Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Ершов Юрий Борисович. Исследование образования хлорсодержащих компонентов топочных газов и разработка методов снижения высокотемпературной коррозии поверхностей нагрева котлов при сжигании "соленых" углей. : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.01 Москва, 1993 176 с. РГБ ОД, 61:93-5/2379-8

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение ' 5

Ї. Высокотемпературная газовая корроздя поверхностей нагрева котлов при сжигания "соленых" углей (современное состояние водроса) а

Ї.І. Основные факторы, определяющие высоко температурную коррозию поверхностей

нагрева котлов прд сжитанид "соленых" углей 3

1.2. Образование хлористого водорода в топочном факеле 13

1.3. Механизм высокотемпературной коррозяи поверхностей нагрева при сжигании, углей

с высоким содержанием хлора 13

1.4. Зависимость скорости коррозяи поверхностей нагрева от состава сталей и сплавов 24

1.5. Пути снижения коррозии поверхностей нагрева котлов при сжигании углей с высоким содержанием хлора 29

2. Термодинамические расчеты равновесного состоя

ния компонентов топочных газов, при сжигании

углей с высоким содержанием хлора 37

2.1. Методика проведения термодинамических расчетов 37

2.2. Подготовка исходных данных 44

2.3. Влияние состава угля на процесс образования хлористого водорода в топочных 45

2.4. Образование хлористого водорода в продуктах

сгоранкя приозерного, новошсковского я

няжне-дляйского углей , 49

2.5. Образование химических соединений в конденсированной фазе топочных газов ,,.. 6G

2.6. Образование хлорсодержащих компонентов юпочных газов при сжигании приозерного

угля с различным содержанием хлора 64

2.7. Влияние содержания кальция в золе приозерного угля на состав продуктов сгорания 69

2.8. Образование газообразных серосодержащих компонентов в продуктах сгорания различных углей 70

3. Экспериментальное исследование образования

хлористого водорода в факеле при сжигании

угля с высоким содержанием хлора * 77

3.1. Описание стендовой установки 77

3.2. Методика проведения опытов 90

3.3. Методика определения хлористого водорода

в топочных газах 83

3.4. Экспериментальное исследование образования

хлористого водорода в пылеугольном факеле 86

4. Исследование коррозии поверхностей нагрева котла

ЖЗ-500-І40-І Красноярской ТЗЦ-2 при сжигании

приозерного угля Ш

4.1. Описание котла EK3-50G-I4G-I

4.2. Методика проведения исследований

4.3. Работа котла и характеристика угля во

время опытного сжигания

4.4. Изменение концентраций хлористого водорода до газовому тракту котла ЖЗ-500-І4С~І

4.5. Аналитические зависимости скоросія коррозяя

металла пря сжигании приозерного угля 125,

4.6. Харакгер коррозионных отложений, образовавшихся во время опытного сжигания 130

4.7. Сопоставление расчетных я эксяершенгальяых значений концентрации хлористого водорода в продуктах сгорания "соленых" углей 140

Выводи 142

Рекомендации 144

Литература 146

Приложение 158 

Введение к работе:

В настоящее время до 28% электроэнергии в СНГ вырабатывается на электростанциях, использующих твердое топливо, для этого целесообразно применять дешевые угли невысокого качества. К нщ относятся бурые "соленые" угли ТургаЯского бассейна, Западного Донбасса и Нижне-шшйского месторождения. По запасам и условиям добычи они уже в обозримом будущем могут быть вовлечены в топливно-энергетический баланс СНГ. Технико-экономические расчеты показывают возможность строительства только в районе Тургайского бассейна четырех электростанций общей энергетической мощностью I6GCC Шт.

"Солеными" называют угли с повышенным содержанием хлора и натрия. В отечественной энергетике такого вида угли до настоящего времени не использовались. Из зарубежного опыта известно, что экономичное и надежное сжигание в котлах "соленых" углей связано с решением двух основных проблем: интенсивным щдакованаем и высокотемпературной коррозией поверхностей нагрева. Скорость коррозии в зависимости от содержания хлора в угле и способа сжи-гаяия может достигать нескольких миллиметров в год.

