплава) частиц лету­ чей золы, но и структурой поверхности.

В процессе начального загрязнения преобладающее' значение имеют мелкие частицы (до 10 мкм и особенно' менее 0,5 мкм). Существенную роль играют и электри­ ческие силы при высоком электрическом потенциале по­ верхностей нагрева. Частицы золы в результате трения: при полете получают электрический заряд и притягива­ ются к заряженной противоположным знаком стенке;; причем максимальный осадительный эффект будет втом і случае, если частицы являются диэлектриком, а стен­ ки — проводником.

Отложения на поверхностях нагрева котла могут' об­ разовываться и за счет конденсации вещества на относи­ тельно холодных поверхностях, так как ряд веществ при температуре горения испаряется или подвергается суб­

ствии водяных паров. Повышенной летучестью окислов: в присутствии водяных паров, в частности, объясняется селективное осаждение золы. Нелетучими являются окис­ лы кальция и магния. -

Коррозия поверхностей нагрева, являющаяся резуль­ татом соединений серы и водяных паров или хлористого водорода, также приводит к прогрессированию зараста­ ния поверхностей нагрева отложениями.

88

Представляет интерес исследование физико-химиче­ ских свойств золовых отложений. Исследования [Л. 50] показали, что в зоне интенсивного соединения Fe20 3, Si02, R2O, S03, могут образовываться легкоплавкие сое­ динения Na2S20 7 (г'пл = 400°С), Na2S04, K2S04, Fe2(S04)3, A12(S04)3 (/І1Л= 550°С).

Фазовый состав золы торфа и канского угля по дан­ ным рентгеноструктурного анализа оказался идентичным и соответствует смеси кварца <а—Sі02 и кальцита СаС03

Фазовый состав соединений зависит от температуры. По современным представлениям высокий уровень темпера­ туры сжигания топлива приводит к более интенсивному образованию аэрозолей с размером частиц 0,1—0,2 мкм. Иначе говоря-, с увеличением температуры факела мак­ симум распределения и средний размер частиц сдвига­ ются в область меньших их размеров.

Как показывают исследования, содержание щелоч­ ных окислов (особенно Na20) заметно больше в отложе­ ниях на экранных поверхностях и незначительно в отло­ жениях на хвостовых поверхностях нагрева, что может быть объяснено большим температурным градиентом между поверхностью нагрева и газовым потоком в топке.

Основной причиной эолового заноса и коррозии воз­ духоподогревателей является выделение влаги из газов с температурой ниже «точки росы», причем занос золой начинается на трубах, расположенных на входе холод­ ного воздуха в воздухоподогреватель.

С точки зрения теплопередачи величина золовых от­ ложений определяется коэффициентом термического со­ противления е= б3Д 3 (с увеличением золоотложений уве­ личивается термическое сопротивление).

89

Коэффициент термического сопротивления зависит: от типа пучка (коридорное или шахматное расположение труб);' скорости газов и тонкости летучей пыли; диамет­ ра трубок поверхностен нагрева; шага трубок (по диа­ гонали рядов); температуры газов и слоя отложении; концентрации и химического состава летучей золы и ее абразивности; влагосодержания газов и выпадения вла­ ги и пр.

Для коридорного пучка начиная со второго ряда труб

с увеличением диаметра труб золоотложения увеличива­ ются (рис. 5-4).

Отложение золы во времени характеризуется экспо­ ненциальным законом (рис. 5-6), и со временем насту­ пает динамическое равновесие (наряду с налипанием зо­ лы происходит ее разрушение за счет действия газовых струй и летящих частиц).

Значения коэффициентов загрязнения труб опреде­ ляется по формулам:

90

92