9.3 Низькотемпературна корозія

Рисунок 9.2 – Залежність температури точки роси від вмісту SО3 в продуктах згорання

Низькотемпературна корозія виникає при конденсації на поверхні нагріву водяної пари і утворенні рідкої плівки, що є електролітом. Конденсація водяної пари виникає при температурі поверхні нагріву нижче за температуру точки роси, яка визначається парціальним тиском водяної пари в продуктах згорання. Такий тиск підвищується із збільшенням вологості палива і вмісту в ньому водню. Наприклад, температура точки роси в продуктах згорання вугілля АШ складає 27…28^oС, бурого вугілля 45…55^oС, мазуту 44…45^oС і природного газу 54…55^oС.

Наявність в продуктах згорання SО₂ і SО₃ підвищує температуру точки роси до 100…110^oС (рис. 9.2). Для особливо сірчистих палив температура точки роси може підвищуватись до 150^oС.

За наявності водяної пари і сірчистих з'єднань в продуктах згорання утворюється пароподібна система Н₂О-Н₂ SО₄.

Температуру точки роси продуктів згорання можна визначити за емпіричною залежністю [8]

де A^р, S^р – зольність та сірчистість палива, %;

t_к – температура конденсації водяної пари з продуктів згорання, ^oС;

а_вин – частка виносу золи з топки, яку для шарового спалювання приймають 0,1…0,3, а для камерного – 0,8…0,95.

Температура конденсації водяної пари визначається за парціальним тиском пари в продуктах згорання

де r_H2O=V_H2O/V_г – частка водяної пари в продуктах згорання;

р – тиск продуктів згорання, МПа.

Конденсація чистої водяної пари при температурі поверхні нижче за точку роси за відсутності вмісту в газах сірчистих з'єднань може викликати кисневу корозію у повітропідігрівнику, розташованому в області низьких температур, і в результаті привести до наскрізного роз'їдання труб і перетікання повітря в газове середовище. Наявність в газах сірчистих з'єднань і конденсація на поверхнях нагріву рідкої плівки, що містить Н₂SО₄, активізують корозію.

При роботі на твердому сірчистому паливі в зоні температур 70…110^oС швидкість корозії не перевищує 0,2 мм/рік, а при спалюванні сірчистого мазуту швидкість корозії істотно вища.

Найбільш активно низькотемпературна корозія проявляється у повітропідігрівниках та економайзерах парових котлів і останніх конвективних пучках водогрійних котлів. Там мають місце найнижчі температури грійного і нагріваного теплоносіїв.

Низькотемпературна корозія поверхні нагріву відбувається за умови

Температура стінки труби визначається з балансу теплоти внутрішньої і зовнішньої її поверхні,_oС

де t_г, t_тн – температура газів на виході і теплоносія на вході в елемент котла, ^oС;

α_г, α_тн, k – коефіцієнти тепловіддачі з боку газів і теплоносія і коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²·К).

З виразу (9.6) виходить, що температуру стінки можна підвищити за рахунок збільшення температури теплоносія на вході і зменшення α_тн. Зменшення α_тн є неефективним методом, оскільки вимагає збільшення площі поверхні нагріву і не виправдовується в експлуатації.

Підвищення температури повітря проводять за рахунок рециркуляції гарячого повітря, або попереднього підігріву повітря (рис. 9.3).

Рисунок 9.3 – Схеми підвищення температури повітря перед повітропідігрівником: а – рециркуляція із регулюванням шибером; б – рециркуляція із використанням спеціального вентилятора; в – з паровим калорифером; 1 – дуттєвий вентилятор; 2 – короб рециркуляції; 3 – шибер; 4 – вентилятор рециркуляції; 5 – паровий калорифер

Рециркуляція повітря знижує температурний напір у повітропідігрівнику, підвищує температуру відхідних газів і витрату електроенергії на дуття. При застосуванні окремого вентилятора для рециркуляції повітря завантаження дуттєвого вентилятора залишається сталим і витрата електроенергії на рециркуляцію повітря дещо зменшується.

На рис. 9.3, в показана схема підігріву повітря, що надходить у повітропідігрівник, в паровому теплообміннику. Він встановлюється між напірною стороною дуттєвого вентилятора і вхідним ступенем повітропідігрівника. Це трубчастий теплообмінник, в який подається відпрацьовану в турбіні пара з температурою біля 120^oС. В цьому випадку є економія електроенергії в порівнянні з рециркуляцією і регенерація в схемі ТЕС призводить до підвищення ефективності циклу. Паровий підігрів повітря при пропуску постійної кількості пари через підігрівник забезпечує більш високий підігрів повітря при пусках і зупинках котла, що зменшує корозію і в цих режимах.

В котлах малої потужності на газовому паливі використовують теплоту конденсації водяної пари, причому ККД котла підвищується на 7…10%. Але для цього хвостові поверхні виконують з корозійностійких матеріалів – нержавіючої сталі, сплавів тощо.