鍋爐原理課件16

1、第十六章第十六章 結(jié)渣和高溫積灰及高溫腐蝕結(jié)渣和高溫積灰及高溫腐蝕 第一節(jié)第一節(jié) 煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕 一、鍋爐受熱面灰分的沉積一、鍋爐受熱面灰分的沉積 （1）爐膛水冷壁結(jié)渣）爐膛水冷壁結(jié)渣 （2）高溫粘結(jié)性積灰）高溫粘結(jié)性積灰（高溫對流受熱面）（高溫對流受熱面） （3）中低溫積灰）中低溫積灰 1）松散性積灰）松散性積灰 2）低溫粘結(jié)性積灰）低溫粘結(jié)性積灰 （松散性積灰，在鍋爐的任何受熱面上都會存在）（松散性積灰，在鍋爐的任何受熱面上都會存在） 二、鍋爐受熱面的腐蝕二、鍋爐受熱面的腐蝕 鍋爐受熱面與流體或沉積物發(fā)生鍋爐受熱面與流體或沉積物發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的受熱

2、面損壞?；瘜W(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的受熱面損壞。 （1）爐膛爐膛水冷壁高溫腐蝕水冷壁高溫腐蝕 （2）高溫高溫對流受熱面腐蝕對流受熱面腐蝕 （3）低溫低溫對流受熱面腐蝕對流受熱面腐蝕 （4）蒸汽側(cè)蒸汽側(cè)高溫氧化高溫氧化第二節(jié)第二節(jié) 燃煤礦物成分的化學(xué)物理性質(zhì)燃煤礦物成分的化學(xué)物理性質(zhì)一、煤灰主要元素及其酸堿成分一、煤灰主要元素及其酸堿成分 1、 煤灰的主要礦物元素煤灰的主要礦物元素 Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、K、Na 以硅酸鹽、硫酸鹽、氧化物、少量其它化合以硅酸鹽、硫酸鹽、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、堿性成分、堿性成分 3、酸性成分、酸性成分 4、堿酸比、

3、堿酸比 堿性堿性成分是結(jié)渣、高溫積灰的主要原因。成分是結(jié)渣、高溫積灰的主要原因。 23223222TiOOAlSiOOFeMgOCaOOKONaAB 二、煤灰主要礦物質(zhì)的熔化溫度二、煤灰主要礦物質(zhì)的熔化溫度 總體而言：總體而言： 1. 堿性堿性成分熔點較低；成分熔點較低；（但但CaO、MgO本身本身熔點高）熔點高） 2. 酸性酸性成分熔點較高。成分熔點較高。（表（表16-2） 3. 酸性酸性+堿性堿性復(fù)合成分（共熔體、共晶體）復(fù)合成分（共熔體、共晶體） 熔點較低。熔點較低。第三節(jié)第三節(jié) 影響高溫受熱面灰污染的影響高溫受熱面灰污染的幾個主要化學(xué)反應(yīng)幾個主要化學(xué)反應(yīng) 一、黃鐵礦一、黃鐵礦FeS2和

4、菱鐵礦和菱鐵礦FeCO3反應(yīng)反應(yīng) 1、在、在氧化性氧化性氣氛下燃燒氣氛下燃燒 FeS2 , FeCO3 高熔點的高熔點的Fe2O3 , Fe3O42、在、在還原性還原性氣氛下燃燒氣氛下燃燒 1）FeS2 低熔點的低熔點的FeS 2）FeS2 + Fe2O3 低熔點的低熔點的FeO FeCO3 低熔點的低熔點的FeO 3）FeO + CaO、SiO2 低熔點共晶體低熔點共晶體 【CaO-FeO、CaO-FeO-SiO2】3、 FeS2反應(yīng)產(chǎn)物（反應(yīng)產(chǎn)物（S、SO2、SO3）：）：高、低溫腐蝕高、低溫腐蝕 二、二、堿金屬堿金屬反應(yīng)反應(yīng) 1、生成低熔點、易升華的生成低熔點、易升華的Na2O, K2O

