Слайд 1Загрязнение,
абразивный износ
и коррозия поверхностей нагрева котла
Слайд 2ЗАГРЯЗНЕНИЕ
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Слайд 3МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Минеральная часть топлива в процессе сжигания превращается в
шлак и золовые частицы
Слайд 4ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАВЛЕНИЯ
ЧАСТИЦ ЗОЛЫ
Легкоплавкие соединения
температура плавления 700-850°C
хлориды и сульфаты щелочных
металлов NaCl, CaCl2, Na2SO4, MgCl2
в зоне высоких температур ядра факела
они испаряются, а затем конденсируются на поверхности труб, так как температура чистой стенки всегда менее 700 °C.
количество в составе летучей золы невелико (менее 1% ).
Слайд 5ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАВЛЕНИЯ
ЧАСТИЦ ЗОЛЫ
Среднеплавкие компоненты
температура плавления 900-1100 °C
FeS,FeO,Na2 SiO3,K2SO4
находятся
в топке в расплавленном состоянии
при контакте с поверхностью нагрева
налипают на неё и по мере снижения температуры застывают и цементируют другие твёрдые частицы
Слайд 6ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАВЛЕНИЯ
ЧАСТИЦ ЗОЛЫ
Тугоплавкими компонентами
оксиды металлов типа МеО (CaO,MgO,Fe2O3
температура плавления
1600-2800°C превышает температуру газов в ядре факела, поэтому они проходят
зону горения без изменения своего состояния, оставаясь твёрдыми
ввиду малых размеров они уносятся потоком газов и составляют основную массу летучей золы.
Слайд 7В топочной камере
В зоне контакта высокотемпературных газов с экранированными трубами
могут появляться быстро нарастающие отложения из частиц золы и шлака,
находящихся в размягченном или полужидком состоянии
При охлаждении они прочно схватываются с поверхностью труб
В результате имеет место процесс шлакования
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Слайд 8В зоне температуры газов 700-900°С
на поверхности труб конденсируются легкоплавкие
соединения
образуется первичный липкий слой
на него налипают твердые частицы из среднеплавких
и тугоплавких компонентов
смесь затвердевает и образуется плотный первичный слой отложений, крепко сцепленный с поверхностью труб
температура наружной поверхности слоя повышается, при этом конденсация прекращается.
на шероховатую наружную поверхность данного слоя попадают мелкие частицы тугоплавкой золы, образуя внешний сыпучий слой отложений.
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Слайд 9В зоне температуры газов 700-900°С
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
рост аэродинамического сопротивления
газового тракта котла
перекрытие (зашлакование)
части газохода
необходимость снижения нагрузки на
котле ввиду ограничения тяги
Слайд 10В зоне температуры газов 600-700°С и до «холодной части» воздухоподогревателя
Формируются сыпучие отложения:
cлабо связаны с поверхностью и между собой
легко
удаляются при встряхивании
или прямом ударе по участку отложений
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Слайд 11В зоне температуры газов 600-700°С и до «холодной части» воздухоподогревателя
Образуются из-за аэродинамики, приводящей к набрасыванию частиц золы на поверхности
труб
Электростатические силы (за счёт разного электростатического заряда поверхности трубы и частички золы)
Силы термофореза (движение частиц из горячего потока к более холодной поверхности трубы)
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Слайд 12В зоне температуры газов 600-700°С и до «холодной части» воздухоподогревателя
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Сыпучие отложения преимущественно образуются на тыльной стороне трубы
по отношению к направлению движения газового потока, в зоне вихрей в следе за трубой и сильно зависят от скорости потока.
Слайд 13В зоне температуры газов 600-700°С и до «холодной части» воздухоподогревателя
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
На интенсивность образования сказывается размер золовых частиц
Слайд 14В зоне ВЗП
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Твердое топливо
Жидкое топливо
Образуется слой рыхлых влажных
отложений
Слайд 15ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА
приведенный коэффициент загрязнения
Слайд 16ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА
в зависимости от времени работы
1 – концентрация золы
21 г/м3;
2 – то же при концентрации 7 г/м3
Разница
в загрязнениях наблюдается только в первые часы работы до установления динамического равновесия
Слайд 17ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА
в зависимости от скорости потока
3 – мелкая зола
4 – крупная зола
Более интенсивное загрязнение труб (более высокое значение
коэффициента εз) имеет место в случае присутствия в потоке тонких фракций золы.
