热能转换装置-第6章 锅炉的外部工作过程(1)

1、第第6章章 受热面外部工作过程受热面外部工作过程第第6章章 受热面外部工作过程受热面外部工作过程第第6章章 受热面外部工作过程受热面外部工作过程对流受热面的磨损对流受热面的磨损1 1锅炉受热面的结灰锅炉受热面的结灰2 2低温对流受热面的烟气侧腐蚀低温对流受热面的烟气侧腐蚀3 3高温受热面的烟气侧腐蚀高温受热面的烟气侧腐蚀4 46.1 对流受热面的磨损对流受热面的磨损 6.1.1 6.1.1 受热面的磨损情况受热面的磨损情况 6.1.2 6.1.2 飞灰磨损机理飞灰磨损机理 6.1.3 6.1.3 飞灰磨损机械作用的影响因素飞灰磨损机械作用的影响因素 6.1.4 6.1.4 受热面磨损的防治方法

2、受热面磨损的防治方法 某地区电力管理局统计：某地区电力管理局统计：锅炉事故率占电厂总事故率的锅炉事故率占电厂总事故率的54.7%，因尾部受热面磨损而爆破不得不停炉的事故竟因尾部受热面磨损而爆破不得不停炉的事故竟占锅炉总事故的占锅炉总事故的4550%。6.1.1 受热面的磨损情况受热面的磨损情况飞灰磨损是锅炉设计和运行中的重要问题之一飞灰磨损是锅炉设计和运行中的重要问题之一。6.1.2 飞灰磨损机理飞灰磨损机理图：图： 水冷壁磨损情况水冷壁磨损情况西安热工所调查结果：西安热工所调查结果： 各厂均发生过因磨损造成各厂均发生过因磨损造成 受热面漏泄而停炉的事故。受热面漏泄而停炉的事故。 绝大部分属于

3、局部磨损。绝大部分属于局部磨损。 数量：少数量：少 位置：燃烧器安装不好，位置：燃烧器安装不好， 一次风直接冲刷水冷壁一次风直接冲刷水冷壁 对流对流 数量：占数量：占1/5过热器过热器 位置：两侧墙附近位置：两侧墙附近15排管子排管子 水平烟道底部弯头水平烟道底部弯头 个别突出在顺列管束之外的管子个别突出在顺列管束之外的管子 和弯头和弯头6.1.1 受热面的磨损情况受热面的磨损情况水冷壁水冷壁高温段省煤器：高温段省煤器：占很大比例占很大比例 靠后墙的几排靠后墙的几排 靠两侧墙的弯头靠两侧墙的弯头 穿墙管穿墙管 靠前墙的靠前墙的13排管子（如烟气走廊较大）排管子（如烟气走廊较大） 顺烟气流向的第

4、顺烟气流向的第2、3两排管子两排管子管式空预器管式空预器: 烟气入口区段。烟气入口区段。 6.1.1 受热面的磨损情况受热面的磨损情况能量转换机理：能量转换机理：灰颗粒具有动能。当灰粒与受热面管灰颗粒具有动能。当灰粒与受热面管壁相接触时，灰粒动能减少，其能量转变为对金属表面壁相接触时，灰粒动能减少，其能量转变为对金属表面的撞击或摩擦做功，造成金属受热面表面的磨损的撞击或摩擦做功，造成金属受热面表面的磨损。6.1.2 飞灰磨损机理飞灰磨损机理6.1.2 飞灰磨损机理飞灰磨损机理cosRPZ当灰粒斜向撞击受热面当灰粒斜向撞击受热面时，既受撞击磨损又受摩时，既受撞击磨损又受摩擦磨损，当擦磨损，当30

5、50时，时，磨损最严重。磨损最严重。 力作用机理力作用机理：粒子碰撞壁面粒子碰撞壁面A，A处所受到的力处所受到的力R，可分解成为法向力和切向，可分解成为法向力和切向力，和主要随角（即碰撞点）而变化。力，和主要随角（即碰撞点）而变化。sinNPRcosZPR6.1.2 飞灰磨损机理飞灰磨损机理n实际上，灰粒对受热面的磨损是非常复杂的过程。烟实际上，灰粒对受热面的磨损是非常复杂的过程。烟气中多少带有腐蚀性气体，特别是燃用含硫量含水分气中多少带有腐蚀性气体，特别是燃用含硫量含水分高的煤，它的腐蚀性亦是不能忽视的。高的煤，它的腐蚀性亦是不能忽视的。n就磨损最严重的地区的主要过程来看，磨损主要是由就磨损

