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

ся только рыхлые, легко сдуваемые отложения. В области температур 650—700° С начинается формирование плотного, прочяго связанного с металлом трубы подслоя, которое со­ провождается увеличением скорости образования. Этот под­ слой образуется из-за налипания частиц летучей золы на по­ верхность нагрева, что повышает шероховатость последней. Плотный, прочно связанный с металлом подслой образуется сразу же после помещения экспериментальной трубки в га­ зоход, а не с течением времени —под слоем отложений. Это еще раз говорит о том, что прочный, обогащенный соединени­ ем щелочей подслой образуется не за счет диффузии паров щелочей через слой отложений к поверхности металла.

Далее, в области температур выше 700° С, формирова­ ние слоя протекает следующим образам. Толщина плотного, прочно связанного с металлом подслоя на неохлаждаемых и ша охлаждаемых трубках обычно не превышает 0,5 мм. Цвет ■его светлее последующих отложений, коричневый с красно­ ватым оттенком. На подслое возникает надслой из рыхлых, несвязанных отложений. Вторичные гребневидные отложения начинают расти с поверхности рыхлого надс-лоя. Поэтому они легко отваливаются. Если рыхлый надслой легко удаля­ ется с поверхности волосяной кисточкой, то твердый удает­ ся удалить только с помощью скальпеля.

Охлаждаемые трубки с разной температурой стенки уста­ навливали в одном ряду пучка при одинаковой температуре газов (обычно в 3 и 7 рядах). На водоохлаждаемых трубках е температурой стенки около 100°С при различных темпера­ турах газов образовывались только рыхлые, не связанные с металлом трубы отложения. При повышении температуры стенки на ней в определенный момент возникает связанный со стенкой трубы плотный подслой. Причем с повышением тем­ пературы газов в области расположения экспериментальной

температуре стенки 700° С, то есть примерно в той же обла­ сти, что и на неохлаждаемых трубках. Повышение темпера­ туры газов до 950° С приводит к тому, что уже при темпе­ ратуре стенки трубы 550° начинает возникать плотный под­ слой, связанный с металлом трубы. Последующее повыше­

148

верхности зонда. Результаты определения температурных: условий образования прочного подслоя, проведенного на ог­ невом стенде [255, 256], приведены в табл. 1-ѴІІІ.

Т а б л и ц а 1-ѴІІІ Результаты определения условий образования плотного подслоя

Что касается распределения -плотных, прочно связанных с трубой отложений по периметру трубы, то при сравнитель­ но низких температурах такие отложения образуются только- с фронта трубы. Так например, при температуре газов 950° С и температуре стенки 550° С этот подслой возникает только- с фронта трубы. При повышении температуры стенки до800° С плотный подслой распространяется и на боковые стен­ ки, а при температуре стенки выше 900° С и той же темпе­ ратуре газов плотный-подслой возникает уже по »саму пе­ риметру трубы. Следует отметить, что плотный подслой На­ боковых стенках срастается в этом слое с гребневидными отложениями, поскольку рыхлые отложения на боковых стен­ ках не образуются. Это приводит к более прочному закреп­ лению гребневидных отложений на трубах.

Химические анализы плотного подслоя [256] показали повышенное содержание в нем соединений щелочных метал­ лов, примерно равное содержанию их в пробах рыхлых от­ ложений, образующихся на трубах за короткий период вре­ мени (рис. 1-ѴІІІ).

Наличие прочного подслоя с фронта трубы и отсутствие- с тыла нельзя объяснить конденсацией паров щелочных сое­

149»

динений. Одна из вероятных причин этого — различие хи­ мического состава отложений с фронта и с тыла трубы. Из табл. 2-ѴІІІ видно, что фронтальные оггложения неоколько •обогащены соединениями окиси кальция (очень незначитель­ но), хотя степень сульфатизации тыльных отложений зна­ чительно выше. Тыльные отложения ввиду меньшего разме­ ра частиц, их образующих, имеют большую поверхность реа­ гирования и успевают в большей степени просульфатизнроваться (величина Кэоз таблицы). Вероятно процессы суль­ фатизации окиси кальция не являются первопричиной уп­ рочнения подслоя с фронтальной стороны трубы.

Что касается соединений щелочных металлов, то их ко­ личество с тыльной стороны больше, чем с фронта (при всех температурах газа и стенки). Следовательно, наличие сое­ динений щелочных металлов само по себе также не являет­ ся первопричиной упрочнения подслоя с фронта трубы. При­ сутствие свободной окиси кальция и соединений щелочных

Рис. 2-ѴІІІ. Изменение содержания Si02 (кри­ вая I), СаО (кривая II) и S03 (кривая III) в натрубных отложениях в зависимости от тем­ пературы стенки (по оси ординат отложена разность содержания названных соединений

в натрубных отложениях и летучей золе).

