Тема 1.3.7 вопрос 11. Как влияет накипь на тепловое состояние поверхностей нагрева? – на кпд котла?
Накипь — твёрдые отложения, образующиеся на внутренних стенках труб паровых котлов, водяных экономайзеров, пароперегревателей, испарителей и др. теплообменных аппаратов, в которых происходит испарение или нагревание воды, содержащей те или иные соли. Пример накипи — твёрдые отложения внутри чайников.
Вредное влияние накипи проявляется в трех направлениях: слой накипи, покрывающий поверхность нагрева, уменьшает коэффициент теплопередачи между водой и газами, что в итоге вызывает перерасход топлива. На рис. 1 показано влияние толщины слоя накипи на перерасход топлива. Известно, что 5 мм накипи приводят к перерасходу до 30% тепловой энергии, а 10 мм - повышают её расход в два раза.
Рис. 1. Зависимость перерасхода топлива от толщины слоя накипи.
Загрязнение поверхности нагрева котла со стороны воды повышает температуру стенки водогрейной или дымогарной или жаровой трубы, причем повышение температуры стенки будет тем больше, чем толще слой накипи и чем меньше её коэффициент теплопроводности (λнак). На рис. 2, в качестве примера, показано изменение температуры стенки водогрейной экранной трубы, расположенной в топочном пространстве (1100°С) в зависимости от теплопроводности накипи и её толщины (s).
Рис. 2. Влияние толщины слоя накипи и её теплопроводности на температуру стенки трубы.
Повышение температуры стенки трубы(tст) вызывает снижение как предела прочности металла, так и предела текучести. Вследствие этого происходит разрыв труб или образование свищей и отдулин, т.е. таких явлений, которые вызывают выход котла из строя. В оборотных и пролетных котлах при перегреве металла жаровой трубы из-за отложения на ней твердой накипи (в особенности в верхней её части) может произойти посадка трубы (выпучина в сторону топки).
Некоторые виды твердых отложений способствуют процессу коррозии. Коварство накипи состоит в том, что даже микронные слои водного камня ускоряют точечную коррозию и уменьшают производительность котла.
Накипь возникает в результате реакции кальция, магния и кремния с металлом труб и образует твердый слой на их внутренней поверхности, препятствуя теплопередаче. Чтобы преодолеть тепловое сопротивление накипи, приходится повышать температуру труб. Это приводит к их перегреву и образованию трещин. Слой накипи толщиной 3 мм вызывает потерю 2-3% тепла. В общем, накипь понижает кпд котла на 10-12%.Накипь, также, образуется в экономайзерах, насосах питательной воды и в связанных с ними трубопроводах. Обычно, накипь не образуется в системах, где применяется деминерализованная вода.
Тема 1.3.7 вопрос 13. Вследствие чего возникает внутритрубная коррозия? Как она влияет на надежность и экономичность работы котла? Перечислите методы борьбы с ней.
Коррозией называется процесс разрушения металлов или сплавов при протекании физико-химических процессов на границе раздела металл-среда. Коррозия приводит к частичному или полному разрушению кристаллической решетки и изменению свойств материала, вплоть до его разрушения. Коррозия может вызываться химическими, электрохимическими, механическими причинами, влиянием нейтронного поля и другими факторами.
Оксидная пленка в пароперегревателях может разрушаться при попадании и осаждении на стенках различных солей (в результате нарушения режима работы барабана - вспенивания, заброса воды в пароперегреватель). При попадании на стенку пароперегревателя NaOH происходит не только разрушение защитной пленки, но и щелочная коррозия, коррозионное растрескивание аустенитной стали происходит и под воздействием хлоридов.
Если концентрация продуктов коррозии в теплоносителе превышает их растворимость, то частицы продуктов коррозии могут иметь различную степень дисперсности и электрический заряд на поверхности. В связи с этим механизм образования отложений продуктов коррозии может быть объяснен наличием электрического заряда у этих частиц, обусловленного как способностью их к адсорбции различных ионов из воды, так и переходом в воду гидроксильных ионов, входящих в состав их поверхностного слоя.
Наиболее распространенной и опасной является электрохимическая коррозия, протекающая в водных растворах электролитов при возникновении электрического тока, вызванного разностью потенциалов между отдельными участками металла, отличающимися химической неоднородностью, температурой или качеством обработки. Роль электролита выполняют вода (при внутренней коррозии) или сконденсировавшиеся пары воды в отложениях (при наружной коррозии).
Скорость гетерогенных реакций (к которым относится и коррозия) регулируется интенсивностью следующих процессов: подводом к поверхности материала реагентов (в первую очередь деполяризаторов); разрушением защитной оксидной пленки; удалением продуктов реакции от места ее протекания. Интенсивность же этих процессов во многом определяется гидродинамическими, механическими и тепловыми факторами. Поэтому меры по снижению концентрации агрессивных химических реагентов при высокой интенсивности двух других процессов, как показывает опыт эксплуатации котлов, обычно малоэффективны. Отсюда следует, что решение проблемы предотвращения коррозионных повреждений должно быть комплексным, когда учитываются все факторы, влияющие на исходные причины разрушения материалов.
Снижение скорости протекания коррозии металла труб в современных прямоточных котлах на СКД достигается созданием в рабочем теле слабощелочной или нейтральной водной среды. Первая используется в том случае, если трубы подогревателей низкого давления выполнены из латуни, а вторая — если трубы ПНД изготовлены из коррозионно-стойкой стали. Слабощелочная среда имеет место при гидразийно-аммиачном комплексном или гидразийном водном режиме. Нейтральная среда — при дозировании в конденсат газообразного кислорода или раствора перекиси водорода. Кратко рассмотрим основные из них.