锅炉尾部受热面低温腐蚀防控技术实验研究课件

1、复杂工况下锅炉尾部受热面低温腐蚀防控技术实验研究报告人： 张知翔指导老师：赵钦新 教授西安交通大学热能工程系 2010.10.25提纲一、低温腐蚀简介及研究意义二、低温腐蚀研究综述三、实验台搭建四、实际电厂试验推进重点耗能工业节能减排是重要国策；1）发电原煤占原煤产量的50%时间年份原煤产量亿吨电煤耗量亿吨电煤/原煤%200725.112.549.8200827.213.348.9200931.315.649.8一、低温腐蚀简介及研究意义2）火力发电行业是国家节能减排的主力。材料高温氧化的界限材料低温腐蚀的界限蒸汽温度升高烟气温度下降提高效率是最重要的节能减排途径；排烟温度1701401251

2、0585700625605569543蒸汽温度一、低温腐蚀简介及研究意义 排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项节能减排形势表1 XG350-1100/25.4/571/569名 称单位设计煤种校核煤种BMCRTRL75%THA50%THA40%THA高加全切 BMCR干烟气损失%4.5744.4404.414.5544.7694.0183.992水份和H燃损失%0.3950.3840.3690.3480.3550.3480.387未燃烬碳损失%1.421.421.602.052.471.421.45总热损失%6.9666.8186.9827.6398.3316.376.406效率%93.

3、03493.18293.01892.36191.66993.6393.594一、低温腐蚀简介及研究意义现役电站锅炉排烟温度普遍偏高 设计和运行条件差别tpy运行值普遍偏高，高于设计值约2050现役电站锅炉设计排烟温度长期无法下潜 烟气酸露点和积灰限制 ，一般tpy设计值125150 ，褐煤170左右现役火电厂排烟温度情况 一、低温腐蚀简介及研究意义目前锅炉排烟温度普遍偏高除尘器效率降低脱硫塔耗水量增加锅炉效率降低急需降低烟温研究低温腐蚀的必要性一、低温腐蚀简介及研究意义露点温度：一定压力下，某种蒸汽的凝结速率与蒸发速率达到动态平衡时的温度称为该蒸汽在该压力下的露点温度。低温腐蚀：当受热面壁温低

4、于烟气酸露点时，烟气中的酸开始在受热面表面凝结，并对受热面产生腐蚀。对于锅炉来说低温腐蚀多发生在空预器冷端、低压省煤器、脱硫塔、GGH、烟囱、尾部烟道以及烟气深冷装置等。一、低温腐蚀简介及研究意义一、低温腐蚀简介及研究意义烟气中含有的SO3、HCl、NO2、 SO2等都会引起低温腐蚀，他们各自的露点温度也不同，但是由SO3 +H2O=H2SO4的露点温度最高，其他酸的露点温度与水的露点温度差不多，而锅炉低温受热面壁温基本上都能保持在水露点以上，因此锅炉术语中的低温腐蚀是指由烟气中的SO3引起的腐蚀 。一、低温腐蚀简介及研究意义烟气中少量的三氧化硫都会导致酸露点很大程度的提高。一、低温腐蚀简介及

5、研究意义二、低温腐蚀研究综述40年代中期发现由于燃料价格上升与脱硫系统的应用，使得低温腐蚀再度被重视1962年壁面温度与硫酸浓度关系曲线的发现，导致人们将研究重点放在了硫酸浸泡实验上1942-1955进行了大量研究，清楚了低温腐蚀主要是SO3起作用，推荐锅炉烟温在酸露点以上20-30度实验室酸沉积实验实际锅炉中低温腐蚀实验发现了浸泡实验与酸沉积的差别70年代末得出酸沉积理论推导公式新材料的开发和抗酸露点涂层的开发二、低温腐蚀研究综述二、低温腐蚀研究综述二、低温腐蚀研究综述2.1、SO3形成机理2.2、酸露点的计算2.4、低温腐蚀影响因素研究内容2.5、低温腐蚀的防治2.3、酸露点的测量燃烧反应

6、催化剂作用硫酸盐高温分解SO3形成机理2.1、SO3形成机理煤中的SSO2SO3H2OH2SO4冷凝与管壁及灰反应低温腐蚀及堵灰燃烧催化剂O22.1、SO3形成机理2.1、SO3形成机理酸露点计算公式公式准确性的讨论2.2、酸露点计算类别产地水露点苏联AGOJTBC褐煤黑龙江扎贲诺尔55.59 99.93 138.09 138.93 广西 右江51.53 105.14 146.24 149.39 龙口51.46 100.60 142.05 144.48 无烟煤类京西安家滩31.24 82.28 129.59 134.77 四川芙蓉37.41 115.33 145.12 151.82 类福建天湖

