Процесс шлакообразования и методы устранения шлакования. Таблица теплового напряжения сечения топочной камеры. - 26 Ноября 2009

В твердых топливах внутренней золы содержится обычно немного, дари тон-ком размоле она преимущественно отделяется в виде мелких эоловы» частиц. Зола, находящаяся в сравнительно крупных частицах топлива, при выгорании также выделяется в мелкодисперсном состоянии. Температура в ядре факела зависит от технических характеристик топлива, главным образом его влажности, температуры подогрева воздуха и его избытка, а также от интенсивности теплоотдачи в топке. "Температура в ядре факела достигает 1300—1700"С и обычно превыша» «т температуру начала размягчения *2 и температуру начала жидко-плавкого состояния и золы многих сортов углей. Мелкие частицы золы, щройдя ядро факела в зоне высоких температур, размягчаются, частично или полностью расплавляются, принимая сферическую форму, и частично газифицируются. Входящие в состав минеральных примесей углей окислы БЮг и дасобенно А1203 повышают температуру плавления шлаков, а окислы железа РеО, РегОз; кальция СаО и магния М&0 и окислы щелочных металлов ШгО и КзО понижают ее. Обычно температура плавления .золы зависит от соотношения содержания кальция и крем некислоты т золе топлива, понижаясь с увеличением содержания кальция. В результате этого при горений углей происходит сепарация в шлак частиц, обогащенных кремнекислотой и А12О3, а в уносе остаются частицы с повышенным содержанием кальция. 4 Вследствие интенсивной теплоотдачи излучением температура гат зов в топочной камере понижается. При этом продукты сгорания до выхода из топки должны быть охлаждены до температуры, обеспечивающей затвердевание уносимых ими жидких частиц золы. Эта температура для различных топлив находится в пределах 1000—1150°С (см. табл. 19-11). Кроме того, в топках с твердым шлакоудалением частицы золы затвердевают, попадая в пристеночный слой газов пониженной температуры. Часть затвердевших частиц ; выпадает в шлаковый бункер* а большая часть их уносится вместе с газами в конвективные газоходы. За температуру затвердевания шлака условно принимают /г—50°С. Если частицы золы до выхода из топки не успевают затвердеть, то-они в жидком или размягченном виде, попадая на полурадйационные и конвективные поверхности, могут прилипать к ним, образуя наросты шлака и отложения золы. Шлакование и отложение золы на полурадиационных поверхностях, фестоне и конвективных поверхностях, размещаемых в газоходах после топки,! может происходить также и следующим образом. При работе парогенератора на трубах конвективных поверхностей нагрева оседает летучая зола, уменьшая интенсивность теплоотдачи /от омывающих их газов. Температура газов и температура внешних загрязнений повышается, загрязнения размягчаются, и- постепенно на трубах образуются шлаковые гребешки. Дальнейшее развитие шлакования идет прогрессивно с оплавлением наростов и перекрытием ими зазоров между трубами. Вследствие уменьшения зазоров между трубами увеличивается сопротивление, уменьшается тяга, уменьшаются избытки воздуха в топке, что способствует дальнейшему усилению шлакования. ' В начальной стадии шлакования фестона обычно образуется рыхлый пористый шлак, который легко удаляется обивкой. Однако эта работа трудоемка. При недостаточном экранировании стен топочной камеры и холодной воронки и недостаточном наклоне ее скатов на участках с открытой-и поэтому горячей обмуровкой легко прилипает размягченная зола, а на пологих скатах образуются золовые скопления. В потоках газов» в топочной камере и в холодной воронке капли жидкого шлака могут не успеть гранулироваться, а шлак, накопившийся на пологих скатах,, размягчается. Местами очагов первичного шлакообразования являются слабо-. экранированные участки стен с открытой обмуровкой, участки разводки экранных труб, пологие участки перехода задней стены в горизонтальны» газоход, корзина разводки труб заднего экрана в фестон, гибы и недостаточно крутые скаты холодной воронки. При ударе факела в настенные экраны под большим углом атаки образуются шлаковые наросты. Нарушая пристенный слой газов с пониженной температурой, горячие газы факела достигают стен, при этом? содержащиеся в них жидкие частицы, ударяясь и оседая, образуют нй экранах большие шлаковые наросты. Так, например, происходит местное шлакование задней стены топки с фронтальными горелками. Чаете шлакование вызывается вторичными течениями, набегающими на стены. Попадая в эти потоки, частицы жидкой или размягченной золы переносятся на настенные экранные поверхности и образуют пленку с более высокой температурой. Попадающие на нее размягченные и твердые ■частицы золы осаждаются на этой пленке, вызывая местное ограниченное шлакование при наличии