- •1. Классификация и типы паровых котлов.
- •1.1. Паровой котел. Общее устройство и определения.
- •3.3. Общие технические характеристики топлив.
- •3.5.1. Характеристики твердого топлива.
- •3.5.2. Характеристики мазута.
- •3.5.3. Характеристики природного газа.
- •3.6.1. Размолоспособность топлива.
- •3.6.2. Тонкость размола пыли.
- •3.6.3. Затраты энергии на размол топлива.
- •3.6.4. Характеристика угольной пыли.
- •4.1. Основы кинетики химических реакций.
- •4.2.1. Горение газового топлива
- •4.2.2. Горение твердого топлива.
- •4.2.3. Горение жидкого топлива.
- •4.3. Развитие и воспламенение топливно-воздушной струи в топочном объеме.
- •4.4. Продукты сгорания топлива.
- •5.1. Введение.
- •5.2. Топочные камеры и горелки для сжигания твердых топлив.
- •5.3. Газомазутные топки и горелки.
- •6. Эффективность работы и основы теплового расчета котла.
- •6.1. Общее уравнение теплового баланса котла.
- •6.2. Коэффициент полезного действия парового котла и котельной установки.
- •6.3.1. Потери теплоты с уходящими газами.
- •6.3.2. Потери теплоты с химическим недожогом топлива.
- •6.3.3. Потери теплоты с механическим недожогом топлива.
- •6.3.4. Потери теплоты от наружного охлаждения.
- •6.3.5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков.
- •6.3.6. Оптимизация показателей работы парового котла по сумме тепловых потерь.
- •7. Эксплуатация паровых котлов.
- •7.1. Эксплуатационные режимы паровых котлов.
- •7.2. Статические характеристики парового котла в нерасчетных режимах работы.
- •7.3. Переходные процессы в котле при изменении нагрузки.
- •7.4.Регулирование температуры пара.
- •7.4.1. Методы парового регулирования температуры пара.
- •7.4.2. Методы газового регулирования.
- •7.5. Загрязнения и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева.
- •7.6.1. Высокотемпературная коррозия.
- •7.6.2. Низкотемпературная коррозия.
- •7.7. Сокращение вредных выбросов в окружающую среду.
- •8.Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах
- •8.1.Водный теплоноситель в паровых котлах и его физико-химические характеристики.
- •8.2 Общие уравнения движения жидкости в трубах.
- •8.2.1.Уравнения неразрывности, движения, энергии и состояния жидкости.
- •8.2.2.Уравнение движения однофазного потока в трубах.
- •8.2.3.Уравнение движения двухфазного потока в трубах.
- •8.3.Режимы течения двухфазного потока.
- •8.4.Перепад давления при движении рабочей среды в трубе.
- •8.5.Виды движения жидкости.
- •9.Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах.
- •9.1.Гидродинамика водного теплоносителя в поверхностях с принудительным движением.
- •9.1.1.Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла.
- •9.1.2.Гидравлическая характеристика горизонтальных одиночных труб.
- •9.1.3.Гидравлические характеристики вертикальных одиночных труб.
- •9.1.4.Гидравлические характеристики системы труб парового котла.
- •9.1.5.Гидравлическая разверка в системе труб парового котла.
- •9.1.6.Пульсация потока в системах труб парового котла.
- •9.2.Гидродинамика водного теплоносителя при естественной циркуляции.
- •9.2.1.Движущий и полезный напоры контура циркуляции.
- •9.2.2.Гидравлические характеристики контура циркуляции.
- •9.2.3.Расчет контуров циркуляции.
- •9.2.4.Показатели надежности работы контура циркуляции.
- •9.3. Организация сепарации влаги и пара в барабанных котлах.
- •9.3.1.Барабан - сепарационное устройство барабанного котла.
- •9.3.2.Гидродинамические процессы в барабане парового котла.
- •10. Температурный режим поверхностей нагрева паровых котлов.
- •10.1.Металл паровых котлов.
- •10.2.Расчет температурного режима обогреваемых труб парового котла.
- •10.3.Условия теплообмена на стенке прямолинейной части трубы парового котла.
- •10.3.1.Теплообмен при докритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.3.2.Теплообмен при сверхкритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.4.Особенности температурного режима горизонтальных труб, криволинейных труб и каналов и газоплотных экранов.
- •10.5.Влияние внутритрубных отложений на температурный режим обогреваемых труб парового котла.
- •11.Физико-химические процессы в пароводяном тракте парового котла.
- •11.1.Материальный баланс примесей в пароводяном тракте парового котла.
- •11.2.Коррозия металла в пароводяном тракте парового котла.
