锅炉结垢和腐蚀对锅炉

锅炉结垢和腐蚀对锅炉一、水垢和水渣二、汽水系统的腐蚀及其防止三、锅炉的高温腐蚀及其防止四、300MW锅炉停炉保养第2页,共25页，2024年2月25日，星期天一、水垢和水渣如果水质不良，运行一段时间后，在热力设备中受热面水侧金属表面上生成的固态附着物叫做水垢。另外，在炉水中，还可能析出一些固体物质，这些固体物质有的以悬浮状态存在于水中，也有的以泥渣状态沉积在热力设备水流流动滞缓的各个部位。这些呈悬浮状态或沉渣状态的物质叫水渣。

第3页,共25页，2024年2月25日，星期天水垢的特性水垢的化学组成一般比较复杂，它是由多种化合物混合组成的。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学成分分为：钙镁水垢、硅酸盐水垢、氧化铁垢和铜垢。第4页,共25页，2024年2月25日，星期天水垢的危害水垢的导热性很差，其导热系数要比锅炉钢板的导热系数小几十倍至数百倍，所以锅炉结垢后就会严重阻碍传热并引起下列危害：浪费燃料，降低出力堵塞管道，破坏水循环引起垢下腐蚀，缩短锅炉寿命。受热面结生水垢后，金属的热量由于受水垢的阻碍而难于传热给锅水，致使金属壁温急剧升高，当温度超过了金属所能承受的允许温度时，金属强度显著降低，从而导致金属过热变形，严重时将造成鼓包、裂缝，甚至爆管等事故。另外，锅炉结垢后，将增加清洗和维修的时间、费用及工作量等，影响生产，减小锅炉的有效利用率，降低经济性。第5页,共25页，2024年2月25日，星期天水渣的特性形成水渣的主要化学物质有：碳酸钙；氢氧化镁；碱碱式碳酸镁；磷酸酶；碱式磷灰石；蛇纹石；金属腐蚀产物；水渣还可能含有随给水带入锅炉的某些悬浮物。水渣按期性质可分为两类：不会粘附在受热面上的水渣。这类水渣较松软，常悬浮在炉水中，易随锅炉排污排除掉。如碱式磷酸钙、蛇纹石等，这种水渣对锅炉危害较小。易粘附在受热面上转化成水垢的水渣。这类水渣易粘附在受热面管内壁上，特别是在水流缓慢或停滞的地方，经高温烘焙后，会转化为水垢（称为二次水垢），如磷酸镁和氢氧化镁等。这类水渣危害较大，应极力避免。第6页,共25页，2024年2月25日，星期天二、汽水系统的腐蚀及其防止锅炉运行时，炉内水汽的压力和温度比较高，导致炉管管壁温度很高，设备各部分应力很大，同时由于给水中杂质在炉内发生浓缩和析出，在炉内常积集有沉积物，这些因素都会促进腐蚀，并使腐蚀复杂化。所以，尽管进入锅炉的水都是经过除氧的，炉水的PH值也比较高，但依然会发生腐蚀。如果炉水汽水系统发生严重的腐蚀，由于炉内高温高压，就容易导致爆管事故。所以，防止炉汽水系统的腐蚀是一个很重要的问题。第7页,共25页，2024年2月25日，星期天氧腐蚀沉积物下腐蚀水蒸汽腐蚀应力腐蚀第8页,共25页，2024年2月25日，星期天氧腐蚀正常情况下，不会有大气侵入炉内，即使给水中带有微量的氧，在省煤器中就消耗完了，所以，炉内不会发生氧腐蚀。如果发生下列情况，就有可能发生腐蚀。1、除氧器运行不正常除氧器运行不当，就有可能使溶氧带入锅炉内。比如除氧器负荷变动过大，间断性向除氧器中添加大量补给水等。而且有时还可能发生因溶氧的测定不正确或者测定是间断的，以致在运行记录中还没有发现除氧器运行不正常，而腐蚀已经很严重。给水含氧量不是很大时，腐蚀首先发生在省煤器进口端，然后可能延伸到中部和尾部，只至锅炉下降管。第9页,共25页，2024年2月25日，星期天

