автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Прогнозирование и контроль шлакования котлов

1Г, РАО "ЕЭС России"

СП

сп Урплылаш тсплотсхлаческий

заушо-'!с^чрдоаатйльскгш институт ~ /УрллБТИ/

— На правам рукописи

УДК 621.182: Г52. 613. 1

АЛБл'ЮПг! Алогсандр Ннхолпезпч

ар ¡.Ун :< Кирова! :лп л контроль шлдлозлпип котлов.

Се {• д.!-1ЛоНСст"» 05.0-1.01 — Ко?лы, парогенераторы и гамзтш спгоанпя

.'ДИССерТ.ЧЦГ!!? в зтде научного доклада на солжз-гше учняо^ сгетнп дсятора техтггеск чх 1мук

Ч ел пи г з на; '.П0.5

Работа выполнена в Уральском теплотехническом научно —исследователъеко VI институте УралВТИ).

Официальны« оппоненты:

доктор технических наук

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Бббнй В. И. Ушаков (2. Г. Шпкрт М.

Ведущая организация: Производственное объединение

"Скбэнергомаш". г. Барнаул

Защита состоится 18 тт 11)95г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д144, 02. 01. при

исследовательском институте (В'ГИ) по адресу: Ю92Н0, Москва, ул. Аьто:шводская, 14 / 23.

С диссертацией б виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского теплотехнического научно—исследовательского института*

Диссертация в виде научного доклада разослана " 4 " апреля 1995г.

Всероссийском

теплотехническом научно —

Ученый секретарь диссертационного совета

Березянеп П. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ (актуальность проблемы). В энергетике достигнут заметный прогресс в обеспечении безаварийной по условиям шлакования и загрязнения работы котлов. Это стало возможным благодаря улучшению их конструкции, более адекватному учету особенностей минеральной части топлив и топочных процессов при проектировании, применению более совершенных средств очистки поверхностей нагрева. Успехи в этой области базируются на большом количестве разработок и исследований, выполненных в различных организациях, и накопленном при эксплуатации котлов опыте.

Вместе с тем, вопросы изучения минеральной части топлив, процессов образования отложений, их прогнозирования и контроля остаются актуальными. Это обусловлено рядом причин. Среди традиционных из них мокно отметить нестабильный топливный баланс электростанций, освоение новых углей и оборудования, отсутствие сведений для ряда используемых углей, возникающие в эксплуатации проблемы шлакования и загрязнения, незавершенность поиска достаточно убедительных показателей прогнозирования шлакущих свойств топлива и методов их применения. Нетрадиционной проблемой является изменение условий шлакования и шлакующих свойств при применении новых технологий сжигания и газоочистки для удовлетворения более жестких экологических норм, при решении экологических вопросов путем замены топлива или применения смеси разных углей. Дополнительный импульс дает освоение современных физико -химических методов исследования, позволяющих углубить представления о процессах. С учетом ставящихся задач и экспериментальных возможностей можно говорить о переходе в вопросах шлакования на качественно новый уровень. В главном он характеризуется переходом от ранжирования углей и эмпирических показателей к прогнозированию свойств отложений в конкретных котлах, к научно-обоснованным моделям шлакования и загрязнения.

В диссертации обобщены результаты исследований и разработок, выполненных при участии и под руководством автора в лаборатории обеспечения бесшлаковочных режимов УралВТИ по отраслевым [1рограммам, договорам с котлостроительными заводами и энергопред-

приятиями. В ней также использованы результаты, полученные ] части шлакования, при выполнении межотраслевой программы пс исследованию сжигания кузнецких и донецких углей в топках с твердым шлакоудалением и государственной программы пс экологически чистой ТЭС на экибастузском угле, научны\ руководителем которых являлся автор.

Автор благодарен своим наставникам (И.Я.Залкинд, Ю.Л.Маршак, В.Е.Маслов), коллегам (В.Е.Гладков, Э.П.Дик, Б.В.Немерский) и ученикам (В.В.Богомолов, Н.В.Артемьева) за совместную успешную творческую работу.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ. Изучить условия шлакования котлов и жидкого шлакоудаления, исследовать шлакующие и загрязняющие свойства широкого круга углей, разработать комплекс показателей для их характеристики, статистически значимые методы приближенного прогнозирования и их применения для анализа работы и проектирования котлов. С использованием новых экспериментальных возможностей уточнить схемы образования (механизм) отложений различного типа; разработать модель роста шлаковых отложений, учитывающую разнообразие частиц летучей золы по составу и свойствам.

Разработать и проверить новые технические решения для контроля и уменьшения шлакования котлов.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ: Результаты исследований шлакующих и загрязняющих свойств углей; результаты исследований тонкой морфологической структуры состава частиц летучей золы и отложений, применение Мессбауэровской спектроскопии для исследований и прогнозирования шлакующих свойств; комплекс показателей шлакующих и загрязняющих свойств; методы прогнозирования показателей; вероятностную модель шлакования; рекомендации по выбору параметров топки и газоходов; механизмы образования железистых и сульфатно-кальциевых отложений; условия надежного жидкого шлакоудаления для слабокристаллизующихся шлаков и метод расчета маневренности топок с ЖШУ, принципы и технику имитации шлакования; метода и устройства для исследований и контроля шлакования. Более подробно выносимые на защиту положения изложены в заключении по диссертации.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Экспериментально обоснованы концептуальные положения по механизму образования шлаковых отложений: матричная гипотеза шлакования, наличие в летучей золе "липких" частиц при температурных условиях ниже начала шлакования, участие в форми-

ровании отложений всех достигших поверхности частиц летучей золы с разной ролью, закрепление частиц по разным схемам, синхронное разрушение отложений в процессе роста. Впервые для отечественных углей исследован состав индивидуальных частиц летучей золы.Разработана принципиально новая (вероятностная) модель шлакования, в которой учитывается разнообразие частиц летучей золы по составу и свойствам, а также уточненные представления о схеме формирования шлаковых отложений.

Показано непостоянство шлакующих свойств по ходу факела, их зависимость от режимов и схем сжигания. Установлено усугубление шлакующих свойств при переходе на ступенчатое сжигание топлива, как в зоне горения,так и в районе пароперегревателя.

Впервые с использованием Мессбауэровской спектроскопии исследовано изменение доли железа и его окислительно-восстановительных соотношений в стекловидной фазе летучей золы по длине факела, в зависимости от минеральной части углей, режимов и схем сжигания топлива. Установлены тенденции изменения этих показателей в сравнении с изменением шлакующих свойств золы, предложены на этой основе методы прогнозирования влияния режимных факторов на шлакующие свойства.

С использованием разнообразных методов, включая микрозондовый анализ, экспериментально обоснованы и уточнены схемы образования железистых и сульфатно-кальциевых отложений, предложены новые механизмы их формирования (обогащенные железом и кальцием переохлажденные жидкости, эвтектика, застывающая на основе фаз пирротина-вюстита-файялита, обогащенные железом поверхностные пленки, хемосорбционное закрепление частиц кальция).Показана возможность одновременного образования отложений по разным схемам, изменение их роли в зависимости от состава минеральной части угля, температурных и аэродинамических факторов.

Дополнен комплекс показателей, характеризующий шлакующие свойства углей, и разработана система новых статистически более достоверных, чем известные, методов их прогнозирования по данным лабораторных исследований. Для прогнозирования предложено, в частности, использовать сведения о количестве пирита в тяжелой фракции угольной пыли и сульфидной серы, отнесенной к зольности; адиабатической температуре горения, спекаемости золы при температуре начала шлакования,, доле обогащенных кальцием частиц.

соотношений в золе содержания кислых и основных окислов, калия натрия.

Установлено, что пре1фащение надежного жидкого шлакоудаленк для слабокристаллизувдихся шлаков не связано с изменением л структуры и реологии, разработана модель застывания шлака в лета и полуаналитический метод прогнозирования маневренности топок ЖШУ.

Усовершенствована методика исследований шлакования на моделяа Предложен новый подход к выбору моделирующего материала, уточнен критерии подобия, разработана новая техника экспериментов i моделях разного типа в зависимости от ставящихся задач и зс котла.

Разработаны с применением новых принципов и показателе способы и устройства для исследований и контроля шлакования жидкого шлакоудаления, новизна которых подтверждена авторскю, свидетельствами. В том числе, впервые реализована идея контрой измерения шлакующих свойств в процессе сжигания топливе

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Получены сведения по шлакунщ свойствам углей различных месторождений. Результаты работ использованы в справочной литературе, руководящих указаниях i проектированию топок с жидким и твердым шлакоудалениеь Выполненные по заказам котлостроительных заводов исследоваш шлакующих свойств отечественных и зарубежных углей разработанные на их основе рекомендации применены при проектирс вании нового котельного оборудования (котлы Е-500 Тверской ТЭЦ Барнаульской ТЭЦ 3 для ступенчатого сжигания кузнецкого СО и б( резовского углей, Е-500 для экибастузского, серии котлов Е-25( Е-500, Е-670 для бурых и каменных углей КНР на ПО "Сибэнергомаш' П-57Р для экибастузского угля, котла блока 500 МВт для Индии ] ЗИО, ТПП-804 для кузнецкого угля на ТКЗ).Мероприятия по уменыш нию ущерба от шлакования, методы контроля шлакования и жидко] шлакоудаления успешно внедрены на ряде станций, среди котор: Томь-Усинская, Троицкая, Ермаковская, Ладыжинская ГРЭС.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на и, и: IV Всесоюзных конференциях "Влияние минеральной час энергетических топлив на условия работы парогенераторов" (Талли 1974, 1980, 1986), III и V Всесоюзных конференциях "Горен

твердого (органического) топлива" (Новосибирск, 1969, 1984), конференциях "Проблема загрязнения и очистки наружних поверхностей нагрева паровых котлов" (Батуми, 1988), "Пути совершенствования контроля качества твердого топлива" и "Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов" (Челябинск, 1988,1992), международной конференции "The Impact ol Ash Deposition on Coal Fired. Plants" (Solihull, England,1993), а также Всесоюзных и Республиканских научно-технических совещаниях "Пути дальнейшего снижения расхода топлива при производстве электрической и тепловой энергии" (Л.,1985), "Повышение надежности, экономичности и экологической чистоты тепловых электростанций" (М. ,1991), " Повышение надежности и экономичности энергетического оборудования ТЭС Казахстана" (Алма-Ата, 1984), секции совета ГКНТ (Подольск, 1984). Разработки демонстрировались на ВДНХ и автор награжден Змя медалями ВДНХ и двумя дипломами Всесоюзных конкурсов.

ПУБЛИКАЦИИ. По свойствам топлива и котельно-топочной тематике автором опубликовано 142 печатных труда, в том числе по вопросам минеральной части углей и шлакованию 118 трудов (в докладе даны ссылки на 81 труд). Из них 32 труда опубликовано в журналах 'Теплоэнергетика", "Электрические станции", "Энергомашиностроение" и подучено 48 авторских свидетельств.

I. Общие положения и принятые предпосылки.

К минеральной части относят все неорганические составляющие угля и она содержит как минералы, так и минеральные элементы органических соединений угольного вещества. Зольность углей Ad и средний (валовый) химический состав их минеральной части, который принято представлять в виде окислов, изменятся в широком диапазоне. Например, в анализируемых в диссертации утлях значение Ad и содержание некоторых из основных компонентов составляло Ad=10-67,5%, Si02=45,5-67,9%, Fe203=2,5-26,755, Са0=0,8-26,755, Naa0=0,21-4,155.

. В зависимости от содержания отдельных минералов, органо-минеральных соединений и соотношения основных компонентов химического состава угли делятся на группы по типу золы. Для углей с одинаковым типом золы характерны схожие проблемы образования отложений и прослеживаются определенные закономерности.

Широко распространенная в мире американская классификация на угли с битуминозным (Ре203>Са0+М§0) и лигнитным (Ре203<Са0+Н^) типом золы не универсальна и не применима для большинства наших углей. Так, американские угли с лигнитным типом золы имеют больше активного натрия Ка20/Са0=0,19-0,75 по сравнению с отечественными углями с высоким содержанием СаО+ЬДО, у которых этот показатель составляет 0,01-0,02, и нехарактерные для отечественных углей проблемы загрязнения. В работах УралВТИ используется принятое в нашей стране деление на угли с кислым составом золы и угли с вы-высоким содержанием окислов основного состава. К кислым отнесены угли с содержанием гК/20>4 (£К=3102+А1203*!И.02 и ^0=Са0+М§0+К20+ Иа20). В отличие от общепринятого в состав окислов основного состава не включены окислы железа из-за их амфотерности и неоднозначного влияния на шлакующие свойства. Более полная классификация должна также учитывать долю пирита и активных щелочей и содержать следующие типы золы: битуминозный, с кислым составом, "соленый", с высоким содержанием компонентов основного состава, лигнитный.

Уже при размоле топлива минеральная часть неравномерно распределяется по индивидуальным частичкам шли; образуется спектр частиц от "чисто угольных", содержащих внутреннюю золу, до частиц из отдельных минералов и их различных ассоциаций. При пылеугольном сжигании процесс физико-химических преобразований минеральной части сопровождается дроблением отдельных частиц, объединением минерального вещества в пределах частички, частичным испарением минеральных компонентов. В итоге образующиеся частички летучей золы существенно различаются по составу и свойствам. Рост отложений происходит в результате взаимодействия частиц, обладающих индивидуальными свойствами, с ранее сформировавшейся неоднородной поверхностью. При этом, в разных зонах котла способностью к закреплению обладают разные совокупности частичек и образуются отложения разных типов, отличающиеся по механизму и скорости формирования прочности о, составу.

Классификация отложений отражает представления о процессе их образования, роли разных свойств и до настоящего времени не является ни устоявшейся, ни единой. Наиболее перспективная, по нашему мнению, классификация должна базироваться на различиях в механизме закрепления частиц и упрочнения отложений. За рубежом широко распространено деление образования отложений на шлакование

и загрязнение (1ои11п§). Под шлакованием обычно понимается процесс образования отложений и связанные с этим проблемы в топке, под загрязнением - вне ее, хотя такая классификация и не вполне корректна и научна.

Давно известно и подтверждено многочисленными исследованиями существование критической температуры газов, названной температурой начала шлакования 1;шл, выше и ниже которой отложения существенно отличаются по составу, свойствам и скорости роста. Более строго, граничные условия представляют из себя сочетания температур газов и поверхности /1/. Для сохранения распространенной терминологии в диссертации использована модифицированная классификация на шлакование и загрязнение. К шлакованию отнесен процесс образования отложений при температурных условиях' выше указанных критических, а к загрязнению при более низких. Среди отложений, отнесенных к загрязнению, в зависимости от определяющих компонентов и схемы образования выделены железистые, сульфатно-кальциевые, на базе активных щелочей, мелкодисперсные (рыхлые).

Формирование отложений того или иного типа зависит от многих факторов; условия и схема их образования служат предметом изучения шлакующих, свойств. Вместе с тем определенными эвристическими свойствами, полезными и при решении практических вопросов обладает предложенный нами обобщенный подход /1,2/. Его смысл сводится к тому, что в конкретных условиях будут формироваться отложения, скорость роста ё которых выше, чем отложений других типов. Изменяя интенсивность образования отложений одного типа, можно влиять на граничные условия образования отложений других типов или избежать их формирования, на шлакование в целом. . Излагаемые представления о процессах образования отложений, помимо новых, предложенных автором положений, опираются на теории и гипотезы, разработанные ранее в различных странах. К принципиальным и впервые или дополнительно экспериментально обоснованным положениям в первую очередь относятся следующие. Протекающие при пылеугольном сжигании физико-химические преобразования минеральной части могут не достигать равновесного состояния. В частности, при охлаждении в потоке дымовых газов частицы золы с составом склонном к кристаллизации могут застывать в виде переохлажденной жидкости (<1. Воот)у). Условия закрепления

частиц в отложениях зависят не только от их аутогезионных и объемных свойств, но и от энергии движущихся частиц (М.И.Вдовенко). Следовательно, условия закрепления частиц несвязаны однозначно с какой-либо критической точкой их состояния. Роль разных частиц в процессе образования отложений отличается; процесс роста отложений синхронно сопровождается их разрушением; отложения с похожим составом и свойствами могут формироваться по различным механизмам, например, за счет липкости и химической активности (И.П.Эпик, А.А.Отс). Принято и экспериментально обосновано, что шлакующие свойства углей не являются характеристикой только его минеральной части /3/; они изменяются в зависимости от режимов размола и сжигания топлива и не постоянны по длине факела /4/. Такие положения новые лишь отчасти. В той или иной мере они высказывались или следуют из результатов, полученных рядом исследователей.

2. Объем и методы исследований.

В диссертации обобщены результаты исследований шлакующих и загрязняющих свойств широкого круга углей. Они проведены как традиционными методами и устройствами, так и с использованием уникальных современных физико-химических методов и специально разработанных устройств и методик. По совокупности примененных методов выполненные исследования, по-видимому, не имеют аналогов; методические разработки обладают научной новизной, что, наряду со ссылками по тексту, обосновывает их рассмотрение в самостоятельном разделе.

