鍋爐結垢和腐蝕對鍋爐

鍋爐結垢和腐蝕對鍋爐一、水垢和水渣二、汽水系統(tǒng)的腐蝕及其防止三、鍋爐的高溫腐蝕及其防止四、300MW鍋爐停爐保養(yǎng)第2頁,共25頁，2024年2月25日，星期天一、水垢和水渣如果水質不良，運行一段時間后，在熱力設備中受熱面水側金屬表面上生成的固態(tài)附著物叫做水垢。另外，在爐水中，還可能析出一些固體物質，這些固體物質有的以懸浮狀態(tài)存在于水中，也有的以泥渣狀態(tài)沉積在熱力設備水流流動滯緩的各個部位。這些呈懸浮狀態(tài)或沉渣狀態(tài)的物質叫水渣。

第3頁,共25頁，2024年2月25日，星期天水垢的特性水垢的化學組成一般比較復雜，它是由多種化合物混合組成的。便于研究水垢形成的原因、防止及消除的方法，通常水垢按其主要化學成分分為：鈣鎂水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵垢和銅垢。第4頁,共25頁，2024年2月25日，星期天水垢的危害水垢的導熱性很差，其導熱系數(shù)要比鍋爐鋼板的導熱系數(shù)小幾十倍至數(shù)百倍，所以鍋爐結垢后就會嚴重阻礙傳熱并引起下列危害：浪費燃料，降低出力堵塞管道，破壞水循環(huán)引起垢下腐蝕，縮短鍋爐壽命。受熱面結生水垢后，金屬的熱量由于受水垢的阻礙而難于傳熱給鍋水，致使金屬壁溫急劇升高，當溫度超過了金屬所能承受的允許溫度時，金屬強度顯著降低，從而導致金屬過熱變形，嚴重時將造成鼓包、裂縫，甚至爆管等事故。另外，鍋爐結垢后，將增加清洗和維修的時間、費用及工作量等，影響生產(chǎn)，減小鍋爐的有效利用率，降低經(jīng)濟性。第5頁,共25頁，2024年2月25日，星期天水渣的特性形成水渣的主要化學物質有：碳酸鈣；氫氧化鎂；堿堿式碳酸鎂；磷酸酶；堿式磷灰石；蛇紋石；金屬腐蝕產(chǎn)物；水渣還可能含有隨給水帶入鍋爐的某些懸浮物。水渣按期性質可分為兩類：不會粘附在受熱面上的水渣。這類水渣較松軟，常懸浮在爐水中，易隨鍋爐排污排除掉。如堿式磷酸鈣、蛇紋石等，這種水渣對鍋爐危害較小。易粘附在受熱面上轉化成水垢的水渣。這類水渣易粘附在受熱面管內壁上，特別是在水流緩慢或停滯的地方，經(jīng)高溫烘焙后，會轉化為水垢（稱為二次水垢），如磷酸鎂和氫氧化鎂等。這類水渣危害較大，應極力避免。第6頁,共25頁，2024年2月25日，星期天二、汽水系統(tǒng)的腐蝕及其防止鍋爐運行時，爐內水汽的壓力和溫度比較高，導致爐管管壁溫度很高，設備各部分應力很大，同時由于給水中雜質在爐內發(fā)生濃縮和析出，在爐內常積集有沉積物，這些因素都會促進腐蝕，并使腐蝕復雜化。所以，盡管進入鍋爐的水都是經(jīng)過除氧的，爐水的PH值也比較高，但依然會發(fā)生腐蝕。如果爐水汽水系統(tǒng)發(fā)生嚴重的腐蝕，由于爐內高溫高壓，就容易導致爆管事故。所以，防止爐汽水系統(tǒng)的腐蝕是一個很重要的問題。第7頁,共25頁，2024年2月25日，星期天氧腐蝕沉積物下腐蝕水蒸汽腐蝕應力腐蝕第8頁,共25頁，2024年2月25日，星期天氧腐蝕正常情況下，不會有大氣侵入爐內，即使給水中帶有微量的氧，在省煤器中就消耗完了，所以，爐內不會發(fā)生氧腐蝕。如果發(fā)生下列情況，就有可能發(fā)生腐蝕。1、除氧器運行不正常除氧器運行不當，就有可能使溶氧帶入鍋爐內。比如除氧器負荷變動過大，間斷性向除氧器中添加大量補給水等。而且有時還可能發(fā)生因溶氧的測定不正確或者測定是間斷的，以致在運行記錄中還沒有發(fā)現(xiàn)除氧器運行不正常，而腐蝕已經(jīng)很嚴重。給水含氧量不是很大時，腐蝕首先發(fā)生在省煤器進口端，然后可能延伸到中部和尾部，只至鍋爐下降管。第9頁,共25頁，2024年2月25日，星期天

