Механизм образования отложений

Вместе с органической массой твердого топлива в топочную камеру парового котла поступают различные минеральные примеси, которые в зоне высоких температур преобра­зуются; часть из них плавится, соединяется в более крупные частицы и выпадает в низ топки в виде шлака, а основная масса мелких золовых частиц уносится продуктами сгора­ния. Поведение золовых частиц в газоходах и топке зависит от химического состава и их физических свойств (температуры плавления, вязкости, теплопроводности и др.).

В составе золы имеются в небольшом количестве легкоплавкие соединения с температурой плавления 700—850°С. Это в основном хлориды и сульфаты ще­лочных металлов fNaCl, Na2S04, СаС12, MgCl2, A12(S04)3]. В зоне высоких температур ядра факела они переходят в парообразное состояние и затем конденси­руются на т^тхноети тоуб, тик как температура чи­стой гтенки вс г, а менее 700°С.

Среднеп. тякир компоненты золы с температуиой плавления 90С-1100°С (FeS, Na2SiO:), K? S04 и др.) мо-

Образовать первичный липкий слой на экранных трубах и ширмах, если в результате неналаженного топочного режима факел будет касаться стен топки и вблизи экранных труб будет находиться высокотемпе­ратурная газовая среда.

Тугоплавкими компонентами золы являются, как правило, чистые окислы (Si02, А1203, CaO, MgO. Fe?03 и др.). Температура их плавления (1690—2800°С) пре­вышает максимальную температуру ядра факела, по­этому они проходят зону горения без изменения своего состояния, оставаясь твердыми. Ввиду малых размеров частиц эти компоненты в основном уносятся потоком газов и составляют летучую золу.

В зоне высоких температур газов (выше 700— 800°С) на поверхности чистой трубы вначале происхо­дит конденсация из газового потока легкоплавких со - __ единений и образуется первичный липкий слой на тру - "бах. На него одновременно налипают твердые частицы золы. Затем он отвердевает и становится плотным пер­воначальным слоем отложений, крепко сцепленным с поверхностью трубы. Температура наружной поверх­ности слоя повышается и конденсация прекращается. Далее на шероховатую поверхность этого слоя набра­сываются мелкие твердые частицы тугоплавкой золы, образуя внешний сыпучий слой отложений. Таким об­разом, в этой области температур газов на повепхности труб чаще всего присутствуют два слоя отложений: плотный и сыпучий.

В топочной камере в зонах контакта вы­сокотемпературных газов с экранами могут возникать быстро нарастающие отложения. Они определяются набросом на поверхность труб частиц золы и шлаков, находящихся в полужидком тгли размягченном состоянии, которые затем охлаждаются и прочно схва­тываются с повепхностью. Этот процесс на­зывается шлакованием. Возникшие при этом шлаковые наросты могут иметь большие раз­меры и массу до нескольких тонн. Наличие относительно легкоплавких частиц в зоне го­рения определяется образованием эвтектик окислов металлов МеО (типа CaO, MgO, FeO, Fe203) с кремнеземом Si02 и глинистыми ми­нералами на основе А1о03.

Зола большинства твердых топлив содер­жит примерно от 5 до 40% МеО. Увеличение содержания МеО в золе понижает ее темпе­ратуру размягчения, создает опасность шла­
кования. Наоборот, при на­личии в золе окислов АЬОз+БЮг, превышающих 80%, температура плавле­ния золы быстро увеличи­вается; зола становится ту­гоплавкой.

Лето* гаэод

Рис. 16.1. Вид спекшихся отло­жений на поверх­ности трубы.

При неблагоприятных характеристиках минераль­ной части топлива (содер­жание окислов кальция Са0>40%) в возникшем на поверхности нагрева слое сыпучих отложений может начаться процесс спекания (сульфатизации) за счет присутствия S02 в дымовых газах, ведущий к нарастанию плотных, креп­ко связанных с трубной по­верхностью отложений (рис. 16.1). Шлакова­нию, кроме экранов топочной камеры, подвер­гаются ширмы, пакеты конвективного пере­гревателя в области температур газов до 600—700°С. Спекшиеся отложения могут пе­рекрывать межтрубные промежутки шириной до 400 мм. Горизонтальные и слабонаклон­ные трубы шлакуются интенсивнее, чем вер­тикальные.

