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 S_p^daf, адиабатная температура горения ϑ_a и величина зольности на сухую массу топлива A^d. Склонность к образованию железистых отложений отображается нормированным показателем P_Fe, определяемого в зависимости от приведенного содержания пиритной серы S_p 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 S^daf (табл.3) и приведенного содержания пиритной серы с содержанием пиритной серы, пересчитанной на сухую массу топлива S_p^ash = S_p^daf (100-A^d)/100.

Величина поправки ΔS = 0.1(0.813Fe₂O₃ — S_p^ash) 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 S_p^ash < 0.813Fe₂O3, то содержание пиритной серы принимается равным 0.813Fe₂O3.

Уголь имеет очень высокую склонность к образованию отложений P_Fe≥0.72, низкую, при P_Fe≤0.27. Диапазон P_Fe = 0.27..0.55 характеризует среднюю, а P_Fe = 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 P_Na=0.416(Na₂O)_раст^0.313. Количество (Na₂O)_раст должно даваться заказчиком в составе топлива. Если (Na₂O)_раст не задано, то P_Na = 0.416(0.949Na₂O — 0.113K₂O — 0.05)^0.313. Для кузнецких углей марки СС P_Na = 0.416(Na₂O — 0.3K₂O)^0.313. При P_Na ≤ 0.4 — низкая склонность, P_Na = 0.4..0.5 — средняя склонность, P_Na = 0.5..0.75 — высокая склонность, P_Na > 0.75 — очень высокая склонность.

Еще одна формула: P_Na = 0.346Na₂O^0.423 — применять, когда речь идет об оценки обобщенного параметра загрязнений для оценки температуры газов перед ширмами.

3. Склонность к образованию отложений на базе CaO

P_CaO = CaO ⋅ [√(K₂O)]/Na₂O Сульфато-связанные отложения не образуются, если CaO < 5% или P_CaO < 10. Высокая склонность при P_CaO > 30. К нормированным показателям относят наличие в топливе органически связанного и карбонатного кальция, а также CaO_Раст. Если величина CaO_Раст не задана, то она определяется по формуле CaO_Раст = CaO — 0.0025CaO A^d — 0.05, P_Ca = 0.5(CaO_Раст)^0.22 — ΔP_Ca, ΔP_Ca = 0.25 если P_Na < 0.25, ΔP_Ca = P_Na, если P_Na > 0.25. При P_Ca ≤ 0.42 отложения не образуются, P_Ca = 0.42..0.6 — средняя склонность к образованию отложений, P_Ca > 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 t_шл. Средние по уровню температуры t_шл приведены в новых нормах. По шлакующим свойствам согласно методике ВТИ угли делятся на:
• Не шлакующий;
• Малошлакующие;
•Шлакующие.

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

t_шл = 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, t_шл = 918 + 60.14(∑O)/(∑K). Эта формула новая.

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 ϑ_T» 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:

t_шл = 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:

CaO = CaO/∑, ∑ = ∑α/M_i

Fe₂O₃³⁺ = Fe₂O₃/[1+e^{ln(Fe2+/Fe3+)}, Fe₂O₃Fe²⁺ = Fe₂O₃ — Fe₂O₃³⁺

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

P_cc = 1 — 0.0025∑K/∑O

А также критерий, который учитывает и температурный фактор:

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

Чаще всего используется обобщенный критерий шлакования:

R_S^UR = √[(P_Fe² + P_cc²)/2] = 0.707 √[P_Fe² + P_cc²], R_st^UR = 0.707 √[P_Fe² + P_cc²], R_F^UR = 0.577 √[P_Fe² + P_cc² + P_Na²]

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 R_F^UR для топлив с P_Ca > 0.55 увеличивается на 0.14. При R_F^UR < 0.3 склонность к шлакованию ширм – низкая, при R_F^UR = 0.3..0.525 — склонность средняя, при R_F^UR=0.525..07 — склонность высокая, при R_F^UR > 0.7 — склонность очень высокая.

Тепловые характеристики топок

Допускаемая температура газов на выходе из топки перед ширмами:

ϑ_T» = 1320 — 345R_F^UR

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

q_F = 6.82 — 5.11 P_Fe, МВт/м²
q_ЛГ ≤ 1.9 — 1.66 R_S^UR, МВт/м²
q_ЛГ ≤ 2 — 1.65 R_St, МВт/м²
q_ЛГ ≤ 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:

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

Комментарии запрещены.