Технологический процесс топки с низкотемпературным кипящим слоем (КС) характеризуется уникальным сочетанием благоприятных свойств: высокой эффективностью экологической, экономической и общетехнической — при работе на топливе любого вида и сорта, включая твердое рекордно высокозольное. Ведущие котлостроительные фирмы разработку котлов с подобными топками считают приоритетной научно-технической задачей.

      Топки с КС осваивают в двух основных вариантах:

— с пузырьковым КС (ПКС) в котлах невысокой единичной мощности,

— с циркулирующим КС (ЦКС) в котлах средней и высокой мощности.

      Темп и масштаб внедрения котлов с КС определяются тем, насколько оперативно и эффективно удается решать возникающие непростые задачи, обусловленные известными недостатками топок с КС. Среди них наиболее весома и сложна задача ограничения интенсивности внешней эрозии (ВЭ) — Ig, т.е. скорости эрозионного поражения (износа) элементов котла, соприкасающихся с веществом КС. Накопленный опыт свидетельствует о том, что в котлах с ПКС, в зависимости от условий функционирования, утончение стенки труб поверхности нагрева, вследствие ВЭ, составляет Ig = 0,2...10 мм/год, в котлах с ЦКС, в нижней части топочной камеры — 30...100 мм/год, а в верхней части — 0,2...2,0 мм/год. Таким образом, уровень Ig определяет ресурс поверхностей нагрева и других элементов котлов с КС [1 — 3]. Зависит он от действия ряда факторов:

— детерминированных и случайных,

— внутренних по отношению к котлу и внешних,

— связанных с конструктивно-компоновочными особенностями котла или с режимом его функционирования,

— зависящих от свойств конструкционных материалов агрегата, используемого инерта (заполнителя вещества КС) и др.

      Это обусловило высокую размерность процесса ВЭ, усложнило исследование действующих закономерностей и обобщение результатов, полученных в разных условиях эксперимента. Высокая значимость процесса ВЭ, его сложность и малая изученность, все возрастающая потребность в знании его закономерностей, все это сделало задачу изучения процесса ВЭ и ограничения его интенсивности весьма актуальной.

      В доступной мировой литературе при множестве упоминаний процесса ВЭ приведено предельно мало корректно полученных данных о его закономерностях.

      Исследовано влияние на Ig в топке с ПКС основных конструктивно-компоновочных и режимных факторов. В качестве инерта использована крошка шамота. Установлены закономерности влияния следующих факторов:

скорость псевдоожижения,

температура КС,

размер частиц инерта,

диаметр трубы, погруженной в КС,

местоположение трубы в объеме слоя,

угол поверхности трубы с вертикалью (угол атаки поверхности частицами),

материал трубы,

длительность эрозионного воздействия КС на трубу.

      На основании полученных данных разработана методика расчетной оценки влияния указанных факторов на процесс ВЭ. Она позволяет выполнить прогностическую оценку Ig при действии перечисленных факторов в исследованном диапазоне их численных значений.

      Продолжающаяся работа ориентирована на уточнение влияния изученных, а также на изучение влияния других факторов, к которым относятся:

уровень эрозионной агрессивности частиц золы твердого топлива разных сортов и марок, а также частиц некоторых жаростойких материалов, которые можно использовать в качестве инерта,

гранулометрический состав частиц КС,

геометрия (фактор формы) частиц ,

уровень эрозионной стойкости конструкционных материалов при действии ВЭ,

геометрия пучка труб, погруженных в КС,

характер газовой среды в объеме КС и в газовом тракте котла,

характер и интенсивность внутренней эрозии (эрозии частиц),

динамические свойства топок и котлов с КС.

      Значительный интерес представляет изучение процессов внешней эрозии и внешнего теплообмена — параллельно идущих составляющих двуединого процесса энергомассообмена в КС.

      Интенсивность этих процессов определяется действием перечисленных факторов Фi. Она, в свою очередь, определяет суммарные затраты Зс на создание и обслуживание котла с КС, которые складываются из затрат на топливо и годовых отчислений от капитальных вложений в котел Зт = f(Фi), а также из затрат на компенсацию ущерба, наносимого ВЭ, — Зэ = f(Фi).

      Экстремальный характер функции Зс(Фi) свидетельствует о том, что естественное стремление усилить теплообмен с помощью воздействия на технологический процесс через любой из перечисленных факторов неизбежно ведет к интенсификации ВЭ. Изучение механизма и особенностей действия упомянутых факторов позволит установить сравнительную динамику реализации функций d(Зт)/d(Фi) и d(Зэ)/d(Фi). А это позволит при наблюдаемом их взаимодействии подобрать для котлов и использовать такие конструктивно-компоновочные и режимные решения, которые приведут к важному практическому результату. Он состоит в возможности обеспечить опережающий темп возрастания теплообмена (по сравнению с темпом возрастания ВЭ) при интенсификации технологического процесса котлов с КС.

      Литература

1. Воинов А.П., Захарченко В.В. Влияние условий работы на эрозию поверхностей нагрева котла, погруженных в кипящий слой // Изв. вузов СССР. Энергетика. - 1984. - № 1. - С. 74 - 77.
2. Воинов А.П. Проблемы надежности котельно-топочных систем с кипящим слоем // Пробл. тепло- и массообмена в современ. технол. сжигания и газифик. тв. топлива: Матер. междунар. шк.-семинара. - Минск: ИТМО АН БССР, 1989. - Ч. 3. - С. 43 - 50.
3. Барболин В.С. Влияние трубного пучка на вынос частиц и износ труб в аппаратах с кипящим слоем: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Свердловск, 1990.

Copyright © 2000 Odessa State Polytechnic University. All Rights Reserved.