Механические топки с цепными решетками

Значительное распространение в промышленности имеют механические слоевые топки с цепными решетками. Характерной особенностью этих топок является непрерывноеперемещение топлива вместе с колосниковой решеткой, представляющей собой транспортер, выполненный в виде бесконечного полотна. Применение находят механические топки с колосниковыми решетками прямого и обратного хода (рис. 6.6).

В топке с решеткой прямого хода полотно с топливом перемещается от фронта топки к задней стенке (рис. 6.6, а), а в топке с решеткой обратного хода — от задней стенки к фронту (рис. 6.6, 6). Применяемые колосниковые полотна бывают чешуйчатого и ленточного типов.

В механической топке с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода, показанной на рис. 6.6, а, полотно решетки 1 состоит из отдельных колосников, укрепленных на бесконечных шарнирных цепях, надетых на две пары звездочек 2. Передняя пара, являющаяся ведущей, приводится во вращение электродвигателем через редуктор. Скорость движения решетки можно изменять в широких пределах (1 —18 м/ч). Топливо из загрузочного ящика 3 поступаетна движущуюся решетку. Желаемую толщину слоя топлива устанавливают шибером 4, который может перемещаться по вертикали. Необходимый для горения воздух подводится под решетку (между полотнами) и поступает в слой через зазоры между колосниками. По мере продвижения решетки топливо выгорает. Образующийся шлак сбрасывается с решетки шлакоснимателем 5 в шлаковый бункер 6.

Чешуйчатая цепная решетка прямого хода типа ТЧ, выпускаемая взамен изготавливавшихся ранее у нас цепных беспровальных решеток типа БЦР, ЧЦР, показана на рис. 6 7, а. Чешуйчатое колосниковое полотно выполняют из наклонно расположенных беспровальных колосников (рис. 6.7, 6). Кусочки провала собираются в карманах нижней части колосников. При сходе цепи вниз колосники опрокидываются и уловленный провал сбрасывается в бункер. Воздух проходит в слой через узкие щели в местах прилегания колосников друг к другу.

Чешуйчатые цепные решетки прямого хода имеют длину 5600— 8000 мм при ширине 2700—3700 мм. В топках с решетками обратного хода (рис. 6.6, б) применяют цепные решетки типа ТЧЗ (чешуйчатые, с забрасывателем топлива) и ТЧЗМ (чешуйчатые моноблочные с забрасывателем), а также типа ТЛЗМ (ленточные моноблочные с забрасывателем), набираемые из ребристых колосников. Чешуйчатые цепные решетки обратного хода имеют длину 4000—8000 мм при ширине 2700—4900 мм. Ленточные цепные решетки обратного хода имеют длину 2400—4000 мм при ширине 1870—2700 мм.

Секционное дутье. Процесс горения в топке с цепной решеткой в отличие от топки с периодической загрузкой топлива протекает непрерывно. Однако по длине решетки процесс горения разделяется на следующие этапы: подготовка топлива (прогрев, подсушка, выделение летучих); горение кокса и летучих; выжиг (догорание топлива) и удаление шлака. Так как для различных этапов горения требуется различное количество воздуха, применяют позонное (секционное) дутье. На рис. 6.8 кривая ] характеризует потребное количество воздуха для горения топлива по длине решетки прямого хода. При отсутствии позонного дутья поступление воздуха в топку характеризуется штриховойлинией 2, а при секционном дутье — ломаной линией 3. Через последнюю, шлаковую зону, имеющую слой малой толщины, воздух подают в большем количестве, чем это необходимо для догорания топлива, чтобы обеспечить охлаждение шлака и решетки. Позонное дутье улучшает горение топлива. Одновременно снижается и потеря теплоты с уходящими газами в связи с понижением общего для всей топки коэффициента избытка воздуха. Позонное дутье осуществляют и в топках с решетками обратного хода.

Зажигание слоя. Особенностью горения топлива в топке с цепной решеткой прямого хода является одностороннее верхнее его зажигание, так как свежее топливо из загрузочного ящика ложится на относительно холодные колосники. В данном случае получается схема поперечного движения топливного и газовоздушных потоков. Схема зажигания слоя на цепной решетке показана на рис. 6.9. Основным источником теплоты, определяющим прогрев и воспламенение свежего топлива, является излучение газов из топочного объема. Скорость распространения в слое горения w_рг направлена поперечно движению слоя, перемещающегося со скоростью движения решетки w_реш. Поэтому фронт начала выхода летучих и фронт воспламенения располагаются с наклоном в сторону движения решетки.

