Файл: Цирульников, Л. М. Защита газомазутных котлов от сернокислотной коррозии [монография].pdf

Для выявления влияния количества горелок на скорость сернокис­ лотной коррозии поставлены такие же опыты на весьма близком по кон­ струкции котле ПК-10 (69,5 кг/сек, 98 бар, 510° С), оснащенном по углам топки 4 горелками Ф. А. Липинского. Коэффициент избытка воздуха был таким же, как и в двух предыдущих опытах. Сжигался мазут MlOO с серосодержанием 2,8—3,9% и зольностью 0,08%.

Скорость коррозии в базисном режиме почти совпала с данными,

бытках воздуха получить высокий эффект по снижению скорости коррозии, хотя и достигается ослабление максимума коррозии почта в 2 раза. ь-

Данные Уральского отделения ОРГРЭС, полученные на котле ПК-47, и материалы ВТИ, полученные на котлах ТГМ-151 с 12 горелками и на котле ТП-230 с 4 горелками ХФЦКБ-ВТИ, согласуются с приве­ денными данными. На всех котлах при коэффициенте избытка воздуха 1,02—1,03 максимальная скорость коррозии находилась в пределах

0,3-0,5 г/м2 ■ час.

Представленные данные убедительно показывают, что хотя и не удается полностью предупредить коррозию низкотемпературных по­ верхностей нагрева трубчатых воздухоподогревателей при сжигании высокосернистого мазута с малыми избытками воздуха, но неизменно

весьма существенно ослабляются их коррозионные разрушения и уве­ личивается срок службы примерно в 1,8—3,5 раза. Это значит, что В совокупности с другими мероприятиями может оказаться возможной полная защита трубчатых воздухоподогревателей от сернокислотной коррозии.

Вместе с тем, как уже указано, современные газомазутные котлы оснащаются, как правило, РВП, очистка которых от отложений с по­ мощью дроби невозможна. На этих котлах также можно снизить ско­ рость коррозии путем сжигания мазута с малыми избытками воздуха. Например, в процессе коррозионных испытаний набивки РВП, не под­ вергающейся очистке, на котле ТМ-84 при коэффициенте избытка воз­ духа 1,03 получена максимальная скорость коррозии 0,3 г!M2 час (Надыров, 1973). Однако вскоре после испытаний из-за загрязнений на­ бивки РВП появились ограничения паропроизводительности, а тех­ нико-экономические показатели резко снизились, в связи с чем набив­ ка была очищена от отложений с помощью водной промывки.

Исследования скорости коррозии набивки РВП котла БКЗ-320- 140ГМ (88,9 кг/сек, 138 бар, 570° С), работающего в режиме сжигания мазута MlOO с серосодержанием 3% и зольностью 0,07% с малыми из­ бытками воздуха во встречных прямоточных горелках, проведены при относительной нагрузке 0,76. Коэффициент избытка воздуха составлял затопкой 1,03, за конвективным пароперегревателем 1,06,за дымосо­ сом 1,50. Средние температуры холодного воздуха на входе в РВП 29° С, горячего воздуха 23Г С, газов на входе в РВП 302° С, а на вы­ ходе 127° С.

Промывка РВП производилась одновременно холодной технической водой (под давлением 6 бар} и водой непрерывной продувки (138 бар, 300° С), поступавшими через стационарные многосопловые промывочные устройства. За время опытов РВП промывался 13 раз всего в течение 13 час. На образцах, установленных в РВП, по окончании опытов име­ лись лишь трудно удаляемые отложения толщиной 0,5—1 мм, что сви­ детельствовало о достаточно полной очистке образцов. Однако это привело к резкой интенсификации коррозии — максимум ее достиг

превысила 1,7 г/м2 час, а среднее по холодному слою значение равно

0,9 г!м2 час (рис. 39, 1).

Следовательно, котлы с РВП только снижением избытка воздуха не удается защитить от сернокислотной коррозии. Но это не значит, что к данному режиму не следует стремиться, так как при нем облегчаются условия для успешного применения других способов защиты от кор­ розии и повышается экономичность котельного агрегата.

