Causes typiques des problèmes de scories et d’encrassement dans les chaudières

Les scories et l'encrassement des chaudières, ainsi que le fonctionnement fréquent des souffleurs de suie qui en résultent, sont quelques-uns des principaux facteurs d'exploitation et de maintenance qui peuvent affecter négativement la fiabilité et l'efficacité des centrales électriques.

Les scories et l’encrassement des chaudières sont parmi les causes les plus courantes de problèmes de maintenance dans les centrales électriques au charbon. Même si vous ne pouvez pas éliminer totalement le problème, le respect de pratiques d'exploitation et de maintenance appropriées peut réduire considérablement le temps et les difficultés nécessaires pour le résoudre.

Passons en revue ce qu'est le scorification avant d'aborder les causes et les corrections du scorification et de l'encrassement.

Les scories sont des cendres fondues et des sous-produits incombustibles qui restent après la combustion du charbon. Lorsque le matériau refroidit jusqu'à une certaine température, il peut adhérer aux composants du four, tels que les murs d'eau, ce que l'on appelle les scories.

Une chaudière alimentée au charbon pulvérisé est conçue avec une grande cavité de four qui peut tolérer des scories en phase liquide sur les murs d'eau. La sortie du four doit cependant être à une température suffisamment basse pour que les scories soient refroidies en dessous de leur température de ramollissement.

Une température typique de fusion des cendres de combustible bitumineux est déterminée à l’aide de la norme D1857 de l’American Society for Testing and Materials (ASTM). Pour effectuer le test, un cône de cendres est placé dans un four de laboratoire et le four est chauffé lentement. La température du four est notée en quatre points à mesure que le cône de cendres se déforme.

La température du premier point, lorsque la pointe du cône de cendres s’émousse, est appelée « température de déformation initiale ». Au fur et à mesure que le four chauffe davantage, la température à laquelle les cendres deviennent molles et où la hauteur (H) du cône est égale à la largeur (W) est enregistrée. Cette valeur est appelée « température de ramollissement ». Le chauffage continue, ce qui entraîne un affaissement supplémentaire du cône de cendres jusqu'à H = 1/2 W. Cette température est appelée « température hémisphérique ». Enfin, lorsque le cône de cendres devient liquide, la température est notée et appelée « température du fluide » des cendres.

Les laboratoires modernes utilisent des fours plus avancés que lorsque la méthode a été développée pour la première fois, mais le relevé des températures de fusion des cendres est toujours complété en utilisant les quatre mêmes niveaux de fusion des cendres : déformation initiale, ramollissement, hémisphérique et fluide.

Le but de l’essai en laboratoire est de déterminer l’état approximatif des cendres lorsqu’elles se trouvent dans diverses parties d’une chaudière. Pour les scories et les encrassements, l'enjeu le plus important est que les gaz du four ou « produits de combustion » sortent du four à une température telle que les cendres ne soient pas trop collantes. Une bonne approximation consiste à ce que les gaz de sortie du four soient environ 100 F à 150 F plus froids que la température de ramollissement des cendres.

J'ai vu des fours où les gaz de sortie du four sont au-dessus de la température du fluide, et il est possible de faire fonctionner une chaudière avec des cendres en phase liquide circulant à travers le surchauffeur et le réchauffeur, mais cela n'est pas conseillé pour des raisons de corrosion des cendres de charbon et de la nécessité de un soufflage de suie long et rétractable quasi continu pour atténuer les dépôts de cendres.

Le terme « encrassement » fait généralement référence aux dépôts qui se produisent dans le passage de convection après la sortie des gaz du four. L'encrassement est généralement attribué aux cendres et aux accumulations de cendres qui se forment sur les bords d'attaque des tubes du surchauffeur et du réchauffeur (Figure 1), en particulier sur les branches de sortie, qui sont à une température de surface métallique supérieure à 1 000 F. Les dépôts sont délogés par soufflage de suie.

Lorsque les longs souffleurs de suie rétractables sont utilisés pour éliminer les dépôts de cendres, les particules de cendres s'entraînent dans le flux de gaz de combustion et créent des cendres, qui peuvent bloquer les chemins d'écoulement du catalyseur de réduction catalytique sélective (SCR), boucher les paniers du réchauffeur d'air et créer un pont entre les tubes de la chaudière. dans le passage de convection. Habituellement, les zones de la chaudière désignées comme étant sensibles aux scories vont de la ceinture du brûleur à la sortie du four.

La chaleur circule du plus chaud au plus froid et, par conséquent, pour produire des sorties de vapeur surchauffée et de vapeur réchauffée de 1 000 F à 1 100 F, la température des gaz de sortie du four (FEGT) doit être supérieure à environ 1 500 F à l'entrée de gaz du réchauffeur pour amener le flux de chaleur dans le réchauffeur et surchauffeur pour créer les températures de vapeur souhaitées. Par conséquent, le point idéal pour le FEGT d'une chaudière alimentée au charbon pulvérisé devrait être d'environ 2 150 F à 2 250 F pour atteindre les températures de vapeur souhaitées sans scories. En dessous de 2 150 F, il devient difficile d’atteindre les températures de vapeur nominales. Au-dessus de 2 250 F sur une base de gaz en vrac, elle devient proche de la température de fusion des cendres dans certains carburants.