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

ние 'Степени сульфатизации летучей золы при различных ре­ жимах работы до ее попадания на поверхность нагрева и влияние этой степени сульфатизации на упрочнение отложе­ ний .в процессе дальнейшей сульфатизации (см. пар. 1 и 2, главы VII).

Исследования, проведенные рядом ученых, показали, что температура начала испарения (а следовательно и конден­ сации) различных компонентов минеральной части топлива зависит от большого числа факторов: концентрации этих паров в дымовых газах [150—152], температуры, состава ок­ ружающих газов и др. [108—112, 116]. В зависимости от изменения этих факторов температура конденсации паров различных соединений может изменяться в очень широких пределах. Обычно температура газового потока на входе в конвективные поверхности нагрева не превышает 1000° С. Весьма сомнительным является наличие при этой темпера­ туре значительного количества паров соединений минераль­ ной части топлива.

Кроме того, частицы летучей золы после окончания про­ цесса горения охлаждаются быстрее газообразных продук­ тов сгорания. Поэтому конденсация паров соединений мине­ ральных составляющих на поверхности частиц начинается раньше, чем продукты сгорания достигнут температуры точ­ ки росы. Что касаетсяобразования легкоплавких стекол, сульфатно-сульфидных эвтектик, сульфатов щелочных ме­ таллов и др., то все эти соединения плавятся при достаточ­ но высокой температуре, обычно превышающей 800° С.

Для непосредственного налипания частиц на поверхность нагрева необходимо, чтобы частица и поверхность, на кото­ рую она попадает, в момент контакта имели температуру, превышающую температуру плавления вышеуказанных сое­ динений. Это условие, по-видимому, является основным в за­ креплении «липких» частиц на поверхности (при постоян­ ном химическом составе). От температуры газов в районе рассматриваемой поверхности зависит температура самой поверхности и температура летящей золовой частицы. При малом коэффициенте избытка воздуха происходит затягива­ ние процесса горения, что также отражается на температуре частицы летучей золы. На температуру частицы в конечном счете влияет и процесс смесеобразования (конструкция, горелочного устройства, эффективность его работы и т. д.). Та­ ким образом влияние .всех вышеперечисленных факторов суммируется в двух показателях: температуре частицы и тем­

143

пературе стенки трубы в месте контакта. По мнению некото­ рых авторов [185], температура твердых частиц, находящих­ ся в потоке газов, значительно меньше температуры газов. Проведенные нами микроскопические наследования первич­ ных отложений, образовавшихся на конвективных поверхно­ стях нагрева в области температуры газов до 1200° С, пока­ зали отсутствие признаков попадания расплавленных либо размягченных частиц непосредственно на поверхность нагре­ ва даже при размещении этой поверхности на выходе из то­ почной камеры. Эстонские ученые установили наличие конден­ сации соединений щелочных металлов на высокотемператур­ ные поверхности нагрева при сжигании эстонских сланцев [265]. Однако ими также отмечено, что оседают в основном хлориды щелочных металлов. Решающую роль играют сое­ динения калия, поскольку их содержится в летучей золе эс­ тонских сланцев в 26 раз больше, чем хлоридов натрия [265]. По табличным данным, хлорид натрия плавится при темпе­ ратуре около 800° С, а кипит при 1413—1467°С, что значи­ тельно ниже, чем температуры плавления и кипения суль­ фатов этих металлов. Хлориды же в минеральной части кан- ско-ачинских углей отсутствуют. Поэтому и поведение ми­ неральной части этих углей иное.

Что касается хлоридов калия (КС1), то это соединение

чей золе эстонских сланцев может усилить ее адгезионные свойства и обеспечить протекание' процессов конденсации этих соединений на поверхностях нагрева. Последнее также будет способствовать росту содержания этих соединений в пристенной части отложений за счет диффузии паров КО через слой отложений к поверхности стенки трубы. Наличие указанного эффекта установлено результатами исследований А. А. Отса, X. И. Таллермо, Э. Л. Томанн [265]. Содержание Na20 в первоначальных отложениях с увеличением времени их образования с 3 до 8 часов несколько уменьшилась, так как в формировании участвовали более крупные частицы ле­ тучей золы, содержащие меньшее количество Na20. Содержа­ ние К2О за это же время возросло вследствие диффузии па­ ров КС1 через слой образовавшихся отложений к поверхно­ сти и конденсации на ней. По данным тех же авторов, хлор в отложениях быстро вытесняется окислами серы. Переход хлоридов в сульфаты также должен способствовать повы­ шению прочности отложений за счет спекания.

144

§ 2. О возможности конденсации паров минеральных составляющих топлива непосредственно на поверхности нагрева и попадания на поверхность нагрева частиц, несущих на себе «липкую» пленку.

Роль щелочей в образовании первичных отложений

Ранее было показано наличие улетучивания соединений щелочных металлов минеральной части топлива в процессе его сжигания (см. гл. III). Выпадение конденсата этих сое­ динений из потока газов, движущегося в пучке труб, приве­ ло бы к интенсивному образованию прочноевязанных отло­ жений. Поэтому весьма важным яівляется установление ус­ ловий, при которых произойдет эта конденсация. Конденса­ ция может произойти как в пределах топки, так и в газоходе котла. В пределах толки .конденсат выпадает на поверхность частиц летучей золы. В этом случае создаются условия, ме­ нее опасные с точки зрения образования прочносвязанных первичных отложений.