Зажигание топлива от непосредственного его соприкосновения с горящими частицами играет небольшую роль в общем процессе воспламенения топлива. Так, скорость распространения горения от непосредственного контакта частиц составляет всего 0, 2—0, 5 м/ч, в то время как перемещение слоя вместе с решеткой имеет скорость, в десятки раз большую. В связи с указанной особенностью прогрева и воспламенения топлива при сжигании малореакционных и влажных топлив значительная часть цепной решетки может оказаться занятой предварительной подготовкой топлива. При сжигании таких топлив на цепной решетке приходится принимать меры для интенсификации подготовительных этапов.

Так, для интенсификации зажигания антрацита — топлива с малым выходом летучих применяют топочную камеру с сильно развитым и низко расположенным задним сводом, благодаря чему горячие газы, образующиеся в зоне наиболее активного горения, направляются к начальному участку слоя, способствуя зажиганию свежего топлива. Кроме того, имеющийся после шлаковой зоны избыточный горячийвоздух при таком расположении свода направляется в зону наиболее активного горения. Свод выполняют из кирпича, раскаляющегося во время работы, что также способствует более полному выгоранию горючих из шлака.

При сжигании кускового торфа, имеющего значительную влажность (W^p = 40-50 %), для интенсификации подготовительных этапов применяют специальныепредтопки.В этом случае торф подается в кирпичную шахту предтопок, где частично подсушивается и затем поступает на цепную решетку. Подсушка торфа происходит благодаря очагам горения, образующимся на ступеньках предтопка, куда подается часть воздуха, идущего на горение торфа.

Характерной особенностью горения топлива в топке с цепной решеткой обратного хода (рис. 6.6, б) является нижнее неограниченное зажигание топлива. Топливо подается на решетку при помощи пневмомеханическихзабрасывателей. Более крупные фракции топлива, попадая на дальнюю от фронта топки часть решетки, падают на горящий слой. Мелкие частицы, сгорая в значительной степени во взвешенном состоянии в объеме топки, ложатся на горящий слой ближе к фронту.

«Острое дутье» в слоевых топках. Газы, выходящие из горящего на цепной решетке слоя топлива, наряду с инертными продуктами полного горения содержат горючие составляющие, а также кислород.

Во избежание значительных потерь теплоты от химического недожога продукты горения, содержащие горючие компоненты и кислород, необходимо в топочной камере хорошо перемешать для завершения горения. Весьма эффективным способом интенсификации процесса перемешивания газов в топке является применение «острого» дутья, т. е. ввод в топочную камеру с большой скоростью (50—70 м/с) относительно тонких струй воздуха. Расход воздуха на острое (вторичное) дутье составляет 5—10 % общего количества воздуха.

Выжиг и удаление шлака. Для уменьшения потери химически связанной теплоты догорающего топлива необходимо всемерно интенсифицировать его выжиг на шлаковом участке решетки. Эффективными в этом отношении являются низко расположенные горячие кирпичные своды. При налаженном процессе горение на решетке должно полностью заканчиваться примерно на расстоянии 0, 3—0, 5 м от места сброса шлака с решетки. В месте схода шлака устанавливаютшлакосниматель (рис. 6.6, а), который несколько замедляет движение шлака, способствуя его выжигу, а также защищает решетку от оголения. Чтобы избежать образования наростов шлака на боковых стенах топочиой камеры, на уровне верхнего полотна цепной решетки с боковых ее сторон устанавливают водоохлаждаемые панели, представляющие собой круглые коллекторы, включенные в систему циркуляции котла.

Применение горячего дутьевого воздуха способствует ин­тенсификации горения топлива в слое. Предел подогрева воздуха лимитируется условиями работы решетки. Так, при сжигании на решетке антрацита — топлива с малым выходом летучих, для которого тепловыделение происходит в основном в слое, подогрев воздуха применяют до 150—170 °С. При сжигании топлив с большим выходом летучих, для которых тепловыделение в значительной степени переносится в топочный объем, применяют воздух, подогретый до 200— 250 °С.