Во всех случаях с увеличением скорости потока загрязнения труб сыпучими отложениями уменьшаются, что связано с ростом кинетической энергии частиц и разрушением образующихся отложений более крупными частицами
Слайд 18ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА
Сравнение коэффициентов
загрязнения различных пучков труб (от скорости
газов)
Наибольшее влияние на степень загрязнения поверхности оказывают тип пучка труб
(шахматный или коридорный) и продольный шаг труб S2 в шахматном пучке.
При равных прочих условиях коэффициент загрязнения коридорного пучка в 1,7–3,5 раза больше, чем шахматного
С уменьшением продольного шага труб S2 загрязнение существенно уменьшается
Загрязнение труб значительно возрастает при низких скоростях газового потока (скорости газов в поверхностях менее 3–4 м/с не допускаются)
Слайд 19МЕТОДЫ ОЧИСТКИ
Паровая обдувка (конвективная часть) и водяная обмывка
Вибрационная очистка
(пароперегреватель)
Дробеочистка
Слайд 20АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Слайд 21АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
крупные частицы золы, обладающие достаточной твёрдостью и остротой
граней, при ударах о стенку трубы непрерывно срезают с поверхности
микроскопически малые слои оксида металла, постепенно уменьшая в этом месте толщину стенки трубы
Слайд 22АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Интенсивность износа определяется:
Кинетической энергией отдельных частиц золы (зависит
от квадрата скорости газов)
Количеством частиц, проходящих у поверхности в единицу
времени (зависит от концентрации частиц в потоке газов µзл и возрастает со скоростью)
Неравномерностью концентрации золы в потоке кμ и скоростей газов в сечении кω
Плотностью расположения труб в поперечно омываемом пучке (происходит торможение частиц при контакте с поверхностью)
Слайд 23АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Слайд 24АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
2. Интенсивность износа неравномерна как по сечению газохода,
так и по периметру труб
3. При входе в конвективную шахту
из горизонтального газохода газы имеют разворот на 90°С, в результате чего наиболее грубые фракции золы отбрасываются к задней стене шахты и имеют там повышенную концентрацию.
Слайд 25АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Интенсивность износа определяется:
Допустимым считается износ стенки трубы Iиз
= 0,2 мм/год из расчета нормальной работы трубы не менее
10 лет (τр = 60–70 тыс. ч)
Слайд 26АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Слайд 27АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Меры защиты:
уменьшение скоростей (при конструировании) и выравнивая их
в сечении газохода (аэродинамические устройства, исключение свободных газовых коридоров)
Слайд 28АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Меры защиты:
накладки сверху на всю длину трубы (полуцилиндрических
сменных манжет, наплавка прутков с двух сторон трубы в зоне
наибольшего износа
Слайд 29АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС
ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА
Меры защиты:
установка на входе в трубы воздухоподогревателя внутренних
цилиндрических вставок длинной не более
10 dвн
Слайд 31ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
Коррозионное разрушение металла труб поверхностей нагрева, соприкасающихся с продуктами
сгорания высокой температуры (ϑг >700°C):
коррозия экранов топочной камеры в зоне
расположение ядра, определяемая контактом сернистых газов с металлом труб
коррозией труб пароперегревателей и разрушением элементов их крепления за счёт присутствия в газовом потоке окислов ванадия
Слайд 32ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
ЭКРАННЫХ ТРУБ
Сжигание топлива с малым выходом летучих и сернистого
мазута
Образование вблизи поверхности труб экранов заметной концентрации сероводорода H2S
Интенсивное развитие коррозии на уровне расположения горелок в зоне экранов, которые непосредственно омываются расширяющейся струёй при выходе из горелки
Слайд 33ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
ЭКРАННЫХ ТРУБ
«спиливание» лобовой части стенки трубы
Слайд 34ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
ЭКРАННЫХ ТРУБ
удаление горелок от боковых стен
разворот горелок к центру
топки
Меры борьбы
Слайд 35ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
