锅炉原理课件16

1、第十六章第十六章 结渣和高温积灰及高温腐蚀结渣和高温积灰及高温腐蚀 第一节第一节 煤粉锅炉受热面的积灰和腐蚀煤粉锅炉受热面的积灰和腐蚀 一、锅炉受热面灰分的沉积一、锅炉受热面灰分的沉积 （1）炉膛水冷壁结渣）炉膛水冷壁结渣 （2）高温粘结性积灰）高温粘结性积灰（高温对流受热面）（高温对流受热面） （3）中低温积灰）中低温积灰 1）松散性积灰）松散性积灰 2）低温粘结性积灰）低温粘结性积灰 （松散性积灰，在锅炉的任何受热面上都会存在）（松散性积灰，在锅炉的任何受热面上都会存在） 二、锅炉受热面的腐蚀二、锅炉受热面的腐蚀 锅炉受热面与流体或沉积物发生锅炉受热面与流体或沉积物发生 化学反应导致的受热

2、面损坏。化学反应导致的受热面损坏。 （1）炉膛炉膛水冷壁高温腐蚀水冷壁高温腐蚀 （2）高温高温对流受热面腐蚀对流受热面腐蚀 （3）低温低温对流受热面腐蚀对流受热面腐蚀 （4）蒸汽侧蒸汽侧高温氧化高温氧化第二节第二节 燃煤矿物成分的化学物理性质燃煤矿物成分的化学物理性质一、煤灰主要元素及其酸碱成分一、煤灰主要元素及其酸碱成分 1、 煤灰的主要矿物元素煤灰的主要矿物元素 Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、K、Na 以硅酸盐、硫酸盐、氧化物、少量其它化合以硅酸盐、硫酸盐、氧化物、少量其它化合 物的混合物的形式存在。物的混合物的形式存在。 2、碱性成分、碱性成分 3、酸性成分、酸性成分 4、碱酸比、

3、碱酸比 碱性碱性成分是结渣、高温积灰的主要原因。成分是结渣、高温积灰的主要原因。 23223222TiOOAlSiOOFeMgOCaOOKONaAB 二、煤灰主要矿物质的熔化温度二、煤灰主要矿物质的熔化温度 总体而言：总体而言： 1. 碱性碱性成分熔点较低；成分熔点较低；（但但CaO、MgO本身本身熔点高）熔点高） 2. 酸性酸性成分熔点较高。成分熔点较高。（表（表16-2） 3. 酸性酸性+碱性碱性复合成分（共熔体、共晶体）复合成分（共熔体、共晶体） 熔点较低。熔点较低。第三节第三节 影响高温受热面灰污染的影响高温受热面灰污染的几个主要化学反应几个主要化学反应 一、黄铁矿一、黄铁矿FeS2和

4、菱铁矿和菱铁矿FeCO3反应反应 1、在、在氧化性氧化性气氛下燃烧气氛下燃烧 FeS2 , FeCO3 高熔点的高熔点的Fe2O3 , Fe3O42、在、在还原性还原性气氛下燃烧气氛下燃烧 1）FeS2 低熔点的低熔点的FeS 2）FeS2 + Fe2O3 低熔点的低熔点的FeO FeCO3 低熔点的低熔点的FeO 3）FeO + CaO、SiO2 低熔点共晶体低熔点共晶体 【CaO-FeO、CaO-FeO-SiO2】3、 FeS2反应产物（反应产物（S、SO2、SO3）：）：高、低温腐蚀高、低温腐蚀 二、二、碱金属碱金属反应反应 1、生成低熔点、易升华的生成低熔点、易升华的Na2O, K2O

5、： 高温积灰高温积灰 2、生成低熔点硫酸盐、生成低熔点硫酸盐Na2SO4, K2SO4 结渣、高温积灰、高温腐蚀结渣、高温积灰、高温腐蚀 3、与高熔点灰分反应、与高熔点灰分反应 低熔点灰分低熔点灰分 （例如：（例如：SiO2 Na2Si2O5） 结渣、高温积灰结渣、高温积灰 三、三、SiO2的反应和酸碱反应的反应和酸碱反应 1、SiO2反应：反应： 2NaOH + 2SiO2 Na2Si2O5 + H2O SiO2 + C（或（或H2） SiO + CO（或（或H2O） （Na2Si2O5 、 SiO 粘结性结灰）粘结性结灰） 2、酸碱反应：、酸碱反应： 在在还原性还原性气氛下气氛下 酸性成分

