Файл: Деринг И.С. Поведение минеральной части твердого топлива в парогенераторах пособие по курсу Парогенераторы.pdf

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

ва, увеличивается с уменьшением толщины ламинарного слоя и уменьшением 'вязкости газов в этом слое. Количество круп­ ных частиц, достигающих поверхности, зависит от скорости газового потока и диаметра трубы [5].

Скорость упрочнения связи осевших частиц зависит не только от температуры в месте контакта, но и от «плотности укладки» частиц в слое.

В исследованиях И. Микка содержание СаО в фронталь­

ложений от скорости потока. И. П. Эпик [4], используя при обобщении материалов работу И. Микка, вводит понятие о первой и второй критической скорости движения потока газов. Под первой критической скоростью подразумевается скорость, превышение которой сопровождается сбиванием крупными частицами летучей золы всех «химически неактив­ ных» частиц. В слое остаются только частицы, способные к окреплению. По его мнению, это и приводит к образованию плотных отложений. Отсутствие плотных отложений с тыла трубы объясняется наличием в слое «химически неактивных» частиц, препятствующих спеканию.

Повышение содержания СаО еще само по себе не способ­ ствует образованию плотных отложений с тыльной стороны трубы. Эстонские исследователи своими экспериментами убе­ дительно доказали, что при свободной засыпке пробы сульфатизация не приводит к заметному упрочнению слоя в то время, как прессованный образец из золы такого же химиче­ ского состава при еульфатизации упрочняется [4]. Скорость спекания частиц в значительной степени зависит от плот­ ности слоя [6 .] Мы считаем, что для образования проч­ носвязанных отложений недостаточно наличия СаО своб. Необходим еще плотный контакт между частицами, а также соответствующая температура в месте контакта. Скорость спекания зависит как от температуры, так и от плотности кон­ такта [6 ].

Таким образом, температура возникновения плотного отложения ( t B 0 3 H . ) , о которой говорит И. Микк [3], уменьша­ ется с увеличением скорости газов, по-видимому, вследствие того, что происходит более интенсивное «утрамбовывание» слоя отложений с фронта трубы. Это облегчает процесс

72

скрепления частиц при их сульфатизации и спекании, вслед­ ствие чего образование плотных отложений может происхо­ дить при более низкой температуре.

Утверждение Н. Г. Залогина [9], что частицы менее 30 ми­ крон в основном являются материалом для образования от­ ложений, правомерно в том случае, если иметь в виду отло­ жения вообще, без подразделения их на первичные и вто­ ричные.

Если раньше считалось маловероятным осаждение на поверхностях нагрева частиц размером в доли микрона или в несколько микрон [4], то экспериментальные работы, вы­

С учетом результатов этих исследований считаем воз­ можным классифицировать фракции летучей золы (при ско­ ростях, обычных для газоходов котла) следующим образом:

1 ) фракция в доли микрона либо в несколько микрон — идет на формирование первичного слоя отложений;

2) фракция от несколько микрон до 20—30 микрон — вы­ зывает уплотнение фронтальных отложений, но не способна закрепиться в первичном слое отложений. Эта фракция об­ ладает слабой эррозионной способностью;

3) фракция размером частиц более 20—30 микрон — вы­

слоя отложений, когда начнут действовать силы адгезии, способные удержать на поверхности крупные частицы лету­ чей золы.

Неравномерность распределения отложений по периметру трубы определяется, по-ввдимому, теми же факторами.

Характер распределения отложений по периметру трубы обусловливается наличием либо отсутствием ламинарного пограничного слоя [4]. Отсутствие ламинарного погранично­ го слоя с фронта іи тыла трубы облегчает попадание мелких частиц летучей золы на ее поверхность. По-видимому, это только частично объясняет рассматриваемый процесс. Как уже отмечалось выше, образование слоя зависит как от ко­ личества мелких частиц, попадающих на поверхность и спо­ собных закрепиться на ней, так и от числа частиц крупных, достигающих поверхности и способных сбивать уже осевшие мелкие частицы. При прочих равных условиях способность