Разработка статистически значимых методов прогнозирования шлакования и загрязнения предполагает наличие сведений об условиях образования и свойствах отложений при сжигании углей с разнообразной минеральной частью, а также адекватных представлений о процессе и влияющих на него факторах. Между тем, до проведения настоящей работы такие сведения для большинства из углей отсутствовали. Традиционно изучались в основном наиболее "трудные" в плане шлакования топлива. Данная работа отличается изучением среди других и практически нешлакующих углей, а также разных партий углей одного месторождения. В промышленных условиях и/или на огневом стенде изучались шлакующие свойства кузнецких

углей разных марок и месторождений, экибастузского, азейского, челябинского, кизеловского, башкирского, ангренского, тургайского (приозерного), кызылкийского, подмосковного, донецкого газового углей; бурых углей КНДР (онсонский, анжуйский) и КНР. Для кузнецких и азейского углей исследования проведены на котлах разных типов, с разным температурным уровнем процесса сжигания. Для экибастузского угля опыты выполнены при сжигании партий с разной зольностью, продуктов обогащения, при вводе в факел известняка. При исследованиях приозерного и ангренского углей использовался как уголь характерного состава, так и селективно отобранные пробы. Для ряда углей опыты проведены при разных режимах и схемах сжигания топлива.

Достоверность сведений о шлакующих свойствах снижается в ряду "котел - огневой стенд - мелкомасштабная установка для сжигания -лабораторные исследования физических свойств золы - состав золы". Результаты исследований на котлах по сути служат эталоном для оценки правомерности результатов, полученных в других условиях, и прогнозирования по лабораторным данным. Опыты на котлах проведены по методикам и при помощи зондов, характерных для отечественных исследований, которые отличаются от зарубежных более четкой фиксацией стадийности образования отложений и, соответственно, применением зондов с неохлаждаемым рабочим участком для изучения шлаковых отложений и охлаждаемых зондов с контролируемой температурой' поверхности для изучения загрязнения (первичных отложений). Для каждого из углей как минимум определялась характерность селективно обогащенных отложений, температура * , зависимость интенсивности образования и прочности отложений от температуры.

Для изучения отдельных аспектов разработаны и использованы оригинальные зонды и устройства. Впервые проведены систематические исследования прочности отложений. Измерения прочности на сжатие в горячем состоянии после извлечения зонда из газохода и прочности на разрыв непосредственно в газоходе "1л а^у" выполнены специально разработанными динамометрами /5/. Влияние температуры поверхности на граничные условия шлакования, в том числе, исследовалось при помощи зонда с нагреваемым рабочим участком /6/; применялись зонды с нестандартной геометрией этого участка (в виде пучков труб, с плавниками). Усовершенствованы

зонды для отбора золо-шлакового материала /7,8/, в частности д. изучения длительных процессов преобразования золы использовав зонды в виде перфорированных труб, внутри которых размещалис пробы. Оригинальные зонды применены для измерения температур расплава шлака стекающего по стенам (зонд с фиксацией момент касания пленки по изменению электрического сопротивления) вытекающего из летки (расположение термопары в поплавке или, п другому варианту, в заполняемой шлаком емкости); для изучени теплообмена через пленку расплава применен крупномасштабны калориметр /9/.

Выяснено, что шлакующие свойства угля одного местороадени могут существенно разниться и рекомендации по котлу на основани даже тщательных исследований при сжигании угля характерное состава не оптимальны. Поэтому для новых углей нами используете: совокупность сведений полученных при опытных сжигания: характерного топлива в котлах и отличающихся партий этого угля н; специально разработанном огневом стенде. Стенд для изучена шлакования УралВТИ имеет производительность по топливу до 50 кг/* и оборудован автономной системой пылеприготовления, вертикально! цилиндрической камерой горения (3^=0,4-0,6 м с подовой вихрево! горелкой с регулируемой круткой потока, протяженны! горизонтальный экспериментальный участок /10/. Он снабжен зондаш различного типа, представляющими из себя уменьшенные копии тех, что используются при испытаниях на промышленных котлах. Установлены корреляционные соотношения между промышленными к стендовыми результатами.

Для исследований шлакующих свойств за рубежом и в нашей стране широкое применение находят мелкомасштабные установки в виде вертикальных трубчатых печей. Исследования на таких установка свободны от априорного задания схемы процесса и определяющих факторов, что имеет место при проведении опытов по спеканию, определению вязкости и другим лабораторным методам. Однако, при всех ухищрениях процессы в маленьких установках и котлах заметно отличаются и достоверность получаемых показателей для ранжирования углей не очевидна. Подобные установки полезны прежде всего для выявления последовательности и преемственности в образовании фаз при преобразовании в факеле минералов и с этой целью они использованы в данной работе.

Отобранные на котлах и огневом стенде пробы золо-шлакового материала исследовались в лабораторных условиях по стандартным и оригинальным методикам. Минимальный объем исследований для каждого из углей включал определение валового химического состава минеральной части, водорастворимых щелочей и пиритного железа в угле, минералогический состав минеральных включений в угле и в золо-шлаковом материале методом РФА, вязкость расплава золы в истинно- жидком состоянии и в виде переохлажденной жидкости по методике, предложенной Э.П.Диком. Кроме того, для большинства углей по методике, близкой к разработанной Барнхартом выполнены исследования по спеканию проб летучей золы и материала стандартного и/или низкотемпературного озоления. Пробы угольной пыли также разделялись в тяжелых жидкостях на центрифуге для последующего определения количества и состава отдельных фракций, в тяжелой фракции с использованием РФА оценивалось соотношение железа в форме пирита и сидерита.

Ряд лабораторных исследований проведен по специально разработанным методикам. Для выявления новых возможных принципов контроля шлакующих свойств выполнены исследования магнитной проницаемости летучей золы и термообработанной угольной пыли /11/. На установке высокотемпературного микроскопа ВТИ изучены условия кристаллизации расплава шлака и на вискозиметре по методу И.Я.Залкинда проведены реологические исследования /12/.

Влияние режимов сжигания на шлакующие свойства, особенно для углей с битуминозным типом золы, нами связывается с особенностями преобразования железосодержащих минералов и валентностью ионов железа в расплаве, стекловидной фазе. В представленной работе впервые в отечественной практике для исследования форм железа и окислительно- восстановительных соотношений железа в стекловидном материале золы использована гамма-резонансная (Мессбауэровская) спектроскопия /13/. Разработана программа определения доли двух и трехвалентного железа в стекловидном материале. Проведены исследования летучей золы, отобранной с нескольких объектов и при разных режимах сжигания. По постановке, кругу решаемых задач и объему экспериментов эти исследования, насколько нам известно, не имеют аналогов в мире.

Адекватное представление о процессе образования отложений может быть получено только на базе изучения состава и состояния

индивидуальных частичек летучей золы и отложений микроскопическом уровне. Подобные исследования находят в( большее .применение за рубежом при помощи сканирующей электронш микроскопии скомпанованной с микроанализатором соста] (аппаратура БЕМ/ЕМРА, компьютеризованные методы проведен] анализов ССБЕМ и БЕМРС). Впервые в отечественной практиз проведены исследования состава индивидуальных частиц летучей зо, и уноса для ряда углей при помощи установки СошеЬах. Методш проведения исследований отличалась от принятой за pyбeжo^ Информация о распределении элементов по индивидуальным частицг получена методом пошагового сканирования по выбранному направле нию с поверхности полированного аншлифа с графической регистравд ей интенсивности характеристического излучения. Химичесга состав частиц рассчитывался путем сравнения с эталоннь излучением от сложных минералов похожего состава /14/.

На установке СашеЬах в качественном отношении така исследовано распределение элементов в железистых и сульфатнс кальциевых отложениях и индивидуальных обогащенных железе частичках летучей золы. Выполнено также сканирование по частичке и мест их контакта друг с другом /15/. При изучении сульфатнс кальциевых отложений впервые использована Раммановская спектрс скопия. Примеры результатов таких исследований показаны на рис.1

3. Имитация и моделирование шлакования.

Шлакование представляет из себя совокупность последовательны и синхронных процессов. При исследованиях шлакования, ка правило, изучают состав и свойства минеральной части углей, е преобразования в процессе сжигания, характеристики образующихс отложений, то есть вопросы относящиеся к химии и физико-химии Используемые для исследований разнообразные по конструкции масштабам установки, характеризуются тем, что опыты выполняютс при сжигании натурального интересующего угля и в них.наскольк это возможно, стремятся обеспечить условия определяющи преобразования минеральной части такие же, как в промышленны котлах (температура, среда, время пребывания). Вопрос: динамического взаимодействия частиц с поверхностью шлакования с позиций механики, за исключением транспорт

е*8оо

СаК

Ш н

§ 25

й

г

Ш го

га ад « м

го м «о ю «м

гз ¡,о во го «да

го ао пи

500 700 9С0 ИОВ - п

5^20-2 -и -в

П I 1 г-

—1—:-'-г

1-Г

Т

'¡ГС

т £

5с? /¿в бо гсо 250 хю XV т т

шз.1. Примеры" результатов исследования структуры я сс:та5а золо-шлэкоеого материала, а},')- распределение элементов з местах •-•ои^актз частиц железистых отложений азейского угля (по ило'_=ди и вдоль линии сканирования), в)-?аммакоЕские спектры сульфаткглро- -ванных участков отложений (1- состав Са-5, 2,3- состав Са-З-ох-Дх с ширм и непрочных отложений с КПП), г)- Мессбауэровский спектр уноса при ступенчатом сжигании экибастузского угля.

га

частиц, обычно остаются вне внимания исследователей. Не составляют исключения и разрабатываемые полные математические модели шлакования, в которых возможность закрепления частичек в отложениях рассматривается только на основании состояния и свойств материала, таких как вязкость, доля жидкой фазы. Исследования на моделях шлакования конкретных конструкций котлов и изучение отдельных аспектов шлакования при применении моделирующих материалов не получили широкого распространения. Соответствию, не разработаны метода приближенного моделирования и техника экспериментов. Исключение составляют разработки КазНММЭ, в которых вопрос закрепления частичек рассмотрен с энергетических позиций, с учетом кинетической энергии частиц, разработаны критерии подобия для моделирования и проведены исследования образования отложений при применении в качестве моделирующего материала канифоли. Однако, в этих работах не учитывается неоднородность частиц по составу, их разная роль в шлаковании, выбор критериев моделирования налипания не увязан с совокупностью критериев моделирования установки в целом.

Строго моделировать совокупность процессов определяющих шлакование и загрязнение, воспроизвести разные типы отложений невозможно из-за несовместимости критериев подобия. К тому же этот сложный процесс недостаточно разработан теоретически и экспериментально. Сказанное отнюдь не лишает смысла моделирование и имитацию отложений на стендах. И при современном уровне знаний с помощью физического моделирования возможно получить достаточно достоверные результаты для ряда практических задач, целесообразно прогнозировать шлакование и совершенствовать конструкцию котлов на этапе их создания. Кроме того, имитация шлакования дает возможность выделить отдельные стороны процесса, расширить пределы варьируемых факторов вплоть до получения утрированных результатов, что позволяет углубить представления о механизме образования отложений и роли отдельных факторов.

Автором предложен новый подход к выбору моделирующего материала, уточнены критерии подобия, обосновано применение моделей разного типа в зависимости от ставящихся задач и зон котла, разработана и реализована новая техника экспериментов.

При приближенном моделировании шлакования топки и газоходов, если не касаться физико-химических аспектов, должны

обеспечиваться геометрическое подобие, подобие газодинамики двухфазного потока, распределения температур и процесса закрепления частиц в отложениях. Наличие по ходу факела зон газохода с относительно небольшим изменением температуры газов позволяет в некоторых случаях применять изотермические модели. В то же время, в зоне горения процесс существенно неизотермический, сопровождается изменением объема газов и достаточно достоверное подобие аэродинамики факела и температурных полей может быть обеспечено только на огневой модели. Эксперименты по влиянию схем сжигания проведены совместно с Г.А.Дорониным на крупномасштабной пылеугольной модели топки КазНММЭ. Наряду с этим, для изучения шлакования топки предложено использовать применяемые для исследований аэродинамики огневые стенда, сжигающие газ /16-18/ Разработанные подход, моделирование и техника исследований реализованы совместно с ВТИ на модели котла ТПП-204, изготовленного с соблюдением геометрического подобия в масштабе 1:15. Выбор объекта связан с тем, что это первый отечественный пылеуголбшй котел мощностью 800 МВт и он оснащен неисследованными в плане шлакования плоскофакелъкыми горелками. Для изучения шлакования стенд был оборудован системой подачи моделирукцего порошка, который вводится в модель через газовые горелки, и по принятой технике эксперимента и условиям моделирования водоохлаж-даемые панели топки с огневой стороны покрыты теплоизоляционным материалом.

Условия приближенного огневого моделирования для обеспечения подобия аэродинамики факела и температурных полей изучались теоретически и экспериментально в различных организациях и здэсь не рассматриваются. Вопрос обеспечения подобия условий формирования отложений новый и разработан исходя из следуших представлений. Частицы летучей золы различаются по составу, размерам и роли в образовании отложений. С физической точки зрения рост шлаковнх отложений является результирукпм противоположных процессов - вязкопластическая деформация и аутогезионное закрепление частиц, с одной стороны, и разрушение связей более крупными и менее липкими с другой. Для выявления разной роли частиц моделирующий материал для имитации шлакования должен, как минимум, содержать две полифракционных составляющих или три монофракции разного состава. При этом критерии подобия

разных фракций должны отличаться. Для процесса налипания определяющей является деформация с учетом вязкости материала, а для разрушения связей релаксационные свойства играют малую роль и основным является упругое и пластическое сопротивление. Для одинакового материала в модели и натуре и изотермического хода процесса закон пластического подобия приближенно сводится к требованию и/<5=1йет и масштаб М(у=М(5. Это условие противоречит выбору И6 по критерию St, который получен из условий приближенного моделирования движения частиц. Расчетами обоснована допустимость такого изменения масштаба. Для процесса разрушения, где определяющими являются упругие свойства частиц, условия динамического подобия приближенно сводятся к требованию . Сложности в сохранении подобия распределения относительных-температур между газовой средой и поверхностью, а также по слою отложений преодолеваются, если задача исследований ограничивается ростом развитых шлаковых отложений, то есть изотермическим процессом. В модели это достигалось утеплением поверхности. Условия подобия свойств материала подразумевают равенство в модели и натуре прежде всего вязкости, плотности, характеристик упругости, предела ползучести, адгезионных свойств или их комбинацию в виде безразмерных комплексов, как, например, предложено Н.Б.Киселевым. Выбор близких по свойствам и составу материалов сводит это требование практически к равенству вязкости, как наиболее переменного в процессе параметра. Сложности с выбором материала обходятся при проведении опытов с несколькими моделирующими материалами с большей и меньшей липкостью, чем требуется по условиям моделирования. Очевидно, что рузулътат можно признать достоверным, если такое изменение на него существенно не повлияет. В опытах на огневой модели для моделирования золы кузнецкого угля применена смесь порошка оконного стекла с размерами, определенными из условия пластического подобия, и уноса донецкого угля с размерами по критерию Бг.

Помимо сведений о распределении зон и относительной интенсивности шлакования в конкретной конструкции- котла при различных условиях, проведенные исследования позволили получить новые принципиальные результаты, которые необходимо учитывать при разработке математических моделей шлакования, показателей

шлакующих свойств и механизма образования отложений. Впервые обосновано, что количество налипшего материала не прямо пропорционально массе достигшей поверхности липкой фазы (рис. 2). Показано, что в отложениях при определенных условиях могут закрепляться частицы не обладающие необходимыми липкими свойствами. Такое закрепление осуществляется за счет липких свойств других часгиц, 'хотя собственные липкие свойства тоже играют определенную роль.

0.8 Цб

0.4 0.2 О

12

к N N

л

/ /■ //Г

Осп, <б

сщ

V X / /у /X па> ч О

/х"

I * / о

/ У"—/ 8 % __^

^Кан, 2л;

ОЛ

ОЯ

о.г

¿>.4

0.5

<0 сС^

5 '

Рис.2. Интенсивность образования и состав отложений в зависимости от доли стекла на огневом стенде (а) и канифоли на слабонеизотермическом (б). Точки - экспериментальные величлш, линии - расчетные значения по версии вероятностной модели, кц.ё -коэффициент налипания, интенсивность шлакования; г - доля компонента в отложениях; Ост-обогощение отложений стеклом.

Сказанное экспериментально обосновывает матричную гипотезу образования отложений. Кроме того, проведенные опыты ярко продемонстрировали, что в зонах с температурой выше 1; для характеристики шлакующих свойств золы недостаточно совокупности сведений о температурных условиях образования отложений, интенсивности их роста и склонности к образованию первичных отложений, которая применялась до последнего времени.В опытах с разным содержанием в смеси моделирующих составляющих температура изменялась немного, первичный слой искусственно имитировался во всех случаях, а шлакование экранов, структура и свойства отложений отличались кардинально. Из результатов исследований также выделим убедительную демонстрацию возможности значительной ошибки в прогнозировании шлакующих сеойств при использовании материала усредненного состава и особенно при прогнозировании шлакующих свойств смеси.

