第九章 尾部受热面运行问题

1、第九章 尾部受热面的运行问题内容提纲本章内容尾部受热面积灰特点尾部受热面的磨损、影响因素、预防措施酸露点与空预器低温腐蚀、堵灰解决重点尾部受热面的磨损与预防措施酸露点与空预器低温腐蚀及预防措施补充内容磨损与燃料特性的关系9.1 尾部受热面的积灰 尾部受热面积灰特点： 尾部受热面烟道温度低于600700，没有熔化的飞灰，除空气预热器外，受热面上积灰为疏松的沉积灰。灰的特点：小于200m，大多数为1020m。当含尘烟气横向流经受热面管束时，在管子的背风面形成涡流区，较大粒径飞灰惯性大，不易卷入，而小于30 m的小颗粒却跟随气流卷入涡流区，并沉积。适当提高烟气速度是预防积灰主要手段，吹灰是清除积灰有

2、效措施9.2 尾部受热面的磨损含有硬颗粒的流体相对于固体运动，使固体表面产生的磨损冲蚀(冲击磨损)两种冲蚀类型： 冲刷磨损颗粒相对于固体表面冲击角较小，甚至接近平行； 撞击磨损颗粒相对于固体表面冲击角较大，或接近于垂直。磨损一般发生在烟温低于1150K，壁温低于750K的低过、低再、省煤器和空预器区域。例：200MW的燃煤锅炉，灰分30%，飞灰占80%，每年流经对流受热面管束的飞灰量为16.5万吨，设计寿命为10年，流过165万吨。一、冲击磨损过程的物理现象(a)球形粒子正面冲击时的能量平衡(b)球形粒子30冲击时的能量平衡二、受热面磨损的区域受热面的磨损是不均匀的，不仅是烟道截面不同部位受热

3、面的磨损不均匀，而且沿管子周界的磨损也是不均匀的。管外烟气横向冲刷 管内烟气纵向冲刷错列管束，s1/d = s2/d = 2时，最大磨损的管排是第二排，约为第一排的2倍。以后各排磨损量大于第一排，小于第二排。 s1/d2时，最大磨损的管排往往不是在第二排，而是移至管束深处。顺列管束布置，第一排管磨损最为严重。错列顺列管外横向冲刷磨损区域第一排管，迎风面撞击角为30 50时，磨损量达到最大。对多排管束时第一排以后的各排管子，错列时磨损集中在2530区域，顺列时集中在60处。最大磨损量位置与管径及管节距有关，管径大，半角小。管内纵向冲刷磨损区域明显产生磨损的部位，在烟气进口约100150 mm或(

4、1-3) d长的一段管壁处。(1-3)d位置磨损量最大烟气流动转向与烟气走廊炉内易受热面磨损的区域烟气流动方向变化烟气走廊吹损水平烟气走廊出口处速度场烟气走廊三、磨损危害磨损的危害受热面壁厚减小，强度降低，甚至破坏，导致管子泄漏，影响锅炉的安全运行。增加检修工作量和钢材（修复或更换）耗量四、金属管壁受飞灰冲蚀磨损近似计算1973年锅炉热力计算标准推荐管壁最大磨损量计算公式：a烟气中飞灰磨损系数；M管材的抗磨系数；飞灰浓度；k和k飞灰浓度场和烟气速度场不均匀系数；g管束间最窄截面上的烟速； kD锅炉设计负荷下烟气速度与平均运行负荷下烟速比值。碰撞频率因子p计算第一排不计，烟速取管前平均烟速五、飞

5、灰冲击磨损的影响因素烟气速度的影响管子排列方式的影响飞灰粒径的影响飞灰浓度的影响管壁材料硬度的影响管壁温度的影响气流方向的影响烟气成分的影响烟气走廊书本198-201飞灰磨损系数a！燃料和飞灰特性成 分煤中重量百分数(%)莫氏硬度维氏硬度(kg/mm2)煤 质石 英黄铁矿851.61.51.22.576710701200130011001300硅酸盐： 高岭土 伊利石 白云母 长 石 蓝晶石 黄 玉5330.10.10.122.522.522.56678304020354080700800500215015001700碳酸盐： 方解石 菱镁矿 菱铁矿 钒 土0.50.10.2稀少3449130

6、1703705203704301200纯煤不坚硬，维氏硬度为1070。磨损主要由煤中矿物质引起；高岭土、伊利石和白云母软物质，维氏硬度不超过80；长石、蓝晶石和黄玉硬物质，维氏硬度可达1000以上；常用的耐磨金属锰钢的维氏硬度为180-220。煤种和矿物质的莫氏硬度和比重值金属的磨损量与材料和灰粒的硬度比有关(书本199，Hb/Hh)，灰粒硬度越高，磨损量越大；灰粒硬度比金属差时，灰粒撞击到金属表面会使飞灰颗粒受到破坏，降低磨损性。氧化物SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgO莫氏硬度795.8644飞灰的平均莫氏硬度计算：Xi灰粒中各化学成份的百分含量；Hi对应Xi的莫氏硬度。炉型4