5、： 高溫積灰高溫積灰 2、生成低熔點硫酸鹽、生成低熔點硫酸鹽Na2SO4, K2SO4 結(jié)渣、高溫積灰、高溫腐蝕結(jié)渣、高溫積灰、高溫腐蝕 3、與高熔點灰分反應(yīng)、與高熔點灰分反應(yīng) 低熔點灰分低熔點灰分 （例如：（例如：SiO2 Na2Si2O5） 結(jié)渣、高溫積灰結(jié)渣、高溫積灰 三、三、SiO2的反應(yīng)和酸堿反應(yīng)的反應(yīng)和酸堿反應(yīng) 1、SiO2反應(yīng)：反應(yīng)： 2NaOH + 2SiO2 Na2Si2O5 + H2O SiO2 + C（或（或H2） SiO + CO（或（或H2O） （Na2Si2O5 、 SiO 粘結(jié)性結(jié)灰）粘結(jié)性結(jié)灰） 2、酸堿反應(yīng)：、酸堿反應(yīng)： 在在還原性還原性氣氛下氣氛下 酸性成分

6、酸性成分 + 堿性成分堿性成分 低熔點共晶體低熔點共晶體 （例如：（例如： CaO-FeO-SiO2 ）第四節(jié)第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕 一、一、水冷壁結(jié)渣水冷壁結(jié)渣 1、結(jié)渣的概念、結(jié)渣的概念 熔融或半熔融熔融或半熔融狀態(tài)的灰粒粘附到受熱面上，狀態(tài)的灰粒粘附到受熱面上， 逐步積累形成的灰渣層。逐步積累形成的灰渣層。 結(jié)渣具有自動加劇的特點，因為：結(jié)渣具有自動加劇的特點，因為： 受熱面的外表溫度和煙氣溫度增加；受熱面的外表溫度和煙氣溫度增加； 受熱面的外表面粗糙度增加。受熱面的外表面粗糙度增加。 2、結(jié)渣對鍋爐的影響、結(jié)渣對鍋爐的影響 1）排煙）排煙熱損失熱損失增

7、大，出力降低；增大，出力降低； 2）結(jié)渣點以后的受熱面）結(jié)渣點以后的受熱面超溫超溫； 3）改變爐內(nèi)）改變爐內(nèi)空氣動力場空氣動力場（噴嘴處結(jié)渣）（噴嘴處結(jié)渣）： 不完全燃燒熱損失增加，爐壁局部超溫。不完全燃燒熱損失增加，爐壁局部超溫。 4）影響汽包鍋爐蒸發(fā)區(qū)的）影響汽包鍋爐蒸發(fā)區(qū)的水循環(huán)水循環(huán)； 5）引起受熱面）引起受熱面熱偏差熱偏差； 6）結(jié)渣脫落時，）結(jié)渣脫落時，砸壞砸壞水冷壁管，水冷壁管， 還可能造成爐膛突然還可能造成爐膛突然熄火熄火。3、影響結(jié)渣的主要因素、影響結(jié)渣的主要因素 1）爐膛）爐膛設(shè)計設(shè)計熱強(qiáng)度、熱強(qiáng)度、運行運行負(fù)荷負(fù)荷 （溫度水平）（溫度水平） 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，灰熔點成分多，灰熔點升高升高； 堿性堿性成分多，灰熔點成分多，灰熔點降低降低。 3）燃燒區(qū)氣氛）燃燒區(qū)氣氛 還原性還原性氣氛氣氛，灰熔點低，灰熔點低。 4）爐內(nèi)流場）爐內(nèi)流場 風(fēng)粉不能適時混合、火焰中心偏斜、火焰刷墻。風(fēng)粉不能適時混合、火焰中心偏斜、火焰刷墻。4、鍋爐鍋爐運行運行中防止結(jié)渣的措施中防止結(jié)渣的措施（1）盡量）盡量燃用燃用設(shè)計設(shè)計煤種（合適的熱強(qiáng)度）煤種（合適的熱強(qiáng)度）（2）避免）避免還原性還原性燃燒氣氛；燃燒氣氛；（3）良好的爐內(nèi)流場：）良好的爐內(nèi)流場： 1）風(fēng)粉適時混合風(fēng)粉適時混合 ； 2）防止?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷分布過于集中；）防止?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷分布過于集中；