6、最严重的地区的主要过程来看，磨损主要是由于冲击与切削作用，而又以后者为主。于冲击与切削作用，而又以后者为主。6.1.3 飞灰磨损机械作用的决定因素飞灰磨损机械作用的决定因素p 机械作用的飞灰磨损的决定因素机械作用的飞灰磨损的决定因素 磨损厚度：磨损厚度：3jsjsTCkw 由各受热面中磨损带有局部性质，最大磨损厚度为由各受热面中磨损带有局部性质，最大磨损厚度为 ：33maxpkwkwjsCmkwmkw 6.1.3 飞灰磨损机械作用的决定因素飞灰磨损机械作用的决定因素 煤灰的磨损性系数，与煤灰的磨损性及管束的构造特性有关；煤灰的磨损性系数，与煤灰的磨损性及管束的构造特性有关； 考虑沿气流各排管壁

7、表面的磨损程度不同的系数；考虑沿气流各排管壁表面的磨损程度不同的系数； 考虑沿管子周界的磨损程度不同的系数；考虑沿管子周界的磨损程度不同的系数； 考虑烟气流速不均匀分布的系数；考虑烟气流速不均匀分布的系数； 考虑飞灰浓度不均匀分布的系数；考虑飞灰浓度不均匀分布的系数； 考虑金属抗磨性质的系数。考虑金属抗磨性质的系数。apkwm 通过以上讨论，飞灰磨损的主要影响因素：通过以上讨论，飞灰磨损的主要影响因素： 飞灰浓度飞灰浓度 灰粒的物理化学性质灰粒的物理化学性质 烟气流速烟气流速 受热面的布置与结构特性受热面的布置与结构特性 此外，还与安装及运行工况有关。此外，还与安装及运行工况有关。6.1.3

8、飞灰磨损机械作用的决定因素飞灰磨损机械作用的决定因素33maxpkwkwjsCmkwmkw 横向冲刷横向冲刷严重严重纵向冲刷次之纵向冲刷次之距管入口距管入口150200mm处处顺列次之顺列次之第五排及以后各排最严重第五排及以后各排最严重（磨损集中于（磨损集中于60的对称点的对称点 ）错列错列严重严重第二排最严重（磨损集第二排最严重（磨损集中于中于2530的对称点的对称点 ）6.1.3 飞灰磨损机械作用的决定因素飞灰磨损机械作用的决定因素 受热面的布置与结构特性受热面的布置与结构特性图图4-4 4-4 正向冲刷正向冲刷 烟气均匀地横向正面冲刷管束时，烟气均匀地横向正面冲刷管束时，第一排管子上的磨

9、损集中于与正前方第一排管子上的磨损集中于与正前方约成约成3040角度的两个对称点。角度的两个对称点。 图图4-5 斜向冲刷斜向冲刷 当斜向冲刷时，第一排管子上产生当斜向冲刷时，第一排管子上产生最大的磨损在正前方最大的磨损在正前方 6.1.3 飞灰磨损机械作用的决定因素飞灰磨损机械作用的决定因素在在型布置的锅型布置的锅炉中，烟气在转炉中，烟气在转弯处对受热面管弯处对受热面管子磨损的不均匀子磨损的不均匀性影响很大。性影响很大。图图4-3 竖井中省煤器蛇形管严重磨损区及竖井中省煤器蛇形管严重磨损区及大颗粒灰粒浓度分布曲线大颗粒灰粒浓度分布曲线a)蛇形管平行前墙布置蛇形管平行前墙布置 b)蛇形管垂直前

