第十六章 結(jié)渣和高溫積灰及高溫腐蝕.ppt

1、1,第十六章 結(jié)渣和高溫積灰及高溫腐蝕,2,受熱面的灰污或灰沉積：飛灰在爐內(nèi)因各種化學(xué)反應(yīng)或物理力的作用而沉積在受熱面上。 結(jié)渣：一般是指在接受爐膛輻射的受熱面上形成的熔融、半熔融、或固態(tài)沉積物。 積灰：發(fā)生在對(duì)流受熱面上的灰沉積 高溫積灰（高溫粘結(jié)性積灰）：常發(fā)生在煙溫高于700800的對(duì)流受熱面（高過(guò)、高再等）上 中低溫積灰（松散性積灰）：發(fā)生在煙氣溫度處于600700以下，約250300以上的受熱面區(qū)域 ，如省煤器。 低溫受熱面積灰（空氣預(yù)熱器積灰）,第一節(jié) 煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕,3,煙氣側(cè)腐蝕：鍋爐煙氣中污染性氣體或受熱面沉積物與受熱面金屬的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的受熱面損壞。 水冷壁高溫

2、腐蝕（硫化物和氯化物） 高溫對(duì)流受熱面腐蝕（煤灰腐蝕） 低溫受熱面腐蝕（低溫酸腐蝕） 高溫氧化性腐蝕（蒸汽側(cè)的蒸汽氧化）,第一節(jié) 煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕,4,煤中的礦物質(zhì)及其成灰 煤中的礦物質(zhì) 粘土礦物和頁(yè)巖等鋁硅酸鹽類(lèi)礦物，如高嶺石； 硫化物，如黃鐵礦、白鐵礦（FeS2）； 石英/硅酸鹽，如石英、長(zhǎng)石等； 碳酸鹽，如方解石、白云石、菱鐵礦； 硫酸鹽； 其它礦物質(zhì)（如氯化物、氧化物等）；等 煤中礦物質(zhì)種類(lèi)多，分布嚴(yán)重不均勻，測(cè)量困難。,第二節(jié) 燃煤礦物質(zhì)成分的化學(xué)物理特性,5,第二節(jié) 燃煤礦物質(zhì)成分的化學(xué)物理特性,成灰過(guò)程和煤灰成分 成灰過(guò)程：煤中礦物質(zhì)在爐內(nèi)燃燒過(guò)程中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理、化學(xué)

3、過(guò)程轉(zhuǎn)變成煤灰（飛灰和爐渣）。 煤灰的主要化學(xué)成分：硅酸鹽(大多為非晶態(tài)的玻璃體)、氧化物、硫酸鹽和少量其它化合物的混合物。 煤灰的化學(xué)組成以氧化物的百分含量表示： 酸性氧化物：SiO2、Al2O3、TiO2 堿性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O 煤灰化學(xué)組成分析時(shí)一般還包括SO3 堿酸比：,6,煤灰的熔融特性：DT，ST，HT，F(xiàn)T SiO2影響復(fù)雜，一般SiO2/Al2O3高則灰熔點(diǎn)低 Al2O3增加，灰熔點(diǎn)增加 Fe2O3增加，灰熔點(diǎn)降低 CaO在一定范圍內(nèi)增加，灰熔點(diǎn)降低，隨后增加 其它堿性成分增加，灰熔點(diǎn)降低 煤灰成分之間會(huì)生成低熔點(diǎn)共熔體。,第二節(jié) 燃煤礦物質(zhì)成

4、分的化學(xué)物理特性,7,一、黃鐵礦FeS2和結(jié)渣 煤中鐵：90以上以亞鐵（Fe2）的形式存在的，并以黃鐵礦（硫鐵礦）FeS2居多，少量以菱鐵礦FeCO3、硫酸鹽、含鐵粘土等形式出現(xiàn)，只有不到10是以正鐵（Fe3）的形式存在。 FeS2的轉(zhuǎn)化 氧氣充足（氧化性氣氛）下，迅速分解氧化成鐵氧化物和SO2 氧氣不足（還原性氣氛）時(shí)，分解成磁黃鐵礦再緩慢氧化形成FeS-FeO共熔體，熔點(diǎn)低而易導(dǎo)致結(jié)渣。鐵氧化物（FeO）會(huì)與灰中其它成分如CaO、SiO2等生成低熔點(diǎn)共熔體，也有利于結(jié)渣。 FeS2的影響 FeS2易導(dǎo)致結(jié)渣（密度大、中間產(chǎn)物熔點(diǎn)低） FeS2反應(yīng)產(chǎn)物：還原性氣氛下H2S、S導(dǎo)致水冷壁腐蝕；