2、锅炉在基建和停运期间无防护措施基建期间的氧腐蚀，腐蚀产物可以在酸洗过程中清除。停运期间的氧腐蚀，通常分布在整个水汽系统，特别是积水放不掉的部分。这和运行中发生的氧腐蚀有所不同。第10页,共25页，2024年2月25日，星期天沉积物下腐蚀（1）：原理当锅炉内表面附着水垢和水渣时，在下面会发生严重的沉积物下腐蚀，是目前高压锅炉内常见的一种腐蚀。在正常的运行条件下，炉内金属表面覆盖一层氧化铁薄膜，这是金属表面在高温炉水中形成的，其反应式如下：3Fe+4H2O约>300Fe3O4+4H2形成的Fe3O4膜是致密的，具有良好的保护性能。如果Fe3O4遭到了腐蚀，金属表面就会暴露在温度很高的炉水中，非常容易遭到腐蚀。促使Fe3O4保护膜破坏的一个最重要因素就是炉水中的pH值不合格。第11页,共25页，2024年2月25日，星期天当pH值在10-12时腐蚀速度最小，pH值过低或过高都会使腐蚀速度加快。在低pH值（pH<8）下,腐蚀加快的原因是氢离子起到了去极化试剂的作用，而且此时反应产物都是可溶的，不易形成保护膜。在高pH值（pH>13）下,腐蚀加快的原因是金属表面的Fe3O4保护膜溶于溶液而遭到破坏。