вблизи' охлаждающих потоков, или расплавляются' и в жидком виде стекают вниз до мест, благоприятных для осаждения или где температура шлака может понизиться до температуры затвердевания. В этих местах шлак застывает и образует твердый нарост, постепенно увеличивающийся. Наличие в топке отдельных даже небольших неэкранированных участков стен, в особенности в области холодной воронки, может явиться причиной сильного шлакования. Первоначальным шлакованием этих мест создаются очаги прогрессирующего осаждения шлаков, которые способствуют сильному местному шлакованию значительной области. Так, например, в парогенераторе типа БКЗ-140-120, работающем на фрезерном торфе, в холодной воронке ниже боковых экранов имелись неэкранированные участки. После осаждения на них размягченной золы наступало прогрессирующее шлакообразование, захватывающее боковые стены и углы топки местами вплоть до горелок. При образовании на вертикальных стенах нароста больших размеров сила тяжести нароста может преодолеть силы сцепления шлака со стеной. Шлак крупными кусками отрывается и падает с большой высоты, что иногда приводит к серьезным повреждениям, даже к вырыванию экранных труб из коллекторов. Местное шлакование происходит на отдельных участках, благоприятных для осаждения и накопления шлаков, например на слабо наклоненных и указанных выше неэкранированных участках, а также в местах разводки труб, выступающих в топку. В топке может иметь меСто общее шлакование, т. е. одновременное постепенное, медленно нарастающее шлакование большей части настенных экранов. ^ Опасность шлакования полностью отсутствует лишь при сжигании углей с тугоплавкой золой. Проблема предотвращения шлакования в пылеугольных топках с твердым шлакоудалением является очень сложной. Исходя из того, что образование шлаковых наростов связано с налипанием частиц расплавленной или размягченной золы на сравнительно холодных экранных поверхностях, пытались предотвратить шлакование путем грануляции этих частиц в потоке газов. Поэтому появились предложения о понижении температуры газов в районе интенсивного шлакования, обычно наблюдаемого по поясу большей или меньшей-высоты на уровне горелок. Предлагавшиеся методы,решения указанной-проблемы по своему характеру можно подразделить на две группы* Содержавшиеся в первой группе предложения предусматривали понижение температуры подачей теплопоглощающей среды в топочную камеру. Второй группой предложений рекомендовалось сжигание в низкотемпературном факеле. К первой группе относятся следующие предложения: сброс части отработанного ;сушильного агента в топку в области расположения горелок; рециркуляция дымовых газов сравнительно низкой температуры, отобранных из конвективных газоходов, в нижнюю часть топки; сжигание топлива с повышенными избытками воздуха; локальная подача воздуха или дымовых газов низкой температуры в места усиленного шлакования. При сжигании влажных бурых углей со сбросом в топку сушильного агента с большим содержанием водяного пара снижается температура газов и устраняется шлакование стен на уровне горелок и в нижней части топки. Однако из-за понижения темлературноА) уровня умекьт шаются доля сгорающего топлива й лучистая теплопередача в нижние части топки и соответственно увеличиваются доля сгорающего топлива и тепловыделение в верхней части топочной камеры. В результате этого повышается температура на выходе из топки, создается опасность шлакования ее верхней части и в особенности фестона и горячего пакета -пароперегревателя. Случаи переноса шлакования с нижней в верхнюю "часть топки при подаче сброса в область горелок, в частности, наблюдались на парогенераторах, работающих на подмосковных углях. Предотвращение шлакования рециркуляцией дымовых газов также достигается посредством снижения температуры газов в нижней части топки. В результате забалластирования топки рециркулируемыми газами (при одновременном осуществлении сброса, который обычно вводят выше горелок) процесс горения может существенно затягиваться, а значительное увеличение массы газов приводит к понижению температурного уровня по всей высоте топки. Поэтому при применении этого метода принимается пониженное тепловое напряжение объема топочной камеры. Аналогичным по результатам является способ предотвращения •шлакования .