Изложенные представления, согласно которым шлакование рассматривается как совокупность процессов закрепления вязко-пластических и мелких частиц и разрушения образующихся связей крупными нелипкими частицами, в концептуально более завершенной форме реализованны на специально созданном слабонеизотермическом стенде налипания /17-19/. Для имитации образования отложений применена трехкомпонентная смесь из липкой фракции (канифоль), тонкой (микропорощок корунда) и изнашивающей (крупная фракция поваренной соли). Выбор компонентов смеси позволяет достаточно просто анализировать состав отложений и достигать необходимой вязкости липкой фазы при сравнительно низких температурах (1;<115°С). Изучалось влияние вязкости липкой фазы, соотношения разных фаз, кинетической энергии частиц на температурные условия начала образования отложений, интенсивность их формирования и состав. Возможность независимо и в широких диапазонах изменять исследуемые факторы позволила провести исследования по плану многофакторного эксперимента. Результаты опытов подтвердили изложенные выше положения о закреплении в отложениях нелипких частиц, матричном характере процесса шлакования и нелинейной зависимости интенсивности образования отложений от массы липкой фазы. Они также показали, что при одинаковом составе "летучей золы" температура качала образования отложений изменяется в

зависимости от внешних факторов, например, скорости потока. Принципиальным является и результат, согласно которому роль отдельных факторов не остается постоянной, а зависит от сочетания других факторов. Так, с ростом кинетической энергии интенсивность шлакования возрастает в области высоких температур и уменьшается при низких, что .связывается с повышением роли изнашивающего фактора (рис. 3.).Сравнение результатов со стенда налипания с данными полученными нами и другими исследователями в промышленных условиях показало;их соответствие в качественном отношении, что подтверждает правомерность принятых предпосылок. В частности, результаты согласуются с предложенным И.П.Эпиком уравнением роста отложений на поперечно омываемой трубе. Вместе с тем, результаты со стенда налипания более общие и влючают в себя в качестве

2

Рис.3. Изолинии интенсивности образования отложений & г/м -с на "стенде налипания" в зависимости от температуры и скорости газов. Состав смеси - канифоль Ъ%, соль 10%, микропорошок 85*.

Отличительной особенностью отечественного котлостроения является широкое применение Т-образной компоновки газоходов. При эксплуатации таких котлов в ряде случаев (П-57, П- 59)наблюдается шлакование потолочного экрана, чего не бывает на котлах с

П-образной компоновкой. Изучение этого явления выполнено нг изотермической модели верхней части топки, конструкция которой позволяла легко изменять профиль и относительные размеры газоходов, эпюры распределения входных скоростей и концентраций твердой фазы /20-21/. Возможность применения изотермической модели для данного конкретного случая обосновывается низкой эффективностью теплообмена и небольшим изменением температуры на этом участке газохода. Путем выбора масштабов скорости Ми (критерий Рг), размера частиц М6 (критерий Б1;) и размещения в объеме газохода сеток (критерий Ей) в модели выдержаны условия приближенного моделирования движения двухфазного потока. В этих исследованиях не воспроизводились процессы формирования отложений и в качестве характеризующих загрязнение показателей использованы количество твердой фазы достигающее поверхности § и динамическое взаимодействие потока с поверхностью, относительное давление на поверхности р. Первый из них измерялся по ослаблению светового потока через прозрачную липкую поверхность "потолочного экрана" при закреплении на нем твердой фазы, второй - как отношение давлений на поверхности и вне пограничного слоя. Полученные результаты анализировались из следующих предпосылок. Рост р связывается с возрастанием возможности закрепления пластичных частиц, ростом прочности отложений, в то время как увеличение ё при низком относительном давлении р с интенсификацией образования рыхлых отложений. Исследования показали возможность уменьшения шлакования потолка при неизменной температуре газов за1 счет оптимизации размеров газоходов и путем применения новых не используемых в практике котлостроения конструктивных решений. В частности, обоснована возможность уменьшения шлакования потолка над топкой за 'счет размещения его выше потолка горизонтальных газоходов /22/, размещения в верхней части топки разделительных ширм /23/ и порожков /24/, целесообразность для котлов такой компоновки ввода газов рециркуляции через потолочный экран /25/.

4. Условия, схемы образования и свойства отложений.

Результаты исследований свойств совокупности большого числа углей и шлакования котлов помимо того, что необходимы для разработки методов прогнозирования и контроля, прежде всего, представляют самостоятельную практическую . ценность. Они

использованы в руководящих материалах -по проектированию :опок и достаточно широко опубликованы /1-4,10,26-37/. Часть материалов обобщена в кандидатской диссертации В.В.Богомолова (1988 г), выполненной под руководством Э.П.Дика и А.Н.Алехновича. Здесь приводятся существенно новые сведения и кратко некоторые из полученных ранее данных, использованные для анализа.

Как отмечалось, шлакующие и загрязняющие свойства угле2 по результатам исследований на котлах характеризовались склонностью к образованию селективно обогащенных отложений, температурой ^.интенсивностью роста и прочностью отложений. Для изучавшейся совокупности углей эти- показатели изменяются в широких пределах. Сведения о некоторых из них приведены в табл. 1 и на рис.4.

н

МПа

fDS0 ifSo t?5a /350 it °C

i

Рис.4. Прочность шлаковых отложений. Угли: 1-экибастузский; 2-кизеловский; 3,4-кузнецкий Г,СС; 5-млну-синский; 6-челябинский; 7-башкирский; 8-азейский; 9-кызылкийекий, 10-ангренский; 11,12-приозерный; 13-анжуйский (КНДР); 14-синграу-ли (Индия).

Железистые отложения. При сжигании большинства из исследованных углей образуются отложения существенно обогсгенные железом (до 70-8255 в пересчете на Fe203). Условия, интенсивность формирования, занятая такими отложениями площадь, изменяются от угля к углю. На основании исследований при помощи зсндов и :пыта

Таблица 1.

Состав минеральной части углей и характеристики отложений.

I

Наименование Состав мине- Характеристика Доля в стекле

ральной части отложений летучей золы

гК % ГО ОТ /0 Ре203 0 ПСа гшл °С б> о •с Ре?? % Ре?? %

экибастузский*"5 80,2- 2,5- 5,4- 2 1 1125- 1160- 39,0- 13,8-

92,1 3,7 15,2 1220 1260 50,4 14,9

синграули, Индия 91 ,3 3,8 4,9 1 1 1160 1420

подмосковный * 1 81 ,8 5,0 13,2 4 1075 1075+'

кизеловский 81 ,5-81 ,6 4,56,7 11,813,8 4 1 10851120 1145

анжуйский, КНДР 85,9 8,5 5,6 1 1 1060 1165 38,3 39,1

онсонский, КНДР 87,4. 7,8 4,8 1 1 1020

черемховский 87,4 7,4 5,2 1020

азейский 86,6 8,4 5,0 3 3 995 1210 48,3 24,6

азейский, НТВ 86,6 8,4 5,0 3 >1100 36,2 45,6

челябинский 80,7- 7,6- 9,2- 3 990- 1060 21 ,8 21,6

82,6 10,1 10,4 1020 1035+ '

приозерный * *' 62,2- 9,3- 9,8- п О — 1 950- 1100- 23,0 22,1

80,9 27,7 13,0 з, 5 1020 1250

кузнецкий, Г 80,289,1 7,113,6 3,86,2 1 2 9901030 1100 36,6 18,1

кузнецкий, СС,Т 82,585,8 8,89,5 5,5 8,0 1 1 10201040 1230 14,8 13,5

кузнецкий,СС0К1 76,4 18,0 5,6 1 1 980 1130

кузнецкий, п/п 76,0 17,5 6,5 1 1 1010

минусинский 70,279,5 11,413,5 9,216,3 1 9601005 30,9 31 ,4

ангренский ** 69,677,8 14,016,5 7,614,0 4 1 9701000 1190 1030+ 16,9 12,0

башкирский 78,5 19,0 2,5 3 1000 1110

кызылкийский 72,9 12,8 14,3 4 3 970 1130 36,7 16,5

ирша-бородин- 60,0 32,0 8,0 2, 5 4 950 10,1 58,5

ский * бурые, КНР' 23,280,6 13,550,1 5,626,7 9701010 <10201100

#*)- исследования на котлах и огневом стенде, *)- исследования на огневом стенде, + )- измерения прочности на растяжение "1п э^у".

жигания угли по склонности к образованию железистых отложений анжированы /38/. Например, к углям со средним потенциалом (ранг Ре=2) отнесены те, при сжигании которых отложения воспроизводят-я при помощи зондов лишь в неоптимальных режимах сжигания. Для тих углей отложения обнаружены на поверхностях нагрева некоторых ипов котлов. Формирование железистых отложений наиболее арактерно для углей с высоким содержанием пирита ?еБг, а при рочих равных условиях для бурых углей, сжигаемых с грубым :омолом шли, низкой температурой сжигания. Опасность образования :елезистых отложений возрастает при снижении избытков воздуха и, :ак и для отложений других типов, зависит от сочетания температур 'азового потока и поверхности /32/. Минимальная экспериментальна определенная температура газов, при которой происходит их форми-ювание составляет 900°С. Впервые установлено образование елезистых отложений при сжигании экибастузского угля, железс-юдержащие компоненты в котором представлены преимущественно ¡идеритом РеС03 /1,31/. В дальнейшем образование отложений на !азе сидерита подтверждено экспершентально при исследованиях сругих углей.

Обогащенные железом отложения давно привлекают внимание ^следователей, которыми предложены различные схемы (механизма) IX формирования. Образование отложений связывается с наличием засплава пирита и продуктов его неполного окисления, легкоплавка соединений на основе эвтектики ¥еО-РеБ (Э.П.Дик) и обогащенных ?е силикатных стекол. Последнее предложено и обоснованно ната 1рименительно к сидеритосодержащим углям /39-41/.Общий недостатак этих схем заключается в их построении, на базе косвенных опытных цанных или по иссследованиям отдельных компонентов и свойств летучей золы. С целью уточнения механизма образования железистых этложений выполнены систематические, с применением современных физико-химических методов исследования тяжелой фракции летучей золы, из частиц которой отложения формируются, и проб отложений, этобранных при сжигании углей с различным сочетанием железа-содержащих минералов /15/.

Полученные при изучении железистых, а также сульфатнэ-кальциевых отложений результаты позволили экспериментально обосновать некоторые из известных схем их образования или уточнить их, предложить новые схемы. Наиболее существенным

является установление факта", что селективно-обогащенные отложения могут одновременно формироваться по нескольким схемам из частиц разного состава, агрегатного состояния и в зависимости от внешних факторов, типа топлива и температуры доля закрепившихся частиц по тому или иному механизму изменяется. Это, с одной стороны, обуславливает необходимость учета многообразия закрепляющихся частиц при построении математических моделей. С другой стороны, такой результат приводит к еыводу, что при разработке эмпирических индексов (показателей) прогнозирования отложений не следует априорно отдавать предпочтение какой-либо схеме и выбор должен делаться на основе статистического анализа.

С учетом уникальности проведенных исследований приведем также некоторые из частных результатов /15/. По данным исследований с использованием установки Caniebax установлено, что независимо от природы железосодержащих минералов в угле частички тяжелой фракции сформированы на базе железа (до 95%), алюминия и кремния, тогда как содержание других компонентов мало. Частички отличаются по пористости, составу и более SOS из них по массе представлены стеклообразным или стеклокристаллическим состоянием. Структура последних содержит дендритные кристаллы с развитыми осями второго и третьего порядка, распределенные в стеклянной матрице, близкой по сЕоему составу к файялиту. Присутстие такого стекла определено по данным мессбауэровских спектров. Из анализа мессбауэровских спектров также получено, что количество и состав кристаллической фазы зависит от типа угля. Для частиц золы сидеритосодержащего экибастузского угля она представлена в основном шпинелью (Fe3 Al )0Д. Напротив, для частиц полученных, при сжигании пиритосодержащих (подмосковный, азейский) углей, характерно присутствие кристаллической фазы в виде магнетита, число частиц с ярко выраженной кристаллизацией преобладает над числом стеклянных или закристаллизованных частично и содержание железистого стекла в несколько раз меньше. Также установлено, что в состав тяжелых фракций золы разных углей входят частицы особого типа, отличающиеся тем, что независимо от их структурного состояния (стеклообразное или стеклокрлсталлическое) поверхность частиц покрыта тонкой оболочкой на основе железа. Концентрация железа в оболочке составляет 95-97% в пересчете на ?е203.

Исследования 'отложений из зон вблизи граничных условий

образования показали, что их микроструктура для азейского пирито-содержащего угля представлена частицами гематита (с<-Ре203), разделенными прослойками сульфата кальция СаБОд. Частицы гематита имеют форму сфер, подвергнутых деформации ударом. В составе этих частиц самостоятельная дисперсная фаза помимо представлена

по данным анализа на микрозонде "Моль" кристаллами тридимита. Соотношение между объемом гематита и сульфатизировакных прослоек изменяется по мере роста отложений. С удалением от поверхности труб появляются участки размерам до 0,5 мм, занятые сульфатнзи-рованным материалом. Из предпосылки, что образование железистых отложений такого типа происходит из термодинамически неравновесных к газовой среде расплаЕов Ре5£, РеБ, РеО-РеБ-БК^, расчета концентраций Б02 над поверхностью формирующихся отложений, их сопоставления с термодинамическими и кинетическими параметрами, определяющими условия образования сульфатов, обоснована хемосорбционная схема закрепления кальция при г>500°С.

Более разнообразны частицы, образующие железистые отложения на пароперегревателе при сжигании сидеритосодержащего зкпбастузского угля. Они преимущественно включают стекловидные проплавленные частицы с повышенным содержанием железа; такие же частицы, к: с присутствием в объеме кристаллов шпинели и гетерогенные частицц с изменением в широком диапазоне дож стекловидней фазы. На поверхности частиц в большинстве случаев есть поверхностная пленка, содержащая до 97% Ре203- В отложениях также присутствуют частицы в виде деформированных при ударе сфер, как для азейского угля, и частицы сложной структуры с кристаллическим ядром (85-55% Ре203) и оболочкой файялитового состава. При сканировании шлифов в местах контакта частиц установлено, что максимуму характеристического излучения железа может предшествовать максимум излучения

(Рис.1). Изучение железистых отложений, отобранных из различных температурных зон при ашгании приозерного угля, соотношение пирита и сидерита в котором изменяется в диапазоне 1,25-0,6, показало, что при относительно низких температурах э<990°С они по составу и морфологическим признакам близки к отложениям азейского угля. При более высоких, до 1100°С температурах они ближе к отложениям на экибастузском угле.

Изложенные результаты подтверждают, продекларированный ьыше тезис о формировании отложений по разным механизмам. Кроме того,

для области относительно низких температур обоснована важная роль в образовании отложений продуктов взаимодействия железосодержащих минералов с кремнеземом. Образуется файялит Ре2Б104 с 1; =1200°С. Его взаимодействие с сульфидными расплавами в зависимости от их соотношения обуславливает следующие отмеченные в структуре отложений особенности: образование несмешивающихся жидкостей; выделение при охлаждении твердой фазы БЮ2 с образованием уникальной по смачивающей способности "жидкости Я.И.Ольшанского"; формирование эвтектических составов на основе фаз пирротина-вюстита-файялита =910-1000°С). Опытами на вертикальной трубчатой печи обоснована возможность образования несмешивающихся жидкостей в результате восстановления продуктов диссоциации сидерита в присутствии углерода до металлического железа и образования расплава с углеродом.

Сульфатно-кальциевые отложения. Из исследованных топлив образование прочных, обогащенных Са сульфатизированных отложений, помимо КАУ, обнаружено лишь для кызылкийского, азейского и отдельных партий кузнецкого газового углей, хотя высокая степень сульфатизации кальция в отложениях на пароперегревателе имеет место для всех из них /39,42/. К настоящему времени признано, что процесс первичного закрепления частиц и упрочнения связей может происходить по разным схемам (И.П.Эпик, А.А.Отс). В зоне высоких температур частицы закрепляются вследствие липких свойств и сульфатизации подвергаются различные соединения; в зоне низких закрепляются легко сульфатизируемые соединения, образующие химические связи. Для зоны относительно высоких температур Э.П.Диком предложена схема образования отложений на базе налипания эвтектики СаО-СаБ.