Fe3O4

+4NaOH→2NaFeO2+2NaFeO2+H2O另一方面，铁和NaOH直接反应：Fe+2NaOH→Na2FeO2+2H2亚铁酸钠在pH溶液中是可溶的，所以，当在高pH值pH>13后，随pH值增高，腐蚀速度增大。第12页,共25页，2024年2月25日，星期天一般运行条件下，炉水pH值常保持在9-11之间，锅炉金属表面膜是稳定的，不会发生腐蚀。第13页,共25页，2024年2月25日，星期天沉积物下腐蚀（2）：不良运行条件发生沉积物下腐蚀的必要条件是炉管上有沉积物和炉水有侵蚀性。运行中造成这些条件的工况有;结垢物质带入炉内。给水中铁腐蚀产物沉积在炉管管壁向火侧，是引起炉内沉积物下腐蚀的一重要因素。凝汽器泄露。因凝汽器泄露随冷却水进入的碳酸氢盐，会使炉水中产生游离NaOH,引起沉积物下碱性腐蚀。冷却水中含有大量的MgCl2、CaCl2时，容易引起脆性腐蚀。补给水水质不良。第14页,共25页，2024年2月25日，星期天沉积物下腐蚀（3）：防止要防止沉积物下腐蚀，除防止炉管上形成沉积物外，还应该消除炉水侵蚀性。措施如下;新装锅炉投入运行前，应进行化学清洗；锅炉运行后定期清洗，以除去沉积在金属管壁上的腐蚀产物。提高给水质量，防止给水系统腐蚀。防止凝汽器泄露。调节炉水水质，消除或减少炉水侵蚀性。做好锅炉停用保护工作，防止停用腐蚀，以免炉管金属表面上附着产物。第15页,共25页，2024年2月25日，星期天水蒸气腐蚀（1）：原理当过热蒸汽温度高达450℃时（过热蒸汽管管壁温度约为500℃）就要和碳钢发生反应；在450℃-570℃之间时，它们的反应生成物为Fe3O4：Fe+4H2O→Fe3O4+4H2当温度达到570℃以上时，反应生成物为氧化铁Fe+H2O→FeO+H22FeO+H2O→Fe2O3+H2这两种反应都是化学反应，所引起的腐蚀都是化学腐蚀。当产生这种腐蚀时，管壁均匀的变薄，腐蚀产物常常成粉末状或鳞片状，多为Fe3O4。第16页,共25页，2024年2月25日，星期天水蒸气腐蚀（2）：部位在锅炉内，发生汽水腐蚀的部位，一般在以下两处：汽水停滞部分。当锅炉有水平或倾斜度较小管段，以致水循环不畅，发生汽塞或汽水分层时，就可能因为蒸汽过热而产生汽水腐蚀。过热器中。过热蒸汽温度一般在450℃-570℃范围内。正常情况下，过热蒸汽管壁上会形成一层黑色的保护膜防止腐蚀。如果运行中过热器热负荷和温度波动很大，使保护膜遭到破坏，那么过热器管壁就会遭受严重的汽水腐蚀。第17页,共25页，2024年2月25日，星期天水蒸气腐蚀（3）：防止防止方法：消除锅炉中倾斜度较小管段，以保证正常的汽水循环;对于过热器，应采用特种钢材制作。因为超高压和亚临界锅炉的过热蒸汽温度已达到550℃以上，不论是在机械性能方面或耐腐蚀性能方面普通的碳钢都不能承受，必须用其他材料，如耐热的奥氏不锈钢。第18页,共25页，2024年2月25日，星期天应力腐蚀当金属除了受某些侵蚀性介质的作用外，同时还受机械应力的作用时，它会发生裂纹损坏，这是一种特殊的腐蚀现象，称为应力腐蚀。锅炉金属的应力腐蚀有：腐蚀疲劳应力腐蚀开裂苛性脆化第19页,共25页，2024年2月25日，星期天腐蚀疲劳原理：属于金属在交变应力作用下的一种应力腐蚀。所产生的裂纹，有穿晶的、有是晶间的，或兼而有之。部位：在锅炉汽包的管道结合处，如给水管接头处、磷酸盐加药管道、定期排污管与下联箱结合处。钢表面干湿交替，管道中汽水混合物流速时快时慢等会产生交变应力的情况，也会很快发生裂纹腐蚀。防止：可从消除应力入手，如在汽包给水管道接头处加特殊保护套管，使汽包壁不与进水管道直接接触，而是间隔着一层蒸汽或者炉水，以消除温度巨变。第20页,共25页，2024年2月25日，星期天应力腐蚀开裂原理：应力腐蚀开裂是钢在应力和侵蚀性介质的作用下发生的腐蚀损坏。部位：锅炉在制造、安装或检修过程，过热器，再热器的管道经焊接或弯管工艺后，管材内部可能有残余应力。防止：在制造、安装和检修时，要尽可能的消除钢材的内应力。锅炉化学清洗时，要避免CL-、OH-、进入或残留。第21页,共25页，2024年2月25日，星期天苛脆性腐蚀定义：锅炉金属的一种特殊腐蚀方式，主要因素是水中苛性钠使受腐蚀金属发生脆化，故称苛性脆化。原理：一种特殊电化学，由于晶粒与晶粒的边缘在高应力下发生电位差，形成腐蚀微电池而导致的。腐蚀特征：可脆性化常发生与汽包柳钉口处发生脆化裂纹。有的柳钉圣至断裂。可脆性化的初期不易发现，因为不会形成溃疡点。也不会使金属变薄。第22页,共25页，2024年2月25日，星期天目前，300MW机组的锅炉，从燃烧方式上讲，有直流燃烧器四角切圆燃烧方式、旋流燃烧器水平燃烧方式和拱顶燃烧器W型火焰燃烧方式，对于不同燃烧方式的锅炉炉内水冷壁高温腐蚀的部位是不同的。直流四角切圆燃烧方式的燃烧器，其特点是炉内火焰形成大旋涡作旋转上升运动，一次风射流受上游旋转气流挤压，炉内切圆增大。当燃烧器的高宽比加大时，热态切圆增大，煤粉火焰容易冲刷墙壁，导致水冷壁高温腐蚀。水冷壁的腐蚀部位大致是：沿一次风气流流向，在炉膛中心线附近及下游的水冷壁壁面。二次风支撑一次风气流，并在炉壁附近形成氧化性气氛；在注重着火、稳燃的同时，注意截面热负荷的选取，以防止炉膛结渣和积灰，而加速高温腐蚀的过程。为此，应适当加大炉膛的截面积，加大喷燃器的高宽比，以便燃烧器区域的温度较为平缓。三、锅炉的高温腐蚀及其防止第23页,共25页，2024年2月25日，星期天高温腐蚀机理多年的研究表明,大型锅炉水冷壁高温腐蚀大多属于硫化物型高温腐蚀。腐蚀过程如下:①黄铁矿粉末随未燃烬煤粉到达水冷壁附近受热分解释放出自由原子硫及硫化亚铁:FeS2→FeS+[S]当水冷壁管附近有一定浓度的H2S和SO2时,生成自由原子硫:2H2S+SO2→2H2O+3[S]②在还原性气氛中,单独的原子硫在管壁温度达到623K时,发生硫化作用:Fe+[S]→FeS③H2还可以通过疏松的Fe2O3,与较致密的磁性氧化铁层Fe3O4(即Fe2O3-FeO)中复合的FeO作用:FeO+H2S→FeS+H2O④硫化亚铁FeS缓慢氧化而生成黑色的磁性氧化铁:3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2从以上高温腐蚀机理可知:水冷壁高温腐蚀的宏观原因是入炉煤硫含量高、高温区形成局部还原第24页,共25页，2024年2月25日，星期天防止高温腐蚀的措施

1调整燃烧并控制煤粉细度

调整燃烧器,避免火焰对侧墙的直接冲撞,加强一次风煤粉气流的调整,尽可能使各燃烧器煤粉流量相等,保证燃烧器出口气流的煤粉浓度均匀分布;在磨煤机出口加装动静分离器,控制煤粉细度,减少腐蚀发生的概率,以降低腐蚀和磨损。