- •11.3.Растворимость примесей в водном теплоносителе.
- •11.4.Переход примесей из воды в насыщенный пар.
- •11.5.Внутритрубные отложения примесей водного теплоносителя.
- •11.6.Образование отложений примесей в пароводяном тракте прямоточного котла.
- •11.7.Образование отложений примесей в пароводяном тракте барабанного котла.
- •11.7.1.Удаление примесей с непрерывной продувкой воды из водяного тракта барабанного котла.
- •11.7.2.Организация ступенчатого испарения в барабанном котле.
- •12.Водно-химические режимы паровых котлов.
- •12.1.Водно-химические режимы и нормы качества пара и питательной воды.
- •12.2.Водно-химические режимы прямоточных котлов.
- •12.3.Водно-химические режимы барабанных котлов.
- •12.4.Влияние внутрибарабанных устройств на качество котловой воды и насыщенного пара.
- •12.5.Химические очистки паровых котлов.
- •12.6.Консервация паровых котлов.
7.6.2. Низкотемпературная коррозия.
Коррозия возникает в нижней части поверхности воздухоподогревателя, находящейся в области наиболее низких температур, как газов, так и рабочей среды (воздуха).
По своему характеру - это сернокислотная коррозия. Определяющим фактором интенсивной низкотемпературной коррозии является наличие в потоке дымовых газов паров серной кислоты H2SO4.
При горении серы топлива в зоне ядра факела образуется диоксид серы SO2. В дальнейшем при наличии некоторого избытка воздуха SO2частично доокисляется в SO3атомарным кислородом О, образующимся в высокотемпературной зоне факела при избыточном количестве молекулярного кислорода в зоне горения. Триоксид серы SO3может разлагаться, но только при высоких температурах.
Общий процесс образования и разложения SO3в зоне факела можно выразить следующим образом:
7.25 |
где k1и k2- константы скорости прямой и обратной реакций, при этом в зоне ядра факела k1> k2. В итоге на границе ядра факела образуется заметная концентрация SO3которая после завершения горения снижается в результате постепенного разложения SO3
Однако по мере снижения температуры газов этот процесс тормозится и практически прекращается при θг= 1200…1250°С. Чем быстрее происходит охлаждение газов, тем выше будет остаточная концентрация SO3.
В общем виде уровень концентрации SO3в продуктах сгорания на выходе из топки, по данным А. К. Внукова, можно выразить следующей эмпирической зависимостью:
7.26 |
где kПи kТ- коэффициенты, учитывающие конструкцию топочного устройства (факельная открытая или с вихревым предтопком, с твердым или жидким шлакоудалением) и вид сжигаемого топлива; Q2- содержание избыточного кислорода в продуктах сгорания, %; qV- тепловое напряжение топочного объема, кВт/м3. Значения показателей степени n, m,lблизки к единице.
При дальнейшем прохождении газами конвективных поверхностей нагрева может происходить увеличение концентрации SO3за счет SO2в потоке газов и остаточного содержания кислорода. Катализаторами процесса доокисления SO2в SO3являются отложения на поверхностях нагрева, в том числе сульфаты железа и сажевые частицы. В итоге содержание SO3в газах составляет 1…5% от количества SO2или 0,002…0,10% от полного объема газов.
В зоне температур газов ниже 500 °С начинается образование паров серной кислоты за счет реакции SO3с водяными парами, находящимися в газовом потоке. Этот процесс завершается при температуре около 250°С.
Коррозия поверхности нагрева может начаться при условии, если температура стенки и пристенного пограничного слоя окажется ниже температуры конденсации паров влаги или паров серной кислоты, соответствующей их парциальному давлению в газах.
Температура, при которой начинается конденсация влаги на поверхности, называется термодинамической температурой росы tР.
Температура росы (точка росы) чистых водяных паров при их парциальном давлении в продуктах сгорания pH2O= 0,010…0,015 МПа составляет tТ.Р= 45…54°С. При наличии в потоке газов паров серной кислоты температура конденсации (сернокислотная точка росы tSР) значительно увеличивается и может достигать 140…160°С.
Значение температуры tSРможно определить по формуле (для сжигания мазута)
7.27 |
где SП= SР/QРН- приведенная сернистость топлива, % · кг/МДж; O2= 21 (α-1)/α - концентрация избыточного кислорода в газовом потоке, %.С увеличением содержания серы в топливе и избытка воздуха возрастает концентрация SO3в потоке газов, что ведет к росту температуры росы.