В этой связи особую актуальность приобретает задача разработки высоконадежной конструкции котла для сжигания углей с высоким содержанием хлора. В продуктах сгорания "соленых" углей основным коррозионноактивным компонентом является хлористый водород. \\СЕ диффундирует к поверхности труб и вступает во взаимодействие с металлом. Образующиеся соединения хлора неустойчивы при температурах выше 300°С, испаряясь они разрушают оксидную пленку и открывают доступ к металлу агрессивным компонентам топочных газов.

К числу недостаточно изученных вопросов прежде всего следует отнести качественные и количественные зависимости процесса образования хлористого водорода от таких основных фактов, как: температура факела, коэффициент избытка воздуха, содержание хлора в угле, время пребывания частиц в факеле, состав минеральной частя угля. Такие данные необходимы для рационального выбора методов подавления образования хлористого водорода в топочной камере и снижения ущерба от хлоридной коррозии поверхностей нагрева котлов.

Цель работы заключается в повышении надежности высокотемпературных поверхностей нагрева посредством разработки методов снижения коррозии на основании результатов теоретических, экспериментальных и промышленных исследований процесса образования хлористого водорода в продуктах сгорания "соленых" углей.

Для достижения поставленной цели решались следущие задачи:

- апробировать применительно к горению угля программу термодинамических расчетов равновесных состояний компонентов продуктов сгорания;

- разработать методику определения концентрации хлористого водорода в топочных газах;

- выполнить экспериментальное исследование динамики образования хлористого водорода в пылеугольном факеле;

- выполнить исследование влияния на процесс образования хлористого водорода основных факгоров: температура факела, коэффициент избытка воздуха, содержание хлора в угле, время пребывания частиц в факеле, присадка связыващих НСо веществ;

- установить характер изменения концентрации хлористого водорода по газовому тракту котла;

- получить аналитические зависдморти глубины коррозии сталей от их состава, температуры металла и продолжительности эксплуатации котла при сжигании "соленого" угля.

При решении задач, поставленных в диссертации, использовалась методы теоретического и экспериментального изучения коррозионных процессов на расчетной модели, стендової установки и промышленном котле.

- Выводы и рекомендации работы могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции существующие котлов применительно к использованию углей с высоким содержанием хлора.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность научным руководителям: д.т.н. Енякину Ю.Д., к.т.н. Мещерякову В.Г. Выполнение работы стало возшжным благодаря участию в ней научных работников ВТМ Байковой И.А., к.т.я. Иваново! И.ЇЇ., д. т.н. Кострикина Ю.М.

Отдельные этапы работы неоднократно обсуждались на научно-технических советах отделения парогенераторов ВТИ.

Основные результаты диссертации изложены в 2-х отчетах ЗЖ, опубликованы в 4-х статьях и материалах научно-технических конференций I. BblCCKOTMlEPATOTAfl ГАЗОВАЯ КОРРОЖЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ ПРИ СЖГАНМЙ "СОЛЕНЫХ" УГЛЕЙ (СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА)

I.I. Основные факторы, определяющие высокотемператур ную коррозию поверхностей нагрева котлов при

сжиганий "соленых" углей

Проблема сжигания "соленых" углей хорошо знакома энергетикам Англия, Австралии, США, Германии и других сірая. В Англия уже несколько десятилетий ведутся исследования высокотемпературной коррозии при сжигании подобного вида топлива. Следует заметить, что в литературе на английском языке неї термина "соленые" угли, а используется выражение „ «-J сЛ о ш с&а уголь с высоким содержанием хлора. Тем самым, как би подчеркивается определяющая роль хлора в црошссах, происходящих при сжигания этих углей.

