第16章结渣和高温积灰及高温腐蚀

1、第十六章 结渣和高温积灰及高温腐蚀 第一节 煤粉锅炉受热面的积灰和腐蚀 一、锅炉受热面灰分的沉积 （1）炉膛水冷壁结渣 （2）高温粘结性积灰（高温对流受热面）（700800） （3）中低温积灰 1）松散性积灰 （250300） 2）低温粘结性积灰（ 250300) （松散性积灰，在锅炉的任何受热面上都会存在）2锅炉的灰沉积：结渣和积灰3水冷壁结渣4对流受热面积灰 烟气流向高温过热器的严重积灰 二、锅炉受热面的腐蚀 锅炉受热面与流体或沉积物发生 化学反应导致的受热面损坏。 （1）炉膛水冷壁高温腐蚀（硫化物和氯化物） （2）高温对流受热面腐蚀（煤灰腐蚀） （3）低温对流受热面腐蚀（低温酸腐蚀） （

2、4）蒸汽侧高温氧化腐蚀（蒸汽侧的蒸汽氧化）第二节 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 1、碱性成分 2、酸性成分 3、碱酸比 碱性成分是结渣、高温积灰的主要原因。 二、煤灰主要矿物质的熔化温度 总体而言： 碱性成分的熔点较低； （但碱土金属纯氧化物CaO、MgO的熔点很高） 酸性成分的熔点较高。 煤灰中碱性成分增加，灰熔点降低 煤灰成分之间会生成低熔点共熔体 第三节 影响高温受热面灰污染的几个主要化学反应 一、黄铁矿FeS2反应 1、在氧化性气氛下燃烧 FeS2 高熔点的Fe2O3 + SO22、在还原性气氛下燃烧 1）FeS2 低熔点的FeS+ H2S、S 2）FeS2

3、 + Fe2O3 低熔点FeO 3）FeO + CaO、SiO2 低熔点共晶体 【CaO-FeO、CaO-FeO-SiO2】3、 FeS2反应产物（S、SO2、SO3）：高、低温腐蚀 二、碱金属反应 （主要是Na及K） 1、生成低熔点、易升华的Na2O, K2O： 高温积灰 2、生成低熔点硫酸盐Na2SO4, K2SO4 结渣、高温积灰、高温腐蚀 3、高熔点灰分 低熔点灰分： （SiO2 Na2Si2O5） 结渣、高温积灰 三、SiO2的反应和酸碱反应 酸碱反应： 在还原性气氛下 酸性成分 + 碱性成分 低熔点共晶体 （例如： CaO-FeO-SiO2 ）第四节 炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀 一、

4、水冷壁结渣 1、结渣的概念 熔融或半熔融状态的灰粒粘附到受热面上， 逐步积累形成的灰渣层。 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；受热面的外表面粗糙度增加。 2、结渣对锅炉的影响 （书p.290291） 1）排烟热损失增大，出力降低； 2）结渣点以后的受热面超温； 3）改变炉内空气动力场（喷嘴处结渣）： 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水循环； 5）引起受热面热偏差； 6）结渣脱落时，砸坏水冷壁管， 还可能造成炉膛突然熄火。3、影响结渣的主要因素 1）炉膛热强度、负荷 （温度水平） 2）燃料本身的灰分特性 酸性成分多，灰熔点升高； 碱性成

5、分多，灰熔点降低。 3）燃烧区气氛 还原性气氛，灰熔点低。 4）炉内流场 火焰中心偏斜、火焰刷墙。4、锅炉运行中防止结渣的措施（1）尽量使燃用煤种与设计煤种一致 设计热强度、灰分特性之间的协调。（2）良好的炉内流场： 1）防止炉内热负荷分布过于集中； （降低炉内的最高温度水平） 2）防止还原性气氛下燃烧； 3）防止火焰刷墙；（3）适时吹灰二、水冷壁高温腐蚀 在高温、含硫（氯）、还原性气氛下，水冷壁管经化学反应，生成结构疏松、容易脱落的FeS、FeO。（反应式见书p.293, 294） 影响水冷壁高温腐蚀的因素： （1）燃料成分（S、Cl含量）； （2）燃烧区气氛（还原性？氧化性？） （3）炉内

6、流场（火焰刷墙） （4）水冷壁温度。 防止措施： （1）控制管壁温度； （2）控制燃烧气氛特别是水冷壁壁面附近的气氛； （3）合理组织炉内燃烧工况，防止水冷壁结渣、火焰中心偏斜或冲、刷墙等可能引起热偏差的现象发生； （4）保证水动力的稳定以避免传热恶化的出现。第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀 一、高温积灰（1）高温积灰的概念 （高温烧结性积灰 ） 炉膛的高温环境下升华的灰分，在高温 对流受热面上冷凝并携同其它飞灰沉积， 而形成的烧结性积灰 。 通常发生在受热面的迎风面18高温积灰过程（Couch）脱落的氧化皮（2）高温积灰对锅炉的影响 1）汽温下降（循环效率降低）； 2）排烟热损失增加； 3

7、）烟道流动阻力增加； 4）高温腐蚀（在后面介绍）。（3）影响高温积灰的因素 1）灰的成分； 灰在炉膛中升华的成分主要是： 低熔点的碱金属化合物、硫酸盐。 （Na2O，K2O，Na2SO4等） 2）设计和运行的工况（炉膛温度 ）。二、高温对流受热面的煤灰腐蚀 1、定义： 熔融状态的腐蚀性高温积灰（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。 2、腐蚀过程： M2O+SO3 M2SO4（硫酸盐） 3M2SO4+Fe2O3+3SO3 2M3Fe(SO4)3 （复合硫酸盐） 2M3Fe(SO4)3+10Fe 3Fe3O4+3FeS+3M2SO4 （以上方程式中：M是指K，Na等

8、碱金属）21高温对流受热面煤灰腐蚀 烟气流向被腐蚀的过热器管横截面 烟气流向被腐蚀的过热器管横截面3、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 （减少灰中升华成分，从而减轻烧结性积灰） 2）防止受热面壁温过高 （避免积灰处于熔融或半熔融状态） 3）采用耐腐蚀的材料 4）加强吹灰第六节 对流受热面的蒸汽侧高温氧化 一、蒸汽侧高温氧化现象 蒸汽侧高温氧化： 高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生的氧化反应。 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 二、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： 1、时间： 开始阶段：成正比； 稳定阶段：恒定； 2、金属温度：成正比； 3、金属材质：与含铬Cr量成反比。三、蒸汽侧高温氧化的影响1、减少金属部件的有效承载厚度2、受热面温度升高3、氧化膜脱落 锅炉： 流量不均、堵塞； 汽轮机： 阀门严密性和调节性能降低； 汽轮机效率