Поскольку прочные сульфатно-кальциевые отложения при сжигании углей с кислым составом золы обнаружены впервые, для выяснения механизма и условий их образования проведен комплекс исследований по специально разработанным методикам на котлах и в лабораторных условиях. Исследованиями на котлах установлено, что минимальная температура их образования составляет 800°С; в условиях высоких скоростей возможно получение обогащенных Са отложений из аморфного материала; в среде дымовых газов кузнецкого, азейского, ангренского углей при различных температурах с течением времени происходит сульфатизация как аморфных частиц летучей золы, так и

синтетических стекол с разнил содержанием СаО. На" основании этих исследований предложена схема, согласно которой отложения при сжигании углей с кислым составом золы формируются в результате налипания обогащенных Са менее вязких аморфных частиц (переохлажденной жидкости) при существенном их динамическом взаимодействии с поверхностью и далее в течение длительного времени они упрочняются в результате спекания и сулъфатизации /41,42/.

Выполнен комплекс уникальных исследований структуры и состава обогащенных Са отложений, отобранных из различных температурных и аэродинамических зон котла. При этом, наряду с применением КА и микрозондового анализа, впервые проведены исследования форм кальцийсодержащих соединений при помощи Раммановской спектроскопии. Все виды проведенных' исследований показали присутствие кальцийсодержащих алюмосиликатов в обогащенных Са отложениях. Помимо алюмосиликатов в аморфной фазе и в виде рентгеноразлич;?шх минералов, в отложениях также присутствуют сульфатизированннкэ и несульфатизированные частицы, минеральные компоненты в которых представлены Са. Присутствие относительно крупных частиц Са не может быть объяснено их механическим закреплением. На микроотображениях состава видно расположение части из них на периферии железистых частиц, что связывается со схемой хемосорбции. Обоснована возможность образования эвтектик СаО-СаБ из кальция внутренней золы и такие.соединения обнаружены экспериментально в обогащенной Са несульфатизированной пробе с зон_:а. Соотношение разных частиц в отложениях изменяется в зависимости от температурных и аэродинамических условий. Алюмосиликаты составляют основу каркаса относительно быстро растущих и слабо обогащенных кальцием отложений. Более прочные и медленнее растущие отложения в большей мере образуются из кальциевых •частиц.

Шлаковые отложения. Существование критической температуры и ее значение обычно связывается либо с наличием граничных условий появления жидкой фазы, либо с достижением необходимых липких свойств у большей части золы. Однако, рост интенсивности шлакования, изменение состава отложений по мере роста температуры выше I , результаты имитации шлакования показывают, что температурные условия начала шлакования наблюдаются при неболькой

доле липких частиц, их состав отличается от среднего, в потоке летучей золы липкие частицы существуют и при Граничные

условия шлакования, хотя преимущественно определяются свойствами минеральной части, зависят и от внешних условий. Установлено, что на них влияют не только режимы подготовки и сжигания угля, но и условия проведения опытов. Например, граничная температура в опытах изменялась на 50-6-5°С в зависимости от расположения зонда относительно поверхностей нагрева или при проведении опытов на котле и на стенде при сжигании одного угля, от размера рабочего участка зонда. В связи с этим предложено регламентировать условия измерения I; и введено понятие фактической температуры шлакования ^ Д^,,, которое отражает влияние различных факторов.

Диапазон изменения 1; при традиционном пылеугольном сжигании исследованных углей составил от 350-960°0 для ирша-бородинс-кого и отдельных партий минусинского углей до примерно 1200°С для экибастузского. Хотя в условиях начала шлакования в образовании отложений участвует небольшая доля летучей золы и ее состав отличается от среднего, установлена достаточно хорошая корреляция от валового состава золы. Значение X для углей с кислым составом золы возрастает с ростом содержания кошонентов кислого состава, снижается при увеличении Са,%,К,На и практически не зависит от валового содержания Ре. Предложена /4/ линеризованная зависимость ^ =1(К/0). Подобная зависимость также получена по результатам испытаний углей на огневом стенде /10/'. Исследования при сжигаюш тургайского угля показали также ее справедливость для углей с повышенным содержанием в минеральной части "активных щелочей".

Режимы сжигания влияют на шлакование как из-за изменения

температур по газовому тракту, так и из-за изменения шлакующих

свойств золы, в том числе и суммарное влияние может быть

неоднозначно /2/. В опытах с кузнецкими углями получено, что

величина -¿>- в пределах точности экспериментов не зависит от фш г с

температурного уровня процесса сжигания /27/. В рамках традиционных схем она слабо зависит от изменения тонкости помола пыли (кузнецкий, экибастузский, кызылкийский угли), хотя на суммарный эффект шлакования влияние этого фактора иногда существенно. При сильном влиянии избытка воздуха на шлакование, его влияние на шлакующие свойства золы и заметно проявляется для одних углей

(зкибастузский, азейский) и не зафиксировано при исследованиях других (кузнецкий, кызылкийский, анжуйский).

Из углей с кислым составом золы наиболее детальные и обшнрныв исследования по влиянию режимных факторов на шлакующие свойства выполнены при сжигании экибастузского угля. Они показали, что при снижении и уменьшаются значения ^ как в верхней части толки, так и зоне горения; влияние а в основном проявляется ниже определенного уровня; изменяется не только интенсивность шлакования но и форма зависимости £=:?(>), которая становится более характерной для матричного процесса роста отложентгй; возрастает прочность отложений и формируются железистые отложения. При этом шлаковые отложения заметно обогащаются железом и по денным Мессбауэровской спектроскопии в летучей золе возрастает доля железа в стекловидной фазе Реот и содержание в ней ионов Ре--. 3 сериях опытов, где не зафиксировано изменение шлакующих свойств в процессе исследований при помощи зондов (влияние Изд, отдельных схем сжигания), не отмечено и изменения окислительно - восстановительных соотношений железа в золе. Ка основании этих результатов высказана гипотеза о том, что для углей с кислым составом золы основное влияние режимов и схем сжигания на шлакующие свойства золы присходит из-за изменения оастворимссти

'Л , ~

железа в алюмосиликатных расплавах, доли Ее11 э расплаве и предложено использовать эти сведения для оценки влияния режимов.

Впервые выполнены систематические Мессбауэровскке исследования летучей золы (уноса) для разных углей и условий сжигания. Известно, что в равновесных условиях соотношение в

стеклах зависит от парциального давления кислорода, температуры и сложным образом от состава. В условиях изменения- температуры и среды по ходу факела, разнообразия состава индивидуальных частиц

О л. рт

золы результат по Ре /Ре и теоретически трудно предска-

зуем и в некоторых случаях имеет низкую воспроизводимость в экспериментах. Выявлены следующие наиболее устойчивые тенденции. По ходу факела выше зоны горения отношение снижается;

для золя на выходе из топки и уноса не отмечено однозначной зависимости от температуры горения или других температурных характеристик факела и для традиционной схемы пылеугольного сжигания определяется составом золы и избытком воздуха. При оптимальном а оно изменяется от 2,8-3,4 для зкибастузского угля

(гк/гО=35) до 0,17 для ирша-бородинского (хК/£0=1,8) и возрастает при снижении избытка воздуха, вплоть до Ре3+=0 для "экибастузского угля при а<1,15.

Прочность шлаковых отложений о- существенно отличается для разных углей как при сравнении при одинаковой температуре, так и при равном превышении над 1;шл. Она определяется свойствами материала (спекаемость, состав) и температурным уровнем формирования отложений. Это объясняет, например, пародоксальный на первый взгляд факт высокой прочности отложений при сжигании экибастузского угля со слабоспекающейся золой. Спекаемость золы кислого состава возрастает при увеличении содержания Ре и компонентов основного состава, особенно Иа /43/.

В последние годы для снижения Ж) все большее распространение преобретают схемы ступенчатого сжигания топлива. Впервые проведен ряд исследований изменения шлакующих свойств золы при ступенчатом сжигании на котлах и при имитации на стенде. В последнем случае в серии опытов последовательно воспроизводятся режимы каждой из зон и зола из предыдущего опыта используется в последующем. По показателям интенсивности шлакования, спекаемости летучей золы, окислительно-восстановительных соотношений железа в стеклофазе установлено усугубление шлакующих свойств при ступенчатом сжигании не только в топочном объеме, что ожидалось по результатам изучения влияния режимных факторов, но и на выходе из топки. То есть, проходящие в зонах недостатка кислорода преобразования минеральной части не "ликвидируются" в последующих зонах дожигания и охлаждения с высокими избытками воздуха. Сказанное не означает неизбежности усиления шлакования при ступенчатом сжигании. Наоборот, как показывает отечественный и зарубежный опыт внедрения схем и горелок с низкими N0^, чаще всего проблемы шлакования уменьшаются, что связано с перераспределением топлива, температурных полей и более осторожным выбором характеристик топочных камер. Тем не менее, обнаруженное ухудшение шлакующих свойств золы необходимо прогнозировать и учитывать при проектировании и реконструкции оборудования.

5. Условия надежного жидкого шлакоудаления; полуаналитический метод прогнозирования маневренности котла по условиям I 111 У.

Образование настылей шлака в летках котлов с жидким шлакоудалением (ШШУ) зависит от минеральной части углей и традиционно относится к вопросам шлакования, хотя в этом случае мы имеем дело с другими процессами и закономерностям::. В последнее время в основном по экологическим соображениям котлы с ЖШУ практически не проектируются. Однако, значительный существующий парк таких котлов в условиях изменения качества углей и топливного баланса ТЭС обуславливают актуальность вопросов прогнозирования и мониторинга жидкого шлакоудаления. Наибольший интерес к этим вопросам наблюдался в 70е годы, когда выполнена большая часть приводимых исследований и разработс:-:, в силу широкого внедрения кузнецких углей на электростанциях Европейской части страны взамен донецких и значительного ухудшения качества сжигавшихся углей. По методам прогнозирования, базирующимся на зарубежных данных, кузнецкие угли с тугоплавкой золой, а более 80% углей марок СС и Т имеют t^_900>15CO°G, неприемлемы для ЖШУ. В то ;ке время имелся успешный опыт внедрения ЖШУ в Кузбассе /4-4-46/, и требовалось уточнение показателей надежного шлакоудаления и методов прогнозирования. Результаты проведенных исследований по жидкому шлакоудалешсо легли в основу кандидатской диссертации автора (1S78 г.). В дальнейшем они дополнены опытами, проведенными при сжигании донецкого угля, использованы для совершенствования топочных устройств, узла шлакоудаления, уточнения методов прогнозирования и разработки мониторинга ЖШУ.

Потеря расплавом шлака текучих сеойств при его кристаллизации служит причиной прекращения надежного жидкого шлакоудаления и одно из условий формулируется в виде "tH.K>t0- Другое услсэие, накладываемое для слабокристаллизующихся расплавов, заключается в том, что вязкость вытекающего шлака не должна превышать определенного критического значения или ^нж^-кр"

Теоретические обоснования этого условия и прямые достоверные измерения критических значений отсутствовали.

В кандидатской диссертации автора приведены результаты исследований, которые показали,что застывший в летке шлак аморфный;

кристаллизация расплавов имеет место при низких температурах 1;<1300°С, большом времени выдержки и не лимитирует жидкое шлакоудаление; до высоких значений вязкости сохраняется линейная пропорциональность между приложенными усилиями и деформацией, зависимость проходит через начало координат, что позволяет до высоких значений вязкости (в экспериментах до 80-100 Па-с) рассматривать такие шлаки с позиций реологии как "ньютоновскую жидкость"/12/. Вместе с тем, даже для шлаков, не проявляющих кристаллизационных свойств при измерениях вязкости и реологии,по глубине шлакового гарнисажа существуют условия их кристаллизации и неправомочно для стекловидных шлаков принимать закон истинной жидкости на всю глубину. Послойным рентгенофазвым анализом и расчетами определено положение границы кристаллизации.

Изучение условий эвакуации шлака на котлах с разной конструкцией леток при прямом измерении температуры вытекающего шлака и его жидкотекучести выявило, что по крайней мере до ^=100 Па-с шлак сохраняет способность к самопроизвольному вытеканию из топки; прекращение надежного шлакоудаления связано с его охлаждением в летке и образованием прогрессирующих настылей. Для утепленных и плотных шлаковых шахт образование растущих настылей наблюдается при средней по толщине пленке вязкости ¿„=20-32.5 Па-с (вязкость поверхностного слоя 10,0-20,0 Па-с), снижаясь до Д =7-11 Па-с при уменьшении на 30-50% падающего на шлаковую пленку теплового потока в неоптимальных по конструкции и состоянию шахтах. Таким образом, установлено, что для слабо-кристаллизующихся шлаков жидкое шлакоудаление не лимитируется изменениями состояния или реологии расплава и определяется внешними условиями /9,47,48/.

Вопрос затвердевания шлака в летке до работ автора не рассматривался. Впервые измерено распределение теплового потока вдоль

вытекающей из летки пленки шлака =1(2,?,а „ .о .Предложен

н«ад укв лпэд ^

показатель совершенства шлаковой шахты ?, представляющий из себя отношение падающего теплового потока на шлаковую пленку в летке к тепловому излучению на под топки. Для котлов, на которых выполнялись исследования, он изменялся в диапазоне £=0,65-0,9 в зависимости от размеров летки и состояния шлаковой шахты. На базе уравнений, полученных Ю.Л.Маршаком при совместном решении задачи теплообмена и гидравлики шлаковой пленки, и эмпирической зависи-

мости по распределению теплового потока вдоль вытекающей пленки предложена математическая модель образования настылей /49/. При составлении расчетной модели принято, что внутренние слои шлака по ходу движения пленки из-за уменьшения теплового потока охлаждаются до г , теряют текучесть и количество стекающего шлака уменьшается, вплоть до застывания пленки на всю толщину. Модель представляет из себя систему дифференциальных уравнений и учитывает изменение вдоль вытекающей пленки ее температурного состояния йТ/йй, количества текущего шлака толщины

застывшей части пленки йЪ/йг и безразмерной координаты средней точки вх/йг. Проведенный на базе модели анализ влияния различных факторов на граничные условия надежного шлакоудаления не только показал согласование с экспериментальными данными, но и выявил факторы, влияние которых ранее не учитывалось. Например, согласно модели усугубление сложностей с обеспечением жидкого шлакоудаления для углей с тугоплавкой золой, в том числе, связано и с более низкими значениями вязкости нормального шлакоудаления Д .

НлС

Прогнозирование жидкого шлакоудаления традиционно сводится к оценке пригодности угля для использования в топках с ЗШПУ. Однако, для практики важнее прогнозировать применимость угля для конкретной конструкции котла, диапазон нагрузок в режиме ЕШУ. Теоретически обоснованно такая задача решается с учетом динамического характера шлакового покрытия, на базе совместного решения уравнений гидравлики и теплообмена текущей шлаковой пленки. Известен ряд решений по теплообмену, которые выведены при определенных допущениях и в качественном отношении хорошо отображают динамический характер шлакового покрытия и его характеристик. Возможность их применения для количественного анализа для слабокристаллизующихся шлаков не рассматривалась и. экспериментально не проверялась; для таких шлаков не были обоснованы граничные условия текущей пленки. Проведенные при помощи крупномасштабного калориметра, покрытого стекающей пленкой шлака, исследования включали измерения падающего и воспринятого тепловых потоков и температуры поверхности пленки. Для анализа использованы уравнения по теплообмену полученные Ю.Л.Маршаком, граничные условия в которых изменены на основании исследований структуры и расчетного обоснования. За границу неподвижного шлака принята вязкость и =100 Па-с /50,51/. Результаты подтвердили

теоретическое положение о динамическом характере шлакового

покрытия (изменение ^ с 0,23 до 0,06, 1; с 1650 до 1350°С при

снижении а„„„ в диапазоне 845-345 кВт/м2) и показали согласование пад

расчетных и экспериментальных значений. Хорошее согласование с расчетом получено и при анализе значений температуры вытекающего из летки шлака /9/. Полученный результат позволил использовать аналитический подход, наряду с эмпирическими закономерностями, для прогнозирования условий надежного жидкого шлакоудаления и маневренности.

Условия надежного шлакоудаления из летки (минимально допустимая температура газов в районе летки $т1п) предложены в двух видах : на основе решения задачи теплообмена и движения вытекающей пленки шлака при фиксированных значениях и и по модели

охлаждения шлака в летке для усредненных характеристик узла шлакоудаления. Оба предложения широко известны и включены в руководящие указания по проектированию топочных устройств /51/.

Разработанный наглядный полуаналитический метод оценки маневренности топок по условиям 5КШУ базируется на эмпирических данных по выгоранию пыли р, указанных условиях надежного жидкого шлакоудаления, возможности расчета теплообмена через пленку по аналитическим выражениям. Дополнительно принято условие, что обеспечение высокой подвижности шлака на стенах топки не является обязательным для ее надежной работы и необходимая вязкость шлака ниже м должна создаваться только в районе летки. Это условие обосновано результатами исследований котлов и опытом совершенствования их горелочных устройств. По предложенному методу за эффективную температуру факела зоны горения принимается минимально допустимая температура в районе летки ¡>т1п; рассчитывается теплообмен в нижней части топки через пленку и составляется тепловой баланс зоны горения, из которого определяется минимально допустимое количество сожженного в этой зоне топлива /звга1п. Минимальная по условиям шлакоудаления относительная нагрузка М находится как доля этой величины от поданного и сгоревшего в зоне активного горения количества топлива при номинальной нагрузке / 52/. Результат М>1 означает невозможность осуществления ЖШУ даже при номинальной нагрузке (рис 5).

