Загрязняющие свойства топлива

В энергетике различают шлакование (топочная камера) и загрязнения. При шлаковании тепловосприятие топки падает и растет сопротивления по газам.

Виды отложений:
• Железистые отложения;
• Отложения на основе щелочных компонентов;
• Связанные с наличием в золе CaO;
Склонность топлива к отложениям зависит от того, дает или нет зола топлива первичные плотные отложения на поверхностях нагрева. Во многом загрязняющие свойства золы определяются ее составом и температурными характеристиками. Обычно в состав золы входят:
• SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O

Чем больше SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3 тем склонность к загрязнению меньше, чем больше CaO, MgO, Na2O, K2O — загрязнения больше.

1. Железистые отложения

Образование железистых отложений наблюдается прежде всего при сжигании топлив с высоким содержанием феррита FeS2. Они имеют место при сжигании углей, в которых есть сидерит FeC3. На возникновение железистых отложений влияет количество пиритной серы на горючую массу топлива Spdaf, адиабатная температура горения ϑa и величина зольности на сухую массу топлива Ad. Склонность к образованию железистых отложений отображается нормированным показателем PFe, определяемого в зависимости от приведенного содержания пиритной серы Sp и марки угля по уравнениям табл.1. (раздаточный). Для расчета используются табл.2 и 3, устанавливающие связь между пиритной серой на горючую массу топлива с общим серосодержанием топлива Sdaf (табл.3) и приведенного содержания пиритной серы с содержанием пиритной серы, пересчитанной на сухую массу топлива Spash = Spdaf (100-Ad)/100.

Величина поправки ΔS = 0.1(0.813Fe2O3 — Spash) в табл.2. Значение адиабатной температуры рассчитывается в соответствии с НТР. Для ряда топлив, поведение золы которых хорошо изучено, вместо соотношений талб.2 целесообразно использовать уравнения регрессий табл.4.

Если при использовании данных табл.2 или табл.4 окажется, что Spash < 0.813Fe2O3, то содержание пиритной серы принимается равным 0.813Fe2O3.

Уголь имеет очень высокую склонность к образованию отложений PFe≥0.72, низкую, при PFe≤0.27. Диапазон PFe = 0.27..0.55 характеризует среднюю, а PFe = 0.55..0.72 — высокую вероятность железистых отложений.

2. Отложения на основе активных щелочей

При сжигании углей с большим содержанием Na на конвективных поверхностях наблюдается сильное загрязнение. Механизм их образования связан с возгонкой активных щелочных компонентов и их последующей конденсации на поверхностях нагрева с образованием легкоплавких поверхностных пленок. Показателем образования данного вида загрязнений является количество растворимого натрия (Na2O)раст. Если эта величина известна, то нормированный показатель PNa=0.416(Na2O)раст0.313. Количество (Na2O)раст должно даваться заказчиком в составе топлива. Если (Na2O)раст не задано, то PNa = 0.416(0.949Na2O — 0.113K2O — 0.05)0.313. Для кузнецких углей марки СС PNa = 0.416(Na2O — 0.3K2O)0.313. При PNa ≤ 0.4 — низкая склонность, PNa = 0.4..0.5 — средняя склонность, PNa = 0.5..0.75 — высокая склонность, PNa > 0.75 — очень высокая склонность.

Еще одна формула: PNa = 0.346Na2O0.423 — применять, когда речь идет об оценки обобщенного параметра загрязнений для оценки температуры газов перед ширмами.

3. Склонность к образованию отложений на базе CaO

PCaO = CaO ⋅ [√(K2O)]/Na2O Сульфато-связанные отложения не образуются, если CaO < 5% или PCaO < 10. Высокая склонность при PCaO > 30. К нормированным показателям относят наличие в топливе органически связанного и карбонатного кальция, а также CaOРаст. Если величина CaOРаст не задана, то она определяется по формуле CaOРаст = CaO — 0.0025CaO Ad — 0.05, PCa = 0.5(CaOРаст)0.22 — ΔPCa, ΔPCa = 0.25 если PNa < 0.25, ΔPCa = PNa, если PNa > 0.25. При PCa ≤ 0.42 отложения не образуются, PCa = 0.42..0.6 — средняя склонность к образованию отложений, PCa > 0.6 — высокая склонность к образованию отложений.

4. Температура начала шлакования

Температура газов, при которой на поверхностях наблюдаются быстрорастущие золовые отложения, с составом, близкой к минеральной части топлива называется температурой начала шлакования tшл. Средние по уровню температуры tшл приведены в новых нормах. По шлакующим свойствам согласно методике ВТИ угли делятся на:
• Не шлакующий;
• Малошлакующие;
•Шлакующие.

Характеристика шлакующих свойств tшл Склонность к образованию плотных первичных отложений
Не шлакующие > 1050° нет
Малошлакующие > 1050° есть
Малошлакующие < 1050° нет

Формально температура шлакования может быть рассчитана в зависимости от состава топлива:

tшл = 945 + 8.22(∑K)/(∑O), если (∑K)/(∑O)≥1.8 (*)

Сумма кислых оксидов∑K = SiO2 + Al2O3 + Ti2O3, Сумма основных оксидов ∑O = K2O + CaO + Na2O + MgO.

