Zakaj v ponovnem grelniku enote za razžveplanje dimnih plinov prisotnost delcev letečega pepela prednostno erodira gornjo stran titanove cevi na zavojih?
Pustite sporočilo
Enote za razžveplanje dimnih plinov (FGD) v elektrarnah-na premog uporabljajo ponovne grelnike za dvig temperature očiščenega dimnega plina, preden vstopi v dimnik. Titan je izbrani material zaradi svoje odpornosti proti koroziji v kislem okolju, -bogatem s klori. Vendar dimni plin FGD vsebuje-oglate, trde delce letečega pepela (predvsem silicijev dioksid in aluminijev oksid), velikosti od 1 do 100 µm. Ti delci potujejo s plinom s hitrostjo 15–25 m/s. Ko tok plina naleti na zavoj titanove cevi, težji delci ne morejo spremeniti smeri tako hitro kot plin. Nadaljujejo po svoji prvotni poti in pri tem udarijo v steno cevi na zunanjem polmeru krivine. Ta udarec delcev povzroči erozijo, pri čemer prednostno odstranjuje material z gorvodne strani ovinka. Sčasoma tanjšanje sten povzroči perforacijo in uhajanje dimnih plinov ali kondenzata.
Mehanizem erozije letečega pepela pri krivinah cevi
Mehanizem erozije je kombinacija udarne obrabe in rezanja. Delci letečega pepela zadenejo površino titana pod kotom običajno 20–50 stopinj glede na tangento površine. Čeprav je titan trden, ima razmeroma nizko trdoto (180–220 HV za razred 2) v primerjavi s silicijevim dioksidom (približno 1200 HV). Vsak udarec delca izpodrine majhno količino titana-v velikosti 1–10 µm³ za delec velikosti 20 µm pri 20 m/s. Stopnja erozije sledi potenčnemu zakonu: Erozija ∝ (V)^n × (d)^m × (koncentracija delcev), kjer je V hitrost, d premer delcev, n je približno 2,3 za titan in m je približno 2,0. V ovinkih je efektivna udarna hitrost višja od skupne hitrosti plina zaradi pospeševanja delcev okoli krivulje. Gorvodna stran cevi je deležna največje gostote udarcev, ker se delci zaradi prejšnjih trkov še niso odbili.
Kvantitativne stopnje erozije na različnih lokacijah ovinkov
Terenske meritve in laboratorijsko testiranje (20 m/s hitrost plina, 50 mg/m³ leteči pepel, 20 µm srednje velikosti delcev) so ugotovile naslednje stopnje erozije za titan stopnje 2:
Ravni del cevi, enakomeren pretok: Stopnja erozije 0,05–0,10 mm na leto. Odstranjevanje materiala je razmeroma enakomerno po obodu. Sprejemljivo za 10–15 letno življenjsko dobo z debelino stene 1,5 mm.
Zunanji radij upogiba, komolec 90 stopinj, gorvodna stran: Stopnja erozije 0,6–1,2 mm na leto. Največja izguba stene se pojavi na točki, kjer se pot delcev prvič dotakne cevi. Lokalno tanjšanje lahko predre steno debeline 1,5 mm v 1–2 letih.
Zunanji radij upogiba, dolvodna stran (po udarcu): Stopnja erozije 0,2–0,4 mm na leto. Delci so po začetnem udarcu izgubili kinetično energijo. Sekundarna erozija je še vedno pomembna.
Notranji radij upogiba (intrados): Stopnja erozije 0,02–0,05 mm na leto. Manjša udarna gostota delcev. Na splošno zaščiten s plinsko mejno plastjo.
Več krivin v serijah (npr. serpentinasti dogrelnik): Stopnje erozije se povečajo za 20–50 % pri vsakem naslednjem ovinku, ker postanejo delci po začetnih udarcih bolj oglati in agresivni.
