Тема 1.11 Физико – химические процессы, происходящие в газоходах котлоагрегата

13 14 15 16 17 18 19

Количество часов – 2.

Количество лекций –1 (лекция 13).

Лекция 13.

1.Загрязнение поверхностей нагрева котлов.

3.4.С внешней стороны.

3.5.С внутренней стороны.

3.6.Способы борьбы с загрязнением поверхностей нагрева.

4. Износ поверхностей нагрева под действием золы.

5. Коррозия поверхностей нагрева.

5.1.Со стороны греющих газов.

5.2.Коррозия металла котлоагрегата в водных средах.

5.3.Мероприятия по предотвращению коррозии.

1.Загрязнение поверхностей нагрева котлов.

1.1 С внешней стороны.

Загрязнение поверхностей нагрева при омывании их дымовыми газами может иметь место при работе котлоагрегата на твёрдых и жидких топливах.

Формирования отложений на поверхностях нагрева – результат совокупности ряда сложных физико-химических и аэродинамических процессов.

Классификация отложений:

- в зависимости от места образования: отложения с экранных радиационных и полурадиационных ширмовых поверхностей нагрева и отложения с конвективных поверхностей нагрева;

- по температурной зоне: отложения на высокотемпературных и низкотемпературных поверхностях нагрева;

- по характеру связи частиц и механической прочности слоя: отложения сыпучие, связанные рыхлые, связанные прочные и сплавленные (шлаковые).

Процесс загрязнения начинается в топке и обычно при сжигании твёрдого топлива происходит в виде осаждения частиц золы на трубах поверхностей нагрева и участках обмуровки.

Первоначально отложения золы твёрдого топлива имеют в топке рыхлую структуру. Задержка удаления отложений приводит к их превращению в плотные спекающиеся образования, которые под воздействием высоких температур и полувосстановительной среды становятся стекловидными. Отложения ухудшают теплообмен как лучистый, так и конвективный.

Образование отложений связано и с конденсацией на относительно холодных поверхностях труб влаги из продуктов сгорания, щелочных соединений окиси кремния. При соприкосновении летящей золовой частицы с поверхностью нагрева на неё одновременно действуют как силы, удерживающие её на поверхности, так и силы, отрывающие её от поверхности. К первым относятся силы адгезии (сцепления частиц с поверхностью) и аутогезии (сцепление между собой частиц), а также аэродинамические силы.

К отрывающим силам относятся: аэродинамические, гравитационные и эрозионные.

1.2 С внутренней стороны.

Нагревание и испарение воды, циркулирующей в котлоагрегате, сопровождается общим и локальным повышением концентрации солей, растворённых в ней.

Общее повышение концентрации солей обусловлено испарением, локальное – в случае нарушения циркуляции воды в отдельных элементах котлоагрегата, в результате чего происходит глубокое упаривание пристенного слоя котловой воды. При достижении концентрации, соответствующей пределу растворимости, происходит выделение солей в твёрдую фазу и отложение на внутренних поверхностях в виде накипи либо в объёме воды в виде шлама.

Кроме физических процессов в образовании накипей и шлама играют роль и химические. При определённой температуре происходит термический распад бикарбонатов Са и Мg с образованием менее растворимых карбонатов Са и Мg

Са(НСО₃)₂ ↔ СаСО₃+Н₂О+СО₂.

Карбонаты в результате гидролиза переводятся в ещё менее растворимую гидроокись Мg

МgСО₃+Н₂О↔Мg(ОН)₂+Н₂СО₃.

При отложении накипи на внутренней поверхности труб увеличивается термическое сопротивление теплопередаче, в результате чего температура металла повышается. Следствием этого является повреждение металла с образованием отдушин, свищей, разрывов труб.

1.3. Способы борьбы с загрязнением поверхностей нагрева.

Все средства защиты от загрязнений делятся на активные и профилактические.

Активные: средства по предотвращению или снижению механической прочности отложений. Это присадки, добавляемые в топливо до его сжигания, специальные способы сжигания, применение специальных поверхностей нагрева.

Профилактические: включают различные способы очистки поверхностей нагрева от наружных отложений: паровую и воздушную обдувку, водяную обмывку, дробевую очистку, вибровую и термическую очистку. Обдувка может быть применена для очистки практически всех поверхностей нагрева.

Для борьбы с отложениями быстро переходящими в прочные отложения применяют дробевую очистку.

Для обеспечения чистоты пароперегревательных поверхностей нагрева используется вибрационная очистка, импульсная.

Термический способ применяется в регенеративных вращающихся воздухоподогревателях. Раз в сутки на 10-20 минут воздух, подлежащий подогреву, направляется в обвод воздухоподогревателя, тем самым нагревая его набивку до температуры газов. Из-за разницы коэффициентов линейного расширения металла и высушенных отложений происходит термическое разрушение последних, которые сдуваются потоком продуктов сгорания.

2. Износ поверхностей нагрева под действием золы.

