ИЗНОС ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЗОЛЫ
При работе котла на твердом топливе конвективные поверхности нагрева подвергаются износу в результате ударов твердых частиц, уносимых продуктами сгорания.
При этом стенка трубы становится тоньше, снижается ее прочность, что может привести к разрыву трубы. Установлено, что труба изнашивается неравномерно. Больше всего истираются трубы крайних змеевиков, прямые участки труб, отходящих от коллектора, места изгиба труб, т. е. места, характеризующиеся повышенной местной скоростью потока уносимых частиц. Величина износа зависит от концентрации и абразивных свойств твердых частиц уноса: золы, несгоревшего углерода и режима эксплуатации. Избыток воздуха и неравномерность горения приводят к увеличению скорости газов и местной концентрации пыли. Наибольшему износу подвергаются шахматные пучки, причем второй ряд изнашивается в среднем в 1,5 раза сильнее, чем остальные ряды. Первый ряд пучка обдувается потоком газа с пониженной скоростью, равной скорости в свободной части газохода. При проходе через первый ряд скорость газа и частиц увеличивается. При прохождении последующих рядов пучка скорость твердых частиц становится меньше скорости газа за счет торможения частиц при ударе о трубы.
В коридорных участках износ меньше, поскольку трубы, начиная со второго ряда, находятся в аэродинамической тени. Однако следует считаться с тем, что в процессе эксплуатации возможен выход отдельных труб из плоскости ряда. Поэтому оценка вероятного износа труб в коридорных пучках проводится так же, как и в шахматных. При движении газа внутри труб (как это наблюдается, например, в воздухоподогревателе) наибольшему износу подвергаются входные участки труб примерно на длине 300—400 мм. На начальном участке режим движения не упорядочен, вероятность ударов твердых частиц о стенку трубы выше. При дальнейшем опускном движении потока в трубах твердые частицы движутся преимущественно в центре. Поэтому здесь вероятность удара твердых частиц о поверхность уменьшается.
Механизм износа труб под действием летучей золы. В зависимости от угла, под которым поверхность встречается с набегающей струей запыленных газов, различают прямые и косые удары. Угол между осью потока и касательной к поверхности называют углом атаки (рис. 6.14), При угле атаки в 90° наблюдается прямой, а при угле, меньшем 90°,— косой или скользящий удар.
Количество разрушенного металла пропорционально энергии частиц, ударившихся о поверхность трубы. Кинетическая энергия частиц пропорциональна квадрату скорости, а их количество в потоке пропорционально его скорости в первой степени. Поэтому в первом приближении можно считать, что износ трубы пропорционален скорости газа в третьей степени.
Абразивные свойства зависят от состава износа, в котором находятся кусочки различной формы и твердости. При однаковом составе золы износ будет зависеть от уровня температур в топочной камере, который определяет степень оплавления твердых частиц. Для некоторых топлив, имеющих легкоплавкую золу, износ определяется наличием в продуктах сгорания кусочков несгоревшего углерода, которые имеют остроугольную форму. По этой причине износ поверхностей нагрева при сжигании антрацитовой пыли главным образом определяется содержанием горючих, составляющих унос.
Мероприятия по защите труб от износа складываются из конструктивных и эксплуатационных. При проектировании необходимо правильно выбрать скорость газов в пучках конвективных поверхностей нагрева. Уменьшая скорость газов, можно значительно увеличить срок службы трубной поверхности. Однако снижение скорости приводит к увеличению поверхности нагрева за счет снижения коэффициента теплопередачи, в том числе и за счет увеличенного отложения сыпучей золы на трубах, что повышает стоимость котла и уменьшает его эксплуатационную надежность. Предельно допустимую скорость газов из условия абразивного износа можно рассчитать, если задаться сроком службы поверхности нагрева, числом часов работы котла и коэффициентом нагрузки. Для большинства видов твердого топлива допустимая скорость газов в конвективных газоходах составляет 8— 15 м/с.