73

крупных частиц сбивать осевшие частицы зависит не только от их кинетической энергии, но и от угла удара. При ударе частицы перпендикулярно поверхности «изнашивающая» спо­ собность ее приближается к нулю [7]. С уменьшением угла атаки «изнашивающая» способность частиц возрастает. При малых углах удара появляется существенная разница между процессами износа поверхности и процессом сбивания осев­ ших частиц. Если для процесса износа необходима сила, «прижимающая» частицу к поверхности, то для сбивания осевших частиц такой силы не требуется. Максимальное ко­ личество сбиваемых частиц наблюдается на участке, где крупные частицы движутся параллельно поверхности. Этим, на наш взгляд, и объясняется почти полное отсутствие от­ ложений на продольно обтекаемых трубах, а также на бо­ ковых сторонах поперечно обтекаемых труб. Утолщение слоя отложений к центру лобовой части трубы вызывается увели­ чением угла «атаки» до 90°, а также аэродинамикой газово­ го потока в поперечно обтекаемом пучке труб. Последнее оп­ ределяет и конфигурацию отложения с тыльной стороны трубы.

§ 2. Зависимость удельного количества отложений от скорости газового потока

На образование натрубных отложений оказывает влия­ ние большое количество различных факторов. Чтобы исклю­ чить возможность увеличения скорости образования отложе­ ний за счет закрепления частиц в слое ввиду протекания процессов сульфатизации и спекания, отложения отбирались

и температурного градиента в нем, устанавливали .неохлаж­ даемые трубки.

Зависимость G уд. от скорости газов построена по дан­ ным, полученным .при температуре в топочной камере 1350, 1550 и 1650° С. Температура газов в районе эксперименталь­ ных трубок 500° С, трубки не .охлаждаются.

Графически зависимость представлена на рис. І-Ѵ. Вы­ сокотемпературная обработка летучей золы в топке умень­ шает ее склонность к образованию отложений при различ­ ных скоростях газов даже при отсутствии влияния процессов спекания и сульфатизации. Данные экспериментов с темпе­ ратурой в топке Тт=1350°С представлены кривой I, а при

74

Gyo г/к г

Рис. 1-V. Зависимость количества удельных отложений от скорости газов при неохлаждаемых трубках и темпе­

шо описываются одной зависимостью. Мы объясняем полу­ ченный эффект уменьшением, с возрастанием температуры, содержания в летучей золе мелких частиц (0 — 1 0 микрон), закрепляющихся в слое, и увеличением количества крупных (более 30 микрон), вызывающих эрозию слоя (см-, табл. 9-1II).

Анализ приведенных данных показал, что удельное коли­ чество отложений уменьшается с увеличением скорости га­ зов. Это особенно резко влияет на удельное загрязнение по­ верхности нагрева в области малых скоростей. Так, с умень­ шением скорости с 3 до 2 м/сек при температуре в топке 1350° С увеличивается G уд. с 2,3 до 3,75 ч/кг, то есть на

38%. При скорости газа более 15 м/сек. G уд. практически зависит от скорости газов очень мало С этой точки зрения увеличение скорости газов для уменьшения первичных от­ ложений в области скоростей более 15 м/сек, по-видимому, нецелесообразно.

75

Особо важно отметить, что повышение температуры сжи­ гания до 1500° С привело к снижению скорости образования отложений даже в области низкой температуры газов, где отсутствовали процессы сульфатизации и спекания отло­ жений.

§3. Совместное влияние скорости газового потока, температуры стенки трубы и температуры газов на образование натрубных отложений

Впредыдущем разделе влияние каждого из факторов рас­ сматривали отдельно. Для этого данные получали при сравнительно низкой температуре газов (^500° С), обеспе­ чивающей отсутствие «липких» частиц; использовали иеохлаждаемые трубки для устранения влияния «теплового дав­ ления» и т. д. В этом разделе рассматривается совместное влияние целого ряда факторов.

Отложения, по количеству которых построены зависимо­ сти (рис. 2-Ѵ), получены при постоянном коэффициенте из­ бытка воздуха (1,05—1,1), влажности пыли (20—22%) и тон­

кости помола (Rioo=20—26%). Температуру газов в рай­ оне установки труб поддерживали порядка 950° С. В этих ус­ ловиях увеличение скорости газового потока также приводит к уменьшению удельного количества отложений. Одиако с

няется тем, что кинетическая энергия летящих частиц умень­ шается довольно резко с уменьшением скорости газового по­ тока (пропорционально квадрату скорости). Соответственно уменьшается и количество частиц, способных сбивать уже осевшие. Поэтому при уменьшении скорости газового пото­

температур газа и стенки и ослабевают силы термофореза. Однако в этом случае благодаря высокой температуре газов

76