На территории СНГ разведано несколько месторождений "соленых" углей, которые по запасам, условиям добычи и расположению в обозримом будущем могут быть вовлечены в топливно-энергетический баланс. В зависимости от месторождения содержание хлора в топливе существенно различается, В приозерном углей Тургайского бассейна (Северо-Западный Казахстан) содержание хлора на сухую массу изменяется в пределах от 0,15 до 0,3% /1-А/. Нижне-илдЙ-окий уголь (Алама-Атинская область) содержит хлор в количестве С =G.I-G,4% /5/. Месторождения Западного Донбасса характеризуются наибольшей засоленностью углей - новомосковского, богдановского и петровского, в которых содержание хлора достигает 0,8% /6/. Для сравнения, в английских углях содержание хлора изменяется ох 0,02 до 0,75% /7/, в американских достигает величины 0,5 /8/ на сухую массу топлива.

Существует мнение, что содержание хлора в углях Тургайского бассейна {С 0,15-0,3%) не превышает корроздояно опасного уровня. Однако, сравнение коррозионных свойств углей следует проводить не по абсолютному содержанию хлора в них, а по приведенной характеристике, так как концентрация хлорсодержащих компонентов в топочных газах зависит не только от содержания хлора в угле, но и от количества воздуха, додаваемого на горение единицы массы топлива (что эквивалентно теплоте сгорания ее при равнозначных величинах избытка воздуха). Таким образом, концентрация хлор-содержащих компонентов будет пропорциональна содержанию хлора в угле, отнесенному к теплоте сгорания единицы массы топлива. При таком подходе, коррозионные свойства приозерного угля Тургайского бассейна с содержанием хлора 0.2ЭЙ, QH » 12,5% Щд/кг

0,12 кг/ГДж /4/ будут близки к свойствам английского угля с СҐ 0,36%; Q 23,3 №/кг и (" = 0,13 кг/ГДж. На котле блока 500 МВт, сжигающем этот уголь, скорость коррозии выходной ступени вторичного пароперегревателя (аустенит) через 20 тыс.часов составляла 0,4 мм/год /9/.

По данным обследований, выполняемых в СЕ6-В (си г см™ oify&w#&nf Sea ) 9 коррозия топочных экранов яаблэдается в Англии на пылеуголъных котлах всех типов, поскольку содержание хлора в углях может превышать 0,5%, а в среднем составляет 0,25% ДО/. На оснований опыта эксплуатации блоков, работающих с параметрами пара 10 М0а и соответственно пониженной температурой поверхности металла - около 370°С, была установлена линейная зависимость коррозии от содержания хлора в угле.

На котле энергоблока мощностью 120 МВт, сжигающем уголь с содержанием хлора от 0,4 до 0,6. топочные экраны корродировали со скоростью большей 0,1 мм/год /II/. Проблема коррозия на это! ТЭС постоянна. Важная роль в процессе коррозии принадлежит таким факторам, как появление зон о восстановительной средой, высокие тепловые потоки и наброс факела ка экраны. Влесте с тем было замечено, что в зонах с повышенным содержанием хлористого водорода в топочных газах скорость коррозии экранных груб достигает нескольких миллиметров. По данным, опубликованным в работе /12/, при содержании хлора в угле 0,65% скоросіь коррозии экранных труб может достигать величины порядка 8,0 мм/год. При этом повреждение одной трубы блока 500-6GO МВт приводит к потере 60 ГВт.ч и обходится в сушу 200 тыс.фунтов стерлингов.

Скорость коррозии пароперегреваіельннх поверхностей очень сильно зависит от температуры газов и металла труб.