10、墙布置蛇形管垂直前墙布置1-蛇形管蛇形管 2-转弯烟室转弯烟室 3-大颗粒灰粒浓度分布大颗粒灰粒浓度分布曲线曲线 4-管子严重磨损区管子严重磨损区6.1.3 飞灰磨损机械作用的决定因素飞灰磨损机械作用的决定因素安装问题引起烟气走廊，局部烟速安装问题引起烟气走廊，局部烟速，造成磨损，造成磨损D， Wy ，飞灰磨损加重，飞灰磨损加重烟道漏风烟道漏风， Wy ，加快磨损，加快磨损 例如：高温省煤器前漏风系数例如：高温省煤器前漏风系数10，磨损速度，磨损速度将加快将加快25受热面发生局部结渣堵灰现象，将使烟气流偏向一受热面发生局部结渣堵灰现象，将使烟气流偏向一侧而加快这一侧受热面的磨损侧而加快这一侧受

11、热面的磨损运行中燃烧不良，飞灰含碳量运行中燃烧不良，飞灰含碳量，因焦碳粒比灰粒硬，因焦碳粒比灰粒硬而加快了磨损而加快了磨损6.1.3 飞灰磨损机械作用的决定因素飞灰磨损机械作用的决定因素 安装以及运行工况安装以及运行工况p降低烟气中的飞灰浓度，选用合理的烟气速度；降低烟气中的飞灰浓度，选用合理的烟气速度；p防止在受热面中形成局部过高的飞灰浓度和烟防止在受热面中形成局部过高的飞灰浓度和烟速；速；p减少锅炉漏风，以减少烟气体积，以便保证合减少锅炉漏风，以减少烟气体积，以便保证合理的烟速；理的烟速；p装设防磨装置。装设防磨装置。61.4 受热面磨损的防治方法受热面磨损的防治方法n 受热面磨损的防治方

12、法受热面磨损的防治方法33maxpkwkwjsCmkwmkw p降低烟气中飞灰浓度降低烟气中飞灰浓度16.1.4 受热面磨损的防治方法受热面磨损的防治方法u 采煤及运输过程中尽量不再混入更多杂质采煤及运输过程中尽量不再混入更多杂质 ，以，以降低燃料中的灰分。降低燃料中的灰分。u 采用合适的燃烧方法。采用合适的燃烧方法。 p选用合理烟气速度；选用合理烟气速度；max33kwwmk 烟气的最大允许烟气流速烟气的最大允许烟气流速折算灰折算灰 AZS最大允许烟气流速最大允许烟气流速过热器过热器省煤器省煤器12%141313%17%121018%24%11970%876.1.4 受热面磨损的防治方法受热

13、面磨损的防治方法表表16-1 最大允许烟气流速最大允许烟气流速(国外推荐数据国外推荐数据) p防止在受热面中形成局部过高的飞灰浓度和防止在受热面中形成局部过高的飞灰浓度和烟速；烟速；受热面的横向节距布置均匀受热面的横向节距布置均匀受热面与炉墙之间的空隙不过大。受热面与炉墙之间的空隙不过大。在在“II型布置的锅炉中，转弯气室后省煤器蛇型布置的锅炉中，转弯气室后省煤器蛇形管一般平行于前墙布置。形管一般平行于前墙布置。6.1.4 受热面磨损的防治方法受热面磨损的防治方法p对于燃用多灰的劣质燃料的锅炉，其受热面应考虑适当的对于燃用多灰的劣质燃料的锅炉，其受热面应考虑适当的防磨措施。防磨措施。图图 省煤

14、器的防磨措施省煤器的防磨措施6.1.4 受热面磨损的防治方法受热面磨损的防治方法6.1.4 受热面磨损的防治方法受热面磨损的防治方法图图16-6 管式空气预热器的防磨装置管式空气预热器的防磨装置1一套接短管一套接短管 2一绝热材料一绝热材料 3一管板一管板 4一焊接短管一焊接短管6.2.1 结渣（熔渣）结渣（熔渣）6.2.2 高温粘结灰高温粘结灰6.2.3 松结灰松结灰6.2.4低温粘结灰低温粘结灰6.2 锅炉受热面的结灰锅炉受热面的结灰 传热阻力增加。传热阻力增加。 对流烟道的阻力增加。对流烟道的阻力增加。 严重时造成事故必须停炉，使可用率下严重时造成事故必须停炉，使可用率下降。降。 加速管

