Cause tipiche di problemi di formazione di scorie e incrostazioni nelle caldaie

Le scorie e le incrostazioni delle caldaie e il conseguente funzionamento frequente dei soffiatori di fuliggine sono alcuni dei principali fattori di funzionamento e manutenzione che possono influire negativamente sull'affidabilità e sull'efficienza delle centrali elettriche.

Le scorie e le incrostazioni delle caldaie sono tra le cause più comuni di problemi di manutenzione nelle centrali elettriche a carbone. Sebbene non sia possibile eliminare completamente il problema, seguire le corrette pratiche di funzionamento e manutenzione può ridurre drasticamente il tempo e i problemi necessari per risolverlo.

Rivediamo cosa sono le scorie prima di entrare nelle cause e nelle correzioni delle scorie e delle incrostazioni.

Le scorie sono ceneri fuse e sottoprodotti incombustibili che rimangono dopo la combustione del carbone. Quando il materiale si raffredda fino a una certa temperatura, può attaccarsi ai componenti del forno, come le pareti d'acqua, causando la formazione di scorie.

Una caldaia alimentata a carbone polverizzato è progettata con una grande cavità del forno in grado di tollerare scorie in fase liquida sulle pareti d'acqua. L'uscita del forno, tuttavia, dovrebbe essere ad una temperatura sufficientemente bassa da consentire il raffreddamento delle scorie al di sotto della temperatura di rammollimento.

Una tipica temperatura di fusione delle ceneri di combustibile bituminoso viene determinata utilizzando lo standard D1857 dell'American Society for Testing and Materials (ASTM). Per condurre il test, un cono di cenere viene posto in un forno da laboratorio e il forno viene riscaldato lentamente. La temperatura del forno viene rilevata in quattro punti man mano che il cono di cenere si deforma.

La temperatura del primo punto, quando la punta del cono di cenere diventa smussata, è chiamata “temperatura di deformazione iniziale”. Man mano che il forno viene riscaldato, viene registrata la temperatura in cui la cenere diventa morbida e l'altezza (H) del cono è uguale alla larghezza (W). Questo valore viene definito “temperatura di rammollimento”. Il riscaldamento continua, provocando un ulteriore abbassamento del cono di cenere fino a H = 1/2 W. Questa temperatura è chiamata “temperatura emisferica”. Infine, quando il cono di cenere diventa liquido, la temperatura viene annotata e denominata “temperatura del fluido” della cenere.

I laboratori moderni utilizzano forni più avanzati rispetto a quando il metodo è stato sviluppato per la prima volta, ma la segnalazione delle temperature di fusione delle ceneri viene ancora completata utilizzando gli stessi quattro livelli di fusione delle ceneri: deformazione iniziale, rammollimento, emisferica e fluida.

Lo scopo del test di laboratorio è determinare lo stato approssimativo della cenere quando si trova in varie parti di un forno-caldaia. Per quanto riguarda le scorie e le incrostazioni, la questione più importante è che i gas del forno o i “prodotti della combustione” escano dal forno ad una temperatura tale che la cenere non sia troppo appiccicosa. Una buona approssimazione è quella di avere i gas di uscita del forno da circa 100°F a 150°F più freddi rispetto alla temperatura di rammollimento delle ceneri.

Ho visto forni in cui i gas in uscita dal forno sono al di sopra della temperatura del fluido ed è possibile far funzionare una caldaia con ceneri in fase liquida che fluiscono attraverso il surriscaldatore e il postriscaldatore, ma non è consigliabile per motivi di corrosione delle ceneri di carbone e della necessità di soffiaggio della fuliggine retrattile lungo e quasi continuo per mitigare i depositi di cenere.

Il termine “fouling” si riferisce tipicamente ai depositi che si verificano nel passaggio di convezione dopo che i gas escono dal forno. Le incrostazioni sono generalmente attribuite alle ceneri e agli accumuli che si formano sui bordi anteriori dei tubi del surriscaldatore e del riscaldatore (Figura 1), in particolare sui tubi di uscita, che hanno una temperatura della superficie metallica superiore a 1.000 F. I depositi vengono rimossi mediante soffiatura di fuliggine.

Quando i lunghi soffiatori di fuliggine retrattili vengono utilizzati per liberare i depositi di cenere, le particelle di cenere vengono trascinate nel flusso dei gas di scarico e creano ceneri, che possono bloccare i percorsi del flusso del catalizzatore di riduzione catalitica selettiva (SCR), intasare i cestelli del riscaldatore d'aria e creare ponti tra i tubi della caldaia. nel passaggio di convezione. Di solito, le aree della caldaia designate come suscettibili alla formazione di scorie vanno dal nastro del bruciatore all'uscita del forno.

Il calore fluisce dal più caldo al più freddo e, pertanto, per produrre vapore surriscaldato da 1.000 F a 1.100 F e uscite di vapore riscaldato, la temperatura del gas di uscita del forno (FEGT) deve essere superiore a circa 1.500 F all'ingresso del gas del riscaldatore per indirizzare il flusso di calore nel riscaldatore e surriscaldatore per creare le temperature di vapore desiderate. Di conseguenza, il valore ottimale per il FEGT di una caldaia alimentata a carbone polverizzato dovrebbe essere compreso tra 2.150°F e 2.250°F per raggiungere la temperatura del vapore desiderata senza scorie. Al di sotto di 2.150°F diventa difficile raggiungere la temperatura del vapore prevista. Al di sopra di 2.250 F sulla base del gas sfuso, in alcuni combustibili la temperatura si avvicina alla temperatura di fusione della cenere.