м

3-, о О, 9

О, 8 О, О, в О,Б

1480 1530 1580 1630 16В0 Ъ2ао,"С

в, 005 0,0125 0,02 1УС

1

Рис.5. Прогноз минимальной по условиям ЖШУ нагрузки на примере котла ТП-87 в зависимости от характеристик шлака. 1 - 1(1; 0).

Полученные теоретические, расчетные и экспериментальные результаты полезны не только для задачи прогнозирования. Ка их базе разработаны и внедрены ращюнальные конструкции летки, шлаковой шахты, горелочных устройств и предложены оригинальные конструкции, например, /53-54/.

В. Прогнозирование шлакующих и загрязняющих свойств углей.

Для прогнозирования шлакующих и загрязняющих свойств углей, их ранжирования по этим признакам в различных странах к настоящему времени разработано несколько десятков эмпирических показателей, индексов. В них используются широко доступные сведения о минеральной части среднего состава и отдельных фракций. Разнообразие индексов связано с принципиальной невозможностью применения единого эмпирического критерия для углей разных типов, для поверхностей нагрева в разных температурных зонах и с несовершенством предложенных показателей. Кроме того, базирующиеся на данных о среднем составе и свойствах золы, они не отражают реальных процессов образования отложений и имеют низкие экстраполяционные возможности. С определенной достоверностью такие показатели соответствуют практике в объеме экспериментального материала, на основании которого разработаны, и неоптималъны для анализа углей других регионов. Сказанное согласуется с

опубликованными в разных странах результатами. Это не исключает возможности применения - и необходимости совершенствования эмпирических показателей. Большинство используемых отечественных углей не обладает чрезмерными шлакующими свойствами; на конкретные станции поступают угли с одинаковым типом золы. В силу этого можно, даже по ограниченным сведениям, достаточно надежно оценивать относительные шлакующие свойства поступающих углей, ранжировать их и принимать решения об организации сжигания. Однако, согласно исследований они не применимы для анализа смеси углей с разним типом золы, влияния ввода сорбентов.

В отечественных руководящих и методических материалах угли по шлакующим свойствам ранжируются на двух-трех уровнях, для которых на основании практики и исследований даны рекомендации по выбору размеров и характеристик топок. Выбор промежуточных значений не регламентирован. Автором выполнен анализ ситуации по шлакованию топки и пароперегревателя отечественных котлов 0пе>160 т/ч сжигающих разнообразные угли. Шлакующие и загрязняющие свойства оценивались по ряду известных показателей. Выявлено недостаточно удовлетворительное соответствие прогнозируемой и реальной ситуации, ограниченность получаемой информации.

Разработаны показатели, лучше отвечающие совокупности анализи--роваЕшихся котлов, углей и сведений об их шлаковании /3,55,56/. Предложенные показатели, как в настоящее время принято в отечественной практике, включают характеристики шлаковых отложений и склонность к образованию (потенциал, индекс) селективно обогащенных.

Ранжирование углей по склонности к образованию железистых отложений П^ проведено по результатам исследований при помощи зондов и опыту их сжигания'в котлах (табл.1) Известны два подхода к прогнозированию железистых отложений и/или шлакования при сжигании углей с битуминозным типом золы. По одному из них для прогнозирования используются сведения о количестве, составе и свойствах тяжелой фракции угольной пыли вне зависимости от минералогического состава железосодержащих соединений; по другому в явной или неявной форме применяется информация о содержании в топливе пирита. Для выявления статистически более значимых показателей выполнены лабораторные исследования углей, для которых определен потенциал Пре. В частности, определялось

содержание разновидностей серы, доля тяжелой фракции угольной пыли, ее минералогический состав в количественном отношении, в том числе, доля пиритного железа ср в пересчете на Ре С

гз

от

общего содержания железа в этой фракции. Статистический анализ показал, что более существенным фактором является не количество железосодержащих компонентов, а их минералогическая Ф;рма. Наименьшая погрешность оценки получена при использовании кзвого показателя Ре20р=«р*Ре203 (рис 6.) и прогнозирование выполняется по формуле: Пре=3,96-2,47/Рег0р, либо по содержанию сульфидной серы /35,57/. Предложено и является принципиальным, чтс при использовании сведений о сере ее количество должно пересчитываться на массу золы 5аБЬ

пг. 4

3 2 1

"П

123еэ

пса 9са

п -э-

г=а- —-± —в—

□ /

ш/ •

12

16

V

V .

к

.4

1о 5) .

15 ск+гекзхш+ретз)

Рис.6. Оценка склонности угля к образован:® железистых отложений (а) и температуры начала шлакования (б) по результатам лабораторных анализов.

Вше отмечалось, что склонность угля к образованию железистых отложений зависит не только от минералогической формы и количества железосодержащих соединений, но и от марки угля, которая определяет тип пылеприготовления, тонкость помола,

температурный уровень процесса горения. Впервые предложено при прогнозировании учитывать этот фактор и характеризовать его величиной адиабатической температуры горения Так как

характеризует влияние совокупности ряда факторов, а также относительно небольшой показатель степени в уравнении скорости выгорания пирита от температуры, зависимость от ва принята линейной. Например, зависимость от общей серы имеет вид: 11^=3,8-2,58/БаБ1г- (2,2-0,8-10-3• ).

Полномасштабные сульфатно-кальциевые отложения не воспроизводятся при помощи зондов при сжигании углей с кислым составом золы и оценка склонности к образованию таких отложений выполнена по опыту их сжигания в котлах. За исключением публикаций УралВТИ, возможность образования и прогнозирование сульфатно-кальциевых отложений для углей с К/0>4 не рассматривалась. Предложено два варианта прогнозирования. Первый из них, как и разработка ВТИ, основан на предпосылке, что отложения образуются из обогащенных Са частиц внутренней золы. Новое дополнительное условие заключается в том, что доля таких частиц в потоке летучей золы должна превышать определенное значение, а^а^. То есть, по мере роста зольности за счет внешней золы уголь теряет склонность к образованию сульфатно -связанных отложений. Для' имеющейся совокупности данных уголь склонен к образованию отложений, если при пересчете на Аа=10й содержание Са0>12® и а >0,34. Другой вариант исходит из нового тезиса о том, что образование сульфатно-кальциевых отложений и отложений на базе активных щелочей являются конкурирующими процессами. При высоком содержании щелочей образование сульфатно-кальциевых отложений менее вероятно из-за вовлечения в процесс роста загрязнений большего числа частиц и с более разнообразным составом. Напомним декларируемый нами тезис об образовании тех отложений, скорость роста которых выше. По этому подходу

предложены индексы, в частности, ПСа=СаО■V К20 / ИагО. Уголь склонен к образованию отложений при ПСа>10 и имеет высокую склонность при ПСа>20.

Склонность углей к образованию загрязнений на базе активных щелочей экспериментально определяется по эффективности тепловосприятия охлаждаемых зондов в зоне температур ниже Так, в опытах на огневом стенде при изменении Иаг0 в диапазоне

0,5-3,4% значение у изменялось от 0,8 до 0,5. По литературным данным и проведенному анализу наиболее представительным показателем для прогнозирования служит содержание водорастЕори-мого Na отнесенное к зольности Поскольку содержание На в

алюмосиликатах изменяется в относительно узких пределах, для углей с высоким содержанием натрия для прогнозирования также используют значение Na20 в золе. Анализ показал, что потенциал загрязнения П^ не прямо пропорционален содержанию активного натрия. Это делает неудобным использование показателя С^ст для анализа, построения систем контроля. Предложена линеаризированная форма зависимости от активного и общего натрия. Последняя для бурых углей имеет вид PNa=0,69-(1,17-На20-0,18-К20-0>49)0,313-0,333 . и учитывает соотношение натрия в водорастворимой форме и в алюмосиликатах.

Как показывает опыт, расшлаковка плотных конвективных поверхностей нагрева расположенных в опускном газоходе не эффективна из-за забивания ниже расположенных поверхностей. Для углей с кислым составом золы целесообразно и возможно исключить образование отложений, ведущих к аврийным ситуациям, за счет выбора температуры газов s ниже граничных условий образования отложений. С учетом неравномерности температурного поля k<1 рекомендуется Для углей не склонных к формированию

сульфатно-кальциевых отложений и »К1Ш<к.-800'С, если упрочненные за счет Са30д отложения образуются. Температура начала шлаковгния определяется при помощи неохлаждаемых зондов. Предложены методы ее прогнозирования по среднему химическому составу минеральной части угля ^=945+8,22■ К/О или летучей золы ^д=895+-16,11 -д|р§5-В последнем соотношении используются сведения об окислительно-восстановительных соотношениях железа в стекловидной фазе золы полученные методом Мессбауэровской спектроскопии Fek=Fe3+-Pe203/100% и Feo=Fe2+-Fe203/100% (рис.6). Выражение, включающее в себя сведения о валентности ионов железа в стекло-фазе, впервые позволяет учитывать влияние на t режимов и схем сжигания топлива и успешно объясняет полученные на котлах результаты. В частности, для всех исследованных углей измерено увеличение Fe2+/FeCT при снижении избытков воздуха, однако, по результатам исследований и анализа по предложенному выражению влияние этих изменений для разных углей существенно разное.

Для углей с высоким содержанием компонентов кислого • состава отношение Fe2+/FeCT изменяется в большей мере, а при одинаковом изменении влияние этого фактора на t сильнее. При отсутствии данных Мессбауэровской. спектроскопии для приближенной оценки Pe2+/Fe3+ предложена эмпирическая зависимость от содержания разных компонентов основного состава, а влияние режимных факторов может быть оценено по экспериментальным данным для углей с похожим составом золы.

В качестве альтернативного метода, значение t может прогнозироваться по результатам измерения вязкости переохлажденного расплава, например, по разработанной в ВТМ процедуре. По результатам исследования ряда углей t соответствует температуре при

7-103 Па-с. Исследования также показали, что метод прогнозирования по вязкости дает большую погрешность для углей с высоким содержанием пирита и неприменим для смеси углей с разным типом золы, при вводе в газоход добавок, сорбентов. Последнее, впрочем, справедливо и для прогнозирования по валовому химическому составу золы. Для повышения точности метода предложено прогноз делать по вязкости отдельных фракций /58/.

Наиболее надежно допустимая по условиям шлакования температура на выходе из топки устанавливается путем обобщения опыта эксплуатации котлов и проведения на них исследований. Таким образом получены значения, рекомендуемые в руководящих материалах по проектированию топок. В частности, для выбора для кузнецких углей в УралВТМ совместно с рядом организаций проведены исследования на котлах разных конструкций /59,60/. Поверхности нагрева на выходе из топки расположены в зоне температур выше начала шлакования и их работоспособность, определяется условиями саморасшлаковки или расшлаковки аппаратами очистки, которые, в первую очередь, зависят от прочности отложений. Исходя из этого нами предложено выбирать значения как температуру, при

которой отложения имеют определенную прочность/43,61/. Проведены исследования прочности отложений при сжигании разных углей (рис.4). По результатам опытов с освоенными углями (кузнецкий, экибастузский, челябинский, подмосковный) выяснено, что при принятой методике измерений рекомендуемым значениям соответствует температура при прочности охлажденных образцов на сжатие с =0,75 МПа и "in situ" на растяжение оЛ=7,5 КПа.

С «К ' р

Разработаны также методы приближенного прогнозирования в* по данным лабораторных исследований. Естественным показателем, который может коррелировать с прочностными характеристиками, служит спекаемость золы. Выше отмечалось, что прочность отложений зависит от спекаемости материала и от температурного уровня, при котором происходит спекание. С учетом этого по результатам спекания материала лабораторного озоления предложен метод оценки допустимого значения ^ в форме: ^т^шл+^+С^сз' гДе ^^ прочность при спекании при температуре равной 1;шл, д!=45, С=520 -эмпирические коэффициенты. Для прогнозирования по химическому составу минеральной части используется комбинированный показатель В^ (рис 7). При разработке комбинированных показателей УрггЗТИ сделано допущение о возможности суммирования эффектов нескольких независимых факторов, различных схем образования и упрочнения отложений. При этом показатель каждого из учитываемых факт:ров линеаризован и нормирован. Для анализа полурадиацис-нных поверхностей нагрева для углей, не имеющих высокой склонности к образованию сульфатно-кальциевых отложений, показатель имеет зад:

вР=0,577- +Р5: , где Рт =1-0,025-К/0 отражает валсвый

г л С £ о г) а лс

состав золы и в определенной мере вязкость расплава, учитывает образование железистых отложений и роль железосодержащих соединений в качестве матричного материала и -особую голь натрия в спекании. Значение ^ оценивается по выражению 425-473,55 Для построения этой зависимости

использованы рекомендуемые нормами и определенные по прочности отложений величины, а также новая информация об опыте эксплуатации котлов.

Для обеспечения безаварийной по условиям шлакования работы топки ее определяющие размеры и тепловые напряжения выбираются с учетом шлакующих свойств угля. Однако, процедура этого выбора не однозначна и, как показывают публикации, одинаковый результат может быть достигнут при разных сочетаниях тепловых напряжений зоны активного горения длг и сечения топки с^. В выборе сочетания котлостроительные компании ориентируются на свой опыт. Предложены новые показатели шлакующих свойств и в качестве альтернативного варианта процедура выбора основных характеристик топок. Разработки не противоречат отраженному в нормативных материалах отечественному опыту котлостроения для экстремальных

случаев (сильношлакующий-нешлакующий угли),, но позволяют принимать- решения для углей с промежуточными шлакующими свойствами и для новых углей, ранг которых не определен.

а,МВт/л2

0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 Я"

Ь) -

Рис.7. Примеры выбора допустимых по условиям шлакования значений теплового напряжения сечения топочной камеры ^лг) и температуры на выходе из топки ) в зависимости от шлакующих и загрязняющих свойств углей.

Показатели и процедура их использования исходят из того, что шлакование топки определяется свойствами собственно шлаковых отложений и первичным слоем железистых отложений. При заданных шлакующих свойствах угля шлакование зависит от температуры факела или от ц , а образование железистых отложений от расходной скорости газов или от теплового напряжения сечения Опыт

показывает, что образование железистых отложений для углей с низким потенциалом П^ может быть исключено при 'выборе низких

значений Это связывается с интенсификацией формирования

рыхлых отложений из мелких частиц при снижении скорости. Для углей с высоким индексом Пг,е уменьшение в разумных пределах с^ не ликвидирует железистые отложения, но снижается занятая шли площадь и прочность отложений. По результатам анализа ситуации по шлакованию широкого круга котлов в зависимости от склонности углей к образованию железистых отложений (рис. 7) предложены зависимости по выбору допустимых значений Например, при

использовании нормализованного показателя железистых отложений учитывающего температуру горения (по сути аналогичного и приведенных характеристик теплового напряжения qpP зависимость следующая : q£p<7,22-4,85•P3|;e.

Из физических свойств расплава, определяющих шлакование, в наибольшей мере в топочном процессе изменяется вязкость и показатели, базирующиеся на измерениях вязкости, лучшим образом коррелируют с ситуацией по шлакованию. Очевидно, что при одинаковой минеральной части, конструкции котла больше будет шлаковаться топка, в которой сжигается более калорийный уголь, развивающий более Еысокую температуру факела. Однако в известных показателях шлакующих свойств этот фактор не учитывается. В качестве показателя шлакующих свойств угля, учитывающего его теплотехнические характеристики предложено принимать вязкость расплава при значении температуры, определенным образом связанной с температурой топочного процесса, например, при 0,65-£>а или 0,82 Ранжирование угля по этому показателю дало хорошее соответствие с экспертной оценкой /3/.

Для разработки комбинированного показателя шлакующих свойств

по данным о составе золы использованы сведения о том, что

максимальными шлакующими свойствами обладают топлига с высоким

содержанием пирита и окислов основного состава. В неявной

и неоптимальной форме эти факторы используются и в наиболее

распространенных отечественных и зарубежных показателях. В

показателях УралВТИ эти факторы суммируются:

та

^=0,707или йз1=0,707-Ь^(Р^)2, где Р^-

нормированный показатель по вязкости с учетом температуры горения. По результатам анализа шлакования котлов обоснованы допустимые значения qлг.