15、壁的腐蚀。加速管壁的腐蚀。6.2 锅炉受热面的结灰锅炉受热面的结灰p 受热面结灰的危害：受热面结灰的危害：但结渣与积灰几乎是不可避免的，只能采用措施但结渣与积灰几乎是不可避免的，只能采用措施来减轻。来减轻。发生部位：主要发生在炉膛发生部位：主要发生在炉膛受热面及高温对流受热面，受热面及高温对流受热面，如凝渣管和过热器的前部等如凝渣管和过热器的前部等处发生。处发生。产生原因：燃料灰的熔点较产生原因：燃料灰的熔点较低，而炉膛中及出口处的烟低，而炉膛中及出口处的烟气温度又很高，以至飞灰呈气温度又很高，以至飞灰呈熔状的粘结颗粒，碰到受热熔状的粘结颗粒，碰到受热面后即粘结在管壁上。面后即粘结在管壁上。

16、p结渣（溶渣）结渣（溶渣）6.2.1 结渣（熔渣）结渣（熔渣）正确地组织燃烧器的工作，采用适当的炉膛正确地组织燃烧器的工作，采用适当的炉膛容积和断面热负荷以保证炉膛出口烟温不致容积和断面热负荷以保证炉膛出口烟温不致于过高。于过高。采用拉稀的高温对流受热面，即凝渣管，屏采用拉稀的高温对流受热面，即凝渣管，屏式受热面以及对流过热器前部的拉稀等。式受热面以及对流过热器前部的拉稀等。采用适当的吹灰打渣方法采用适当的吹灰打渣方法防止结渣的方法：防止结渣的方法：6.2.1 结渣（熔渣）结渣（熔渣）概貌概貌 ，对于燃用灰分中多升，对于燃用灰分中多升华物质的燃料，形成灰层时伴华物质的燃料，形成灰层时伴随化学反

17、应，能够无限地增长，随化学反应，能够无限地增长，坚硬而不易清除。坚硬而不易清除。形成的位置及灰的特点形成的位置及灰的特点 形成的位置：在温度较高的区形成的位置：在温度较高的区域形成域形成 ,在对流过热器，有时在对流过热器，有时也在高温省煤器上发生。也在高温省煤器上发生。不仅在背风侧，而且更多地在迎风面形成；不仅在背风侧，而且更多地在迎风面形成；分层形成，各层的化学成分不同，颜色也有差异；分层形成，各层的化学成分不同，颜色也有差异；灰的粘性是由化学反应产物而来。灰的粘性是由化学反应产物而来。6.2.2 高温粘结灰高温粘结灰p高温粘结灰高温粘结灰灰的灰的特点：特点：高温粘结灰的形成关键在于首先形成

18、一层处于熔化高温粘结灰的形成关键在于首先形成一层处于熔化或软化的粘性灰层，靠这一层粘性灰的捕捉作用，积聚或软化的粘性灰层，靠这一层粘性灰的捕捉作用，积聚飞灰粒子，被捕捉到的飞灰在化学作用下形成紧密的灰飞灰粒子，被捕捉到的飞灰在化学作用下形成紧密的灰层。事实上，高温粘结灰的形成与高温腐蚀是密切相关层。事实上，高温粘结灰的形成与高温腐蚀是密切相关的。的。飞灰中的化学成分不同，将会有不同的高温粘结灰飞灰中的化学成分不同，将会有不同的高温粘结灰的形成机理以及不同的灰层颜色，目前，对这个问题认的形成机理以及不同的灰层颜色，目前，对这个问题认识得不是非常清楚。识得不是非常清楚。 6.2.2 高温粘结灰高温