ПАКЕТОВ ПП - ВАНАДИЕВАЯ
Сжигание мазута с содержанием оксида V2O4
В
процессе горения углеводородов V2O4 окисляются до V2O5
На поверхности труб
и крепёжных деталей при
tст > 610°C образуется жидкая плёнка, обладающая высокой окислительной способностью
Слайд 36ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
ПАКЕТОВ ПП - ВАНАДИЕВАЯ
Меры борьбы
Снижение избытка воздуха в зоне
горения
Введение в зону горения щелочных присадок (жидких типа водного раствора
MgCI, твёрдых - в форме порошка магнезита и доломита)
Очистка сжигаемого мазута от примесей ванадия и натрия (такая нефтепереработка довольно дорогая и потребует строительство специальных заводов)
Понижение температуры перегретого пара (основного и промежуточного перегревателей) до 545 °С, при этом крепёжные конструкции «горячих пакетов» выносят за пределы газохода или охлаждают водой или слабоперегретым паром
Слайд 37НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
Разрушение металла поверхностей воздухоподогревателей, находящихся в области наиболее низких
температур уходящих газов
По своему характеру – это сернокислотная коррозия
Слайд 38НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
При сжигании твердого или жидкого топлива в топливе присутствует
сера
При горении серы топлива в зоне ядра факела образуется диоксид
серы SO2. В дальнейшем при наличии некоторого избытка воздуха SO2 частично доокисляется в SO3
В зоне температур газов ниже 500° начинается образование паров серной кислоты за счет реакции SO3 с водяными парами , находящимися в газовом потоке . Этот процесс завершается при температуре около 250°С
Коррозия поверхности нагрева может начаться при условии, если температура стенки трубы окажется ниже температуры конденсации паров влаги или паров серной кислоты , соответствующей их парциальному давлению в газах
Слайд 39НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
Температура росы чистых водяных паров при их парциальном давлении
в продуктах сгорания
pH2O = 0,01 ÷ 0,15 МПа составляет
tт.р.= 45÷54 °С
При наличии в потоке газов паров серной кислоты температура конденсации (сернокислотная точка росы) значительно увеличивается и может достигать 140-160°С
Слайд 40НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ
зависимость температуры кипения водного раствора серной кислоты от ее
концентрации
температура начала конденсации парового раствора
При 0% tт.р. = 50
оС
При 5% tт.р. = 150 оС
в пленке жидкости
CH2SO4 = 90 %
Слайд 41СОКРАЩЕНИЕ ВРЕДНЫХ
ВЫБРОСОВ В ОКРУЖАЮЩУЮ
Слайд 42СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ
удаление вредных компонентов из топлива путем комплексной
его переработки перед сжиганием в котле;
непосредственное воздействие на механизм образования
вредных веществ в процессе сжигания исходного натурального топлива в топочной камере;
очистка продуктов сгорания топлива (уходящих дымовых газов) от присутствующих в них вредных соединений.
Слайд 43СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВЫБРОСОВ NOx
Оксиды азота делятся:
1.Термические
2.Топливные
3.Быстрые
Слайд 44СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВЫБРОСОВ NOx
Зависимость образования оксидов азота от избытка воздуха
в зоне горения
при сжигании природного газа
Слайд 45СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВЫБРОСОВ NOx
Уменьшение избытка воздуха в зоне горения до
минимального по условиям полного сгорания топлива.
Применение ступенчатого сжигания топлива*, при
котором в одну группу горелок (в нижний ярус горелок или в горелки одной стены топки) подается основная масса топлива при избытке воздуха меньше единицы, а в другую группу (верхний ярус горелок или противоположную группу горелок) поступает остаток топлива и воздуха с α > 1.
Рециркуляция дымовых газов с температурой 350–400 °С в топку, что обеспечивает снижение температурного уровня в зоне горения и концентрации горючих веществ и окислителя за счет разведения горючей смеси инертными газами.
Слайд 46СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВЫБРОСОВ NOx
Ввод струи пара или воды в зоны
активного образования NOx для локального снижения уровня температуры и создания
химических реакций, препятствующих образованию вредных соединений
Применение горелок двухступенчатого сжигания, создающих временный недостаток воздуха в зоне образования быстрых и топливных оксидов азота.
