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

Глава III. ОСЛАБЛЕНИЕ СЕРНОКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГ РЕВА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОПТИМАЛЬНЫХ

СПОСОБОВ ОЧИСТКИ ОТ АГРЕССИВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

СОСТАВ И СВОЙСТВА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Формирование отложений на низкотемпературных поверхностях нггрева мазутных котлов происходит под влиянием многочисленных температурных, аэродинамических и концентрационных факторов. Поскольку их многообразие трудно воспроизвести и учесть при лабораторном или стендовом изучении, а также при разработке про­ граммы для выполнения вычислительного анализа, наиболее правиль­ ным методом изучения отложений можно считать метод, основанный на исследовании проб отложений, отобранных с поверхностей нагрева котельного агрегата, длительное время (не менее 500—1000 час.) сжигавшего высокосернистый мазут. К такому выводу приходят мно­ гие исследователи. В частности, К. Е. Зегер (1970) считает, что изу­ чать золовой занос, несмотря на значительные трудности, следует на промышленном мазутном котельном агрегате, работающем в нормаль­ ных эксплуатационных условиях . Обоснование взято следующее: результаты стендовых исследований не могут непосредственно пере­ носиться в реальные промышленные условия; изучение отдельных факторов должно производиться при совокупном воздействии всех остальных, поддерживаемых на постоянном уровне; характер воздей­ ствия на золовой занос отдельных факторов связан с особенностями конструкции котельного агрегата.

поверхностях нагрева.

Исследование проводилось по следующим этапам; 1) отбор проб отложений с низкотемпературных поверхностей нагрева; 2) химиче­

ции котла, длительностью накопления отложений и температурой поверхности, на которой они образовались.

41

Результаты отбора и анализа отложении по указанной методике приведены Н. И. Верховским, Г. Е. Красноселовым, Е. В. Машиловым, Л. Μ. Цирульниковым (1970); из приведенных данных следует, что низкотемпературные отложения хорошо растворяются в воде. Сте­

Рис. 20. Общий вид отложений на стенках труб рекуперативных воздухоподогревателей:

а — после очистки, б — до очистки.

чем меньше образовывалось твердых сажистых частиц, определявших в процессе прокаливания отложений при температуре 600o C уровень потерь их веса.

■ ji Несмотря на то, что низкотемпературные отложения содержат боль­ шое количество химических соединений, более половины их веса со­ стоит лишь из двух групп соединений, являющихся продуктами серно­ кислотной коррозии металла,— связанной серной кислоты и соеди­ нений железа. В то же время количество свободной серной кислоты сравнительно невелико — в 5—20 раз ниже, чем связанной.

Суммарное содержание железа в отложениях, определенное их растворением в воде и соляной кислоте, оказывается заметно выше,

42

чем сумма двухвалентного и трехвалентного железа, соответствую­ щего растворимым солям железа и определенного фазовым анализом. Разница составляет 2—8% и в первом приближении соответствует концентрации в мазуте железа, находящегося, как известно, в форме не растворимых в воде окислов.

Рис. 21. Общий вид отложений на листах набивки регенеративных воздухоподогревателей:

а — после очистки, б — до очистки.

Количество железа в отложениях тесно связано с температурой металла, на котором они образовались. Характер изменения коли­ чества железа в зависимости от температуры металла напоминает зависимость скорости коррозии.

По внешнему виду отложения на низкотемпературных поверхно­ стях нагрева могут существенно различаться между собой (рис. 20, 21, а, б). Тем не менее на основе опыта и многократного обследования состояния рекуперативных и регенеративных воздухоподогревателей

43

можно указать на следующие общие свойства, присущие низкотемпе­ ратурным отложениям.

Отложения в большей или меньшей степени увлажнены.

C нижней, самой холодной кромки низкотемпературных поверх­ ностей нагрева, в наибольшей степени подверженной сернокислотной коррозии, часто свисают «сосульки» зеленого цвета длиной до 100— 400 мм, состоящие из сульфатов железа.

Суммарная толщина слоя отложений и их вес определяются при прочих равных условиях длительностью загрязнения, периодично­ стью и эффективностью очистки. Интенсивность загрязнения низко­ температурной поверхности нагрева отложениями при сжигании вы­ сокосернистых мазутов в первом приближении может быть оценена, по данным Л. А. Гойхмана, Л. Г. Мадоян и Ю. А. Мигалина (1965), в среднем 2 г/м2 час. В то же время повышение температуры стенки до значений 130—150° С, соответствующих температурному режиму «го­ рячего» слоя РВП, обеспечивает, по данным тех же авторов, сниже­ ние интенсивности загрязнения до 0,1 г/м2час.

Характер зависимости интенсивности загрязнения от температуры стенки в зоне температур более 80o C аналогичен характеру корро­ зионной кривой.

Количество слоев колеблется от 2 до 3. Внутренний слой беловатого цвета, сухой, прочно сцеплен с металлом. Наружный слой имеет темно­ серый цвет, он рыхлый, легко удаляется, относительно липкий. При наличии промежуточного слоя можно заметить, что по виду он близок к наружному слою отложений.

