АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛОАГРЕГАТА ЗОЛОЙ ЭКИБАСТУЗСКОГО УГЛЯ

ABRASIVE WEAR OF CONVECTIVE SURFACES OF BOILER UNITS ENERGY ASH EKIBASTUZ COAL

Lyubov Beloglazova

аssistant Omsk state technical university,

Russia, Omsk

Anastasia Bulova

student 3 courses, departments of power system and heating engineers Omsk state technical university,

Russia, Omsk

Vadim Nechupaeyv

student 3 courses, departments of power system and heating engineers Omsk state technical university,

Russia, Omsk

Alina Protasova

student 3 courses, departments of power system and heating engineers Omsk state technical university,

Russia, Omsk

Sergey Shleiko

student 3 courses, departments of power system and heating engineers Omsk state technical university,

Russia, Omsk

АННОТАЦИЯ

Цель статьи заключается в рассмотрении действия абразивного износа на конвективные поверхности нагрева. Данный процесс рассмотрен на примере Экибастузского угля, являющегося одним из самых абразивных видов топлив. Так же приведены данные о дисперсном составе летучей золы из котлов с пылевидным сжиганием различных топлив, по которым можно сравнить Экибастузский уголь с другими видами топлива. Освещенные в статье методы борьбы с абразивным износом являются наиболее используемыми в практике и одновременно характеризуются достаточной экономичностью в их использовании.

ABSTRACT

The subject matter of the article is the effect of abrasive wear on the convection transfer system. The process is considered by the example of Ekibastuz coal, which is one of the most abrasive kind of fuels. Also the data on size-consist of flying dust from steamers with dust burning different fuels is introduced. Ekibastuz coal can be compared with other kinds of fuels by this data. The method of controlling abrasive wear, which is covered in the article, is the most used in practice and at the same time is economical enough to use.

Ключевые слова: абразивный износ; Экибастузский уголь.

Keywords: abrasive wear; Ekibastuz coal.

Безопасность и надежность эксплуатации ТЭС является главной проблемой современной энергетики. Так как при сжигании твердого топлива, образовавшиеся частички золы и недогоревшего топлива, изнашивают поверхности нагрева паровых котлов. Вследствие этого через 2–3 года после начала эксплуатации необходима полная замена поверхностей нагрева из-за уменьшения толщины трубы, и ее дальнейшей неспособности сопротивляться внутреннему давлению.

Содержащиеся в угле минеральные и органические примеси после его сжигания переходят в поток дымовых газов во взвешенном состоянии. При работе парогенераторов на твердом топливе приходится сталкиваться с их главным недостатком, а именно с абразивным износом поверхностей нагрева, возникающей под воздействием минеральной части на металл труб парогенератора. Во время движения крупных частиц летучей золы и частиц недогоревшего угля, размерами около 20 мкм, под действием уходящих газов происходит их соударение с поверхностью трубы и разрушение пограничного слоя. Дальнейшее воздействие инерционных частиц на поверхность вызывает истончение трубы, что снижает ее прочность и нарушает работоспособность.

Абразивный износ конвективных поверхностей нагрева.

Принцип воздействия абразивного износа на конвективные поверхности нагрева состоит в следующем: твердые, крупные частицы, содержащиеся в золе, на относительно большой скорости последовательно врезаются в металлические стенки, сцарапывая с них частицы металла. При температуре газов меньше 600 градусов по Цельсию абразивность частиц, а, следовательно, и скорость износа увеличиваются, так как частицы теряют поверхностную гибкость и становятся более твердыми в верхних частях конвективной шахты. Неоднородность распространения частиц в дымовых газах обуславливает неравномерность износа газохода как по периметру, так и по протяженности.

Абразивный износ конвективных поверхностей котельного агрегата в определенной степени зависит так же от работы пыле систем и метода сжигания топлива. Так при увеличении крупности частиц угольной пыли или ухудшении процесса горения, при котором возрастает недожог, увеличивается размер зольных частиц и, как следствие, износ. При исследовании износа представляет интерес влияния различных фракций летучей золы на абразивный износ поверхностей нагрева котла.

В Омской области распространено использование Экибастузского угля на станциях, в связи с его высокой теплотворной способностью и недорогой транспортировкой из Казахстана. Однако помимо положительных качеств, нельзя не отметить негативные. К ним можно отнести высокую абразивность зольных частиц и большой процент зольности этого топлива. Из-за этого абразивному износу подвержена как конвективная часть котельного агрегата, так и последующая золошлакоудаляющая система [2; 4, c. 8].

Абразивный износ при использовании Экибастузского угля

Огромную роль в энергетике имеют Экибастузские угли, добываемые с 1954 года. Они залегают на относительно небольшой глубине и формируют мощные пласты породы, в связи с этим их добыча осуществляется открытым способом в угольных разрезах. По своей природе Экибастузские угли являются гумусовыми и представлены матовыми, полуматовыми или же изредка полублестящими породами.