организацией сжигания с большими избытками воздуха. Рециркуляция дымовых газов является сравнительно экономичным мероприятием, так как организация сжигания с повышенными избытками воздуха связана с увеличением потерь с уходящими газами, хотя в первом случае агрегат осложняется установкой вентилятора-дымососа рециркуляции. Посредством сброса в топочную камеру влажного отработанного •Сушильного агента, организацией сжигания с повышенными избытками воздуха или рециркуляцией дымовых газов можно уменьшить и даже устранить шлакование в нижней части топки. Но появляющаяся при этом опасность шлакования фестона не позволяет существенно повысить бесшлаковочную производительность парогенератора. Некоторые из указанных мер по предотвращению шлакования подачей в топку теплопоглощающих сред могут быть использованы при решении частных задач. Так, рециркуляция отработанных продуктов сгорания в верхнюю часть топки представляется приемлемой для устранения шлакования фестона и пароперегревателя без ухудшения условий зажигания и выгорания угольной пыли в факеле. В некоторых случаях может быть оправданной рециркуляция небольшой доли дымовых газов в места усиленного шлакования. Так, например, известны случаи успешного применения рециркуляции для устранения шлакования газозаборных окон. Вторая группа мероприятий по устранению шлакования предусматривает снижение температур в районе горелок организацией сжигания в размытом факеле. Организуя сжигание в разобщенных или слабо взаимодействующих факелах отдельных горелок или в вихревом потоке при повышенной рециркуляции без явно выраженного факела можно получить общий размытый факел. В разобщенных факелах между потоками горящих факелов будут развиваться потоки рециркулирующих •газов со сравнительно пониженной температурой, что обусловит понижение температуры в факеле и следовательно будет способствовать устранению шлакования. В таких размытых факелах из-за менее высоких температур горение будет более растянутым. Сравнительно невысокие температуры в топке при размытом факеле способствуют предотвращению шлакования в нижней части топки..Однако появляющаяся опасность шлакования верхней части толки и фестона не позволяет существенно повысить бесшдаковачяуф производительность парогенератора. Таким образом, снижением температуры в нижней части топки за счет лодачи охлаждающей среды или организацией сжигания в размытом факеле не представляется возможным значительно повысить бесшлаковочную нагрузку, так как эти мероприятия одновременно ухудшают условия зажигания и горения и поэтому приводят к повышению температуры на выходе из топки, создавая опасность шлакования фестона. Устранение шлакования рециркуляцией газов в нижнюю часть топки, а в особенности сжиганием при больших избытках воздуха достигается понижением интенсивности горения, паропроизводительности и экономичности работы парогенератора. Шлакование фестона может быть устранено существенным понижением температуры на выходе из топки, которое достигается организацией интенсивного сжигания в системе взаимодействующих струй в нижней части топки. Интенсификация радиационной теплоотдачи в нижней части топки, увеличение степени выгорания в ядре факела и соответственно сокращение доли топлива, выгорающего в зоне догорания, и одновременное уменьшение ее длины могут привести к понижению температуры газов вверху топки. Шлакование настенных экранов может быть устранено сохране- ■ нием пристеночного газового слоя с пониженными температурами, для чего массо- и теплообмен этого слоя с высокотемпературными газами факела не должен быть интенсивным. С этой целью аэродинамика должна быть организована так, чтобы не было ударов факела, несущего частицы расплавленной золы, в стены под значительным углом* атаки, а также отсутствовали вторичные течения, направленные в гибы холодной воронки или в другие места, благоприятные для осаждения и накопления ишаков, способные вызвать сильное местное шлакование. Уменьшением дальнобойности факела, высоким темпом падения скврости в нем и увеличением подъемных сил интенсификацией горения можно достигнуть плавного омывация факелом настенных экранов. Это позволяет ослабить динамическое воздействие потоков на экраны и сохранить пристеночный газовый слой с пониженной температурой. Вышеприведенный способ предотвращения шлакования, разработанный в МЭИ, позволил предотвратить шлакование и повысить бесшлаковочную нагрузку парогенераторов на ряде электростанций, работающих на каменных, бурых подмосковных углях и фрезерном торфе. На тепловых электростанциях, работающих на твердых топливах с значительным содержанием соединений кальция и железа, а также щелочных металлов, как, например, бурых углях Ирша-Бородинекого и Назаровского месторождений Канско-Ачинского бассейна, на торфах отдельных месторождений Тюменской области, на эстонских сланцах, имеет место интенсивное образование плотных сульфатносвязанных отложений на конвективных поверхностях нагрева-при температурах ниже температуры размягчения и плавления золы. Образование отложений приводит к ограничению нагрузки парогенераторов, падающей в ряде случаев до 60—70% от номинальной, и к необходимости периодической остановки на очистку поверхностей от загрязнений. л . .