7、00t/h220t/h185t/h75t/h除尘器前预热器上部引风机前除尘器前除尘器前省煤器出口平均莫氏硬度比 重可燃物7.272.102.287.182.124.537.332.256.326.882.381.297.032.052.716.972.306.34六种氧化物的莫氏硬度我国典型电站飞灰的平均硬度Hm我国典型电站锅炉飞灰的平均硬度Hm为7左右，相当于石英的硬度。确定磨损量与飞灰特性关系的方法磨损速度Ew与飞灰硬度的关系： Ew=BH2.3式中B为实验常数，而更一般的表达式为： Ew=B1(H - H1)n 式中H1表示被磨损材料的硬度，B1为常数，n为指数。煤的磨损指数Ic，取决于

8、石英和黄铁矿重量分额。 Ic=(Cq + xCp)IqCq和Cp为煤中石英和黄铁矿的重量分额(%)x系数，一般取0.20.5， Iq石英的相对磨损度。磨损小的煤： Ic 0.01磨损程度中等的煤： Ic =0.010.025高度磨损的煤： Ic 0.0250.05磨损严重的煤： Ic 0.05磨损与SiO2和Al2O3的关系SiO2和Al2O3是煤灰磨损主要影响因素，常将SiO2和Al2O3的比值作为一种判定准则，比值越大，磨损越严重。 Ke=-0.012Ash + 0.074 SiO2/Al2O3 + 1.33 (Ke10%)煤 种晋中煤寿阳煤SiO2/Al2O3磨损数Ke1.4280.87

9、681.1931.0886飞灰磨损系数a与灰中成分关系SiO含量对磨损影响煤种名称磨损量(g)a109铜川煤0.0421.12抚顺混煤0.0471.26义马焦作混煤0.0511.37大同煤0.03560.95南桐重庆混煤0.0631.82荣昌/广元/会家山混煤0.0591.58埠新、新丘混煤0.0621.66 我国典型煤种磨损系数a的试验结果a主要与煤种有关，可近视取141010mms3/(gh)飞灰磨损量可用下式计算： 式中 E 管壁表面单位面积磨损量，g/m2； 飞灰撞击率，与灰粒所受惯性力及气流的粘性力有关；如用磨损厚度来表示磨损量，则磨损厚度为：磨损量和速度的简化计算公式磨损速度主要与

10、灰量、灰的磨损特性、灰粒(烟气)速度和烟气温度有关。Ew=57.2Pa3.3/Tg Pa灰的磨损参数；烟气速度；Tg烟气温度。js金属的密度， g/m3六、煤灰的磨损特性的判别灰磨损指数（我国常用指数）Hab 10%，磨损倾向轻微Hab 10-20%，磨损倾向中等Hab 20% ，磨损倾向严重七、尾部受热面的防磨措施设计时合理选择烟气流速降低速度分布不均匀和飞灰浓度分布不均匀在磨损严重部位加装防磨装置局部磨损严重的管排改用厚壁管降低烟气中飞灰浓度采用膜式省煤器或鳍片管式省煤器采用较大的管排横向节距，增大烟气流通面积减小灰粒直径书本：201-204不同炉型最大容许烟速受热面折算灰分(g/MJ)省

11、煤器、过渡区121417212470过热器碳钢131097合金钢14121181-旋风炉，(排渣率80%)2-液态炉， (排渣率60%)3-煤粉炉， (排渣率20%)空预器型式最佳烟气流速(m/s)wk/wy低温级高温级管式101112140.5板式91011130.95铸铁带鳍片10111.05回转式8120.7空预器最佳烟气流速有灰燃料烟气极限流速省煤器的防磨装置(a)弯头处的护瓦和护帘；(b)烟气走廊区的护瓦；(c)弯头护瓦；(d)局部防磨装置 1护瓦；2护帘各种防磨装置管式空气预热器的防磨装置(a)磨损和防磨原理；(b)、(c)加装保护套管；(d)外部焊接短管 1内套管；2耐火混凝土；

12、3预热器管板；4焊接短管膜式壁和鳍片管防磨原理转向室后常用防磨措施八、流化床锅炉磨损问题突出山东某发电公司465t/h循环流化床锅炉自2002年投产，经历了星期炉、半月炉等阶段，其中锅炉爆管导致机组非停占总非停次数85以上，经过数年设备改造及治理，最少爆管3次，最长连续运行周期百日。国内首台1025t/h循环流化床锅炉投产当年就数次发生爆管事故。气固流动形式9.3空气预热器低温腐蚀与堵灰一、烟气的水露点、酸露点和低温腐蚀、堵灰 水露点：烟气中水蒸汽开始凝结的温度。烟气中水蒸汽的露点低达45-54。烟气中水蒸气分压约为10%，在此分压下，纯水蒸汽的凝结露点仅为46.65。酸露点：烟气中硫酸蒸汽的