Экибастузский уголь имеет зольность 38 %, теплотворную способность 4000 ккал/кг. Для наглядности: у донецкого угля – зольность 20,9 % и теплотворная способность 6030 ккал/кг. Следовательно, при сжигании этих топлив в равных условиях частиц золы в дымовых газах в первом случае будет приблизительно в 2,7 раза больше. Таким образом, при сжигании топлива в слое в топке осаждается 60–75 % золы, т. е. должно уноситься 25–40 %, из них же почти 50 % осаждается в газоходах котла, а вместе с дымовыми газами уносится только 10–15 %. При факельном способе сжигания топлива и сухом шлакоудалении унос золы достигает 75–85 %. В топках с жидким шлакоудалением осаждается 40–60 % золы, а в циклонных топках – вплоть до 80 %, следовательно, снижается и вынос ее в атмосферу.

Таблица 1.

Дисперсный состав летучей золы из котлов с пылевидным сжиганием различных топлив

Таблица 2.

Коэффициенты абразивности золы некоторых топлив

У Экибастузского угля большая теплоотдача, но есть ряд других минусов в данном виде топлива. Минусы этого угля, в том что, в нем большой коэффициент абразивности, как это видно в таблице 2. При использовании данного топлива, идет быстрый износ деталей котла, а именно возникновение микро-резания материала конвективных поверхностях [1, c. 8].

Метод борьбы с абразивным износом конвективных поверхностей

Традиционным методом борьбы с абразивным износом является повышение твердости используемого материала котлоагрегата, что возможно как за счет выбора материала, так и благодаря упрочняющей обработке: термической и химикотермической обработке, поверхностно- пластическое деформированию, а также нанесению твердых покрытий и регулярного рельефа. Но нельзя не отметить, что упрочнение наклепом противоречит положению Хрущева М.М. о том, что эффективное увеличение износостойкости возможно только за счет повышения «естественной» твердости, тогда как «искусственное» повышение твердости, например, закалкой, сопровождается переводом металла в энергетически менее устойчивое состояние и достигается к тому же ценой потери пластичности.

Основным из способов борьбы с абразивным износом на конвективных поверхностях (Рис. 1) является установка накладок на лобовых участках верхних труб конвективных поверхностей нагрева и на участках, расположены в районе газовых коридоров.

Рисунок 1. Верхний ряд змеевика и задней стенки конвективной шахты

Также для уменьшения абразивности можно прибегнуть к повышению качества. Для этого Экибастузский уголь подвергают обогащению на специальных обогатительных фабриках, расположенных на угольных разрезах или в относительной близости к ним. Обработанная лабораторным методом зола Экибастузского угля считается приблизительно мало абразивной, а именно полученная из прокаленного при температуре 850 градусов угля.

ТПП-110, в данных котлах конвективные шахты выполнены сдвоенными. Именно для работы на Экибастузском угле с удалением шлака в твердом состоянии и сжиганием угольной пыли во встречно расположенных двухъярусных круглых горелках, из-за высокой абразивности золы для получения меньшей скорости продуктов сгорания примерно 6–7 м/сек.

Во время сжигания примерно 2600 т/ч Экибастузского угля вырабатываются приблизительно те же количества углекислоты, однако немного меньше водяных паров, окислов азота и окислов серы. В дымовых газах ТЭС, функционирующих на Экибастузском или иных видах угля, присутствуют фтористые соединения в виде SiF₄ достигающие до 3–4 т/ч, а также незначительные доли соединений мышьяка и ванадия. Установлено, что применение температурно-влажностного кондиционирования продуктов сгорания Экибастузского угля позволяет существенно снизить УЭС золы [3, c. 8].

Рисунок 2. Зависимость коэффициента абразивности летучей золы Экибастузского угля от тонины помола, где 1-нижняя точка, 2-средняя точка, 3-верхняя точка

Рисунок 3. Зависимость коэффициента абразивности золы и зольного износа от средневзвешенного размера частиц золы Экибастузского угля.

По итогам изученной информации можно сделать вывод, что Экибастузский уголь является одним из самых абразивных и при работе с ним необходимо прибегать к методам защиты, описанным ранее в данной статье. Методы борьбы с абразивным износом конвективных поверхностей можно так же применять и к золоулавливающим аппаратам ТЭС, проверив теоретические гипотезы на ЭВМ.

Список литературы:

1. Каримов М.Т. Ермоленко М.В. Степанова О.А. Байжуманов М.Ж. Влияние фракционного состава золы на абразивный износ поверхностей нагрева энергетических котлов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 4 (часть 3). – С. 532–535.
2. Проников А.С. Надежность машин. – М.: Машиностроение, 1978. – 591 с.
3. Сидельковский Л.Н. Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – 3-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.
4. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. – М.: Наука, 1970. – 252 с.