98

Глава V. КИСЛОТОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ И МАТЕРИАЛЫ

КАК ЗАЩИТА ОТ СЕРНОКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ

Один из путей защиты низкотемпературных поверхностей нагрева от сернокислотной коррозии — применение коррозионно-стойких ма­ териалов или покрытий. Он может оказаться эффективным только в том случае, если не вызовет резкого снижения теплопередачи в низко­ температурной зоне котла. Чтобы оценить влияние неметаллических материалов и покрытий на теплопередачу, была рассмотрена тепловая работа набивки РВП, у каждого элемента которой в процессе прогре­ ва и охлаждения меняется температура стенки. Темп изменения тем­ пературы стенки определяется по уравнению теплопроводности Фурье.

Расчеты, проведенные для различных слоев эмалевого покрытия, показывают, что даже для покрытии толщиной 5 мм относительное изменение температуры на поверхности пластины и в ее средней плос­ кости по сравнению с температурой металлической неэмалированной пластины не превышает 7% (рис. 40). Это значит, что температуры внут­ ри пластины и на ее поверхности практически совпадают. Для реаль­ ных пластин с толщиной покрытия до 2 мм различия не превышают 3,5%, значит, в тонких пластинах, выполненных из материалов с раз­ личной теплопроводностью, сохраняется один и тот же закон изменения температуры.

Нестационарность процесса в РВП учитывается обычно поправкой, предложенной С. С. Кутателадзе (1957) и В. К. Мигаем.

Поправка на нестационарность процесса для неэмалированной стальной пластины и стальной пластины с несколькими слоями эмали практически не отличается по абсолютному значению.

Вследствие относительно слабого влияния коэффициента тепло­ проводности на теплопередачу температуры стальной и эмалирован­ ной пластин отличаются между собой на очень малую величину во всем диапазоне толщины стенки (рис. 41).

Условия теплопередачи через тонкие стенки с разными теплофизиче­ скими свойствами близки и при стационарном режиме. Для стальной и эмалированной пластин толщиной 0,1—2 мм расхождения межйу зна­ чениями коэффициента теплопередачи оказываются меньше 5%

Следовательно, использование коррозионно-стойких покрытий для защиты от коррозии регенеративных и рекуперативных поверхностей нагрева не может привести к резкому уменьшению тепловой эффектив­ ности. Указанное снижение коэффициента теплопередачи на несколь

Рис. 40. Распределение температур в средней плос-0<5th (/) и на поверхности (2) металлических пластин

с эмалевым покрытием.

iPhc. 41. Влияние толщины слоя покрытия на темпера­ туру стальной (сплошная линия) и эмалированной (пунк­ тирная) пластин.

ко процентов должно компенсироваться в процессе эксплуатации меньшим загрязнением отложениями, что рассмотрено в главе III. Поэтому коррозионно-стойкие поверхности вправе найти применение на электростанциях, потребляющих сернистые топлива.

⅛ При использовании коррозионно-стойких покрытий или материа­ лов τ jςo⅛ критерий, как скорость коррозии металла, должен был бы замениться другим, более точно отражающим поведение указанных

100

материалов в агрессивной среде, когда, кроме химического воздейст­ вия серной кислоты, могут определенное влияние оказать и другие факторы (температура, влажность и т. д.). Однако в литературе и к этим материалам применяют критерий скорости коррозии.

Если бы удалось подобрать дешевое покрытие для металла низко­ температурных поверхностей нагрева, которое оказалось бы и коррозионно, и термически стойким в течение длительного времени, то отпа­ ла бы необходимость изготовления корродируемой «холодной» части РВП из более толстого металла.

Согласно обзорным данным, представленным Л. И. Кроппом (1958), антикоррозионные покрытия металла должны отвечать следующим ос­ новным требованиям: химическая устойчивость к воздействию агрес­ сивной среды, легкость нанесения на металл, соответствующие физикохимические свойства.

Среди защитных покрытий металла нашли распространение лаки, эмали и другие материалы. Известен, в частности, зарубежный полуго­ довой опыт (1954 г.) применения кислотостойкой боросиликатной эмали «витраллой» для защиты труб воздухоподогревателя котла, работавшего на угле с содержанием серы от Здо8%. В ВТИ под руководством Н. В. Кузнецова и Р. А. Петросяна было начато применение эмали для защиты труб воздухоподогревателя одного из котлов, сжигавшего кизеловский уголь и продукты его обогащения с приведенным серосодержанием до 2%.