Слоевые топки с цепными решетками прямого хода могут применяться для сжигания сортированных антрацитов (АС и AM), древесных отходов и др.

Для сжигания грохоченых и рядовых бурых и каменных углей с содержанием мелочи 0—6 мм до 60 % и максимальном размере куска 50 мм могут применяться топки с цепными решетками обратного хода с забрасывателями топлива.

20 коррозия металла элементов котла

В результате физико-химических процессов, возникающих при взаимодействии металла с омывающей его средой, может возникать процесс разрушения металла, который называют коррозией. Если коррозионный процесс сопровождается протеканием электрического тока, его называют электрохимической коррозией. Сущность электрохимической коррозии состоит в том, что при соприкосновении металла с электролитами создаются условия для возникновения на поверхности обратимых и необратимых электродов, разность потенциалов которых и обусловливает наличие коррозионного тока. Если процесс коррозии подчиняется законам химических гетерогенных реакций и при этом не возникает электрический ток, его называют химической коррозией. Для условий работы металла поверхностей нагрева при относительно высокой их температуре характерна электрохимическая коррозия.

наружных поверхностей нагрева

Низкотемпературная коррозия возникает при конденсации на поверхности нагрева водяных паров и образовании жидкой пленки, являющейся электролитом. Конденсация водяных паров возникает при температуре поверхности нагрева ниже точки росы, которая определяется парциальным давлением водяных паров в продуктах сгорания, увеличи­вающимся с повышением влажности топлива и содержания в нем водорода. Например, точка росы в продуктах сгорания АШ равна 27—28°С, бурых углей 45—55 °С, мазута 44—45°С и природного газа 54—55°С. Наличие в продук­тах сгорания SО₂ и SО₃повышает температуру точки росы до 100— 110°С.

На рис. 25.2 показаны зависимости температуры точки росы от наличия SО₃ и H₂SО₄ в продуктах сгорания.

Для особо сернистых топлив температура точки росы повышается до 150°С. При наличии водяных паров и сернистых соединений в продуктах сгорания образуется парообразная система Н₂О—H₂SО₄. Температура образования жидкой серной кислоты в продуктах сгорания определяется содержанием серы в топливе и при сжигании топлива с S^п = 0, 012 % кг/МДж равна 65°С, а при S^п = 0, 1-0, 2% кг/МДж она составит 125—140 °С.

Конденсация чистых водяных паров при температуре поверхности ниже точки росы при отсутствии содержания в газах сернистых соединений может вызывать кислородную коррозию в воздухоподогревателе, расположенном в области низких температур, и в результате привести к сквозному разъеданию труб и перетеканию воздуха в газовую среду. Наличие в газах сернистых соединений и конденсация на поверхностях нагрева жидкой пленки, содержащей H₂SО₄, активизируют коррозию.

На рис. 25.3 показаны зависимости скорости коррозии от температуры поверхности и от концентрации H₂SО₄. Наибольшая скорость коррозии Кмакс имеет место при температуре стенки, близкой к температуре точки росыtр. При tст> tр скорость коррозии уменьшается, а при дальнейшем повышении температуры — снова возрастает.

Как видно из рис. 25.3, а, имеется область температур стенки, при которой скорость коррозии незначительна и поверхность нагрева может работать длительное время. При работе на твердом сернистом топливе в зоне температур 70—110 °С скорость коррозии не превышает 0, 2 мм/год. При сжигании сернистого мазута скорость коррозии существенно выше, чем при сжигании твердого топлива, при этом характеристикаK=f(tст) не имеет безопасной зоны.