5、SO2影響高溫積灰和腐蝕；SO3導(dǎo)致低溫腐蝕。 灰中的Fe：Fe2O3增加，灰熔點(diǎn)降低，并顯著受氣氛影響。,第三節(jié) 影響高溫受熱面灰污染的幾個(gè)主要化學(xué)反應(yīng),8,二、堿金屬反應(yīng)和高溫積灰 煤中堿金屬（主要是Na及K）的含量不多，但對(duì)結(jié)渣和高溫對(duì)流受熱面積灰有重要影響。 煤中堿金屬在火焰中揮發(fā)，通過(guò)爐內(nèi)煙氣中反應(yīng)主要以氣態(tài)M2O、MOH、MCl、M2SO4等形式存在，煙溫低時(shí)以M2SO4較穩(wěn)定。 煙溫降低或接觸到受熱面、灰顆粒時(shí)，上述成分凝結(jié)，并可與SO2、SO3反應(yīng)轉(zhuǎn)化成M2SO4。 因M2SO4熔點(diǎn)低，在受熱面上易燒結(jié)，引起高溫積灰及腐蝕；在飛灰表面增加顆粒表面粘性，也有利于積灰。 三、SiO

6、2的反應(yīng),第三節(jié) 影響高溫受熱面灰污染的幾個(gè)主要化學(xué)反應(yīng),9,一、水冷壁結(jié)渣 1. 結(jié)渣過(guò)程 水冷壁結(jié)渣是由熔融或半熔融顆粒撞擊到管壁或管壁上原積有粘性灰所引起。 結(jié)渣形成過(guò)程是，首先在水冷壁表面應(yīng)存在粘性的沉積物，然后通過(guò)壁溫的提高和粘附捕捉，以及反復(fù)的理化作用，則會(huì)形成厚而硬的結(jié)渣，外層灰渣甚至處于熔化和流動(dòng)狀態(tài)。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,10,2. 結(jié)渣危害 影響傳熱，爐膛水冷壁吸熱量減少，降低鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性； 導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫升高和過(guò)、再熱汽溫超溫，為了維持汽溫，需要降低負(fù)荷； 燃燒器噴口結(jié)渣影響流動(dòng)狀態(tài)和爐內(nèi)燃燒狀況； 給水循環(huán)的安全性和水冷壁的熱偏差帶來(lái)不利影響，也導(dǎo)致高

7、溫對(duì)流受熱面吸熱不均； 掉渣會(huì)砸壞冷灰斗，影響鍋爐的安全運(yùn)行。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,11,3. 影響結(jié)渣的主要因素 煤灰成分和組成 煤灰中低熔點(diǎn)成分的含量 爐膛的設(shè)計(jì)特性（爐內(nèi)溫度水平和熱負(fù)荷） qV，爐內(nèi)燃燒溫度高，易結(jié)渣； qA，燃燒器區(qū)域易結(jié)渣，qA，爐膛出口易結(jié)渣； qB，燃燒器區(qū)域溫度高，易結(jié)渣 爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性 火焰中心偏斜、火焰貼墻或沖墻 燃燒器風(fēng)粉分配不均 水冷壁附近的局部還原性氣氛 鍋爐運(yùn)行負(fù)荷：負(fù)荷高時(shí)易結(jié)渣。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,12,4. 結(jié)渣預(yù)測(cè)（我國(guó)常用指數(shù)） 灰熔點(diǎn)（ST） ST 1350C，結(jié)渣傾向輕微。 堿酸比：B/A B/A 0.

8、4，結(jié)渣傾向嚴(yán)重； B/A = 0.206-0.4，結(jié)渣傾向中等； B/A 2.6，結(jié)渣傾向嚴(yán)重； Rs = 2.0-2.6，結(jié)渣傾向強(qiáng)； Rs = 0.6-2.0，結(jié)渣傾向中等 Rs 0.6，結(jié)渣傾向輕微,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,13,5. 防止結(jié)渣的運(yùn)行措施 燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種的匹配 燃燒調(diào)整：降低爐內(nèi)的最高溫度水平和改善爐內(nèi)的燃燒氣氛以防止還原性氣氛（特別是在水冷壁附近）的出現(xiàn) 吹灰和優(yōu)化吹灰,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,14,二、水冷壁高溫腐蝕 1. 硫化物型腐蝕 煤中硫（FeS2和有機(jī)硫）在火焰中還原性氣氛下反應(yīng)生成S和H2S； 硫及H2S與受熱面的氧化層、受熱面金屬