Для топлив с (∑K)/(∑O) < 1.8, tшл = 918 + 60.14(∑O)/(∑K). Эта формула новая.


Температура начала шлакования

Недостатки формулы:
1. В области (∑K)/(∑O)=1.8 по разным формулам получаются разные результаты
2. В области низких (∑K)/(∑O) температура, рассчитанная по формуле отличается от температуры, приведенной в новой редакции норм.
3. В некоторых случаях ϑT» оказывается меньше температуры шлакования.

Т.о. эту формулу в расчетах не использовать.

Формула (*) хорошо работает при классических схемах организации сжигания (где постоянно идут процессы окисления). При использовании ступенчатого сжигания применяется формула:

tшл = 897 + 16.11[∑K + Fe2O33+]/[∑O + Fe2O32+]

— необходим учет 3х и 2х валентного железа.

ln(Fe2+/Fe3+) = -2.166⋅z — 8.205⋅10-4, z= [CaO + MgO + FeO + Na2O + K2O — Al2O3-Fe2O3]/[0.5(SiO2 + TiO2) Al2O3 + Fe2O3]

Молярные веса компонентов для вычисления z:

SiO2 60.084 MgO 40.304
Al2O3 101.961 K2O 94.196
TiO2 79.986 Na2O 61.979
Fe2O3 159.668 FeO 71.844
CaO 56.077

CaO = CaO/∑, ∑ = ∑α/Mi

Fe2O33+ = Fe2O3/[1+eln(Fe2+/Fe3+), Fe2O3Fe2+ = Fe2O3 — Fe2O33+

Для оценки загрязняющих и шлакующих свойств топлива используется критерий химического состава топлива:

Pcc = 1 — 0.0025∑K/∑O

А также критерий, который учитывает и температурный фактор:

Pct = 1 — [13.275 ∑K]/([ϑ — 945]∑O)
ϑф≈0.85 ϑ

Чаще всего используется обобщенный критерий шлакования:

RSUR = √[(PFe2 + Pcc2)/2] = 0.707 √[PFe2 + Pcc2], RstUR = 0.707 √[PFe2 + Pcc2], RFUR = 0.577 √[PFe2 + Pcc2 + PNa2]

По этому параметру обычно определяется температура газов перед ширмами.



Значение координат: y1 = 0.87635, y2 = 0.87635, y3 = 1.0606

По оценке шлакования ширм, значение RFUR для топлив с PCa > 0.55 увеличивается на 0.14. При RFUR < 0.3 склонность к шлакованию ширм – низкая, при RFUR = 0.3..0.525 — склонность средняя, при RFUR=0.525..07 — склонность высокая, при RFUR > 0.7 — склонность очень высокая.

Тепловые характеристики топок

Допускаемая температура газов на выходе из топки перед ширмами:

ϑT» = 1320 — 345RFUR

Допускаемые значения тепловых напряжений поперечного сечения топки и ЗАГ при условии прогнозирования наличия железистых отложений:

qF = 6.82 — 5.11 PFe, МВт/м2
qЛГ ≤ 1.9 — 1.66 RSUR, МВт/м2
qЛГ ≤ 2 — 1.65 RSt, МВт/м2
qЛГ ≤ 1.7, МВт/м2

Оценка шлакующих и загрязняющих характеристик топлив по зарубежным источникам

В таблице представлены наиболее употребляемые показатели для оценки шлакующих и загрязняющих свойств топлива с золой лигнитного (Fe2O3 < CaO + MgO) и битуминозного (Fe2O3 > CaO + MgO) типа:

Параметр Уровень
Низкий Средний Высокий Очень высокий
Отношение основных и кислых оксидов B/A = [Fe2O3 + CaO + MgO + Na2O + K2O]/[SiO2 + Al2O3 + TiO2] <0.5 0.5..1 1..1.75
Индекс шлакования (только для углей битуминозного типа) RS = B/A Sd <0.6 0.6..2 2..2.6 >2.6
Железо-кальциевое отношение Fe2O3/CaO <0.3 или >3 0.31..3
Кремний-алюминевое отношение SiO2/Al2O3 <0.3 или >3 Уменьшается по мере роста SiO2
Индекс шлакования по плавкости RS = [tbmax + 4tAminB]/5 >1343 1232..1343 1149..1232 <1149
Индекс загрязнения Rr = B/A Na2O ≤0.2 0.2..0.5 0.5..1 >1
Содержание натрия Na2O (Битуминозные) <2 2..6 6..8 >8
Содержание натрия Na2O (Лигнитные) <0.5 0.5..1 1..2.5 >2.5

Также используется трехкомпонентная диаграмма для оценки шлакующих и загрязняющих свойств топлива:




Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru