PROTECTION OF LOW TEMPERATURE CORROSION OF HEATING SURFACES

Волков В.Н.¹, Самойленко М.С.², Тимофеенко О.П.³, Ершова Л.В.⁴, Козлова Т.В.⁵

^1,2Эксперт по объектам котлонадзора ООО НПП «ПромТЭК», г. Ростов-на-Дону, ^3,4Эксперт по объектам нефтехимии ООО НПП «ПромТЭК» г. Ростов-на-Дону, ⁵Аспирант Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова, Новочеркасск

ЗАЩИТА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ОТ КОРРОЗИИ

Аннотация

Целью настоящей работы является защита низкотемпературных поверхностей нагрева от коррозии. В работе был рассмотрен один из самых широко распространенных способов предотвращения коррозии – повышение температуры стенки выше температуры точки росы, а также конструкции воздухоподогревателей для повышения температуры воздуха, их достоинства и недостатки.

Ключевые слова: температура точки росы, воздухоподогреватель, термическое сопротивление, движение газов, рециркуляция.

Volkov V.N.¹, Samojlenko M.S.², Timofeenko O.P.³, Ershova L.V.⁴, Kozlova T.V.⁵

^1,2Expert objects of boiler inspection Ltd NPP «PromTJeK» Rostov-on-Don, ^3,4Expert petrochemical facilities Ltd NPP «PromTJeK», Rostov-on-Don, ⁵Postgraduate student of South-Russian State Technical University, Novochercassk

PROTECTION OF LOW TEMPERATURE CORROSION OF HEATING SURFACES

Abstract

The aim of this work is to protect the low-temperature heating surfaces against corrosion. The work was considered one of the most common ways to prevent corrosion is to increase the wall temperature above the dew point temperature as well as the construction of air heaters to raise the temperature of air, their advantages and disadvantages.

Key words: the dew point temperature, air heater, thermal resistance, movement of gases, recirculated.

Одним из широко распространенных способов предотвращения коррозии является повышение температуры стенки выше температуры точки росы [1,2].

Температура стенки воздухоподогревателя, омываемая газами, может быть выражена в виде [3]:

\[{{t}_{}}={{t}_{}}+\frac{\left( \frac{1}{{{\alpha }_{}}}+\frac{{{\delta }_{}}}{{{\lambda }_{}}} \right)\cdot \left( {{t}_{}}-{{t}_{}} \right)}{\frac{1}{{{\alpha }_{}}}+\frac{1}{{{\alpha }_{}}}+\frac{{{\delta }_{}}}{{{\lambda }_{}}}+\frac{{{\delta }_{}}}{{{\lambda }_{}}}}\]                              (1)

Термическим сопротивлением металлической стенки (исключая ребра) можно пренебречь ввиду его малости по сравнению с остальными членами, даже для чугунных воздухоподогревателей. При отсутствии золовых отложений температура стенки будет зависеть только от локальных значений температуры воздуха и газа и коэффициентов теплоотдачи [3]:

\[{{t}_{}}={{t}_{}}+\frac{1}{1+\frac{{{\alpha }_{}}}{{{\alpha }_{}}}}\cdot \left( {{t}_{}}-{{t}_{}} \right)\]                                           (2)

Из уравнения (2) следует, что температуру стенки можно повысить увеличением температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель, уменьшением отношения , увеличением температуры газов в месте ввода холодного воздуха. Для осуществления последнего применяются конструкции, аналогичные показанной на рис. 1.

Рис. 1 - Схема воздухоподогревателя при размещении входной части в области газохода с повышенной температурой газа.

Недостатком такой конструкции является нарушение схемы противоточного движения газов, что приводит к возрастанию температуры уходящих газов при одной и той же величине поверхности нагрева.

Температура стенки будет тем ближе к температуре газов, чем меньше отношение

коэффициентов теплоотдачи. На рис. 2 приведена зависимость температуры стенки от отношения коэффициентов теплоотдачи от воздуха и газов (при температуре воздуха на входе в воздухоподогреватель 30° С и t_ух=150°С).

Рис. 2 - Изменение температуры стенки воздухоподогревателя от отношения коэффициентов теплоотдачи (при t_хв = 30 °С и t_ух =150 °С).

Из этого графика следует, что соответствующим выбором отношения  можно существенно повысить температуру стенки воздухоподогревателя.

В некоторых конструкциях воздухоподогревателей это достигается путем снижения коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха за счет уменьшения его скорости.

Для этой цели увеличивают высоту первого хода или располагают трубы с большим шагом в направлении, перпендикулярном движению воздуха.