Priročnik za ublažitev erozije in izbiro načrta
Naslednja tabela ponuja okvir odločanja za obvladovanje erozije letečega pepela na krivinah titanovih cevi na podlagi obremenitve delcev in hitrosti plina:
| Stanje ponovnega grelnika FGD | Priporočena zaščita pred erozijo | Pričakovana stopnja erozije na ovinku | Priporočilo glede debeline stene |
|---|---|---|---|
| Nizka obremenitev s pepelom (<20 mg/m³), low velocity (<15 m/s) | Standardni razred 2, brez zaščite | 0,2–0,4 mm/leto | 1,5 mm |
| Zmeren pepel (20–50 mg/m³), hitrost 15–20 m/s | Prevelik radij upogiba (večji ali enak 3D), titan razreda 7 | 0,3–0,5 mm/leto | 2,0 mm |
| Visok pepel (50–100 mg/m³), hitrost 20–25 m/s | Prevleka iz volframovega karbida (0,5 mm) na zgornji krivini | <0.05 mm/year (coated) | 1,5 mm s premazom |
| Severe ash (>100 mg/m³), abrazivni leteči pepel (visoka vsebnost silicijevega dioksida) | Zamenljive obrabne plošče ali rokavi na ovinkih | N/A (zamenjan obrabni del) | 1,2 mm cev z 2 mm obrabno ploščo |
| Obstoječa FGD z znano erozijo upogiba | Namestite obračalne lopatice pred krivino | Zmanjša erozijo za 60–80 % | N/A |
Inženiring, ki presega odpornost proti eroziji
Stopnja titanove zlitine vpliva na odpornost proti eroziji. Stopnja 7 (stabiliziran-paladij) ima podobno trdoto (180–220 HV) in stopnjo erozije kot stopnja 2. Stopnja 12 (molibden-nikelj) je nekoliko trša (200–240 HV) in zmanjša erozijo za 15–20 %. Površinska obdelava lahko izboljša odpornost proti eroziji: nitriranje proizvede površinsko plast TiN (500–800 HV), ki zmanjša erozijo za 70–80 %, vendar poveča stroške. Debelino stene cevi pri zavojih je treba povečati nad zahtevo za ravni odsek. Tipična zasnova uporablja steno 1,5 mm za ravne odseke in 2,5 mm steno za zunanje radije krivin. Geometrija krivin je ključnega pomena: krivine z dolgim-polmerom (R=5D) imajo 50 % manjšo erozijo kot krivine s standardnim-polmerom (R=1.5D). Vzorec pretoka plina je mogoče spremeniti z obračanjem lopatic navzgor od zavojev, da se delci preusmerijo stran od zunanjega polmera.
Izdelava informirane specifikacije
Ko določate cev za ponovni grelnik iz titana za storitev FGD z letečim pepelom, določite vse ovinke na poti plina. Za vsak upogib določite povečano debelino stene (2,0–2,5 mm) na zunanjem radiju, bodisi z uporabo brezšivne upognjene cevi z debelejšo steno ali z nanosom zvarnega sloja iz titana ali volframovega karbida na zgornji strani. Zahtevajte modeliranje računalniške dinamike tekočin (CFD) trajektorij delcev skozi ponovni grelnik za identifikacijo območij visoke -erozije. Med delovanjem vsako leto opravite ultrazvočno testiranje debeline zunanjih polmerov upogiba. Določite kritično mejno vrednost debeline stene (npr. preostalih 0,8 mm), pri kateri je treba cev zamenjati ali popraviti. Za nove namestitve določite najmanjši polmer krivine 3D (trikratni zunanji premer cevi). Če prostorske omejitve zahtevajo tesne ovinke (R=1.5D), zahtevajte prevleko iz volframovega karbida ali zamenljive obrabne puše. Z obravnavo prednostne erozije na ovinkih kot posebnega vidika zasnove inženir podaljša življenjsko dobo titanovih FGD ponovnih grelnikov z 1–2 let na 10–15 let v tokovih dimnih plinov, obremenjenih z-pepelom-.