Исследования возможности, эффективности и целесообразности использования защитных покрытий металла и неметаллических мате­ риалов для набивки РВП проведены в ЦКТИ. Испытывались покры­ тия ВН-60 и ВН-61, лак ФГ-9 и эмали АЛ-70и№9, крометого, следую­ щие неметаллические материалы: стеклотекстолит KACT-B, ВФТ-С, СК-9-Ф, СТЭФ и СВФЗ-2, асботекстолит, стекловолокнистый анизо­

тельный результат.

Эксплуатационные испытания проводились на котле Джон Томсон, где в течение 7 месяцев сжигалась смесь высокосернистого мазута и попутного нефтяного газа со средним содержанием мазута в смеси 40%. Серосодержание смеси колебалось около 1 %. Температура холодного воздуха в среднем составляла 45° С, уходящих газов 175° С, а стенки «холодных» концов набивки воздухоподогревателя — примерно 105° С. Очистка РВП от отложений производилась ежесменной обдувкой пере­ гретым водяным паром с параметрами 30—40 бар 420° С.

В результате испытаний установлено, что в «горячей» части РВП покрытия ВН-60 и ВН-61 не имели никаких изменений, покрытие ФГ-9 находилось в несколько измененном состоянии, а эмаль АЛ-70 отслаи­ валась от металла. В «холодной» части РВП образцы, покрытые ВН-60 и эмалями № 9 и АЛ-70, под воздействием серной кислоты имели при-

101

знаки разрушения. Все это не позволило рекомендовать для защиты от сернокислотной коррозии ни одно из испытанных покрытий.

Испытываемые неметаллические материалы являются кремнийорганическими полимерами. Они состоят из молекул, сочетающих в себе структуру неорганических и органических молекул и содержащих силоксанный скелет, представляющий собой цепь чередующихся ато­ мов кремния и кислорода, при этом другие связи кремния компенси­ руются органическими группами атомов (Андрианов, Петрушко, 1959). В отличие от органических полимеров, которые имеют в основе атомы углерода, легко соединяющиеся с кислородом среды, особенно при повышенных температурах (чем и объясняется их быстрое старение), наличие кремния и кремнийорганических полимеров и связанного с ни­ ми кислорода определяет более термостойкую их структуру. Чем мень­ ше в полимерах органических связей, тем выше термическая устой­ чивость. В то же время отсутствие органических связей делает поли­ меры хрупкими. В качестве предельного варианта может быть взят кварц, у которого каждый атом кремния связан только с атомами кислорода.

Наилучшие результаты достигнуты со стеклотекстолитом марок KACT-B, C ГЭФ и СК-9-Ф. Хотя внешний вид этих образцов также из­ менился, но они сохранили прочность, эластичность и даже блестя­ щую «лаковую», хотя и несколько потемневшую, поверхность. Только в самых низкотемпературных зонах, где одновременно имело место активное воздействие серной кислоты и паровой струи, наблюдались незначительные следы разрушения в виде потери блеска и подтеков. Таким образом, эти три марки стеклотекстолита, особенно СТЭФ

иKACT-B, зарекомендовали себя с положительной стороны.

Вкачестве защитных материалов следует отметить стекло, ситаллы и пропитанный графит, обладающий почти такой же, как у стали, теплопроводностью, теплостойкостью до 300—400o C и коррозионной стойкостью в растворе серной кислоты с концентрацией 70% (Смирнов, Вовшина, 1959).

Для изготовления трубчатых и регенеративных воздухоподогрева­ телей мазутных котлов используется стекло (в СССР Горелов, 1965; Гаврилов, Мійданик, 1973; за рубежом Upmalis, 1968; Bowen, 1968). Длительная (около 10 лет) эксплуатация стеклянных поверхностей нагрева на электростанциях СССР, Англии, Франции и ФРГ свиде­ тельствует о том, что из лучших сортов боросиликатного стекла можно получить трубчатые воздухоподогреватели с относительно малым боем (годовые потерн составляют около 5% от общего числа труб). Стоимость таких воздухоподогревателей (при равных поверхностях нагрева) оказывается на 50—75% выше, чем со стальными трубами.

Для глубокого охлаждения дымовых газов, безусловно, потребуется большая поверхность стеклянных труб, чем стальных, поскольку при прочих равных условиях теплопроводность у стекла существенно ниже, чем у стали. Поэтому фактическое различие в стоимости воздухо­ подогревателей со стеклянными и стальными трубами будет еще боль­

102