9、反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕。 FeO+H2SFeS+H2O Fe + S FeS,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,15,二、水冷壁高溫腐蝕 2. 氯化物型腐蝕 煤中氯在煙氣中揮發(fā)，在火焰中或受熱面生成HCl； HCl與受熱面的氧化層、受熱面金屬反應(yīng)(在400-600C時(shí)反應(yīng)最活躍)導(dǎo)致腐蝕 FeO+HClFeCl2+H2O Fe + 2HClFeCl2+H2 Fe3C + HCl 3FeCl2 + H2 +C,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,16,水冷壁高溫腐蝕影響因素 燃料性質(zhì)（特別是燃煤的含硫量、含氯量等）； 爐內(nèi)燃燒的氣氛特別是水冷壁壁面附近的氣氛； 空氣動(dòng)力場(chǎng)和燃燒工況； 水冷壁溫度。 防止措施

10、 控制管壁溫度； 控制燃燒氣氛特別是水冷壁壁面附近的氣氛； 合理組織爐內(nèi)燃燒工況，防止水冷壁結(jié)渣、火焰中心偏斜或沖、刷墻等可能引起熱偏差的現(xiàn)象發(fā)生； 保證水動(dòng)力的穩(wěn)定以避免傳熱惡化的出現(xiàn)。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,17,一、高溫積灰 是指布置在爐膛上部和水平煙道中的屏式和對(duì)流式過(guò)熱器或再熱器受熱面上的沾污 通常發(fā)生在受熱面的迎風(fēng)面，屬高溫?zé)Y(jié)性積灰，煙溫為7001100，是由沉積的灰粒經(jīng)化學(xué)反應(yīng)和積灰層燒結(jié)而形成的。 熔融積灰層會(huì)被高溫?zé)Y(jié)，形成有較高機(jī)械強(qiáng)度的密實(shí)積灰層。一旦燒結(jié)，難以吹灰清除。,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,18,堿金屬化合物型積灰 煤中堿金屬在火焰中揮發(fā)

11、堿金屬化合物在煙氣中或受熱面上生成硫酸鹽 MCl/MOH/MCl + SO2 + O2 M2SO4 堿金屬硫酸鹽熔點(diǎn)低（Na2SO4為884C， K2SO4為1069C ），易凝結(jié)而沉積在高溫對(duì)流受熱面上，并易燒結(jié)。 在受熱面上易生成復(fù)合硫酸鹽，復(fù)合硫酸鹽在500800范圍內(nèi)呈熔融狀，會(huì)粘結(jié)飛灰并繼續(xù)形成粘結(jié)物，使灰層迅速增厚。 鈣化物型積灰 高氯或高鈣煤 沉積物中鈣含量高，主要為硫酸鹽 堿金屬硫酸鹽的初始沉積也起關(guān)鍵作用。,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,19,積灰特性的預(yù)測(cè) 煙煤型灰（Fe2O3CaO+MgO） 積灰綜合指數(shù) RF 0.2，沾污傾向輕微 RF 0.2-0.5，沾污傾向中

12、等 RF 0.5-1.0 ，沾污傾向重 RF 1.0，沾污嚴(yán)重 褐煤型灰（Fe2O3CaO+MgO, CaO+MgO20%） 積灰綜合指數(shù) RF 0.5%，沾污傾向輕微 RF 0.5-1.0%，沾污傾向中等 RF 1.0-1.5 ，沾污傾向重 RF 1.5，沾污傾向嚴(yán)重,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,20,高溫積灰及其嚴(yán)重程度的影響因素 煤中灰分的成分和含量 灰中堿性成分（主要是a2O以及K2O） 鍋爐的設(shè)計(jì) 燃料燃燒方式 運(yùn)行條件,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,21,二、高溫對(duì)流受熱面的煤灰腐蝕 高溫腐蝕和高溫粘結(jié)性積灰緊密相連 第一步：管壁上因堿金屬成分的凝結(jié)形成極細(xì)灰粒沾污層