Агрессивность дымовых газов твердых топлив, по данным ВТИ, определяется соотношением содержания в них серы SРк содержанию золы AРи доли щелочных соединений Щ = СаО + MgO + Na2O + К2, %, и выражается комплексом
7.28 |
Расчеты по (7.28) показывают, что высокой сернокислотной агрессивностью обладают кизеловский каменный уголь (SР= 6,1%, КЩ= 0,38), подмосковный бурый уголь (SР= 4,0 %, КЩ= 0,16) и донецкий уголь марки Д (SР= 3,0), КЩ= 0,11). Однако наибольшей агрессивностью обладает сернистый мазут, для которого расчет по (7.28) дает КЩ= 2,62.
Температура точки росы продуктов сгорания твердых топлив зависит от наличия серы в топливе и щелочных соединений в золе и определяется по формуле:
7.29 |
где АЩ= f(1/КЩ) - коэффициент, учитывающий содержание щелочных соединений в потоке летучей золы.
Рис. 7.24. Фазовое равновесие системы H20-H2SO4 при различных давлениях. На (рис. 7.24) приведена диаграмма фазового равновесия жидкости и пара двухкомпонентной системы Н2О и H2SO4при различных парциальных давлениях водяных паров. Нижняя ветвь кривых при р = const характеризует зависимость температуры кипения водного раствора серной кислоты от ее |
концентрации, а верхняя - температуру начала конденсации (точку росы) парового раствора. Видно, что даже незначительное содержание паров H2SO4в дымовых газах (левая пунктирная линия) резко повышает температуру начала конденсации, при этом образующаяся пленка жидкости на стенке имеет высокую концентрацию серной кислоты (около 80%).
Рис. 7.25. Скорость коррозии металла от температуры стенки при разных видах сжигаемого топлива: а - при сжигании мазута и разных избытках воздуха для РВП; 1 - при αт = 1,02; 2, 3, 4 - при αт = 1,03; 1,04; 1,05; 5 - при αт = 1,1; б - при сжигании твердого топлива: 1 - для трубчатого воздухоподогревателя; 2 - для РВП.
На рис. 7.25 приведены две характерные кривые для низкотемпературных поверхностей нагрева, показывающие изменение скорости коррозии ККпри разных температурах металла поверхности и αТв условиях контакта с газами после сжигания сернистого мазута и твердого топлива. Как видно, скорость коррозии в зависимости от температуры стенки tСТкрайне неравномерна (рис. 7.25, а, кривая 5). В области температур tСТниже температуры точки росы (около 145°С) с ростомtСТвначале коррозия резко возрастает, достигая максимума при tСТ= 105…110°С, затем происходит глубокий спад скорости коррозии, а в продуктах сгорания твердого топлива (рис. 7.25, б) при tСТ< 85…90°С имеет место второй максимум коррозионного разрушения металла.
Коррозия металла происходит при наличии на его поверхности пленки сконденсировавшейся влаги, содержащей H2SO4. Скорость коррозии пропорциональна скорости конденсации паров серной кислоты. В то же время интенсивность коррозии зависит от процентного содержания H2SO4в конденсирующейся пленке на поверхности металла. При более низкой температуре (ниже 110°С) в пленке растет масса влаги и снижается доля серной кислоты.
Скорость коррозии металла в наиболее опасной зоне температур 90…110°С существенно снижается при уменьшении избытка воздуха в продуктах сгорания (рис. 7.25, а, кривая 1), что связано с резким уменьшением образования SO3В том же направлении изменяется скорость коррозии, если уменьшить содержание серы в топливе.
Для исключения низкотемпературной коррозии необходимо иметь tСТ< tSР+ (10…15)°С, однако это экономически оправдано лишь при сжигании малосернистых мазутов и сернистых твердых топлив, у которых tSРне превышает 110 °С. В других случаях при высоком значении tСТтемпература уходящих газов будет чрезмерно велика, заметно возрастут потери с уходящими газами.
При значении tSР> 130 °С допускается в поверхности воздухоподогревателя невысокая скорость коррозии (не более 0,2 мм/год), что обеспечивается за счет предварительного подогрева воздуха на входе в воздухоподогреватель. Так, при сжигании сернистых мазутов и tСТ> 120 °С рабочая кампания холодного слоя РВП увеличивается до четырех лет. Однако при этом повышается температура уходящих газов и снижается КПД котла. Изменение температуры уходящих газов ΔθУХпри повышении температуры поступающего воздуха Δt'ВПсвязано следующей зависимостью
7.30 |
Так, при подогреве воздуха на входе в РВП с 50 до 90°С температура уходящих газов повысится на ΔθУХ= 0,7 · 40 = 28°С, что снизит экономичность котла примерно на ΔηК= 1,1%.