9、 （降低爐內(nèi)的最高溫度水平）（降低爐內(nèi)的最高溫度水平） 3）防止火焰刷墻。）防止火焰刷墻。（4）適時吹灰）適時吹灰二、二、水冷壁高溫腐蝕水冷壁高溫腐蝕 在在高溫、含硫（氯）、還原性氣氛高溫、含硫（氯）、還原性氣氛下，水冷壁下，水冷壁管經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，生成疏松、易脫落的管經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，生成疏松、易脫落的FeS、FeO等等。 1. 硫化物型腐蝕硫化物型腐蝕 （1）煤中硫煤中硫（FeS2和有機(jī)硫）和有機(jī)硫）在火焰中在火焰中還原性還原性氣氛氣氛 下反應(yīng)生成下反應(yīng)生成S和和H2S；（2） S 、H2S 腐蝕受熱腐蝕受熱面：面： Fe + S FeS H2S + FeO FeS + H2O H2S + Fe F

10、eS+ H2（3） 3SO3 + Fe2O3 Fe2(SO4) 3 2. 氯化物型腐蝕氯化物型腐蝕 （1）煤中氯煤中氯Cl在燃燒過程中生成在燃燒過程中生成HCl；（2）HCl腐蝕受熱面氧化層、受熱面金屬：腐蝕受熱面氧化層、受熱面金屬： （在（在400-600 C時反應(yīng)最活躍）時反應(yīng)最活躍） 2HCl + Fe2O3+CO FeO+FeCl2+H2O+CO22HCl + Fe FeCl2+H2 3. 其它腐蝕介質(zhì)其它腐蝕介質(zhì) SO2、 CO 4. 影響水冷壁高溫腐蝕的因素：影響水冷壁高溫腐蝕的因素： （1）燃料成分（）燃料成分（S、Cl含量）；含量）； （2）燃燒區(qū)氣氛（還原性？氧化性？）燃燒區(qū)

11、氣氛（還原性？氧化性？） （3）爐內(nèi)流場）爐內(nèi)流場（風(fēng)粉混合、火焰（風(fēng)粉混合、火焰刷墻）刷墻） （4）水冷壁溫度。）水冷壁溫度。 5. 防止措施防止措施（與影響因素對應(yīng)（與影響因素對應(yīng)） （1）避免）避免燃燒區(qū)燃燒區(qū)（特別是水冷壁附近）（特別是水冷壁附近）還原性氣氛；還原性氣氛； （2）組織好爐膛流場）組織好爐膛流場 1）風(fēng)風(fēng)粉粉混合適時；混合適時； 2）防止）防止火焰偏斜、刷墻；火焰偏斜、刷墻； （3）防止）防止水冷壁超溫（防止管內(nèi)傳熱惡化等）。水冷壁超溫（防止管內(nèi)傳熱惡化等）。 第五節(jié)第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕高溫對流受熱面的積灰和腐蝕一、一、高溫積灰高溫積灰（1）高溫積灰的概念）

12、高溫積灰的概念 （高溫?zé)Y(jié)性積灰（高溫?zé)Y(jié)性積灰 ） 爐膛的高溫環(huán)境下爐膛的高溫環(huán)境下升華升華的灰分，在高溫的灰分，在高溫 對流受熱面上對流受熱面上冷凝冷凝并攜同其它飛灰沉積，并攜同其它飛灰沉積， 而形成的燒結(jié)性積灰而形成的燒結(jié)性積灰 。（2）高溫積灰對鍋爐的影響）高溫積灰對鍋爐的影響 1）汽溫下降）汽溫下降（循環(huán)效率降低）；（循環(huán)效率降低）； 2）排煙熱損失增加；）排煙熱損失增加； 3）煙道流動阻力增加；）煙道流動阻力增加； 4）高溫腐蝕）高溫腐蝕（在后面介紹）。（在后面介紹）。（3）影響高溫積灰的因素）影響高溫積灰的因素 1）灰的成分；）灰的成分； 灰在爐膛中升華的成分主要是：灰在爐膛中升