Наиболее активно низкотемпературная коррозия проявляется в воздухоподогревателях, в которых имеют место наиболее низкие температуры греющего и нагреваемого теплоносителей. Температура стенки трубы воздухоподогревателя, °С, исходя из баланса теплоты внутренней и внешней ее поверхности, определяется по формуле

(25.5)

где — температуры продуктов сгорания на выходе из воздухоподогревателя и воздуха на входе в него, °С; и — коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха и газа, Вт/(м²• К) -

Из выражения (25.5) следует, что tст может быть получена выше температуры точки росы за счет увеличения температуры воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, и уменьшения .Уменьшение , которое возможно за счет снижения скорости воздуха, связано с увеличением необходимой площади поверхности нагрева, а при загрязнении внутренней поверхности труб уносом не повышает tсти поэтому нецелесообразно. Широко применяемым методом предотвращения коррозии воздухоподогревателя является повышение температуры поступающего в него воздуха обычно путем рециркуляции горячего воздуха в воздухоподогревателе или предварительного подогрева воздуха в паровых подогревателях.

На рис. 25.4 показаны схемы повышения температуры поступающего в воздухоподогреватель воздуха путем рециркуляции горячего воздуха. Рециркуляция воздуха снижает температурный напор в воздухоподогревателе, повышает температуру уходящих газов и расход электроэнергии на дутье. При применении отдельного вентилятора для ре­циркуляции воздуха загрузка вентилятора остается неизменной и расход электроэнергии на рециркуляцию воздуха несколько уменьшается.

На рис. 25.4, в показана схема подогрева воздуха, по­ступающего в воздухоподогреватель в паровом подогревателе. Подогреватель устанавливается между напорной стороной дутьевого вентилятора и входной ступенью воздухоподогревателя. Он представляет собой трубчатый теплообменник, внутри труб которого проходит отработавший пар турбины при температуре около 120°С. Снаружи трубы омываются потоком воздуха. В этом случае расход электроэнергии на дутье меньше, чем при применении рециркуляции, а использование отработавшего пара на подогрев воздуха несколько повышает регенерацию и за счет этого экономичность электростанции. Паровой подогрев воздуха при пропуске постоянного количества пара через подогре­ватель обеспечивает более высокий подогрев воздуха при пусках и остановках котла, что уменьшает коррозию воздухоподогревателя и при этих режимах. В некоторых установках подогрев воздуха в паровых калориферах осуществляют за счет пара низкого давления, получаемого в газовых испарителях, установленных за котлом.

Для исключения низкотемпературной коррозии в первом ходе воздухоподогревателя возможно применение в нем эмалированных трубок или изготовление их из некорродирующих материалов. В котлах, работающих на сернистых мазутах, присадка доломита к мазуту, применяемая для предотвращения высокотемпературной коррозии, также снижает и низкотемпературную коррозию в экономайзерах и воздухоподогревателях.

20 коррозия металла элементов котла

В результате физико-химических процессов, возникающих при взаимодействии металла с омывающей его средой, может возникать процесс разрушения металла, который называют коррозией. Если коррозионный процесс сопровождается протеканием электрического тока, его называют электрохимической коррозией. Сущность электрохимической коррозии состоит в том, что при соприкосновении металла с электролитами создаются условия для возникновения на поверхности обратимых и необратимых электродов, разность потенциалов которых и обусловливает наличие коррозионного тока. Если процесс коррозии подчиняется законам химических гетерогенных реакций и при этом не возникает электрический ток, его называют химической коррозией. Для условий работы металла поверхностей нагрева при относительно высокой их температуре характерна электрохимическая коррозия.

наружных поверхностей нагрева

Низкотемпературная коррозия возникает при конденсации на поверхности нагрева водяных паров и образовании жидкой пленки, являющейся электролитом. Конденсация водяных паров возникает при температуре поверхности нагрева ниже точки росы, которая определяется парциальным давлением водяных паров в продуктах сгорания, увеличи­вающимся с повышением влажности топлива и содержания в нем водорода. Например, точка росы в продуктах сгорания АШ равна 27—28°С, бурых углей 45—55 °С, мазута 44—45°С и природного газа 54—55°С. Наличие в продук­тах сгорания SО₂ и SО₃повышает температуру точки росы до 100— 110°С.

На рис. 25.2 показаны зависимости температуры точки росы от наличия SО₃ и H₂SО₄ в продуктах сгорания.

Для особо сернистых топлив температура точки росы повышается до 150°С. При наличии водяных паров и сернистых соединений в продуктах сгорания образуется парообразная система Н₂О—H₂SО₄. Температура образования жидкой серной кислоты в продуктах сгорания определяется содержанием серы в топливе и при сжигании топлива с S^п = 0, 012 % кг/МДж равна 65°С, а при S^п = 0, 1-0, 2% кг/МДж она составит 125—140 °С.