7、山31.24 63.09 112.43 112.82 峰峰26.74 63.94 113.55 115.77 类山西阳泉37.48 84.02 126.72 129.29 焦作36.16 74.32 121.48 123.05 贫煤山东淄博38.00 113.66 142.31 148.26 西峪38.03 103.45 136.72 141.47 林东38.10 128.64 144.96 151.42 烟煤类吉林通化43.89 83.69 136.49 139.61 南票45.85 98.96 139.39 142.61 开滦43.43 91.87 138.83 142.55 类安徽淮北4

8、2.78 79.20 128.34 129.90 新汶43.18 121.05 148.51 154.15 霍山41.93 82.05 127.67 129.28 类辽宁抚顺47.03 95.23 133.03 134.65 水城41.67 109.39 141.20 145.86 2.3、三氧化硫及酸露点的测量抽取烟气分离二氧化硫与三氧化硫三氧化硫洗脱采用滴定法或者浊度法测量三氧化硫测量化学测量物理测量酸露点测量利用公式反推三氧化硫含量烟气中SO2含量为1000ppm2000ppm左右，而SO3含量在30ppm以下，因此微量的SO2转化成SO3 ，相对SO2测量来说误差可以忽略，但是相对SO

9、3来说影响巨大.准确测量的首要任务是防止的氧化，为了防止冷凝，烟气温度要保持250度以上。经研究80%的异丙醇可以有效防止氧化，而异丙醇溶液的沸点为80度，若250度的烟气直接通到异丙醇里面，将导致吸收液的沸腾，因此在通到吸收液之前必须降温，而降温就要面临冷凝，因此要预先烟气中通入饱和异丙醇蒸汽，这样就可以防止冷凝的同时SO2被氧化。SO2在烟气中与O2反应生成SO3量很少，可以忽略，但是SO2溶于水中后便很容易被氧化成SO3 ，因此SO3洗脱不能用水溶液，而且在洗脱前必须要防止SO3冷凝成液滴。2.3.1、化学测量2.3.1、化学测量2.3.1、化学测量2.3.1、化学测量酸露点测量20世纪

10、50年代由英国煤炭利用协会提出的导电式露点仪被认为是最成功的测量方式，其主要原理是在高电阻的平底表面布置电极，利用酸溶液沉积后的导电性来进行测量。这一原理被人们普遍使用并进行了总结，形成了各具特色的测量方法，主要有电阻法、电流法、冷却加热平均法、电流增长率为零法、自找电流增长率为零法等。电流法和电阻法的露点测量值均低于真实值，冷却加热平均法、电流增长率为零法、自找电流增长率为零法的测量值在理论上是接近真实值的，但其取决于测量装置的灵敏度。2.3.2、物理测量电流法 电阻法 冷却加热平均法 自找电流增长率为零法电流增长率为零法2.3.2、物理测量酸露点仪2.3.2、物理测量2.3、三氧化硫及酸露

11、点的测量系统复杂操作精细受到二氧化硫的强烈干扰化学测量物理测量利用经验公式反推，重复性好投资少系统简单酸露点仪投资大受飞灰影响大2.4、低温腐蚀的影响因素2.4.1、壁面温度2.4.2、灰分2.4.3、金属成分2.4.4、过量空气系数2.4.5、燃料含硫量2.4.6、酸沉积速率影响低温腐蚀的因素2.4.7、炉膛燃烧温度2.4.1、壁面温度D点为腐蚀最严重点，温度大约为100-120度，火电厂低温受热面的壁温不可能跳过此温度，但是目前没有关于改点腐蚀最严重的实际报道烟气酸露点计算冷端壁温高于水露点25度排烟温度高于酸露点20-30度提高壁面温度防止低温腐蚀2.4.1、壁面温度2.4.2灰分灰分的

12、作用吸收冷凝的酸热阻大，提高壁温有实验表明，灰分的存在可使碳钢的腐蚀速率从2mm/a降到0.2mm/a灰硫比对腐蚀速率的影响在未燃尽碳的催化作用下生产大量的Fe3+，并促使生产Cu2S和Cr的氧化物，使耐腐蚀钢出现钝化现象，腐蚀速率大大降低。2.4.2灰分煤种煤中含硫量（%）灰中CaO含量（%）露点温度（K）酸沉积速度mg/(m2s) 高硫，低钙2.525400410510中硫，低钙12.5252954002.55中硫，中钙12.551028529512.5低硫，高钙102850.01%的S，才能在腐蚀过程中能形成Cu2S保护膜，Cr含量在1%左右时效果最好，能够在腐蚀过程中形成Cr的氧化物保