В предыдущих разделах отмечалось, что шлакующие свойства золы

изменяются в зависимости от режимов и схем сжигания топлива. До настоящего времени нет разработок по прогнозированию этих изменений и учету при проектировании топок. Задача осложняется тем, что шлакующие свойства золы изменяются по ходу факела; эти изменения мало исследованы; не учитываются даже для традиционного сжигания и потенциал характеризуется показателями не зависящими от реального топочного процесса. Наша разработка в определенной мере заполняет этот пробел, хотя в силу сказанного на данном этапе применим лишь формальный подход. ДЛя прогнозирования используются данные о спекаемости летучей золы и Мессбауэровской спектроскопии или обобщающие экспериментальные зависимости при их отсутствии. Допустимые значения д =1(Р ), я =1(КШ) и

.С £ " а II 5

$"=1(1, .о') оцениваются по зависимостям подобным приведенным

1 ШЛ С/11

выше. Однако, при расчете Рре количество сульфидной серы в угле изменяется на величину пропорциональную разнице содержания Ре5+РеБ2 в летучей золе на выходе из зоны горения при традиционном и анализируемом режиме сжигания; при расчете Рхс> Нта и 1; вместо отношения £К/г:о используется (К+Рек)/(0+Рео) и

3 ШЛ

к значению ^ вносится поправка на разность величин, рассчитанных по сведениям о спекаемости уноса при сравниваемых режимах.

7.Прогнозирование шлакования по химическому составу индивидуальных частичек летучей золы.

Методы прогнозирования, основанные на сведениях о среднем составе золы и ее свойствах, не отражают достоверно процесса образования отложений и обладают ограниченными экстраполяционными возможностями. В то же время,на современном этапе даже достоверная сравнительная оценка свойств углей недостаточна. Изменение топливного баланса ТЭС, внедрение новых схем сжигания углей, сорбентов, смесей углей для решения экологических вопросов требуют не только создания менее шлакующихся котлов, но и перехода от сравнительных оценок свойств топлива к прогнозированию шлакования в количественном отношении, свойств отложений в разнообразных конкретных конструкциях котлов.

В последние годы в мире наблюдается активный переход от эмпирических показателей на базе усредненного состава и статисти-

ческих закономерностей к созданию полных научнс-обосноЕанных моделей шлакования и загрязнения с использованием сведений о составе индивидуальных частиц минеральной части углей и золн. В таких моделях по данным исследований на микроскопическом уровне минеральной части углей оценивается размер и состав частичек летучей золы, их вязкость при разных температурах; по программам расчета теплообмена и аэродинамики определяется температурное состояние частичек, условия транспорта к поверхностям нагрева и по специальным программам в конечном счете состав.интенсивность формирования, тегоюфизические свойства отложений, их "очзпца-емость" средствами расшлаковки, изменение во времени степени загрязнения поверхностей нагрева. При концептуальной завершенности некоторых из моделей и успешной проверке применительно к конкретным объектам, тем не менее, модели находятся в стадии доработки и пока не могут претендовать на достоверность анализа в количественном отношении для произвольно выбранного объекта и угля.

Разработка подобных моделей стала возможной лишь в последние годы в результате прогресса в измерительной и компьютерной технике. Информация о морфологии и составе индивидуальных минеральных включений и частиц золы обеспечивается системами CCSSi! и SEMPC, недоступным! для отечественных исследователей. Похожие исследования применительно к сжигаемым в нашей стране углям впервые выполнены в УралВТИ на микрозонде Camebax /'-V. Сведения о химическом составе индивидуальных частиц летучей золы, помимо использования в качестве исходных данных для моделей шлакования, представляют и самостоятельный интерес для понимания и прогнозирования процесса шлакования. Здесь кратко приводятся некоторые результаты, полученные при изучении летучей золы/уноса трех углей (ирша-бородинский, кузнецкий, экибастузский).

Состав частичек изменяется в весьма широком диапазоне и существенно отличается от среднего, что, например, для уноса ирша-бородинского угля иллюстрируется рис 8а. Мелкие частник по своему составу более разнообразны, чем крупные, Для всех углей, включая канско-ачинский, с ростом размера частиц возрастает количество S102 и/или А1203, а СаО увеличивается в мелких фракциях. Содержание Na20 возрастает в мелких частицах ирша-бородинского и экибастузского углей и в крупных кузнецкого. Для

£К=8Ш2*А120 *ТШ2 Е0=Са0+Ид0+К20+Ма20

Рис. 5а. Распределение химического состава по индивидуальн частичкам уноса ирша-бородинекого угля.

г,кн 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

да -«43-

Ли/

1

к

к

ф

900

Ге203Д

40 30 20 10 0

\

3

1 1

1000 нее гв с

0 0,2 0,4 0,6 0,8 кн

^ый

б) в)

Рис.5 б. Количество матричных и липких частиц (1}, коэФФмцне налипания расчнтанный по вероятностной модели (2), опытн данные по относительной интенсивности шлакования при сзиган кузнецкого газового угля (3).

Рис.Зв. Концентрация залеза в отложениях экибастузского уг/ 1 - расчет по вероятностной модели, - экспернментальм данные.

последнего основное количество частиц с высоким содержанием На20 тлеют и высокое содержание 3102+А120 , что согласуется с присутствием Ыа в "неактивном" виде в составе алюмосиликатов. Характер распределения СаО и ]?е203 для золы разных углей может существенно отличаться. Так, для ирша-бородинского угля в частичках с низким содержанием ЗЮ2-(-А1203 распределение 1'е203 незакономерное, а количество СаО возрастает по мере снижения компонентов кислого состава. Для экибастузского угля такая закономерность наблюдается для Ре203 и отсутствует для СаО.

Образование селективных отложений связано с наличием в летучей золе частичек, обогащенных соответствующими компонентами, и отложения, по-видимому, можно прогнозировать по их доле от общего количества. Полученные по составу индивидуальных частичек данные в сравнении со сведениями о склонности углей к образованию рассматриваемых отложений не противоречат такому подходу. Например, в порядке уменьшения доли обогащенных частиц угли располагается следующим образом: ирша-бородинский - кузнецкий - экибастузский по СаО; экибастузский-ирша-бородинский -кузнецкий по ?е303.

Основой полных моделей шлакования являются модели (программы) закрепления частиц и роста отложений. Автором разработан вариант, названный вероятностной моделью шлакования, который существенно отличается от предложенных позже за рубежом. Первая версия вероятностной модели была разработана около десяти лет назад и ее экспериментальная проверка выполнена на синтетических смесях, которые воспроизводили фракции летучей золы с разными свойствами /18/.

В известных нам моделях принимается, что отложения формируют все достигшие поверхности частички и обладающие соответствующей липкостью (приближенно вязкостью), закрепление всех частиц в отложениях одного типа происходит по единому механизму. Как изложено в предыдущих разделах, результаты наших опытов на котлах и при имитации шлакования синтетическими смесями не подтверждают такой предпосылки. Повторимся, что опыты показали не прямую пропорциональность между массой налипшего материала и липкой фазой в летучей золе; закрепление в отложениях частиц не обладающих необходимыми аутогезионными свойствами, существование границы начала шлакования и другие особенности.

В предложенной модели принимается, что в формировании отлсзе-

ний участвуют с разной ролью все достигшие поверхности частицы; при некоторых условиях летучая зола и слой отложений могут содержать частички, названные матричными, обладающие настолько высокими адгезионными свойствами, что могут удерживать нелипкие частицы; при недостаточной липкости частицы или поверхности отложений частицы могут закрепляться временно, до удара о них последующей частицы. По роли в образовании отложений частицы разделены на несколько типов, число и приданные свойства которых могут изменяться. Программы расчета разработаны при делении частиц на четыре и пять типов. При делении на четыре типа частицы наделены следующими свойствами. Матричные частицы при контакте со всеми остальными, кроме отнесенных к абразивным, образуют в отложениях связи, которые не разрушаются при росте отложений. Контакт липких частиц между собой также приводит к образованию таких связей, а с инертными к образованию связей, которые разрушаются при ударе следующих частиц. Инертные и абразивные частицы не образуют связи между собой и друг с другом. В пятый тип выделены высококальциевые частицы.

Принято, что закрепление частиц в отложениях происходит по следующим механизмам: налипание низковязкого расплава или переохлажденной жидкости; налипание частиц, содержащих жидкую, обогощенную железом фазу при температуре выше температуры эвтектики; закрепление частиц за счет химической активности свободной окиси кальция при относительно низких температурах. В соответствии с этим для разделения частиц по типам в качестве показателей используется размер частиц, содержание Ре203 и СаО, критическая температура налипания, рассчитанная по химическому составу. Последняя рассчитана по формулам подобным эмпирическим формулам для отличающимся для частичек с кислым составом и с высоким содержанием компонентов основного состава. К матричным в модели отнесены частицы, для которых текущая температура на ЮСГС и более превышает расчетную критическую, а также частицы с содержанием Рег03>б5% при температуре свыше 1010°С.. К липким отнесены частицы, для которых текущая температура не более, чем на 100°С выше критической. Если текущая температура ниже критической, то мелкие частицы, удовлетворяющие этому условию, считаются инертными, а крупные абразивными.

Расчетные программы модели шлакования разработаны в двух

вариантах /14/. По одному из них доля закрепившихся частиц (кд) и состав отложений рассчитываются на основе анализа вероятности контакта частиц каждого типа из потока с частицами каждого типа на поверхности отложений. Расчетные уравнения учитывают как вероятность контакта частиц на поверхности отложений (из-за разрушения поверхностного слоя его состав отличается от состава основной массы отложений), так и результат этого контакта. По второму варианту расчетной программы модели шлакования, применимому прежде всего при относительно небольшом банке данных о составе индивидуальных частиц золы, рост отложений и. их состав рассчитываются путем последовательного, "частичка за частичкой" .анализа взаимодействия частичек и поверхности. При этом последовательность частичек ' выбирается по процедуре случайных чисел, а характеристика поверхности отложений изменяется в зависимости от результата контакта предыдущей частички.

Анализ по составу индивидуальных частичек, по сравнению с использованием данных валового состава золы, помимо более адекватного отражения процесса образования отложений, позволяет прогнозировать показатели, которые другими методами не оцениваются. Это касается расчета интенсивности шлакования и состава отложений в зависимости от температуры и их относительных прочностных свойств. Результаты прогнозирования интенсивности шлакования и состава отложений в зависимости от температуры формирования по предложенной модели показаны на примерах кузнецкого газового и экибастузского. углей (рис. 8 б,в).

С учетом того, что подобная модель разработана впервые, ставилась задача продемонстрировать возможности такого метода и получить решения, соответствующие известной информации в качественном отношении. Количественное соответствие может быть достигнуто по мере накопления экспериментального материала путем использования в качестве "скрытых эмпирических коэффициентов" иного числа типов частиц и граничных условий, таких как выбор критической вязкости или температуры прилипания частичек, приобретения ими матричных свойств, показателей разделения частиц на инертные и абразивные. Вместе с тем, реализованная технология исследований и программа расчета по предложенной модели уже на этом этапе позволяют получить не только качественное, но и с приемлемой достоверностью, .количественное соответствие и могут

быть использованы для сравнительной оценки шлакующих свойс углей.

8. Мониторинг и контроль шлакования и жидкого шакоудален

Знание ситуации по шлакованию и загрязнению являет) определяющим в обеспечении надежной работы пылеугольного котл; Оперативный контроль позволяет оптимизировать работу средс^ очистки и исключить аварийное шлакование. Однако, образован! отложений традиционно относится к одному из экспуатационш параметров, наиболее трудно поддающемуся оценке. Котлы I оборудованы необходимыми средствами мониторинга, имеющиес возможности штатного ' контроля Используются недостаточно и оператору информация об образовании отложений поступает в неявнс виде, в форме сведений об изменении параметров рабочей среда газов.

Начиная с 80х годов, у нас и за рубежом большее внимаю уделяется разработке и внедрению методов контроля образована отложений как при помощи специальных устройств, так и применением компьютерных систем, где "котел используется кг измерительный инструмент". В силу разнообразия шлакующих загрязняющих свойств углей, особенностей поверхностей нагрева характера их шлакования оправдано многообразие применяемы средств и методов контроля. Их работа основана на разны принципах и по назначению они подразделяются на контроль ситуаци для конкретной поверхности нагрева (наличие, размеры, мест расположения отложений, тепловая эффективность, газодинамическо сопротивление); контроль условий, определяющих шлакование ( штатном контроле - температура газов и содержание кислорода) контроль изменения шлакующих свойств топлива. В целом разрабатываемые в разных странах методы близки и отличаете деталями. Вместе с тем, развиваемые автором подходы имеют принципиальные отличия, заключающиеся в разработке методо контроля шлакующих свойств углей в процессе их сжигания, использовании косвенных показателей, аналогий; обосновываете возможность успешного применения простых средств и устройст /62-64/.

Изложенные особенности, в частности, характерны дл.

разработанной системы контроля жидкого шлакоудаления. Оптические и оптико-телевизионные методы контроля работы котлов, в том числе и шлакоудаления, не получили распространения в нашей стране из-за высокой стоимости, сложности и неэффективности для высокозольных углей. Изучение распределения тепловых и световых потоков в шлаковой шахте позволило предложить простой и эффективный метод контроля жидкого шлакоудаления по измерениям интенсивности светового потока /65,66/. Метод характеризуется тем, что измерения проводятся не в направлении вытекающего шлака, летки, а в противоположном, в направлении зеркала воды в грануляторе -транспортере (рис.9а). Такое решение позволило не только добиться высокой разрешающей способности метода, но и повысить надежность работы фотоприемников. Они выполнены в виде небольших зондсз с вмонтированными фотодиодами для инфракрасного диапазона. Модификации метода, внедренного на четырех электростанциях, позволяют дистанционно и безинерцконно контролировать появление "плавающего" шлака, характер вытекания расплава, степень зашлаковки летки. В методе полезную информацию содержит как величина светового потока, так и частота ее изменения. Так, расплав удаляется в виде капель, если уровень потока высокий, а период изменения небольшой. Уменьшение светового потока и увеличение периода его изменения соответствует переходу в режим пленочного шлакоудаления. Очень высокий уровень светового потока характерен для периода появления "плавающего" шлака, а низкгй -перекрытия летки застывшим шлаком.

Не имеет аналогов в мировой практике разработанный метод контроля при помощи устройств, названных наш механическими индикатора?®! шлакования. Индикаторы представляют из себя подеижно закрепленные зонды, размещенные на части своей длины в газоходе. Для контроля используется преобразованный сигнал о перемещении зонда при шлаковании, которое происходит из-за изменения его массы. Предложенные к настоящему времени многочисленные конструкции индикаторов и способы их работы, например /63-71/, позволяют контролировать шлакующие свойства углей в процессе сжигания или условия, определяющие шлакование, с учетом изменения шлакущих свойств. Очевидно, что, если рабочий участок зонда расположить в зоне температур, соответствующих среднему значению то будет

получена информация, сжигается уголь с характеристиками, хуже или

лучше средних.

Имеется многолетний успешный опыт контроля шлакования (условий, опасных по шлакованию) при помощи механических индикаторов на котлах ПК-40 ТУГРЭС /72/. Разработка и внедрение контроля базируется на исследованиях причин шлакования горизонтального пароперегревателя при сжигании кузнецких углей /26/. Согласно исследованиям, спорадическое шлакование связано с превышением в отдельные периоды температуры газов в поворотном газоходе значения из-за переменности шлакующих свойств

поступающих углей. Традиционный контроль по температуре газов в этих условиях неэффективен, либо вносит неоправданные ограничения в работу котла. Зонды индикаторов на котлах (рис 96) установлены таким образом, что периоды их шлакования соответствуют периодам шлакования КПП. Обдувка пароперегревателя проводится по выведенному на блочный щит сигналу индикаторов. Опыт эксплуатации индикаторов подтвердил переменность шлакующих свойств сжигаемых углей. Зонд может оставаться чистым при »=1020°С в одни периоды и шлаковаться при »=980°С в другие. Проведение обдувки по сигналу индикаторов позволило не только исключить случаи аварийной зашлаковки, но и существенно уменьшить число включений аппаратов очистки. Так, до внедрения индикаторов обдувка проводилась ежесменно, а с индикаторами в среднем 10 раз в месяц. При этом, при поступлении шлакующего угля она может выполняться по несколько раз в смену и не включаться неделями при сжигании менее шлакующего.

В период интенсивного, ограничивающего нагрузку, образования отложений на котлах П-57 в восмидисятые годы (переход на валовую добычу угля, внедрение мероприятий по снижению N0^.) были проведены исследования условий и причин шлакования при сжигании экибастузского угля, разработаны' и внедрены методы контроля. В последующем за счет реализации ряда мероприятий (крутка потока в горелках, воздушный режим) шлакование котлов вплоть до номинальной нагрузки было ликвидировано и эксплуатация внедренных систем контроля прекращена. В частности, было выяснено, что образование золошлаковых отложений на конвективных поверхностях нагрева происходит в результате падения крупных и прочных кусков шлака с расположенных выше поверхностей. Для контроля этого явления применен индикатор (рис. 9з), рабочий участок которого выполнен в

V"

?-.!о.?. Принципиальная схема внедренных устройств и методов контооля. а)-контроль ЖУ фотодатчиками, 0,в)-механические каторы шлакования, г)-контроль по инерционности те^лоприемни:-:эв, д)-автоматизированная система расшлаковки с контролем по 1; , ■?)-

контроль по совокупности 1; и времени пребывания в зашлакованном

состоянии, к)-контроль по относительному изменению t среды.