2、鍋爐在基建和停運期間無防護措施基建期間的氧腐蝕，腐蝕產(chǎn)物可以在酸洗過程中清除。停運期間的氧腐蝕，通常分布在整個水汽系統(tǒng)，特別是積水放不掉的部分。這和運行中發(fā)生的氧腐蝕有所不同。第10頁,共25頁，2024年2月25日，星期天沉積物下腐蝕（1）：原理當鍋爐內表面附著水垢和水渣時，在下面會發(fā)生嚴重的沉積物下腐蝕，是目前高壓鍋爐內常見的一種腐蝕。在正常的運行條件下，爐內金屬表面覆蓋一層氧化鐵薄膜，這是金屬表面在高溫爐水中形成的，其反應式如下：3Fe+4H2O約>300Fe3O4+4H2形成的Fe3O4膜是致密的，具有良好的保護性能。如果Fe3O4遭到了腐蝕，金屬表面就會暴露在溫度很高的爐水中，非常容易遭到腐蝕。促使Fe3O4保護膜破壞的一個最重要因素就是爐水中的pH值不合格。第11頁,共25頁，2024年2月25日，星期天當pH值在10-12時腐蝕速度最小，pH值過低或過高都會使腐蝕速度加快。在低pH值（pH<8）下,腐蝕加快的原因是氫離子起到了去極化試劑的作用，而且此時反應產(chǎn)物都是可溶的，不易形成保護膜。在高pH值（pH>13）下,腐蝕加快的原因是金屬表面的Fe3O4保護膜溶于溶液而遭到破壞。