13、； 第二步：冷凝的Na2O等與SO3作用形成Na2SO4 ； Na2SO4有粘性，呈淡白色，熔點(diǎn)低，會(huì)進(jìn)一步吸收SO3 ，并與Fe2O3 、Al2O3等作用生成具有腐蝕性的復(fù)合硫酸鹽； 第三步：隨著 硫酸鹽沉積量的增多，熱阻加大，表面溫度升高至硫酸鹽熔點(diǎn)時(shí)，管壁上金屬氧化膜Fe2O3保護(hù)層會(huì)被溶解破壞。 第四步：復(fù)合硫酸鹽會(huì)與鐵反應(yīng)， 形成Na2Fe(SO4)3循環(huán)作用使腐蝕不斷進(jìn)行。,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,22,一、高溫對(duì)流受熱面的煤灰腐蝕 復(fù)合硫酸鹽的熔點(diǎn)很低，且復(fù)合硫酸鹽具有由高溫處向低溫壁面移聚的能力，從而使腐蝕過(guò)程繼續(xù)下去和增強(qiáng)。金屬壁溫在650700時(shí)腐蝕速度達(dá)到最嚴(yán)

14、重。 Na3Fe(SO4)3 熔點(diǎn)624 K3Fe(SO4)3 熔點(diǎn)618 高溫積灰和腐蝕如圖所示,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,23,高溫對(duì)流受熱面煤灰腐蝕的影響因素 煤中含硫和煤灰含堿 金屬材質(zhì)和壁面溫度 受熱面布置區(qū)域的煙氣溫度,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,24,高溫積灰和腐蝕的防止措施 控制管壁溫度 采用低氧燃燒技術(shù) 選擇合理的爐膛出口煙溫 定時(shí)對(duì)過(guò)熱器和再熱器進(jìn)行吹灰，清除含有堿金屬氧化物和復(fù)合硫酸鹽的灰污層，阻止高溫腐蝕的發(fā)生。 合理組織燃燒，改善爐內(nèi)空氣動(dòng)力及燃燒工況， 防止水冷壁結(jié)渣、火焰中心偏斜或后移等可能引起熱偏差的現(xiàn)象發(fā)生，減少過(guò)熱器與再熱器的沾污結(jié)渣； 采

15、用順列管排，加大管間節(jié)距。,第五節(jié) 高溫對(duì)流受熱面的積灰和腐蝕,25,一、蒸汽側(cè)高溫氧化現(xiàn)象 因高溫水蒸汽中的結(jié)合氧與受熱面金屬發(fā)生的氧化反應(yīng)，就稱(chēng)之為蒸汽側(cè)高溫氧化。 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 高參數(shù)（超臨界以上）機(jī)組中常見(jiàn)。 二、蒸汽側(cè)金屬氧化膜的特點(diǎn) 金屬氧化膜的生長(zhǎng)速率主要與金屬的溫度、材料特性及其接觸高溫蒸汽的時(shí)間有關(guān)。 不同金屬材料在同樣的溫度下，蒸汽側(cè)氧化膜的生長(zhǎng)速率是不同的。,第六節(jié) 對(duì)流受熱面的蒸汽側(cè)氧化,26,三、蒸汽側(cè)高溫氧化的影響 蒸汽側(cè)金屬氧化膜有利于防止蒸汽側(cè)氧化腐蝕，但也影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 1. 減小金屬部件的有效承載厚度 。 2.

16、 使受熱面金屬溫度升高。 3. 氧化膜的脫落 四、蒸汽側(cè)氧化膜危害的防止措施 1. 減緩氧化膜的生成速度 （提高金屬的抗氧化能力） 2. 防止氧化膜的脫落（控制啟、停和變負(fù)荷時(shí)的升溫或降溫速率。）,第六節(jié) 對(duì)流受熱面的蒸汽側(cè)氧化,27,1. 鍋爐受熱面灰污的類(lèi)型和特點(diǎn)。 2. 鍋爐受熱面煙氣側(cè)的腐蝕類(lèi)型及其特點(diǎn)。 3. 燃料的灰成分及其對(duì)灰熔融特性的影響。 4. 煤粉燃燒過(guò)程中黃鐵礦（FeS2）的主要反應(yīng)、氣氛影響和結(jié)渣。 5. 煤中堿金屬成分爐內(nèi)轉(zhuǎn)化和積灰。 6. 爐膛水冷壁結(jié)渣過(guò)程及其影響因素以及預(yù)防措施。 7. 水冷壁高溫腐蝕機(jī)理及其影響因素以及預(yù)防措施。 8. 高溫對(duì)流受熱面積灰機(jī)理及主要影響因素以及預(yù)防措施。 9. 高溫對(duì)流受熱面煤灰腐蝕機(jī)理及其影響因素以及預(yù)防措施。 10. 高溫對(duì)流受熱面水蒸汽氧化的機(jī)理及其影響因素以及應(yīng)對(duì)措施。,本章小結(jié),28,鍋爐的灰沉積：結(jié)渣和積灰,29,水冷