19、粘结灰形成过程及机理形成过程及机理例如：燃烧多例如：燃烧多 碱性金属的燃料时，高温粘结灰的形成机理大致碱性金属的燃料时，高温粘结灰的形成机理大致是这样的：是这样的：以燃料灰分中的碱金属的氧化物，在燃烧时升华，升华灰非以燃料灰分中的碱金属的氧化物，在燃烧时升华，升华灰非常细小，靠扩散作用到达，并冷凝在管壁上。常细小，靠扩散作用到达，并冷凝在管壁上。冷凝在管壁上的碱金属氧化物与烟气中三氧化硫反应形成硫冷凝在管壁上的碱金属氧化物与烟气中三氧化硫反应形成硫酸金属。钢管壁面上的催化作用，使得烟气中的酸金属。钢管壁面上的催化作用，使得烟气中的SO2在氧化成在氧化成SO3的的同时，形成硫酸盐。同时，形成硫酸

20、盐。硫酸盐与飞灰中的氧化铁硫酸盐与飞灰中的氧化铁Fe2O3及烟气中的三氧化硫反应，形及烟气中的三氧化硫反应，形成复合硫酸盐成复合硫酸盐Na3Fe(SO4)3、K3Fe(SO4)3；也与飞灰中的氧化铝，形；也与飞灰中的氧化铝，形成成Na3Al(SO4)3、K3Al(SO4)3，这些反应产物在，这些反应产物在500800范围内呈现范围内呈现熔状，具有粘性。熔状，具有粘性。以这层为粘结剂，一方面捕捉飞灰，一方面还可继续形成粘结以这层为粘结剂，一方面捕捉飞灰，一方面还可继续形成粘结物，灰层迅速增长。物，灰层迅速增长。 6.2.2 高温粘结灰高温粘结灰1-飞灰沉积飞灰沉积 2-暗红结积层暗红结积层 3-

21、白色升华物质层白色升华物质层 4-黑色腐蚀产物层黑色腐蚀产物层 5一管壁一管壁 图图 高温粘结灰的结积高温粘结灰的结积6.2.2 高温粘结灰高温粘结灰 白色内层：多白色内层：多Na2O和和K2O，有较多的复合硫，有较多的复合硫酸盐酸盐Na3Fe(SO4)3；第二层暗红色：为结积第二层暗红色：为结积层，具有粘性的内层灰层，具有粘性的内层灰捕捉飞灰并经物理化学捕捉飞灰并经物理化学过程形成，此层多硫酸过程形成，此层多硫酸盐和氧化铁。盐和氧化铁。最外层为飞灰沉积层，最外层为飞灰沉积层，成分与飞灰一致。成分与飞灰一致。研究表明，形成粘结灰的原因很多，不同的燃料成研究表明，形成粘结灰的原因很多，不同的燃料

22、成分导致不同的高温粘结灰的形成机理。分导致不同的高温粘结灰的形成机理。目前，一般采用这样的式子来表征燃料形成高温粘目前，一般采用这样的式子来表征燃料形成高温粘结灰的程度。结灰的程度。 ONaTiOOAlSiOOKONaMgOCaOOFeRjh223222232式中式中Fe2O3表示该成分在燃料灰分中的重量百分数表示该成分在燃料灰分中的重量百分数 6.2.2 高温粘结灰高温粘结灰燃料成分燃料成分燃烧方式：燃烧强度不同，结灰程度不同，强度高，燃烧方式：燃烧强度不同，结灰程度不同，强度高，升华物便多，高温粘结灰严重。火床或煤粉炉的高温粘结升华物便多，高温粘结灰严重。火床或煤粉炉的高温粘结灰的程度不同

23、。灰的程度不同。温度水平：高温粘结灰发生在温度较高的区域。温度水平：高温粘结灰发生在温度较高的区域。烟气流速：可以推想，烟气流速越高，结灰越少，烟气流速：可以推想，烟气流速越高，结灰越少，但研究表明，只有烟速高于但研究表明，只有烟速高于20m/s时，烟速作用才明显，时，烟速作用才明显，锅炉中的经济烟速一般为锅炉中的经济烟速一般为8-12m/s，可以认为在这个范围，可以认为在这个范围内，流速影响不大。内，流速影响不大。 6.2.2 高温粘结灰高温粘结灰影响因素：影响因素：设计时，严格选定炉膛断面热负荷及炉膛出口烟设计时，严格选定炉膛断面热负荷及炉膛出口烟温，不要过大；温，不要过大；正确设计和布置