6、酸性成分 + 碱性成分碱性成分 低熔点共晶体低熔点共晶体 （例如：（例如： CaO-FeO-SiO2 ）第四节第四节 炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀 一、一、水冷壁结渣水冷壁结渣 1、结渣的概念、结渣的概念 熔融或半熔融熔融或半熔融状态的灰粒粘附到受热面上，状态的灰粒粘附到受热面上， 逐步积累形成的灰渣层。逐步积累形成的灰渣层。 结渣具有自动加剧的特点，因为：结渣具有自动加剧的特点，因为： 受热面的外表温度和烟气温度增加；受热面的外表温度和烟气温度增加； 受热面的外表面粗糙度增加。受热面的外表面粗糙度增加。 2、结渣对锅炉的影响、结渣对锅炉的影响 1）排烟）排烟热损失热损失增

7、大，出力降低；增大，出力降低； 2）结渣点以后的受热面）结渣点以后的受热面超温超温； 3）改变炉内）改变炉内空气动力场空气动力场（喷嘴处结渣）（喷嘴处结渣）： 不完全燃烧热损失增加，炉壁局部超温。不完全燃烧热损失增加，炉壁局部超温。 4）影响汽包锅炉蒸发区的）影响汽包锅炉蒸发区的水循环水循环； 5）引起受热面）引起受热面热偏差热偏差； 6）结渣脱落时，）结渣脱落时，砸坏砸坏水冷壁管，水冷壁管， 还可能造成炉膛突然还可能造成炉膛突然熄火熄火。3、影响结渣的主要因素、影响结渣的主要因素 1）炉膛）炉膛设计设计热强度、热强度、运行运行负荷负荷 （温度水平）（温度水平） 2）燃料本身的灰分特性）燃料本

8、身的灰分特性 酸性酸性成分多，灰熔点成分多，灰熔点升高升高； 碱性碱性成分多，灰熔点成分多，灰熔点降低降低。 3）燃烧区气氛）燃烧区气氛 还原性还原性气氛气氛，灰熔点低，灰熔点低。 4）炉内流场）炉内流场 风粉不能适时混合、火焰中心偏斜、火焰刷墙。风粉不能适时混合、火焰中心偏斜、火焰刷墙。4、锅炉锅炉运行运行中防止结渣的措施中防止结渣的措施（1）尽量）尽量燃用燃用设计设计煤种（合适的热强度）煤种（合适的热强度）（2）避免）避免还原性还原性燃烧气氛；燃烧气氛；（3）良好的炉内流场：）良好的炉内流场： 1）风粉适时混合风粉适时混合 ； 2）防止炉内热负荷分布过于集中；）防止炉内热负荷分布过于集中；

9、 （降低炉内的最高温度水平）（降低炉内的最高温度水平） 3）防止火焰刷墙。）防止火焰刷墙。（4）适时吹灰）适时吹灰二、二、水冷壁高温腐蚀水冷壁高温腐蚀 在在高温、含硫（氯）、还原性气氛高温、含硫（氯）、还原性气氛下，水冷壁下，水冷壁管经化学反应，生成疏松、易脱落的管经化学反应，生成疏松、易脱落的FeS、FeO等等。 1. 硫化物型腐蚀硫化物型腐蚀 （1）煤中硫煤中硫（FeS2和有机硫）和有机硫）在火焰中在火焰中还原性还原性气氛气氛 下反应生成下反应生成S和和H2S；（2） S 、H2S 腐蚀受热腐蚀受热面：面： Fe + S FeS H2S + FeO FeS + H2O H2S + Fe F

10、eS+ H2（3） 3SO3 + Fe2O3 Fe2(SO4) 3 2. 氯化物型腐蚀氯化物型腐蚀 （1）煤中氯煤中氯Cl在燃烧过程中生成在燃烧过程中生成HCl；（2）HCl腐蚀受热面氧化层、受热面金属：腐蚀受热面氧化层、受热面金属： （在（在400-600 C时反应最活跃）时反应最活跃） 2HCl + Fe2O3+CO FeO+FeCl2+H2O+CO22HCl + Fe FeCl2+H2 3. 其它腐蚀介质其它腐蚀介质 SO2、 CO 4. 影响水冷壁高温腐蚀的因素：影响水冷壁高温腐蚀的因素： （1）燃料成分（）燃料成分（S、Cl含量）；含量）； （2）燃烧区气氛（还原性？氧化性？）燃烧区