Однако подобные мероприятия не всегда приводят к цели. При наличии даже небольшого отложения золы температура стенки в месте загрязнений будет близка к температуре воздуха ввиду малой величины коэффициента теплопроводности золы. При низкой температуре воздуха это приведет к конденсации паров и коррозии, особенно при сжигании сернистых топлив.

Повышение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель может быть осуществлено за счет рециркуляции горячего воздуха, которая выполняется двумя способами (рис. 3).

Рис. 3 - Схема рециркуляции воздуха.

1 – воздухоподогреватель, 2 – дутьевой вентилятор; 3 – короб с регулирующим шибером; 4 – вентилятор рециркуляции.

а) – при помощи дутьевого вентилятора, б) – при помощи вентилятора рециркуляции.

При первом способе горячий воздух поступает на всасывающую сторону дутьевого вентилятора за счет перепада давлений между коробом горячего воздуха и всасывающим патрубком вентилятора. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель зависит от температуры и расхода циркулируемого воздуха. При этом через дутьевой вентилятор проходит увеличенный расход воздуха, что повышает расход электроэнергии на дутье. Количество рециркулируемого воздуха при переменных нагрузках надо регулировать. При снижении нагрузки подогрев воздуха падает вследствие уменьшения температуры горячего воздуха и снижения напора, под действием которого осуществляется рециркуляция.

Расход электроэнергии на рециркуляцию воздуха может быть сокращен при использовании специального вентилятора (рис. 4б). В этом случае загрузка дутьевого вентилятора не меняется.

Рис. 4 - Выделение начального хода воздухоподогревателя в отдельный пакет.

а) – без выделения; б) – с выделением первого хода

Рециркуляция воздуха широко применяется на электростанциях в тех случаях, когда для устранения коррозии оказывается достаточным предварительный подогрев воздуха до 50—65° С. При более высоком подогреве возрастает температура уходящих газов, что приводит к снижению к. п. д. котла.

Другим способом повышения температуры воздуха может быть паровой подогрев воздуха в специальных калориферах. Для этих целей используется пар из отборов турбин.

Если при проектировании турбин предусмотрен расход отборного пара на предварительный подогрев воздуха, то такой способ оказывается более экономичным, чем рециркуляция газов. Однако при значительном подогреве воздуха сильно повышается температура уходящих газов, что делает экономически нецелесообразным подогрев воздуха свыше 50—60° С.

Для уменьшения золовых отложений надо увеличить скорость газов. Это легко осуществить, если выполнить начальную часть воздушного подогревателя в виде самостоятельного хода с повышенной скоростью газа и пониженной скоростью воздуха (рис. 4).

При такой компоновке упрощается ремонт, поскольку заменяется только изношенная часть воздухоподогревателя. В некоторых случаях выделенную ступень воздухоподогревателя выполняют из чугунных элементов, которые лучше сопротивляются коррозии.

Испытывались другие конструкции коррозионно устойчивых поверхностей нагрева. В области газохода с низкой температурой газа ставятся испарительные поверхности нагрева как с естественной, так и с принудительной циркуляцией. Температура стенки испарительных поверхностей нагрева определяется давлением пароводяной смеси и остается постоянной на всей ее длине. Давление, а следовательно, и температура стенки выбираются такими, при которых отсутствует наиболее коррозионно опасная концентрация серной кислоты.

Полученный в испарительных поверхностях пар низкого давления предназначен для начального подогрева воздуха в специальных калориферах. При использовании таких схем первая по ходу воздуха ступень воздухоподогревателя, наиболее склонная к коррозионным повреждениям, заменяется испарительной поверхностью с постоянной температурой стенки.

Литература

1. РД 34.26.105 Методические указания по предупреждению низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева и газоходов котлов.
2. Сидельковский Л.Н. Юренев В.Н Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов.- 3-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 528с.
3. Лариков Н. Н. Теплотехника: Учеб. для вузов. — 3-е изд. / перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1985. — 432 с

References

1. RD 34.26.105 Metodicheskie ukazanija po preduprezhdeniju nizkotemperaturnoj korrozii poverhnostej nagreva i gazohodov kotlov.
2. Sidel'kovskij L.N. Jurenev V.N Kotel'nye ustanovki promyshlennyh predprijatij: Uchebnik dlja vuzov.- 3-e izd. M.: Jenergoatomizdat, 1988. – 528 s/
3. Larikov N. N. Teplotehnika: Ucheb. dlja vuzov. — 3-e izd. / pererab. i dop. — M.: Strojizdat, 1985. — 432 s