виде самоочищающейся решетки /73/. Для контроля размеров золо -шлаковых образований в зоне температур ниже в недоступных для наблюдения местах или в условиях оптически плотного факела разработан и внедрен способ, основанный на изменении инерционности теплоприемников /74/. Анализируются изменения показаний нескольких термоприемников при обычных колебаниях в параметрах работы котла. Граница отложений определяется по положению термопары (рис 9г), показания которой более инерционны.

Степень загрязнения поверхностей нагрева в локальных зонах определяется путем измерения и анализа данных о тепловых потоках (падающий и воспринятый потоки, воспринятый тепловой поток чистым и загрязненным теплоприемником и другие). Для систем контроля локального шлакования может быть- успешно использован более "грубый" показатель в виде температуры наружной поверхности труб поверхностей нагрева * . Такая возможность основана на том, что уменьшение при шлаковании поверхности превосходит таковые при изменении режима работы котла в достаточно широком диапазоне. В то же время, применение простых датчиков и систем обработки сигнала обеспечивают более высокую надежность. Автоматизированная система расшлаковки экранов с мониторингом шлакования на базе измерения г внедрена на ряде котлов типа ПК-39 ЕГРЭС /75/. Изучение шлакования этих котлов /76/ показало, что аварийная ситуация происходит при закреплении шлаковых отложений в нижней части топки, хотя максимальное шлакование наблюдается в зоне горелок верхнего яруса. Исследовано несколько схем размещения температурных датчиков. Для данного котла оптимальной оказалась схема с расположением пар датчиков (один над другим) в месте примыкания экранов к холодной воронке, что позволяет определять не только расположение очагов шлакования, но и оценивать динамику их роста. Уменьшение температуры одного из датчиков ниже критической, экспериментально определенной величины используется для автоматизированного включения средств очистки (рис. 9д). Особенностью системы также является применение впервые для топочных экранов разработанной в УралВТМ пневмоимпульсной системы очистки /77/, обладающей наряду с волновым и заметным струйным эффектом.

Как отмечалось выше, при исследованиях шлакования на котлах П-57 установлено, что образование золо-шлаковых отложений на

конвективных поверхностях нагрева обусловлено формированием больших и прочных шлаковых отложений на ширмах. Для контроля этой ситуации также использованы температурные вставка (рис 9е). Выявлено три температурных режима их работы /78/. В первом из них показания стабильны при высоком уровне температур. Ео втором температура циклически изменяется, что характерно для процесса "шлакование - саморасшлаковка". По длительным наблюдениям такой режим не ведет к образованию отложений на конвективных поверхностях и его фиксация может рассматриваться как опережащая информация о приближении к граничным условиям. Опасным по шлакованию является третий режим, в котором температура стабилизируется на низком уровне из-за редкой и неполной саморасшлаковки. С учетом сказанного разработана система контроля /79/, в которой, помимо регистрации Ъ , измеряется интервал времени -г, в течение которого X ниже критического значения (датчик в зашлакованном состоянии). Если т больпе заданной, экспериментально обоснованной величины, вырабатывается допдни-тельный сигнал. Опыт эксплуатации системы подтвердил полученное другими методами заключение о влиянии режимов сжигания на шлакующие свойства золы.

Наряду с рассмотренными и внедренными на котлах методами контроля, ряд новых решений, обоснованных экспериментами и расчетам!, разработан на уровне проектов, технических предложений и макетов. Среди них экспериментальное обоснование возможности более, чем вдвое повысить разрешающую способность метода контроля загрязнения по сопротивлению газового тракта. Это достигается учетом закономерного перераспределения статического давления по сечению газохода при образовании локальных отложений и применением относительных показателей. Для- контроля шлакукцих свойств в процессе сжигания, а тленно содержания активных щелочных металлов, на уровне макета разработано оптическое устройство, измеряющее излучение факела в селектизных длинах волн, и алгоритм обработки получаемой информации. Известно, что эпнтные операторы могут судить о шлаковании и загрязнении на основании эксплуатационных показателей работы котла и для пирокого круга задач контроля достаточно соответствующим образом заработанных доступных показателей. Разработаны схемы и проекты контроля применительно к поверхностям пароперегревателя, например

/80/, и совместно с ПО "Сибэнергомаш" для экранов барабанных котлов. В качестве показателей используются относительные изменения приращения температуры рабочей среды контролируемой и "эталонной" поверхностей нагрева и в некоторых разработках дополнительно температура дымовых газов в зонах температур ниже начала шлакования. Простой пример такой схемы показан на рис. 9ж.

Влияние режимов и схем сжигания на шлакующие свойства золы кислого состава преимущественно связывается с неодинаковыми преобразованиями железосодержащих минералов. Магнитные свойства исходных минералов и разных продуктов их преобразования существенно отличаются и, тем самым, изменяются магнитные свойства летучей золы по ходу факела и в разных режимах. Впервые выполнены исследования магнитной проницаемости летучей золы в сочетании с измерениями шлакующих свойств, а также исследования магнитных свойств углей после их термообработки /11,75/. В частности, для экибастузского угля установлена линейная зависимость величины магнитной проницаемости термообработанного угля от содержания в нем железа, уменьшение магнитной проницаемости летучей золы при снижении избытков воздуха и усугублении шлакующих свойств.По результатам исследований предложена методы организации контроля за возникновением опасных по шлакованию условий и контроля за изменением качества (шлакующих свойств) угля, например,/81/. Они также используются для получения оперативной дополнительной информации при проведении опытов по шлакованию, в которых измерение магнитных свойств осуществляется при помощи портативного прибора. Например, неизменность магнитных свойств золы в опытах с углем стабильного состава с высокой достоверностью соответствует неизменности и шлакующих свойств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации обобщены результаты многолетних исследований автора по вопросам шлакующих свойств углей, шлакования и загрязнения котлов, жидкого шлакоудаления.

Комплекс работ характеризуется выполнением экспериментов на котлах, стендах и в лабораторных условиях для широкой гаммы углей. Проведение исследований со значительно различающимися по

минеральной части и техническим характеристикам углями при их сжигании по разним схемам, в отличающихся регсмах и котлах позволило существенно расширить объем справочных сведений, выявить неоптимальность совокупности и отдельных известных показателей шлакующих и загрязняющих свойств углей, методов их применения и прогнозирования, разработать систему показателей и более достоверные и детализированные рекомендашм.

Диссертация также характеризуется применением разнообразных методов исследований, использованием уникальных физико-химических методов, в том числе на микроскопическом уровне, что дало возможность экспериментально проверить известные и обосновать новые схемы (механизмы) образования отложений различного типа и развить на качественно новом уровне теоретические представления о процессе шлакования и методы его прогнозирования.

Более конкретные основные результаты обобщаемых работ следующие :

1. Приведенная к одинаковым условиям опыта температура начала шлакования исследованной совокупности углей ^ изменяется в диапазоне 550-1220°С и определяется составом их минеральной части. Предложена зависимость для оценки 1; по химическому составу золы для углей с соотношением в золе компонентов гК/Ю = (Б102 А1Р 03+Т102) / (С а0+М§£)+К2 0+КГа2 0) > 1,8, включал тургайский уголь с повышенным содержанием водорастворимого натрия. Температурные условия начала фактического шлакования -э как и другие показатели шлакующих свойств золы, изменяются по ходу факела, в зависимости от схем и режимов сжигания угля, условий проведения эксперимента (локальный теплообмен, скорость газов, температура поверхности). Из режимных факторов наиболее заметное влияние оказывает избыток воздуха, однако лишь для углей с высоким отношением гк/Ш. Установлено усугубление шлакующих свойств золы при переходе на ступенчатое сжигание.

2. Для исследованных углей влияние ре замов и схем сжигания топлива связывается преимущественно с изменением растворимости железа в расплэве и степени его окисленности. Впервые при псмощи Мессбауэровсксй спектроскопии выполнены систематические исследования окислительно-Еосстановительных соотношений и доли железа в стекловидной фазе летучей голы в зависимости от состава минеральной части, избытков воздуха и схем сжигания. На этой

основе предложен метод прогнозирования, учитывающий влияние эти факторов. .

3. В качестве показателя шлакующих свойств для выбор допустимой по условиям шлакования температуры на выходе из топк

и

предложено применять сведения о прочности отложений. На котла и огневом стенде с использованием оригинальных разработок изучен прочностные свойства отложений используемых и новых углей. Уста новлена их корреляция с данными полученными при исследования спекаемости золы и температурных условий начала шлакования Предложен метод . регламентации значений & по сведениям прочности отложений, по совокупности данных о прочности пр спекании и -I , приближенный метод по составу золы. Установлено что прочность отложений возрастает при снижении избытков воздух и при переходе на схемы ступенчатого сжигания.

4. Выполнен анализ шлакования топок отечественных котлов Б„

пе

1бОт/чао. В новых предложенных показателях, лучше соответствующи совокупности рассмотренных котлов и углей, используются данные вязкости расплава в сочетании с адиабатической температуро горения, склонности угля к образованию железистых отложений. Дл приближенного анализа также предложены комбинированные показател на базе доступных сведений о составе угля и минеральной части предполагающие возможность суммирования эффектов от несколько факторов. Разработан альтернативный метод выбора допустимы: тепловых напряжений топки, по которому значение qлг оцениваете, по совокупности шлакующих свойств, а q:p по индексу железисты: отложений.

5. Выполнен комплекс работ по выяснению условий образовани: селективно обогащенных отложений, ранжированию углей и проверю лабораторных показателей, характеризующих склонность углей ] формированию таких отложений. Разработаны новые показател] отвечающие имеющимся сведениям по ранжированию углей. ] частности, статистическим анализом обосновано использовашк сведений о содержании пирита в тяжелой фракции; количестве сульфидной серы, отнесенной к зольности; адиабатической температуре а также о доле обогащенных кальцием частиц, о соотношении в зол< кальция, натрия и калия.

6. Выявлена возможность образования железистых отложений пр] сжигании углей с содержанием железа преимущественно в форм<

сидерита и сульфатно-кальциевых отложений при скитании углей с кислым составом золы. Для выяснения механизма формирования таких отложений проведены исследования на котлах по специально разработанным методикам и в лабораторных условиях с использованием микрозондового анализа, Мессбауэровской и Раммановской спектроскопии. Экспериментально подтверждены известные гипотезы по схемам образования отложений; обоснованы новые, в частности, на базе обогащенных железом или кальцием переохлажденных жидкостей, поверхностных пленок, эвтектики состава пирротин-вюстит-файялит, хемосорбционного закрепления частиц кальция. Установлено, что отложения могут одновременно формироваться из частиц разного состава и агрегатного состояния и роль каждого из механизмов образования изменяется в зависимости от исходной минеральной части, температурных и аэродинамических условий.

7. Усовершенствован метод моделирования и имитации шлакования, разработана и реализована техника экспериментов для различных зон котла и задач. Различия состава и свойств индивидуальных частиц летучей золы воспроизводятся применением в качестве моделирующего материала смеси компонентов, выбор которых выполняется по отличающимся критериям. На различных моделях отработаны новые конструктивные решения. На огневой модели с использованием смеси уноса донецкого угля и порошка бытового стекла и на слабонеизотерми-ческом стенде с использованием смеси канифоли, поваренной соли и микропорошка корунда получены результаты обосновывающие концептуальные представления о механизме образования шлаковых отложений. Среди них, матричная гипотеза формирования шлаковых отложений, синхронное протекание процесса их роста и разрушения, существование липкой фазы при условиях ниже граничных образования шлаковых отложений.

8. Впервые для отечественных углей с помощью техники БЕЫ/ЕМРА изучен состав индивидуальных частичек летучей золы, показано их существенное разнообразие по составу и особенности распределения для углей с отличающейся минеральной частью. Разработана оригинальная (вероятностная) модель шлакования для прогнозирования интенсивности роста и состава отложений, в которой используются сведения о составе индивидуальных частичек летучей золы и уточненные представления о механизме формирования отложений.

9. Изучена реология, условия кристаллизации и нормального

жидкого шлакоудаления для слабокристаллизующихся расплавов шла* Показано, что для таких шлаков условия прекращения шлакоудалег не связаны со структурными или реологическими измененш расплава и зависят от внешних факторов. Предложена моде затвердевания шлака в летке. Экспериментально проверены у слое теплообмена через текущую пленку, уточнены граничные условия расчетной схеме и на этой основе разработан полуаналитическ метод прогнозирования маневренности топок по условиям ЯШУ.

10. В силу разнообразия шлакующих свойств углей, особенност поверхностей нагрева и их шлакования оправдано применен отличающихся средств контроля. Разработаны и внедрены на котл оригинальные устройства и методы контроля шлакования и жидко шлакоудаления, позволившие уменьшить количество аварийн ситуаций по причине шлакования и оптимизировать работу аппарат очистки. В разработках, в том числе, использованы ранее применявшиеся для этой цели принципы и показатели, наприме измерение магнитной проницаемости золы, инерционности теплоприе; ников, светового потока, перемещения датчиков при изменении мае отложений и впервые реализована идея непрерывного контро. шлакующих свойств топлива в процессе его сжигания.

11. Результаты диссертации использованы в справочн литературе, руководящих указаниях по проектированию топок жидким и твердым шлакоудалением, котлостроительными заводами п] проектировании оборудования для кузнецкого, . экибастузского новых для отечественного котлостроения углей; разработки и рек< мендации с высокой эффективностью внедрены на электростанция] Выполнение работы способствовало решению важных народне хозяйственных задач: освоению в энергетике кузнецких угле открытой разработки и экибастузского угля валовой добычи.

Перечень публикаций, на которые даны ссылки в тексте доклада:

1. Изучение шлакующих свойств золы углей, поступающих 1 электростанции Западной Сибири и Урала/А.Н.Алехнович, В.В.Богомс лов, Э.П.Дик и др.-В кн.:Влияние минеральной части энергетически топлив на условия работы парогенераторов: Тезисы докладов I] Всесоюзной конференции//Таллин.-1980.-секция 1.-том А.-с. 81-86.

2. Влияние режимных факторов на загрязнение поверхносте нагрева / А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов, Н.И.Иванова и др.- В кн.

Тезисы докладов Республиканской конференции "Проблемы загрязнения и очистки нзружних поверхностей нагрева паровых котлов"//Батуми.-1988.-с.120-122.

3. Алехнович А.Н. Прогнозирование шлакующих сесйств углей и шлакования котлов. - В кн. : Совершенствование энергетического оборудования ТЭС// Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд.-199' .-С.91-1С0.

4. Алехнович А.Н., Богомолов В.В. Температурные условия начала шлакования при сжигании углей с кислым составом золы // Теплоэнергетика.- 1988.-N1.- с.34-38.

5. A.c. СССР 1449762, МНИ F22 В 37/42. Устройство для контроля прочности отложений / А.Н.Алехнович, В.Я.Брыков, Ы.С.Оренбах// B.M.-1989.-N1.

6. A.c. СССР 591658, МКИ Р 22 В 37/48. Способ измерения шлакующей характеристики золы топлива / А.Н.Алехнович, Н.В.Нсннц-кий, В.В.Богомолов // Б.И.-1978.-N5.

7. A.c. СССР 1137375, МКИ G 01 N 1/22. Зонд для отбора летучей золы / А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов // Б.РГ.-1935.-гМ.

8. A.c. СССР 1370497, МКИ G О! К 1/10. Зонд для контроля высокотештеоатурных процессов / А.Н.Алехнович, Е.З.Богомолов, В.Я.Браков // Б.И.-1983.-Н4.

9. Алехнович А.Н., Тимченко В.М., Залкинд И.Я. Изучение локального теплообмена, температуры шлаковой плек?л! и услтнпй эвакуации шлака при сжигании углей в топке с :-:идким тлгу.о-/делением // Теплоэнергетика.- 1976.-N1.-с.81-84.

10. Исследование шлакующих свойств золы бурых углей СССР и ЕНР ia огневом стенде / А.Н.Алехнович, М.С.Оренбах, Н.З.Артемьев; и ip. - В кн. : Загрязнение и износ котельного оборудования // 1Лма-Ата.-1989.-с.18-27.

11. Исследования магнитных свойств золы и угля для контроля за ¡лакованием котлов / Б.В.Немерский, А.Н.Алехнович, Е.А.Равинснэя : др.-В кн. Горение органического топлива: Материалы т Всесоюзной онфзренцш // Новосибирск. -1935. -ч. П-с.293-296.

12. Алехнович А.Н., Залкинд Ш.Я., Кузнецова Н.Г. Промышленные лабораторные исследования физико-химических свойств шлаковых

асплавов кузнецких углей. - В кн.: Влияние минеральной части нергетических топлив на условия работы парогенераторов : Тезпзы окладов II Всесоюзной конференции // Таллин.-1974.-с.107-115.

13. Alekhnovich A.N., Gladtov V.V., -Bogonolov V.V. Гле ifluencs ' oi iron-contaning minerals on slagging .-препринт

конференции "The impact of ash deposition on coal fired, plants"// England, Solihull.-1993.-20-25 toe.