5м/с Рис. 16.2. Загрязнение труб сыпучими отложениями при разных направлениях и скоростях движения газов.

В зоне относительно низких температур

Газового потока (менее 600—700°С), харак­терных для поверхностей конвективной шахты, наиболее распространены сыпучие отложения. Плотный подслой на поверхности труб здесь отсутствует, так как конденсация паров ще­лочных металлов уже завершилась.

Сыпучие отложения преимущественно об­разуются на тыльной стороне трубы по отно­шению к направлению газового потока, в об­разующейся сзади трубы вихревой зоне (рис. 16.2). На лобовой стороне сыпучие от­ложения возникают лишь при малых скоро­стях потока (менее 5—6 м/с) или при наличии в потоке очень тонкой летучей золы.

При рассмотрении процесса образования сыпучих отложений разделяют частицы золы на три группы фракций [21]. К первой группе относят самые мелкие фракции, так называе­мые безынерционные частицы, которые на­столько малы, что двигаются по линиям тока газов, и поэтому вероятность их осаждения на трубах мала. Предельный размер частиц, относящихся к этой группе, составляет около 10 мкм.

Ко второй группе относят крупные фрак­ции размером свыше 30 мкм. Эти частицы обладают достаточно большой кинетической энергией и при контакте с сыпучими отложе­ниями разрушают их.

Третью группу составляют фракции золы размером от 10 до 30 мкм. При обтекании газовым потоком трубы эти частицы преиму­щественно оседают на ее поверхности и обра­зуют слой отложений. В результате размер слоя сыпучих отложений определяется дина­мическим равновесием процессов постоянного оседания средних фракций золы и разруше­ния осевшего слоя более крупными частицами.

(16.1)

Сыпучие загрязнения на поверхности труб ухудшают теплообмен, что оценивается коэф­фициентом загрязнения

S = 53!X3

Где б3, К3 — средняя условная толщина слоя отложений по периметру трубы и теплопро­водность золового слоя.

Коэффициент загрязнения є, (м2-К)/Вт, характеризует термическое сопротивление слоя отложений. Загрязнение труб отложениями летучей золы мало зависит от концентрации ее в потоке дымовых газов. Разница в загряз­нениях наблюдается только в первые часы работы до установления динамического рав­новесия (рис. 16.3,а). Существует сильная за­висимость отложений от фракционного соста­ва золы. Чем более тонкой по размерам фрак­ций является зола, тем интенсивнее загряз­нение труб, толще слой отложений (рис. 16.3,6).

О 2 4- 6 8 ч 4- В 8 10 12 14- ІВмІс А) В) Рис. 16.3. Изменение коэффициента загрязнения труб в зависимости от концентрации золы в потоке и ее крупности (трубы d — 38 мм, sjd — s2/d = 2). А—в зависимости от времени работы; б — в зависимости от скорости потока; / — концентрация золы 21 г/м3; 2 — то же при концентрации 7 г/м3; 3 — мелкая зола (остеток иа сите = 24,5%); 4 — крупная зола (остаток на сите #3о = 52,5%).

Существенной является зависимость ^степе­ни загрязнения труб от скорости газового по­тока. Оседание средних фракций золы на тру­бах увеличивается приблизительно пропор­ционально скорости потока. В то же время разрушающее слой действие крупных частиц растет пропорционально скорости в третьей степени, поэтому с увеличением скорости от­ложения на трубах уменьшаются. Проведен­ными исследованиями (рис. 16.2) доказано, что интенсивность загрязнений не зависит от на­правления движения потока, поперечно омы­вающего поверхность. Вертикальные зме-еви - ковые поверхности в сравнимых условиях имеют меньшее загрязнение.

Большое влияние на степень загрязнения поверхности оказывают тип пучка труб (шах­матный или коридорный) и продольный шаг труб s2 в шахматном пучке. При равных про­чих условиях (скорость газов, диаметр труб) коэффициент загрязнения коридорного пучка в 1,7—3,5 раза больше, чем шахматного (рис. 16.4).

Рис. 16.4. Сравнение коэффициентов загрязнения раз­личных пучков труб.