Fe3O4

+4NaOH→2NaFeO2+2NaFeO2+H2O另一方面，鐵和NaOH直接反應：Fe+2NaOH→Na2FeO2+2H2亞鐵酸鈉在pH溶液中是可溶的，所以，當在高pH值pH>13后，隨pH值增高，腐蝕速度增大。第12頁,共25頁，2024年2月25日，星期天一般運行條件下，爐水pH值常保持在9-11之間，鍋爐金屬表面膜是穩(wěn)定的，不會發(fā)生腐蝕。第13頁,共25頁，2024年2月25日，星期天沉積物下腐蝕（2）：不良運行條件發(fā)生沉積物下腐蝕的必要條件是爐管上有沉積物和爐水有侵蝕性。運行中造成這些條件的工況有;結垢物質帶入爐內。給水中鐵腐蝕產(chǎn)物沉積在爐管管壁向火側，是引起爐內沉積物下腐蝕的一重要因素。凝汽器泄露。因凝汽器泄露隨冷卻水進入的碳酸氫鹽，會使爐水中產(chǎn)生游離NaOH,引起沉積物下堿性腐蝕。冷卻水中含有大量的MgCl2、CaCl2時，容易引起脆性腐蝕。補給水水質不良。第14頁,共25頁，2024年2月25日，星期天沉積物下腐蝕（3）：防止要防止沉積物下腐蝕，除防止爐管上形成沉積物外，還應該消除爐水侵蝕性。措施如下;新裝鍋爐投入運行前，應進行化學清洗；鍋爐運行后定期清洗，以除去沉積在金屬管壁上的腐蝕產(chǎn)物。提高給水質量，防止給水系統(tǒng)腐蝕。防止凝汽器泄露。調節(jié)爐水水質，消除或減少爐水侵蝕性。做好鍋爐停用保護工作，防止停用腐蝕，以免爐管金屬表面上附著產(chǎn)物。第15頁,共25頁，2024年2月25日，星期天水蒸氣腐蝕（1）：原理當過熱蒸汽溫度高達450℃時（過熱蒸汽管管壁溫度約為500℃）就要和碳鋼發(fā)生反應；在450℃-570℃之間時，它們的反應生成物為Fe3O4：Fe+4H2O→Fe3O4+4H2當溫度達到570℃以上時，反應生成物為氧化鐵Fe+H2O→FeO+H22FeO+H2O→Fe2O3+H2這兩種反應都是化學反應，所引起的腐蝕都是化學腐蝕。當產(chǎn)生這種腐蝕時，管壁均勻的變薄，腐蝕產(chǎn)物常常成粉末狀或鱗片狀，多為Fe3O4。第16頁,共25頁，2024年2月25日，星期天水蒸氣腐蝕（2）：部位在鍋爐內，發(fā)生汽水腐蝕的部位，一般在以下兩處：汽水停滯部分。當鍋爐有水平或傾斜度較小管段，以致水循環(huán)不暢，發(fā)生汽塞或汽水分層時，就可能因為蒸汽過熱而產(chǎn)生汽水腐蝕。過熱器中。過熱蒸汽溫度一般在450℃-570℃范圍內。正常情況下，過熱蒸汽管壁上會形成一層黑色的保護膜防止腐蝕。如果運行中過熱器熱負荷和溫度波動很大，使保護膜遭到破壞，那么過熱器管壁就會遭受嚴重的汽水腐蝕。第17頁,共25頁，2024年2月25日，星期天水蒸氣腐蝕（3）：防止防止方法：消除鍋爐中傾斜度較小管段，以保證正常的汽水循環(huán);對于過熱器，應采用特種鋼材制作。因為超高壓和亞臨界鍋爐的過熱蒸汽溫度已達到550℃以上，不論是在機械性能方面或耐腐蝕性能方面普通的碳鋼都不能承受，必須用其他材料，如耐熱的奧氏不銹鋼。第18頁,共25頁，2024年2月25日，星期天應力腐蝕當金屬除了受某些侵蝕性介質的作用外，同時還受機械應力的作用時，它會發(fā)生裂紋損壞，這是一種特殊的腐蝕現(xiàn)象，稱為應力腐蝕。鍋爐金屬的應力腐蝕有：腐蝕疲勞應力腐蝕開裂苛性脆化第19頁,共25頁，2024年2月25日，星期天腐蝕疲勞原理：屬于金屬在交變應力作用下的一種應力腐蝕。所產(chǎn)生的裂紋，有穿晶的、有是晶間的，或兼而有之。部位：在鍋爐汽包的管道結合處，如給水管接頭處、磷酸鹽加藥管道、定期排污管與下聯(lián)箱結合處。鋼表面干濕交替，管道中汽水混合物流速時快時慢等會產(chǎn)生交變應力的情況，也會很快發(fā)生裂紋腐蝕。防止：可從消除應力入手，如在汽包給水管道接頭處加特殊保護套管，使汽包壁不與進水管道直接接觸，而是間隔著一層蒸汽或者爐水，以消除溫度巨變。第20頁,共25頁，2024年2月25日，星期天應力腐蝕開裂原理：應力腐蝕開裂是鋼在應力和侵蝕性介質的作用下發(fā)生的腐蝕損壞。部位：鍋爐在制造、安裝或檢修過程，過熱器，再熱器的管道經(jīng)焊接或彎管工藝后，管材內部可能有殘余應力。防止：在制造、安裝和檢修時，要盡可能的消除鋼材的內應力。鍋爐化學清洗時，要避免CL-、OH-、進入或殘留。第21頁,共25頁，2024年2月25日，星期天苛脆性腐蝕定義：鍋爐金屬的一種特殊腐蝕方式，主要因素是水中苛性鈉使受腐蝕金屬發(fā)生脆化，故稱苛性脆化。原理：一種特殊電化學，由于晶粒與晶粒的邊緣在高應力下發(fā)生電位差，形成腐蝕微電池而導致的。腐蝕特征：可脆性化常發(fā)生與汽包柳釘口處發(fā)生脆化裂紋。有的柳釘圣至斷裂?？纱嘈曰某跗诓灰装l(fā)現(xiàn)，因為不會形成潰瘍點。也不會使金屬變薄。第22頁,共25頁，2024年2月25日，星期天目前，300MW機組的鍋爐，從燃燒方式上講，有直流燃燒器四角切圓燃燒方式、旋流燃燒器水平燃燒方式和拱頂燃燒器W型火焰燃燒方式，對于不同燃燒方式的鍋爐爐內水冷壁高溫腐蝕的部位是不同的。直流四角切圓燃燒方式的燃燒器，其特點是爐內火焰形成大旋渦作旋轉上升運動，一次風射流受上游旋轉氣流擠壓，爐內切圓增大。當燃燒器的高寬比加大時，熱態(tài)切圓增大，煤粉火焰容易沖刷墻壁，導致水冷壁高溫腐蝕。水冷壁的腐蝕部位大致是：沿一次風氣流流向，在爐膛中心線附近及下游的水冷壁壁面。二次風支撐一次風氣流，并在爐壁附近形成氧化性氣氛；在注重著火、穩(wěn)燃的同時，注意截面熱負荷的選取，以防止爐膛結渣和積灰，而加速高溫腐蝕的過程。為此，應適當加大爐膛的截面積，加大噴燃器的高寬比，以便燃燒器區(qū)域的溫度較為平緩。三、鍋爐的高溫腐蝕及其防止第23頁,共25頁，2024年2月25日，星期天高溫腐蝕機理多年的研究表明,大型鍋爐水冷壁高溫腐蝕大多屬于硫化物型高溫腐蝕。腐蝕過程如下:①黃鐵礦粉末隨未燃燼煤粉到達水冷壁附近受熱分解釋放出自由原子硫及硫化亞鐵:FeS2→FeS+[S]當水冷壁管附近有一定濃度的H2S和SO2時,生成自由原子硫:2H2S+SO2→2H2O+3[S]②在還原性氣氛中,單獨的原子硫在管壁溫度達到623K時,發(fā)生硫化作用:Fe+[S]→FeS③H2還可以通過疏松的Fe2O3,與較致密的磁性氧化鐵層Fe3O4(即Fe2O3-FeO)中復合的FeO作用:FeO+H2S→FeS+H2O④硫化亞鐵FeS緩慢氧化而生成黑色的磁性氧化鐵:3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2從以上高溫腐蝕機理可知:水冷壁高溫腐蝕的宏觀原因是入爐煤硫含量高、高溫區(qū)形成局部還原第24頁,共25頁，2024年2月25日，星期天防止高溫腐蝕的措施

1調整燃燒并控制煤粉細度

調整燃燒器,避免火焰對側墻的直接沖撞,加強一次風煤粉氣流的調整,盡可能使各燃燒器煤粉流量相等,保證燃燒器出口氣流的煤粉濃度均勻分布;在磨煤機出口加裝動靜分離器,控制煤粉細度,減少腐蝕發(fā)生的概率,以降低腐蝕和磨損。