Образование внутреннего слоя отложений можно объяснить воз­ действием на золовые и сажистые частицы следующих сил: силы элект­ рического притяжения, силы взаимодействия заряженных частиц с земным магнитным полем, силы трения, являющейся следствием тур­ булентных пульсаций продуктов сгорания, гравитационных сил.

Сила электрического притяжения возникает в результате трения частиц о продукты сгорания; поданным Ютци и Джибса, приведенным Р. С. Прасоловым (1964), избыточный (нескомпенсированный) заряд частиц, содержащих углерод и серу, положителен, а окислов (напри­ мер, железа, кремния и др.) — отрицателен. Доля частиц с нескомпенсированным зарядом оценивается Р. С. Прасоловым в 0,01—0,05. Внутренний слой приобретает заряд, вследствие чего возникает элект­ ростатическое поле, воздействующее на частицы, каждая из которых имеет определенное число элементарных зарядов электрона.

На сформировавшемся внутреннем слое отложений образуются по­ следующие слои. Большое значение приобретает температура поверх­ ности отложений, которая и определяет в основном его химический состав (Прасолов, 1964).

Согласно данным Н. И. Верховского, Г. К. Красноселова, Е. В. Maшилова, Л. Μ. Цирульникова (1970), отложения, отобранные с низко­ температурных металлических поверхностей нагрева, имеют за счет

сернокислотной коррозии искаженный внешний вид и химический состав.

44

Для получения «чистых» отложений и сравнения их с реальными были проведены специальные исследования: одновременный отбор и последующий химический анализ проб низкотемпературных отложе­ ний, образовавшихся на поверхностях 2 экспериментальных змееви­ ков (рис. 22), изготовленных соответственно из углеродистой стали 20 и из кварцевого стекла, установленных в одном и том же газоходе опытно-промышленного котла НЗЛ-35. В топке при коэффициенте из­ бытка воздуха 1,15—1,20 сжигался высокосернистый мазут MlOO

компонентов на обеих трубках окажутся минимальными, а количественные соотношения между ними

будут получены с помощью поправки на концентрацию железа. Змеевики охлаждались водой, благодаря чему температура стенки

поддерживалась около 60o C на входе и 160o C на выходе. Контроль температур осуществлялся термопарами XK в комплекте с переносным потенциометром. Расход воды определялся объемным методом. Отложе­ ния со змеевиков смывались горячей дистиллированной водой. Водный смыв выпаривался, после чего определялся вес отложений и их хими­ ческий состав.

Сопоставление полученных данных показывает, что при одних и тех же температурных и прочих равных условиях вес отложений, отоб­ ранных с единицы поверхности на металлическом змеевике, в 3—8 раз больше, чем на кварцевом. Эго различие связано, главным образом, с отсутствием на кварцевой трубке продуктов сернокислотной корро­ зии. Действительно«, весовое отношение железа, содержащегося в от­ ложениях на кварцевом и металлическом змеевиках, составляет 1 : 30.

Характерны зависимости содержания трехвалентного железа в от­ ложениях на металлической трубке, отнесенного к единице времени

45

и поверхности, от температуры стенки (рис. 23). Выявлено достаточно четкое соответствие характера этих зависимостей характеру корро­ зионных кривых. Это значит, что оценка интенсивности сернокислот­ ной коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева по количе­ ству железа в отложениях может дать сравнительно надежный и в пер­ вом приближении правильный результат (Верховский, Красноселов, Машилов, Цирульников, 1970). Темп нарастания концентрации желе­ за в отложениях резко замедляется при увеличении длительности опы­ та до 5—6 час. Скорость нарастания содержания железа (в пересчете на

Fe2O3) в отложениях при темпе­ ратуре 100o C была следующей (г/л2): за 1 час опыта — 9,5, за

2—42,2, за 3—65,0, за 6—86,1, за 9—93,0, за 16—96,5, за 19 — 98,4.

Необходимо упомянуть об интересном результате, получен­ ном на этом же котлоагрегате

10 мин., а после прекращения дробеочистки вследствие загрязнения отложениями вновь начинала падать, пока через 5—6 час. не дости­ гала тех же значений, что и до дробеочистки. Это свидетельствует не только об очищающем эффекте дроби, но и об относительно быстром образовании на низкотемпературных образцах некоторого критиче­ ского слоя отложений, неизменного для данных условий эксплуата­ ции поверхностей нагрева котла и влияющего на их температурный режим (Цирульников, 1971).

Сопоставление рассмотренных данных позволяет указать на их общую природу.

При сравнении, отложений, отобранных с кварцевого и металли­ ческого змеевика, необходимо подчеркнуть, что другие компоненты содержатся в отложениях на обеих поверхностях нагрева практически в одинаковом количестве. Однако относительные потери при прокали­ вании отложений с кварцевого змеевика оказались в 2—6 раз больше, чем с металлического, что указывает на различный характер сцепления сажи, составляющей большую часть потерь при прокаливании отложе-

46