При скорости газов менее 3—4 м/с загряз­нение труб сильно увеличивается. Эксплуата­ция поверхностей котла с такими низкими скоростями не рекомендуется. Если учитывать, что паровой котел может снижать нагрузку примерно до 50%, расчетная скорость газов при номинальной нагрузке должна быть не ниже 5—6 м/с. j

При сжигании высокосернистых мазутов на поверхностях нагрева в зоне температур газов ниже 600°С образуются как липкие от­ложения, так и плотные стекловидного типа. Липкие отложения на поверхностях нагрева конвективных перегревателей, экономайзеров содержат преимущественно соединения вана­дия (главным образом V2O5) и сульфаты. В плотных отложениях преобладают сульфаты железа и окислы кальция и натрия. Отложе­ния при сжигании мазутов имеют тенденцию к быстрому росту, что приводит к заметному снижению теплообмена, увеличению сопротив­ления газового тракта и ограничению рабочей кампании парового котла.

За счет заметного количества соединений ванадия и серы отложения имеют кислую основу. Добавка к мазуту специальных ве­ществ, обладающих щелочными свойствами, переводит эти отложения в более рыхлые. Того же эффекта можно добиться специальной организацией процесса сжигания, например сжиганием с избытками воздуха, близкими к единице [21].

Одним из методов очистки поверхностей нагрева является использование динамического воздействия на слой отложений струи пара, воды или воздуха. Дей­ственность струй определяется их дальнобойностью, в пределах которой струя сохраняет достаточный ди­намический напор для разрушения отложений. Наи­большей дальнобойностью и термическим эффектом воз­действия на плотные отложения обладает водяная струя. Аппараты этого типа находят применение для очистки экранов топочных камер. Однако обдувка во­дой требует строгого расчета, чтобы исключить резкое переохлаждение металла после удаления отложений.

Для очистки радиационных поверхностей нагрева и конвективных перегревателей широкое распростране­ние получили многосопловые выдвижные аппараты, ра­ботающие на насыщенном или перегретом паре с дав­лением около 4 МПа.

Для очистки ширм и коридорных трубных пакетов в области горизонтального газохода применяют вибро- очистку. Ее яенсіси,' г. е-.ювано на том, что пои коле - банінг чруб с 6о,'".,ші'і"і часкчой напутается сгеплс-ние отложений с MCi4..'.K>V В ЗПІХ целях ИСЧ0.1!,Ч"'Т ви­браторы с водоохлаж и-.-мыми штапгями, п-'рм. чющими воздействие па очищаемую поверхность.

Наиболее эффективным способом очистки конвек­тивных поверхностей в опуокпой шахіе няроього котла от сыпучей золы является дрооеочиегка. В этом случае используют кинетическую энергию падающих чугунных дробинок диаметром 3—5 мм. Дробь подастся вверх воздушным потоком и распределяется по всему сечению шахты. Расход дроби на очне псу определяют исходя из оптимальной нптенсивносп! «прошения» дробью — 150 -200 кг/м2 сечения конвективной шахты. Время очистки составляет обычно 20—60 с.

Обязательным условием успешного использования дробовой очистки является регулярность ее примене­ния сразу после it} ска котла в эксплуатацию при еще практически чистых поверхностях нагрева. В последнее время находит распространенно метод термоволновой очистки поверхностей нггрева конвективной шахты при помощи акустических низкочастотных волн, генерируе­мых в специальной импульсной камере взрывного го­рения.

Очистку вынесенных за пределы котла регенератив­ных воздухоподогревателей (РВП) осуществляют путем обдувки теплообменной набивки РВП перегретым паром (на 170—200°С выше температуры насыщения), реже применяют обмывку водой (липкие отложения она уда­ляет, но увеличивает коррозию), а также применяют метод ударной волновой очистки и термический способ очистки. Последний основан на периодическом повы­шении температуры набивки до 250—300°С за счет отключения подачи воздуха в аппарат РВП. При этом высушиваются липкие отложения и испаряется скон­денсировавшаяся серная кислота.

Вопрос

На наружных и внутренних поверхностях откладываются загрязнения различных составов, они уменьшают устойчивость защитных покрытий, повышают скорость коррозионных процессов. Полное удаление всех загрязнений повышает производительность на 15-20 %. Применяется многостадийная очистка деталей. Включает очистку под разобранной машины, очитку перед дефекацией, очистку перед сборкой, и мойку перед окраской. Выбор производят от характера загрязнений, имеются следующие виды загрязнений:

1) Отложения нежирового происхождения (пыль, грязь, растительные остатки).