На котле 500 МВт электростанций /%&&/?-еп - л /э/ сжигался уголь с калорийностью QH а 23,3 Щда/кг и содержанием хлора 0,36$. Трубы вторичного пароперегревателя выполнены из ферритной (2,25% &. Й ) и аустенитной .(18 Ot 9 Ш / , 3% М0 ) сталей. При расчетной температуре пара 568°С максимальная температура стенки металла достигала 650°С. Через 20000 ч работы стало заметно, что выходная ступень (аусгенит) кодюдирует со скоростью 0,4 мм/год, что может привести к аварии уже через 30000ч. 3 наихудшем положении оказались лобовые трубы и подвески пакетов. Сказалось, что значительная часть поверхности вторичного пароперегревателя корродирует со скоростью 0,12 мм/гог При этом срок безаварийной работы будет намного меньше расчетных ЮОССО ч. В качесіве одной аз мер по снижению коррозии на котле установили пароперегреватель из двухслойных труб. Внешний слэй был выполнен из стали с содержанием 25% хрома, 20% никеля. Скорость коррозии этой поверхности составила 0,25 мм/год, что увеличило срок службы до 5С0С0 ч.

Промышленные исследования яри сжигании австралийского бурого угля ( Qt а Ю Щж/кг, С 0,7%) показали, что Еря увеличения температуры стенки трубы (%КЗ 0 Ж 189) с 55С до Ш0°С скорость коррозии возрастает в 2,5 раза при данной температуре гояочных газов. Вместе с тем, при 4 я = 600°С увеличение температуры топочных газов с 825 до Ю25°С приводило к росту скорости коррозия в 2,25 раза. Так» например, если взять за исходную скорость коррозии (при 4 - 550 и % » 325°С) равную 0,16 да/год, то при 4 ? = 6СС°С и If = Ю25°С она будет близка к I мм/год. С ростом температуры газов скорость коррозии ( 6с c nj/t} шз растает по закону, близкому к параболическому /13/.

На котле блока 550 МВт, сжигающего уголь с содержанием хлора 0,45%, исследовалось поведение труб серии 300 (аустенитные стали) типа 316, 321, 347, из которых выполняют выходные пакеты первичных и вторичных пароперегревателей да современных котлах СЕ&В /14/. Испытания проводились с помощью на трубных вставок и воздухоохлаадаемых зондов. Вставки вваривались в лобовые змеевики "горячей" ступени вторичного пароперегревателя. В условиях эксплуатации при , == 65G°C, Zf » II5G°C скорость коррозии аусхенятных сталей достигала 1,6 мм/год. В среднем, при увеличении содержания хлора в угле с 0,15 до 0,45% наблвдал-ся десятикратный рост скорости коррозия с 0,05 до 0,5 мм/год. 

Подобные работы
Кульчицкий Алексей Рэмович
Исследование процессов образования и разработка методов снижения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей внедорожных машин
Макаревский Андрей Сергеевич
Разработка методов расчета сажеобразования и снижение дымности отработавших газов при набросе нагрузки дизеля
Бангоян Эмиль Гайкович
Разработка методов и средств снижения шума выпуска дизелей автопогрузчиков (на примере дизеля автопогрузчика ДВ-1792М)
Сийрде Андрес Эннович
Системы очистки поверхностей нагрева котла глубоковыдвижными обмывочными аппаратами
Гиринович Михаил Петрович
Исследование процессов образования оксидов азота при сгорании топлив в перспективных дизелях
Карасев Вячеслав Александрович
Исследование процесса сгорания и образования токсичных веществ в двигателе с двухстадийным сгоранием
Богачёв Сергей Александрович
Разработка топливоподающих систем дизеля нового поколения с целью выполнения перспективных нормативов, ограничивающих токсичность отработавших газов
Богачев Сергей Александрович
Разработка топливоподающих систем дизеля нового поколения с целью выполнения перспективных нормативов, ограничивающих токсичность отработавших газов
Руссинковский Виталий Сергеевич
Разработка метода расчета вибрации и структурного шума корпусных деталей автомобильных дизелей
Лазарев Василий Михайлович
Разработка метода расчета и оценки эффективности системы жидкостного охлаждения тракторного дизеля

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net