Слайд 47СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ NOx
ступенчатое сжигание топлива
Использование двухъярусного расположения горелок
I
ступень (α = 0,75–0,85)
II ступень (α > 1)
-
Нет полного
сгорания топлива
- Сокращается образование NOx
- Дожигание топлива при более низкой Tгор
- Сокращается образование NOx
Слайд 48Зависимость образования оксидов азота от избытка воздуха в зоне горения
при сжигании природного газа:
1 – одноступенчатое
2 – двухступенчатое
СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ
NOx
ступенчатое сжигание топлива
Слайд 49СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ NOx
рециркуляция
Наиболее эффективно
rрц = 20–30 %
При увеличении
rрц
Снижается скорость горения
Увеличивается химический недожог
Увеличивается скорость газов и аэродинамическое сопротивление
газового тракта
Слайд 50СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ NOx
рециркуляция
1 – без рециркуляции;
2 – ввод
рециркуляции через сопла боковых стен;
3 – то же под работающие
горелки;
4 – то же непосредственно в горелки (внутренний канал для газов рециркуляции)
Слайд 51СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ NOx
горелки двухступенчатого сжигания
Вторичный поток воздуха участвует
в дожигании топлива на более поздней стадии. Таким образом, прогрев
топлива, выход летучих и разложение сложных углеводородных соединений топлива происходят в зоне с α < 1. Это обеспечивает снижение образования топливных и быстрых NOx в начальной части факела и понижение максимальной температуры горения
Слайд 52СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ NOx
горелки двухступенчатого сжигания
1 – подвод аэропыли;
2 – зона горения с α ≤ 1;
3 – зона
дожигания;
I, II, III – соответственно подача первичного, вторичного и третичного воздуха;
Твердое
топливо
Слайд 53СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ NOx
горелки двухступенчатого сжигания
1 – подвод аэропыли;
2 – зона горения с α ≤ 1;
3 –
зона дожигания;
4 – завихривающие лопатки;
5 – газовая кольцевая камера;
Природный
газ
Слайд 54СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВЫБРОСОВ NOx
Наиболее глубокое подавление образования оксидов азота возможно
при сочетании разных способов. Так, например, организация ступенчатого сжигания в
топке может сопровождаться частичной рециркуляцией газов.
Слайд 55СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВЫБРОСОВ NOx
При сжигании газа и мазута удачным является
сочетание впрыска соды с рециркуляцией газов, причем при высокой нагрузке
котла целесообразно использование впрыска воды в зону горения (0,5–0,6 % от расхода перегретого пара), а при более низкой нагрузке – усиление рециркуляции газов.
Конструктивно обеспечение впрыска воды значительно дешевле, чем рециркуляция газов, но при этом способе ниже КПД котла за счет увеличения потерь с уходящими газами (рост объема водяных паров в газах).
Слайд 56ТИПЫ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ
Инерционные и мокрые золоуловители
Слайд 57ТИПЫ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ
Инерционные и мокрые золоуловители
Слайд 581– вход запыленных газов;
2 – выход очищенных газов;
3 – сопла
для подачи воды в горловину трубы Вентури;
4-6 – конфузор, горловина
и диффузор коагулятора Вентури;
7 – корпус каплеуловителя;
8 – подача воды для орошения стенок каплеуловителя;
9 – бункер каплеуловителя;
10 – гидрозатвор;
11 – подача пульпы в канал гидрозолоудаления
ТИПЫ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ
Инерционные и мокрые золоуловители
Слайд 59ТИПЫ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ
электрофильтр
1 – вход запыленного газа;
2 – выход очищенного
газа;
3 – газораспределительная
решетка;
4 – защитная коробка для
подвода
электрического тока
высокого напряжения;
5 – рама коронирующих
электродов;
6 – осадительный электрод;
7 – механизм встряхивания
коронирующих электродов;
8 – механизм встряхивания
осадительных электродов;
9 – корпус электрофильтра;
10 – золовой бункер;
11 – газоотражательные перегородки бункеров; 12 – подъемная шахта;
13 – газораспределительные объемные элементы; 14 – конфузор за электрофильтром
Слайд 60ТИПЫ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ
электрофильтр