2) Остатки ядохимикатов и маслянисто грязевые отложения.

3) Остатки масляных материалов.

4) Углеродистые отложения. (нагар, лаковые пленки, асфальт смолистые вещества, накипь.)

5) Продукты коррозии.

6) Остатки лакокрасочных материалов.

7) Технологические загрязнения которые появляются при ремонте (металлическая стружка, остатки притирочных фаз, остатки продуктов после шлифовки.)

Следующие способы очистки:

1) Механический.

2) Физико термический.

3) Термический

4) Специализированые

5) На спец предприятиях. Ультразвуковой, термохимический

Моющие средства. Удаляют струей воды, которая может быть разогрета до т 80 градусов. Для удаления смазочных материалов, применяют 1-2% раствор каустической соды. Для очистки поверхностей использую синтетические моющие средства, типа МС, лабомид, Т. Они представляют собой смеси щелочных солей и поверхностно активных веществ ПАВ. Они не токсичны, не горючи и не взрывоопасны. ПАВ – органические соединения, обеспечивающие разрушение жировых пленок, предупреждающее повторное осаждение загрязнений. При соприкосновении с водой, получается эмульсия то бишь моющее средство. Такие моющие средства как МС 15, МС 16 применяются для удаления масляном грязевых, смолистых отложений. Эти средства применяются в специальных машинах со струйной и циркуляционной очисткой. Такие средства как МС 8, МС 15 очищают от прочных углеродистых отложений. Температура до 100 градусов. Такие синтетические моющие средства как лабомид 101, лабомид 102, применяют для удаления масляногрязевых и асфальтносмолистых отложений. Концентрация 20/30г на литр воды, температура до 100 градусов, без механического воздействия. Такие препараты как ТЭМ 100, ТЭМ 100 А, представляют собой щелочные соли, применяют для струйной очистки, масляно грязевых, защиты очищенной поверхности от коррозии, пассивация. Применяются так же органические растворители. Смеси органических растворителей и кислотные растворы. Очистка деталей от нагара, накипи может производится в расплавах солей.

Оборудование для очистки. Общего назначения. Используются однокамерные струйные моющие машины ОН-1366Г, ОН-837Г, ОН-4610, состоят из моющих камер, выдвижной стол, для размещения деталей, обычно применяются детали от 0.6 до 1.5 тон. Напор струи 0.4-0.5 МПа. Очистка малогабаритных деталей производится погружными моющими машинами ОРГ-4990, ОМ-9101. На машине установлен турбулизатор, для создания затопленного потока раствора.

Удаление твердых отложений. К ним относятся нагар, накипь продукты коррозии и лакокрасочные покрытия. Нагар удаляют механическим термическим термохимическим способом. К механическим способам относятся очистка поверхности шабером. Металлической щеткой, косточковой брошкой, сюда же относят пескоструйную и гидроабразивную обработку. Хороший результат показывает очистка косточковой брошкой, перед очисткой деталь нужно обезжирить, делается это для того что бы не загрязнять брошку.

Термический способ применяется для удаления нагара в выпускных и всасывающих коллекторах с избытком кислорода или нагревают детали в терм печах, удаление нагара и накипи с деталей из черного метала заключается в погружении их в расплав солей и щелочей. Очистка от накипи может производится механическими и химическими способами. Стальные чугунные детали очищают от накипи погружение в раствор соляной кислоты с последующим промыванием в горячей воде. Детали из алюминия или алюминиевых сплавов очищают в 6% растворе молочной кислоты при температуре 40 градусов, корразию удаляют механическим и химическими способами. В первом случае применяются щетки, подвергают абразивной или пескоструйной обработки, при химических способах используют растворы серной соляной и фосфорной кислот. Краску с кабин оперения, удаляют так же механическим и химическим способом. Более эффективен химический способ, поверхность обрабатывают специальной смывкой, краска набухает и отделяется от металлической поверхности. Применяются смывки СД, СП6, АФТ1 и другие.

Вопрос