14. Алехнович A.H. Вероятностная модель формирования шлаковых отложений // Электрические станции.- 1995.- N2.

15. Алехнович А.Н., Гладков В.Е. Образование железистых отложений при сжигании углей с отличающимися железосодержащими минералами // Теплоэнергетика.-1989.-N8.-с.4-8.

16. Алехнович А.Н., Вербовецкий Э.Х., Абросимов A.A. Изучение размещения зон шлакования на модели котла ТПП-804 энергоблока 800 Шт. // Теплоэнергетика.- 1988.- N 8.-с.54 - 57.

17. Изучение вопросов загрязнения котлов на стендах/

A.Н.Алехнович, М.С.Оренбах, В.В.Богомолов, и др.- В кн.: Тезисы докладов Республиканской конференции "Проблемы загрязнения и очистки нарунних поверхностей нагрева паровых котлов" // Батуми.-1988.-с.29-32.

18. Исследование вопросов шлакования при применении синтетических смесей/ А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов, Н.И.Иванова и др.-В кн.: Влияние минеральной части энергетических топлив на условия работы паровых котлов:Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции// Таллин.-1986.-Секция 1.-Том 1.-е.77-82.

19. Богомолов В.В., Алехнович А.Н., Дик З.П. Изучение образования отложений нэ опытной установке с использованием синтетической многокомпонентной смеси. - Б кн.: Загрязнение и износ котельного оборудования // Алма-Ата.-1383.-с.39-4Э.

20. Алехнович А.Н., Петров Е.В. Влияние размеров и формы газоходов на взаимодействие потока с потолочным экраном котла с Т-образной компоновки// Энергомашиностроение.-!986.-N 7.-с.15-17.

21. Алехнович А.Н., Петров Е.В. Исследование взаимодействия потока газа с потолком котла Т-образной компоновки /7 Энергомашиностроение .-1988.-N 9.-с. 15-17.

22. A.c. 1065656 СССР, МКИ Р 22В 31/00. Котел./ А.Н.Алехнович,

B.Г.Лисовой, Е.В.Петров, И.А.Сотников // Б.М.-1S34.-N1.

23. A.c. 1114853 СССР, МНИ Р 22В 31/00. Котел с Т-образной компоновкой / А.Н.Алехнович, Э.П.Дик, В.Г.Лисовой и др. // Б.И.--1934.-N5.

24. A.c. 1021868 СССР, МКИ Р 22В 21/02. Котел/ А.Н.Алехнович, В.Г.Лисовой, В.В.Богомолов/'/ Б.И.- 1983.- N21.

25. A.c. 974035 СССР, МКИ Р 23С 9/00. Вертикальная призматическая топка Т-образного котла / А.Н.Алехнович, В.В.Осинцев,

З.Г.Лисовой и др.// Б.И.-1982.-М 42.

26. Экспериментальное исследование шлакования горизонтальных юверхностей пароперегревателей при сжигании кузнецких углей / I.Н.Алехнович, Н.В.Новицкий, Р.И.Ризванов и др.- В кн.: Повышение [адежности и экономичности энергетических блоков // Челябинск: )ж,-Урал. кн. изд.-1977.-с.25-28.

27. Изучение шлакующих свойств золы кузнецких углей / .Н.Алехнович, В.В.Богомолов, Н.В.Новицкий и др. // Электрические танции.-1977.-N 9.-с.22-25.

28. Особенности минеральной массы кузнецких и донецких камен-ых углей/ И.Я.Залкинд, Э.П.Дик, А.Н.Алехнович.-В кн.: Котельные

турбинные установки энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт// М.: нергия.- 1979.- с.198-201.

29. Влияние окисленности на шлакующие свойства золы кузнецкого гля / А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов, Н.И.Иванова и др. // гсектрические станции.-1982.-N 2.-с.17-19.

30. Шлакующие свойства золы кизеловского угля / А.Н.Алехнович, .П.Дик, Е.Г.Дурманов и др. // Электрические станции.-1982.-Н з.-,25-28.

31. Алехнович А.Н., Богомолов В.В., Иванова H.H. Исследование ¡акующих свойств золы экибастузского угля и шлакования >верхностей нагрева котла П-57 блока 500 МВт.- В кн.: Освоение и ¡следование головного блока 500 МВт Троицкой ГРЭС на ибастузском угле //Челябинск.- Юж.-Урал.кн. изд.-1980.-с.42-48.

32. Состав и шлакующие свойства экибастузского угля / Н.Алехнович, В.В.Богомолов, Г.И.Хромых и др.//Теплоэнергетика.-83.-N 5.-с.29-31.

33. Богомолов В.В., Иванова Н.И., Алехнович А.Н. Исследование ойств золы и загрязнения пароперегревателя котла ПК-24 при игании смеси азейского и черемховского углей//Теплоэнергетика.-34.-N 4.-с.42-43.

34. Первый опыт сжигания бурого угля Тургайского бассейна в умышленных условиях / М.С.Оренбах, А.Н.Алехнович, Э.П.Дик и др. Теплоэнергетика.- 1988.- N9.- с.10-14.

35. Результаты промышленных исследований тургайских углей как глива для крупной энергетики/ М.С.Оренбах, А.Н.Алехнович, $.Артемьева и др.- В кн.: Освоение и исследование основного »рудования мощных энергоблоков при сжигании бурых и каменных [ей восточных месторождений//!!.:Энергоатомиздат.-1993.-с.50-56.

36. Алехнович А.Н., Богомолов В.В., Хапаева Е.Н. Шлакующи свойства углей с кислым составом золы.- В кн.: Особенности углей перспективных для тепловых электростанций / М.: Энергоатомиздат. 1988.-с.46-53.

37. Справочник по котельным установкам : Топливо. Топливо приготовление. Топки и топочные процессы / А.Н. Алехнович В.И.Антоновский, Д.Б.Ахмедов и др. : Под ред. М.И.Неуймина Т.С.Добрякова.-М.: Машиностроение, 1993.-392 с.

38. Алехнович А.Н., Богомолов В.В. Оценка склонности углей образованию железистых отложений// Электрические станции.- 1993. N10.- с.14-17.

39. Образование первичных отложений при сжигании углей, кислым составом золы/ А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов, Н.И.Иванова др.- В кн.: Горение органического топлива: Материалы V Всесоюзно конференции// Новосибирск.- 1985.- ч.П.- с.236-240.

40. Образование обогащенных железом отложений при сжигани экибастузского угля / А.Н.Алехнович, Б.В.Немерский, В.В.Богомоло и др.// Теплоэнергетика.- 1987.- N1,- с.11—16.

41. Переохлаждение расплава как фактор образования селективна обогощенных отложений/А.Н.Алехнович, Б.В.Немерский, В.В.Богомоло: и др.- В кн.: Влияние минеральной части энергетических топлив н условия работы парогенераторов: Тезисы докладов IV Всесоюзно; конференции// Таллин.- 1986.- секция 1.- том 1.-е. 73-77.

42. О сулъфатизированных отложениях при сжигании углей I кислым составом золы/ А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов, Н.И.Иванова ] др.// Теплоэнергетика.- 1987.- N2.- с.62-63.

43. Богомолов В. В., Алехнович А. Н. Исследования прочност; отложениий и спекания золошлакового материала.- В кн.: Влияни( минеральной части энергетических топлив на условия работы паро генераторов-.Тезисы докладов III Всесоюзной конференции// Таллин.-1980.- секция 1.- том А.- с. 76-80.

4-4. Уточнение области применения топок с жидким шлакоудаленив! при сжигании кузнецких каменных углей/ В.Е.Маслов, А.Н.Алехнович Л.И.Пугач и др.-В кн.: Горение твердого топлива: Материалы 1Г Всесоюзной конференции// Новосибирск.- 1959.- Т.Н.- с.37-43.

4-5. Область применения топок с жидким шлакоудалнием при сжигании кузнецких каменных углей/ В.Е.Маслов, Л.И.Пугач, А.Н.Алехнович и др.// Теплоэнергетика.- 1970.- N7- с.15-17.

46. Топочные устройства для сжигания кузнецких каменных углей,

В.Е.Маслов, JI.И.Пугач, А.Н.Алехнович.- В кн.: Котельные и турбинные установки энергетических блоков// М.:Энергия,- 1971.-с.37-40.

47. Исследование условий нормального жидкого шлакоудаления при сжигании кузнецких углей/ А.Н.Алехнович, И.Я.Залкинд, В.Е.Маслов. -В-кн.: Повышение надежности и экономичности энергетических блоков// Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд.- 1975.- с.30-34.

48. Исследование теплотехнических свойств углей марки СС Кузнецкого бассейна/ Н.В.Новицкий, М.И.Мартынова, А.Н.Алехнович и др.// Теплоэнергетика.- 1977,- N2.- с.55-57.

49. Алехнович А.Н., Маршак Ю.Л. Анализ охлаждения и затвердевания вытекающей из летки пленки слабокристаллизующегося шлака // Теплоэнергетика,- 1978.- N12.- с.52-55.

50. Проектирование топок с жидким шлакоудалением (руководящие указания, дополнение к нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов) / Ю.Л. Маршак, В.И. Бабий, И.Я. Залкинд, В.Р.Котлер, И.П.Иванова, А.Н.Алехнович и др.: Под ред. Ю.Л.Маршака, В.В.Митора.- М.:ВТИ, 1983.- 101с.

51. Алехнович А.Н., Буланов Ю.П. О выборе граничных условий между неподвижным и стекающим- слабокристаллизующимся шлаком.-В кн.: Влияние минеральной части энергетических топлив на условия работы парогенераторов: Тезисы докладов III Всесоюзной конференции// Таллин.- 1980.- секши 3.- с. 101-105.

52. Алехнович А.Н., Зель Л.И. Расчетный анализ маневренности топки по условиям обеспечения надежного жидкого шлакоудаления.-там же, с.106-111.

53. A.c. СССР 641229, МКИ F 23J 9/00. Способ работы шлаковой шахты/ А.Н.Алехнович, А.М.Хидиятов, В.Я.Лысков// Б.И.-1979.- N1.

54. Алехнович А.Н. Пути повышения маневренности топок с жидким шлакоудалением, предназначенных для сжигания кузнецких углей.- В кн.: Повышение надежности и экономичности энергетических блоков: Труды ВТИ. - выпуск 21 // Челябинск: te.-Урал. кн. изд.- 1979.-с.57-60.

55. Алехнович А.Н. Оценка показателей шлакующих свойств углей. -В кн.: Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов: Сборник тезисов докладов научно-технической конференции// Челябинск.- 1992,- с.52-56.

55. Alekhnovich A.N., Bogomolov V.V. Slagging property indices of coals and their use when designing boilers.-В кн.: "The Impact of Ash Deposition on Coal Fired Plants: Proceeding of the

Engineering Foundation Conference held at Solihull, Engl June 20-25, 1993.- Washington, USA, Taylor & Francis.- p.725-73

57. Алехнович A.H., Богомолов B.B. Прогнозирование склоннос угля к образованию железистых отложений по результатам лаборатс ных определений.-В кн.: Минеральная часть топлива, шлаковани загрязнение и очистка котлов: Сборник тезисов докладов научк технической конференции// Челябинск.- 1992.- с.56-59.

58. А.с.СССР N1582077, МКИ G 01N 11/00. Способ лабораторнс определения температуры начала шлакования золы топлива А.Н.Алехнович, Э.П.Дик, В.А.Полтавский и др.// Б.И.- 1990.- N28

59. Исследования сжигания кузнецких углей в топках с тверд шлакоудалением / А.Н. Алехнович, Э.П. Дик, A.A. Шатиль и др. Теплоэнергетика.- 1980.- N1.- с.11-16.

60. Экспериментальные исследования сжигания кузнецкого и д нецкого каменных углей/ И.Т.Жуков, Э.Х.Вербовецкий, А.Н.Алехнов и др.- В кн.: Котельные и турбинные установки энергоблок мощностью 500 и 800 МВт// М.:Энергия.- 1979.- с.201-210.

G1. Алехнович А.Н., Богомолов В.В. Выбор температуры газов выходе из топки по условиям шлакования// Теплоэнергетика.-1994 N8.- с. 23-26..

62. Контроль за шлакованием при сжигании углей переменно качества/ А.Н.Алехнович, Б.В.Немерский, Н.И.Иванова и др.-В кн Надежность и экономичность работы котельного оборудования п сжигании экибастузских углей // Челябинск, Юж.-Урал. кн. изд 1985.-с.91-98.

63. Алехнович А. Н. Контроль шлакования котлов и режим' жидкого шлакоудаления.- В кн.: Минеральная часть топлива, шл кование, загрязнение и очистка котлов: Сборник тезисов доклада научно-технической конференции// Челябинск.- 1992.- с.117-121.

64. Alekhnovich A.N. On-line monitoring techniques for ti improvted control of boiler slagging, fouling and liquid si: removal.- В KH.:The Impact of Ash Deposition on Coal Fired Plan : Proceeding of the Engineering Foundation Conference held : Solihull, England, June 20-25, 1993.- Washington, USA, Taylor Francis.- p. 53 - 61.

65. А. с. СССР N 1560917, МКИ F 23J 1/00. Способ контро. работа котла/ А.Н.Алехнович, Б.В.Немерский, А.М.Бондарев и др., Б.И.- 1990.- N16.

66. А. с. СССР N 1728592, МКИ F 23J 1/00. Способ контро.

I работы котла/ А.Н. Алехнович, В.В.Алферьев, М.И.Десяткин // В.И.-| 1992.- N15.

67. А. о. СССР N 619752, МНИ ? 22В 37/42. Устройство контроля за шлакованием поверхности нагрева парогенератора/ А.В.Март&ков,

A.Н.Алехнович, А.М.Бондарев и др. // Б.И.-1973.- N30.

63. А. с. СССР И 850980, МКИ ? 22В 37/42. Устройство контроля за шлакованием поверхности нагрчва парогенератора / А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов // Б.И.-1981.- N28.

69. A.c. СССР N 943477, МКМ F 22В 37/42. Устройство для контроля за шлакованием поверхности нагрева парогенератора/ А.Н.Алехнович, В.В.Богомолов, А.М.Бондарев и др.// Б.И.- 1982.- N26.

70. A.c. СССР N 1343223, МНИ Р 22В 37/42. Индикатор шлакования /А.Н.Алехнович, В.А.Полтавский, Н.И.Иванова// Б.И.- 1987.- N37.

71. A.c. СССР N 964333, МКИ F 22В 37/42. Способ контроля шлакующих свойств золы топлива/ А.Н.Алехнович, Е.В.Богомолов,

B.В.Алферьев // Б.И.-1982.- N37.

72. Непрерывный контроль шлакующих свойств золы топлива в процессе работы парогенераторов / В.М. Иоффе, A.M. Бондарев,

A.Н.Алехнович.- В кн.: Влияние минеральной части энергетических топлив на условия работы парогенераторов: Тезисы докладов III Всесоюзной конференции // Таллин.- 1980.- секция 1.- т.Б- с.3-8.

73. А. с. СССР N 1059342, МКИ Р 22В 37/42. Устройство для контроля за образованием золо-шлаковых отложений/ А.Н.Алехнович,

B.В.Богомолов, В.Г.Лисовой // Б.И.-1983.- N45.

74. А. с. СССР N 1134841, ЖИ Р 22В 37/42. Способ контроля за шлакованием поверхности нагрева котла / Ю.П.Судаков, А.Н.Алехнович // Б.И.-1985.- N2.

75. Алехнович А.Н., Брыков В.Я. Шлакование котлов ПК-39, разработка и внедрение мероприятий по его уменьшению // Электрические станции.- 1993,- N10.- с.18-21.

76. Влияние режмных факторов на шлакование топочных экранов сотла ПК-39 / А.Н.Алехнович, М.П.Курбатов, В.В.Ноеик// Электри-?еские станции.- 1985,- N11.- с.18-21.

77. Пневмоимпульсная установка для очистки поверхностей нагре-за котла/ В.Я.Лысков, А.Н.Алехнович, В.А.Кочетов и др.//Энергетик -1979.- N4.- с.21-22.

78. Конроль за шлакованием при сжигании экибастузского угля / t.H.Алехнович, В.В.Богомолов, В.В.Тропин// Электрические станции. • 1986.- N7.- с.11-13.

79. A.c. СССР N 1263962, МКИ Р 22В 37/42. Способ контроля з шлакованием труб поверхностей нагрева котла / А.Н.Алехнович В.В.Богомолов, Б.В.Немерский и др. // Б.И.-1986.- N38.

80. A.c. СССР N 1370364, МКИ Р 22В 37/42. Способ контроля з шлакованием поверхности нагреЕа котла / А.Н.Алехнович, И.Х.-JI Рабовицер, В.Я.Брыков и др. // Б.И.-1988.- N4.

81. A.c. СССР N1087745, МКИ Р 23N 5/24. Способ контрол содержания железа в угольной пыли, подаваемой в котлоагрегат . Б.В.Немерский, А.3.Сметана, А. Н. Алехнович и др. // Б.И. -1986.-N38.