13、凝结温度。烟气酸露点可达140-160甚至更高。烟气中SO3浓度（或硫酸蒸汽浓度）越高，酸露点越高。低温腐蚀： 当燃用含硫燃料时，硫燃烧后形成SO2，其中一部分会进一步氧化成SO3，SO3与烟气中水蒸汽结合成为硫酸蒸汽 当受热面的金属壁温低于酸露点时，硫酸蒸汽就会在壁面上凝结，对金属产生严重的腐蚀作用。腐蚀和堵灰： 硫酸蒸汽凝结成液态硫酸，不仅会腐蚀金属，而且还会粘结烟气中的灰颗粒，引起积灰，此外，沉积灰中的金属氧化物与酸液反应生成水硬性硫酸盐，使积灰硬化，严重时将造成烟气通道堵灰。 腐蚀与堵灰往往是相互促进的。位置：空气预热器、省煤器、烟道、引风机、炉墙护板和烟囱。二、硫是形成低温腐蚀的主要

14、因素煤粉炉运行经验表明：煤中St,d1.5%时，不会产生明显的沾污和腐蚀，低温受热面使用寿命10年以上；煤中St,d=1.5%3%时，有较明显的沾污和腐蚀；煤中St,d3%时，有严重腐蚀，低温受热面使用寿命24年。对于层燃炉和液态排渣炉，St,d1.5%，腐蚀问题就较突出。酸露点与燃料中的含硫量及燃烧方式有关。可燃硫分燃烧生成SO2，进一步转化成SO3的很少，烟气中SO3含量仅为SO2的3%5%，烟气中SO3含量只占到几十万分之几。烟气中三氧化硫的形成主要有两种方式：一是燃烧反应中火焰里的部分氧分子会离解成原子状态，它能与二氧化硫反应生成三氧化硫，燃料含硫量愈大，炉膛温度愈高，过量空气量愈多，

15、生成的三氧化硫愈多；二是烟气中二氧化硫流经对流受热面遇到氧化铁或氧化钒等催化剂时，会与烟气中的过剩氧反应生成三氧化硫。燃料烟气中水蒸气分压力(MPa)水蒸气露点()褐煤0.012450烟煤0.009043无烟煤0.003225重油0.009545烟气的水蒸气露点烟气中的SO2越高，硫酸蒸汽的含量越高，烟气露点越高，低温腐蚀越严重；水蒸汽含量越高，烟气露点升高；极少量的硫酸蒸汽就会对酸露点影响很大；酸露点估计依靠经验关联式确定；可以由仪器直接测定。 烟气中的水露点温度一般为4555；空气中的水露点温度一般为1020。低温腐蚀的机理和过程煤中S SO2 SO3 + H2O H2SO4(汽) H2S

16、O4(液)+金属硫酸盐H2SO4 + Fe FeSO4 + H2燃烧氧化遇冷壁面影响烟气中SO3含量的因素煤的硫分Sar：Sar增大时，SO3增多炉膛温度TL：TL升高时SO3增多(温度升高，氧气分解成自由氧原子O直接与SO2化合)过量空气系数：aL增大， SO3增多煤的灰分Aar： Aar较大时， SO3较少三、烟气露点tld的计算前苏联73标准：Syzs、Ayzs燃料折算硫份和灰份(%)；afh飞灰份额；考虑炉内过量空气系数影响的系数，121(a”=1.2-1.25)或129 (a”=1.4-1.5)；tsl水露点温度。烟气水蒸汽含量 (%)烟气水露点温度 ()1 5 10 15 20 3

17、0 506.7 32.3 45.6 53.7 59.7 68.7 80.9tsl = 6.715 + 13.787lnH2O + 1.357(lnH2O)2分别估算烟气中水蒸气含量和H2SO4含量水蒸气含量准确值可由燃料计算获得。一般煤粉燃烧约为10-14%，估算取12%； H2SO4含量确定较难，可估算如下：SO2含量确定：燃料含硫(w%)0.5%，燃烧后烟气中SO2体积组份约为500ppm，以此类推；SO3含量确定： 一般SO2向SO3转化率约为0.53%，最大不超出5%，通常以3%估算足够安全；H2SO4含量确定：根据反应式SO3+H2OH2SO4， H2SO4生成量与SO3一样多。四、酸露点的估算方法烟气露点tld的近视估算表五、低温腐蚀的预防措施设计上：提高排烟温度，中容量锅炉有设计