При конденсации в пределах газохода создаются условия для возникновения прочно связанных с трубой отложений. Попадание на поверхность нагрева частиц, несущих на себе липкую пленку расплава, также может привести к интенсив­ ному образованию прочно связанных отложений.

Была произведена опытная проверка возможности кон­ денсации паров соединений щелочных металлов непосредст­ венно на поверхности нагрева в условиях, близких к промыш­ ленным [255]. В газоходы огневого стенда КПП помещали экспериментальные трубки. Стенки этих трубок имели раз­ личную температуру. Температура неохлаждаемых трубок была равна температуре газового потока. Температура стен­ ки трубок, охлаждаемых водой, близка к 120° С. Кроме то­ го, в пучках были размещены двухетенные трубки с различ­ ным заполнителем (между стенкаіми), что обеспечивало по­ лучение результатов при различных промежуточных, темпе­ ратурах стенки. При движении через .пучок температура га­ зов снижалась. Предполагалось, что в зоне, где температу­ ра газов опустится ниже температуры «точки росы» паров минеральной части топлива, произойдет интенсивное загряз­ нение поверхности труб связанными отложениями с повы­ шенным содержанием в них щелочных соединений. Таким путем рассчитывали установить температуру «точки росы» и по ней ориентировочно определить, какие соединения кон­ денсировались в газоходе. Сжигался назаровский уголь.

Рис. 1-ѴІІІ. Изменение содержа­

На рис. 1-ѴІІІ показана зависимость содержания окис­ лов щелочных металлов от времени при различной темпе­ ратуре сжигания. С повышением температуры сжигания ко­ личество окислов щелочных металлов в натрубных отложе­ ниях возрастает. Если суммарное содержание окислов ще­ лочных металлов в золе исходного топлива не превышало 0,8%, то в натрубных отложениях при некоторых условиях их содержание увеличивалось до 4—5% в пересчете на бес­ сульфатную массу. При таком содержании щелочей уже нельзя не учитывать их влияние на процесс образования от­ ложений. С течением времени содержание щелочей в отло­ жениях уменьшается (см. рис. 1-ѴІІІ). Ряд авторов пола­ гают, что обогащение нижних слоев отложений щелочами происходит за счет диффузии соединений щелочных метал­ лов через отложения к более глубоким слоям. Причем по­ данным некоторых авторов этот процесс происходит медлен­ но [155, 156 и др.], другие же считают, что это обогащение происходит очень быстро и содержание щелочей по времени в таких отложениях не меняется [157].

146

Из приведенных на рис. 1-ѴІІІ данных следует, что при сжигании мазаров'ских углей в первые же минуты после введения в газоход, на экспериментальной трубке образуется слой отложений, сильно обогащенных соединениями щелоч­ ных металлов (рис. 1-ѴІІІ). Причем содержание щелочей в- этом слое отложений приближается к их содержанию в са­ мой тонкой фракции летучей золы, идущей на формирова­ ние этого слоя отложений. Последнее говорит о том, что в условиях работы промышленного агрегата ощутимого обо­ гащения первичного слоя отложений щелочными соединения­ ми за счет их диффузии через внешние слои не происходит. Повышенное содержание щелочных соединений в нижнем, прилегающем к металлической поверхности слое отложений объясняется тем, что этот слой формируется за счет наибо­ лее мелких частиц, размером в доли микрона, способных удерживаться на поверхности за счет сил ,межмолекулярно­ го притяжения. А мельчайшие частицы летучей золы как раз и являются основными носителями щелочных соединений (ом. пар. 4 гл. III). По мере накопления тонкой летучей зо­ лы на поверхности нагрева возрастает шероховатость по­ верхности, улучшаются условия закрепления частиц, слой начинает формироваться за счет более крупных фракций ле­ тучей золы. А более грубые фракции содержат меньшее ко­ личество щелочных соединений (ом. пар. 4 гл. III). Поэтому с течением віремени содержание щелочных соединений в от­ ложениях уменьшается (рис. 1-ѴІІІ). Влияние времени на содержание щелочных соединений уменьшается с уменьше­ нием температуры в топке и при температуре 1350° С почти совсем исчезает. Последнее объясняется тем, что при низкой температуре соединения натрия и калия почти не улетучива­ ются и их содержание в средних и мелких фракциях летучей золы выравнивается. Химический состав отложений в этом случае меньше зависит от того, за счет каких фракций фор4миіруется слой (кривая III рис. 1-ѴІІІ).

Наблюдения за механизмом образования отложений по­

500° С, температуре сжигания от 1350 до 1640° С и различной температуре стенки окраска отложений с тыльной стороны труб более светлая, чем с фронта трубы. Тыльные отложении рыхлые и не имеют прочной связи со стенкой.

На неохлаждаемых трубках при температуре тазов и стен­ ки 650° С и ниже на фронтальной стороне трубок образуют-