13、护膜腐蚀动力学曲线2.4.3、金属成分2.4.4、过量空气系数燃油锅炉对碳钢的腐蚀2.4.4、过量空气系数管式空预器回转式空预器2.4.4、过量空气系数2.4.5、燃料含硫量燃油炉，=1.12.4.6、酸沉积速率酸沉积速率的影响因素壁面温度烟气速度烟气中H2SO4的浓度烟气温度以下各因素的影响曲线图都是从该公式中计算得来的，但是它与实验曲线在定性上有较大的差距，不存在峰值。2.4.6、酸沉积速率烟气中H2SO4浓度的影响2.4.6、酸沉积速率烟气速度2.4.6、酸沉积速率烟气温度2.4.6、酸沉积速率2.4.7、炉膛燃烧温度燃油炉层燃炉煤粉炉2.5、低温腐蚀防治措施低温腐蚀防治措施提高排烟温度

14、提高给水温度或压力加装暖风器采用高性能低氧燃烧器采用耐腐蚀钢采用添加剂为了防止锅炉蒸发受热面、空气预热器的腐蚀，采用想燃烧室喷入MgO、CaO、白云石、锌、煤灰等添加剂，吸附腐蚀性气体，同时形成容易被吹灰器吹落的松散积灰。向省煤器、空预器、烟道、烟囱等低温部位注入氨气防止腐蚀 2.5、低温腐蚀防治措施三、实验台搭建研究目标：1、揭示传热管材料低温腐蚀机理；2、研究壁温对低温腐蚀的影响；3、研究三氧化硫浓度对低温腐蚀的影响；4、根据不同的材料提出减缓传热管低温腐蚀的安全壁温；5、研究灰分浓度对三氧化硫的吸附作用；6、研究烟气温度对灰分吸附三氧化硫作用的影响。三、实验台搭建三、实验台搭建金属成分的

15、影响H2SO4浓度的影响壁温的影响烟气温度的影响灰分的影响本实验所考虑的低温腐蚀影响因素三、实验台搭建灰分吸收三氧化硫试验系统简图三、实验台搭建低温腐蚀试验系统简图三、实验台搭建技术指标：1、烟气流量100ml/min。2、烟气中灰分含量020g/Nm3。3、烟气中SO3浓度030ppm。4、SO2浓度1000ppm。5、氧气含量5%。6、水蒸气含量10%。7、烟气温度80200。8、受热面壁温5090。9、冷却水温度5090。试验系统实物图三、实验台搭建存在的问题：1、 SO3的测量： SO3浓度低，流量小，无法实施在线测量，灰分对SO3的吸收效果不明显，测试方法的灵敏度受到怀疑。2、目前解

16、决方案是加大灰分浓度和SO3浓度，不按实际锅炉中的气氛比例。3、由于烟气流量太小，导致给粉机给粉量太小，再加上煤灰过细，导致给粉机无法工作，只能人工间断给粉。人工间断给粉导致金属试样的低温腐蚀时间大大缩短，初步估计为5h左右。4、水路系统的温度与稀硫酸的温度反应不灵敏。试验目的：1、测量各种腐蚀材料在不同壁温及不同烟气情况下的腐蚀量，绘制腐蚀量随壁温的变化曲线，研究低温腐蚀机理，筛选耐腐蚀性较好的材料。2、研究飞灰对低温腐蚀的影响。3、验证各种耐腐蚀涂层的抗腐蚀性能。4、测量三氧化硫的含量，确定各条件下三氧化硫的转化率，测量脱硫塔对三氧化硫的脱除效率及脱硫塔前后酸露点的变化。5、测量不同运行条

17、件下电厂的实际酸露点，结合各种酸露点公式，选择适合的酸露点公式。6、测量电厂安装烟气冷却器后，在实际进口水温下的腐蚀速度，为烟气冷却器的安全运行提供保障。四、电厂实验计划四、电厂实验计划灰分对低温腐蚀影响的研究 酸露点测量示意图 四、电厂实验计划测点示意图 需要电厂作的准备：1、不同负荷的运行，在确定的煤种下，进行个不同负荷的运行，研究负荷对酸露点及三氧化硫含量的影响；2、不同煤种的燃烧，选择两种或多种含硫量差别较大的煤种，研究煤种含硫量对酸露点及三氧化硫含量的影响，电厂需提供当前所燃烧煤种的元素分析、工业分析及灰分分析；3、不同过量空气系数的燃烧，按照电厂实际情况，选择几个不同的过量空气系数进行运行，电厂需提供燃烧时炉膛的温度与含氧量。4、测点的准备，在静电除尘器每个电场及脱硫塔后各准备一个测孔，用于三氧化硫及酸露点的测量；5、在低温烟道上打两到三个孔，用于进行各材料的低温腐蚀研究；6、准备两个小型抽气泵，抽气流量大概110L/min