24、受热面，例如拉大横向节距正确设计和布置受热面，例如拉大横向节距S1；加入添加剂，改变灰的化学成分；加入添加剂，改变灰的化学成分；采取有效的吹灰装置；采取有效的吹灰装置；运行一开始就正常投入吹灰装置，限制第一层灰运行一开始就正常投入吹灰装置，限制第一层灰升华灰的形成。升华灰的形成。6.2.2 高温粘结灰高温粘结灰 减轻或防止的措施减轻或防止的措施概貌：概貌： 干松灰是小粒度飞灰在对流受热面上的物干松灰是小粒度飞灰在对流受热面上的物理聚积。积灰过程没有化学反应，灰层中无理聚积。积灰过程没有化学反应，灰层中无粘性成分，灰粒之间呈现松散状态，易于吹粘性成分，灰粒之间呈现松散状态，易于吹除的灰。除的灰。

25、p干松灰（松结灰，疏松灰）干松灰（松结灰，疏松灰）6.2.3 干松灰干松灰 发生部位：对流过热器、省煤器和空气预热器上都有沉发生部位：对流过热器、省煤器和空气预热器上都有沉积。主要发生在管子的背风面，只有在含灰气流的速度积。主要发生在管子的背风面，只有在含灰气流的速度很低时，才会在迎风面产生。很低时，才会在迎风面产生。6.2.3 干松灰干松灰图图6-9 松灰的沉积松灰的沉积产生原因：气固两相流绕流过管子，由于边界层的分离，产生原因：气固两相流绕流过管子，由于边界层的分离，在背风面必产生旋涡区，大颗粒惯性大，不易被旋进旋涡在背风面必产生旋涡区，大颗粒惯性大，不易被旋进旋涡区，小于区，小于30m，

26、特别是小于，特别是小于10m的颗粒易于被旋涡旋进的颗粒易于被旋涡旋进背风区。背风区。6.2.3 干松灰干松灰u粒径粒径d，比表面积，比表面积，表，表面能面能，吸附力，吸附力，当颗粒，当颗粒与管壁接触时，能靠分子与管壁接触时，能靠分子力吸附在管壁上。力吸附在管壁上。u纯机械作用（管粗糙）纯机械作用（管粗糙）u灰碰撞带静电灰碰撞带静电灰聚积灰聚积 影响因素影响因素6.2.3 干松灰干松灰 Wy Wy，灰惯性，灰惯性，绕过管子可能性大，大颗粒的冲刷作用也，绕过管子可能性大，大颗粒的冲刷作用也大，积灰轻。大，积灰轻。 烟气中的飞灰量，即灰分浓度烟气中的飞灰量，即灰分浓度 由于对应于一定的结构及烟由于对

27、应于一定的结构及烟气流速，积灰量基本一是存在气流速，积灰量基本一是存在一个最大量，不能无限增加，一个最大量，不能无限增加，只是达到这个量的时间不同，只是达到这个量的时间不同，因此，烟气中灰粒浓度的大小因此，烟气中灰粒浓度的大小只能影响到达这一量所需的时只能影响到达这一量所需的时间，不能影响到积灰量。间，不能影响到积灰量。 图图6-9 积灰与烟气流中积灰与烟气流中灰分浓度关系灰分浓度关系 6.2.3 干松灰干松灰 飞灰粒度飞灰粒度 粗大灰粒不易积灰，且有自吹灰作用。粗大灰粒不易积灰，且有自吹灰作用。 烟气的流动方向烟气的流动方向 气流冲刷方向对管束积灰过程没有质的影响。根气流冲刷方向对管束积灰过程没有质的影响。根据研究，如气流由下向上冲刷受热而时，由于积灰据研究，如气流由下向上冲刷受热而时，由于积灰在背风面进行，对错列管束则可沉积较多灰粒，一在背风面进行，对错列管束则可沉积较多灰粒，一般约增大般约增大10%的积灰程度。对于顺列管束则显然与的积灰程度。对于顺列管束则显然与气流方向无多大关系。气流方向无多大关系。6.2.3 干松灰干松灰 管子直径管子