11、气氛（还原性？氧化性？） （3）炉内流场）炉内流场（风粉混合、火焰（风粉混合、火焰刷墙）刷墙） （4）水冷壁温度。）水冷壁温度。 5. 防止措施防止措施（与影响因素对应（与影响因素对应） （1）避免）避免燃烧区燃烧区（特别是水冷壁附近）（特别是水冷壁附近）还原性气氛；还原性气氛； （2）组织好炉膛流场）组织好炉膛流场 1）风风粉粉混合适时；混合适时； 2）防止）防止火焰偏斜、刷墙；火焰偏斜、刷墙； （3）防止）防止水冷壁超温（防止管内传热恶化等）。水冷壁超温（防止管内传热恶化等）。 第五节第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀一、一、高温积灰高温积灰（1）高温积灰的概念）

12、高温积灰的概念 （高温烧结性积灰（高温烧结性积灰 ） 炉膛的高温环境下炉膛的高温环境下升华升华的灰分，在高温的灰分，在高温 对流受热面上对流受热面上冷凝冷凝并携同其它飞灰沉积，并携同其它飞灰沉积， 而形成的烧结性积灰而形成的烧结性积灰 。（2）高温积灰对锅炉的影响）高温积灰对锅炉的影响 1）汽温下降）汽温下降（循环效率降低）；（循环效率降低）； 2）排烟热损失增加；）排烟热损失增加； 3）烟道流动阻力增加；）烟道流动阻力增加； 4）高温腐蚀）高温腐蚀（在后面介绍）。（在后面介绍）。（3）影响高温积灰的因素）影响高温积灰的因素 1）灰的成分；）灰的成分； 灰在炉膛中升华的成分主要是：灰在炉膛中升

13、华的成分主要是： 低熔点的低熔点的碱金属碱金属化合物、硫酸盐。化合物、硫酸盐。 （Na2O，K2O，Na2SO4等）等） 2）炉膛的设计和运行工况）炉膛的设计和运行工况（炉膛温度（炉膛温度 ）。二、高温对流受热面的煤灰腐蚀二、高温对流受热面的煤灰腐蚀 1、定义：、定义： 熔融熔融状态的状态的腐蚀性腐蚀性高温积灰（高温积灰（硫酸盐、复合硫酸盐硫酸盐、复合硫酸盐），）， 与受热面发生化学反应，产生的受热面管壁腐蚀。与受热面发生化学反应，产生的受热面管壁腐蚀。 2、腐蚀过程：、腐蚀过程： M2O+SO3 M2SO4（硫酸盐）（硫酸盐） 3M2SO4+Fe2O3+3SO3 2M3Fe(SO4)3 （复

14、合硫酸盐）（复合硫酸盐） 2M3Fe(SO4)3+10Fe 3Fe3O4+3FeS+3M2SO4 （以上方程式中：（以上方程式中：M是指是指K，Na等碱金属）等碱金属）3、高温腐蚀的影响因素、高温腐蚀的影响因素（1）燃烧产物中硫、碱金属的含量燃烧产物中硫、碱金属的含量（2）壁面温度壁面温度 （3）管壁管壁材质材质4、高温积灰及高温腐蚀的防止措施、高温积灰及高温腐蚀的防止措施 （1）防止炉膛局部温度过高）防止炉膛局部温度过高 （减少灰的升华）（减少灰的升华） （2）防止受热面壁温过高）防止受热面壁温过高 避免积灰处于熔融或半熔融状态：避免积灰处于熔融或半熔融状态： Na3Fe(SO4)3 熔点熔

15、点624 K3Fe(SO4)3 熔点熔点618 （3）采用耐腐蚀的材料）采用耐腐蚀的材料 （4）加强吹灰）加强吹灰第六节第六节 对流受热面的蒸汽侧高温氧化对流受热面的蒸汽侧高温氧化 一、一、蒸汽侧高温氧化现象蒸汽侧高温氧化现象 蒸汽侧高温氧化：蒸汽侧高温氧化： 高温水蒸汽中的高温水蒸汽中的结合氧结合氧与受热面金属发生的氧化反应。与受热面金属发生的氧化反应。 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 二、二、蒸汽侧金属氧化膜的特点蒸汽侧金属氧化膜的特点影响金属氧化膜生长速率的因素：影响金属氧化膜生长速率的因素：（图（图16-5） 1、时间：、时间： 开始阶段：开始阶段：较快；较快； 稳定阶段：稳定阶段：恒定；恒定； 2、金属温度：、金属温度：成正比；成正比； 3、金属材质：、金属材质：与含铬与含铬Cr量成反比。量成反比。三、三、蒸汽侧高温氧化的影响蒸汽侧高温氧化的影响1、减少金属部件的有效承载厚度、减少金属部件的有效承载厚度2、受热面温度升高、受热面温度升高3、氧化膜脱落、氧化膜脱落 锅炉：锅炉： 流量不均、堵塞；流量不均、堵塞； 汽