Конденсация чистых водяных паров при температуре поверхности ниже точки росы при отсутствии содержания в газах сернистых соединений может вызывать кислородную коррозию в воздухоподогревателе, расположенном в области низких температур, и в результате привести к сквозному разъеданию труб и перетеканию воздуха в газовую среду. Наличие в газах сернистых соединений и конденсация на поверхностях нагрева жидкой пленки, содержащей H₂SО₄, активизируют коррозию.

На рис. 25.3 показаны зависимости скорости коррозии от температуры поверхности и от концентрации H₂SО₄. Наибольшая скорость коррозии Кмакс имеет место при температуре стенки, близкой к температуре точки росыtр. При tст> tр скорость коррозии уменьшается, а при дальнейшем повышении температуры — снова возрастает.

Как видно из рис. 25.3, а, имеется область температур стенки, при которой скорость коррозии незначительна и поверхность нагрева может работать длительное время. При работе на твердом сернистом топливе в зоне температур 70—110 °С скорость коррозии не превышает 0, 2 мм/год. При сжигании сернистого мазута скорость коррозии существенно выше, чем при сжигании твердого топлива, при этом характеристикаK=f(tст) не имеет безопасной зоны.

Наиболее активно низкотемпературная коррозия проявляется в воздухоподогревателях, в которых имеют место наиболее низкие температуры греющего и нагреваемого теплоносителей. Температура стенки трубы воздухоподогревателя, °С, исходя из баланса теплоты внутренней и внешней ее поверхности, определяется по формуле

(25.5)

где — температуры продуктов сгорания на выходе из воздухоподогревателя и воздуха на входе в него, °С; и — коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха и газа, Вт/(м²• К) -

Из выражения (25.5) следует, что tст может быть получена выше температуры точки росы за счет увеличения температуры воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, и уменьшения .Уменьшение , которое возможно за счет снижения скорости воздуха, связано с увеличением необходимой площади поверхности нагрева, а при загрязнении внутренней поверхности труб уносом не повышает tсти поэтому нецелесообразно. Широко применяемым методом предотвращения коррозии воздухоподогревателя является повышение температуры поступающего в него воздуха обычно путем рециркуляции горячего воздуха в воздухоподогревателе или предварительного подогрева воздуха в паровых подогревателях.

На рис. 25.4 показаны схемы повышения температуры поступающего в воздухоподогреватель воздуха путем рециркуляции горячего воздуха. Рециркуляция воздуха снижает температурный напор в воздухоподогревателе, повышает температуру уходящих газов и расход электроэнергии на дутье. При применении отдельного вентилятора для ре­циркуляции воздуха загрузка вентилятора остается неизменной и расход электроэнергии на рециркуляцию воздуха несколько уменьшается.

На рис. 25.4, в показана схема подогрева воздуха, по­ступающего в воздухоподогреватель в паровом подогревателе. Подогреватель устанавливается между напорной стороной дутьевого вентилятора и входной ступенью воздухоподогревателя. Он представляет собой трубчатый теплообменник, внутри труб которого проходит отработавший пар турбины при температуре около 120°С. Снаружи трубы омываются потоком воздуха. В этом случае расход электроэнергии на дутье меньше, чем при применении рециркуляции, а использование отработавшего пара на подогрев воздуха несколько повышает регенерацию и за счет этого экономичность электростанции. Паровой подогрев воздуха при пропуске постоянного количества пара через подогре­ватель обеспечивает более высокий подогрев воздуха при пусках и остановках котла, что уменьшает коррозию воздухоподогревателя и при этих режимах. В некоторых установках подогрев воздуха в паровых калориферах осуществляют за счет пара низкого давления, получаемого в газовых испарителях, установленных за котлом.

Для исключения низкотемпературной коррозии в первом ходе воздухоподогревателя возможно применение в нем эмалированных трубок или изготовление их из некорродирующих материалов. В котлах, работающих на сернистых мазутах, присадка доломита к мазуту, применяемая для предотвращения высокотемпературной коррозии, также снижает и низкотемпературную коррозию в экономайзерах и воздухоподогревателях.