При работе котла на твёрдом топливе конвективные поверхности нагрева подвергаются износу в результате ударов твёрдых частиц, уносимых продуктами сгорания. При этом стенка трубы становится тоньше, снижается её прочность, что может привести к разрыву трубы. Больше всего истираются трубы крайних змеевиков, места изгиба труб, т.е. места с повышенной местной скоростью потока. В корридорных участках износ меньше.

При движении газа внутри труб (воздухоподогревателя) наибольшему износу подвергаются входные участки труб (ℓ~300÷400 мм). В зависимости от угла, под которым поверхность встречается с набегающей струёй запыленных газов, различают прямые и косые удары. При угле атаки в 90º - прямой, а при угле меньше 90º - косой или скользящий удар.

Абразивные свойства золы зависят от состава потока, в котором находятся кусочки различной формы и твёрдости. При одинаковом составе золы износ будет зависеть от уровня температуры в топочной камере, который определяет степень оплавления твёрдых частиц. Абразивный износ определяется скоростью потока газов и местной концентрацией крупных частиц.

Мероприятия по защите труб от износа складываются из конструктивных и эксплуатационных. При проектировании необходимо правильно выбирать скорость газов. Уменьшение скорости газов ниже минимальной приводит к увеличению поверхности нагрева за счёт снижения коэффициента теплопередачи, увеличению отложений сыпучей золы на трубах. Для большинства видов твёрдого топлива допустимая скорость газов в конвективных газоходах 8-15 м/с.

3.Коррозия поверхностей нагрева.

3.1 Со стороны греющих газов.

Коррозия металла – процесс разрушения, происходящий вследствие химического или электрохимического воздействия.

Продукты сгорания всегда содержат вещества, активно реагирующие с металлом: кислород, серу, ванадий, соединения щелочных металлов и др.

Коррозия металла со стороны греющих газов делится на высокотемпературную и низкотемпературную.

При высокой температуре коррозионноопасными являются кислород, окислы ванадия и расплавы щелочных металлов, при низкой температуре - сконденсировавшиеся водяные пары и раствор серной кислоты.

Поверхность металла всегда покрыта тонким слоем окислов, которые до определения температуры плотно скреплены с массой металлов. С повышением температуры плотность оксидной плёнки снижается и при определённой температуре кислород беспрепятственно проникает к чистому металлу, окисляя его. Это процесс – окалинообразования.

Высокотемпературная коррозия происходит в районе топки и пароперегревателя.

При температуре стенки металла ~500-600ºС сульфаты щелочных металлов [КаАl(SО₄)₂, К₃Fе(SО₄)₂] в расплавленном состоянии реагирует с металлами, разрушая его. При сжигании мазута образуется оксиды ванадия. Первый при недостатке кислорода, второй при его избытке. Коррозионно опасный оксид ванадия ванадит Nа (Nа₃W). При высокой температуре (600ºС) эти соединения в жидком состоянии являются переносителями кислорода – ванадиевая коррозия.

Низкотемпературная коррозия связана с содержанием в топливе серы, образованием SО₃ и содержанием его с конденсирующимися водяными парами, дающими серную кислоту и её раствор.

Кислородная коррозия О₂ поступает через стенку воды к металлу.

3.2 Коррозия металлов котлоагрегата в водяных средах.

О₂ и СО₂ вызывают коррозию питательного и водяного тракта котлоагрегата. Скорость коррозии зависит от концентрации О₂ и СО₂.

Коррозия протекает локально и имеет язвенный характер, приводя к появлению „свищей” в трубах.

В экранных трубах котлоагрегата в контакте с котловой водой возникает „подшламовая” коррозия. В пористом слое отложений происходит упаривание раствора и повышение концентрации солей. Так возникает агрессивный коррозионном отношении электролит.

Подшламовая коррозия, связанная с образованием концентрированных растворов NaOH, получила наименование щелочной коррозии. Концентрированные растворы NaOH при высоких температурах вызывают растворение защитной пленки металла.

Из-за неоднородности металла трубы и неравномерности теплового потока возникают локальные электрохимические элементы: анод и катод.

При рН<7 - интенсивная коррозия и насыщение металла водородом, что приводит к его охрупчиванию.

При рН>7 – образование ионов водородов подавлено. Выделившийся водород сносится потоками пароводяной смеси. Имеет место коррозионное поражение, но отсутствует водородное охрупчивание.

При попадании воздуха в оборудование трубу, частично заполненную водой возникает „стоячная” коррозия с образованием язвенного поражения металла.

3.3. Мероприятия по предотвращению коррозии.

Высокотемпературной:

- улучшение качества питательной воды с целью улучшения количества наносных окислов железа;

- снижение локальных тепловых потоков до 200-190 КВт/м²;

- периодическая химическая промывка для удаления окислов железа;

- ввод специальных присадок для снижения действия окислов серы;

- предварительная обработка мазута с выводом окислов ванадия.

Низкотемпературной:

- предотвращающая достижения температуры

- повышение температуры уходящих газов;

- рециркуляция дымовых газов;