150

Рис. 3-ѴІІІ. Зависимость содержания соеди­ нений щелочных металлов в натрубных от­ ложениях от температуры стенки (в виде разности содержания щелочных металлов в летучей золе и отложениях).

Рис. 4-ѴІІІ. Зависимость содержания окислов железа в натрубных отложениях от темпера­ туры стенки (в виде разности содержания ще­ лочных металлов в летучей золе и отложениях).

Рис. 5-ѴІІІ. Зависимость содержания соеди­ нений алюминия в натрубных отложениях от температуры стенки (в виде разности содержа­ ния щелочных металлов в летучей золе и отложениях).

очень слабо сказывается на содержании алюминия в отло­ жениях (рис. 5-ѴІІІ). Оно несколько уменьшается с повы­ шением температуры стенки.

Аналогично ведут себя и окислы железа: количество их уменьшается с увеличением температуры стенки (рис. 4-ѴІІІ).

Содержание окиси кальция (кривая II рис. 2-ѴІІІ), оки­ си серы (кривая 1 рис. 2-ѴІІІ) и окислов щелочных металлов (рис. 3-ѴІІІ) вначале с повышением температуры стенки увеличивается, а затем при температуре выше 700° С резко падает. Максимум содержания окислов приходится на 700° С. Идентичное изменение содержания этих окислов говорит о том, что окислы щелочных металлов и кальция связаны с окислами серы.

слоя на поверхности неохлаждаемых трубок. Следователь­ но, при этой температуре частицы летучей золы (самой тон­ кой фракции) приобретают «липкие» свойства, способству­ ющие их закреплению на поверхности нагрева. Повышение температуры стенки до 650° С увеличивает содержание в от­

Это свидетельствует об интенсификации процесса сульфати­ зации с повышением температуры стенки.

Объяснять одними химическими процессами образование прочного подслоя было бы неверно. Необходимо еще и ме­ ханическое воздействие на осевшие частицы, выражающе­ еся в «бомбардировке» образующегося подслоя крупными частицами, приводящей к плотной укладке осевших частиц, что способствует их скреплению. На основании вышеизло­ женного можно предположить,'что применение продольного обтекания труб исключит упрочнение слоя отложений, либо отодвинет в зону более высоких температур начало образо­ вания плотного подслоя.

Повышенная склонность к спеканию тонких фракций ле­ тучей золы свидетельствует о том, что причиной упрочнения подслоя могут служить легкоплавкие эвтектики с участием окислов щелочных металлов и процессы рекристаллизации.

152

(угли назаровские), в котором на поверхности неохлаждаемых трубок прекращается образование прочного подслоя. Этот интервал температур можно считать либо зоной за­ твердевания липкой пленки эвтектики (для углей, у которых спекание летучей золы определяется наличием этих соеди­ нений), либо зоной прекращения процессов кристаллизации

чав формироваться при соответствующей температуре, проч­ но связанный с трубой слой отложений продолжал бы расти (аналогично вторичным отложениям) с постоянной скоро­ стью. Однако этого не наблюдается. В определенный момент времени прочный подслой начинает покрываться рыхлым, несвязанным надслоѳм. Исследование химического состава отдельных фракций летучей золы (см. главу III) показало, что в частицах размером от 0 до 1 микрона, за счет которых в основном формируется прочный подслой, количество ще­ лочных соединений в несколько раз больше, чем в золе ис­ ходного топлива. В то же время на поверхность частиц раз­ мером от 1 до 10 микрон десублимат почти не выпадает (ом. та'бл. 4-Ш).

С другой стороны самая мелкая фракция летучей золы содержит меньше всего кристаллической фазы. Пока на го­ рячую поверхность нагрева оседают наиболее мелкие фрак­ ции летучей золы, происходит быстрое упрочнение подслоя' за счет «липкой» пленки эвтектики и за счет протекания про­ цессов кристаллизации.

Со временем слой начинает формироваться из более крупных частиц (размером в неоколько микрон), " поверх­ ность которых обеднена легкоплавкими соединениями. Кро-' ме того', более крупные частицы содержат значительно боль­ ше кристаллической фазы и процессы кристаллизации в слое отложений протекают более вяло. И то и другое приводит к образованию рыхлого надслоя. Исследование спекаёмости различных фракций (глава VI) подтвердило смещение на­ чала спекания в область более высоких температур с уве­ личением размера фракций.

Поскольку в летучей золе содержатся сульфаты Калия;

153