13、華的成分主要是： 低熔點的低熔點的堿金屬堿金屬化合物、硫酸鹽?；衔?、硫酸鹽。 （Na2O，K2O，Na2SO4等）等） 2）爐膛的設(shè)計和運行工況）爐膛的設(shè)計和運行工況（爐膛溫度（爐膛溫度 ）。二、高溫對流受熱面的煤灰腐蝕二、高溫對流受熱面的煤灰腐蝕 1、定義：、定義： 熔融熔融狀態(tài)的狀態(tài)的腐蝕性腐蝕性高溫積灰（高溫積灰（硫酸鹽、復(fù)合硫酸鹽硫酸鹽、復(fù)合硫酸鹽），）， 與受熱面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的受熱面管壁腐蝕。與受熱面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的受熱面管壁腐蝕。 2、腐蝕過程：、腐蝕過程： M2O+SO3 M2SO4（硫酸鹽）（硫酸鹽） 3M2SO4+Fe2O3+3SO3 2M3Fe(SO4)3 （復(fù)

14、合硫酸鹽）（復(fù)合硫酸鹽） 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等堿金屬）等堿金屬）3、高溫腐蝕的影響因素、高溫腐蝕的影響因素（1）燃燒產(chǎn)物中硫、堿金屬的含量燃燒產(chǎn)物中硫、堿金屬的含量（2）壁面溫度壁面溫度 （3）管壁管壁材質(zhì)材質(zhì)4、高溫積灰及高溫腐蝕的防止措施、高溫積灰及高溫腐蝕的防止措施 （1）防止?fàn)t膛局部溫度過高）防止?fàn)t膛局部溫度過高 （減少灰的升華）（減少灰的升華） （2）防止受熱面壁溫過高）防止受熱面壁溫過高 避免積灰處于熔融或半熔融狀態(tài)：避免積灰處于熔融或半熔融狀態(tài)： Na3Fe(SO4)3 熔點熔

15、點624 K3Fe(SO4)3 熔點熔點618 （3）采用耐腐蝕的材料）采用耐腐蝕的材料 （4）加強(qiáng)吹灰）加強(qiáng)吹灰第六節(jié)第六節(jié) 對流受熱面的蒸汽側(cè)高溫氧化對流受熱面的蒸汽側(cè)高溫氧化 一、一、蒸汽側(cè)高溫氧化現(xiàn)象蒸汽側(cè)高溫氧化現(xiàn)象 蒸汽側(cè)高溫氧化：蒸汽側(cè)高溫氧化： 高溫水蒸汽中的高溫水蒸汽中的結(jié)合氧結(jié)合氧與受熱面金屬發(fā)生的氧化反應(yīng)。與受熱面金屬發(fā)生的氧化反應(yīng)。 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 二、二、蒸汽側(cè)金屬氧化膜的特點蒸汽側(cè)金屬氧化膜的特點影響金屬氧化膜生長速率的因素：影響金屬氧化膜生長速率的因素：（圖（圖16-5） 1、時間：、時間： 開始階段：開始階段：較快；較快； 穩(wěn)定階段：穩(wěn)定階段：恒定；恒定； 2、金屬溫度：、金屬溫度：成正比；成正比； 3、金屬材質(zhì)：、金屬材質(zhì)：與含鉻與含鉻Cr量成反比。量成反比。三、三、蒸汽側(cè)高溫氧化的影響蒸汽側(cè)高溫氧化的影響1、減少金屬部件的有效承載厚度、減少金屬部件的有效承載厚度2、受熱面溫度升高、受熱面溫度升高3、氧化膜脫落、氧化膜脫落 鍋爐：鍋爐： 流量不均、堵塞；流量不均、堵塞； 汽