锅炉原理》课件-第7章锅炉受热面烟侧运行问题.ppt

积灰与结渣受热面的磨损受热面的腐蚀 第七章锅炉受热面烟侧运行问题 积灰与结渣 积灰 灰沉积物的温度已低于灰熔点时在受热面上出现的积聚现象 多发生在锅炉的对流受热面上 如过热器 省煤器 空预器等 结渣 熔融态灰沉积物在受热面管壁上出现的积聚现象 主要由烟气中夹带的熔化的灰粒碰撞在炉膛 水冷壁管上被冷却凝固而形成 多发生在炉内辐射受热面上 如水冷壁 屏式过热器等 1水冷壁的结渣1 水冷壁结渣的危害 降低炉内水冷壁的吸热能力 炉温升高 导致水冷壁高温腐蚀 燃料消耗量增加 使炉膛出口烟温提高 可能导致过热器超温 同时锅炉排烟温度升高 降低锅炉运行经济性 局部结渣影响水冷壁吸热均匀性 并导致高温对流受热面吸热不均 管间热偏差增大 严重结渣可能造成冷灰斗出渣不畅 大焦块脱落可能压灭炉膛火焰 导致熄火 甚至砸坏冷灰斗及水冷壁管 对锅炉安全运行构成重大危害 2 结渣机理 在炉内燃烧的高温状态下 煤灰中大部分成分处于熔融态 具有很强的粘结能力 当接触到温度较低的受热面管壁时 就会发生凝固并牢牢的粘结在管子表面 随着粘结灰层的积聚 灰层厚度增加 其表面温度也不断升高 灰渣层表面也成为熔融态 并不断捕获未熔融煤灰 形成很大的焦块 结渣是自动加剧的过程 3 影响因素 炉内温度 炉内温度 熔融态灰分 结渣可能性越大 炉内温度分布不均 靠近水冷壁附近的局部区域温度过高 也会导致水冷壁结渣 热负荷 qA和qB越大 燃烧器区域放热量越大 温度越高 易产生结渣 炉内气氛 还原性气氛下灰熔点降低 更易结渣 炉内流场 正常情况下灰粒应不会直接碰撞水冷壁 当炉内空气动力场不良时 如切圆直径过大 旋流燃烧器热负荷不均 煤粉气流离析等 都会导致气流贴壁或冲墙 促使灰粒碰撞水冷壁 结渣可能性变大 灰熔点和灰分组成 灰熔点 结渣可能性越大 碱性氧化物可降低灰熔点 卫燃带影响 卫燃带将水冷壁与火焰隔开 使水冷壁吸热减少 卫燃带壁面温度较高 易发生严重结渣 因此对敷设卫燃带的锅炉 切圆可选择偏小一点 4 防治措施 选择灰熔点较高的煤作为锅炉燃煤 减小结渣可能性 选择适当的炉膛热强度 避免锅炉超负荷运行 炉内温度过高 组织良好的流场 选择合适的切圆直径 避免火焰偏斜 贴壁冲墙 造成炉内局部温度过高 合理布置卫燃带 保持适当的过量空气系数 过剩空气量大 炉膛出口烟温升高 过剩空气量太小 燃烧不完全 造成还原性气氛使灰熔点温度降低 促使炉内结渣 采用适当的煤粉细度 提高煤粉的均匀度 加强运行监视 及时吹灰 清渣 2高温对流受热面的积灰高温对流烟道内布置的受热面易发生高温粘结性积灰 1 高温积灰的危害 受热面吸热能力 汽温 烟温 q2 gl 管排间阻力 烟速 传热变差 管间热偏差 引起高温对流受热面发生煤灰腐蚀 高温烟气腐蚀 2 高温积灰机理 高温对流烟道内烟温低于1100 不会发生结渣 煤灰中的碱金属在炉内高温状态下呈气态 接触到壁温600 左右的受热面管壁 碱金属发生凝结 再经高温烟气长时间的硫酸化烧结作用 形成强度很高且致密的白色硫酸盐积灰层 并进一步生成复合硫酸盐 3 防治措施 采用有效的吹灰装置 在锅炉开始正常运行时即投入吹灰装置 烟温越高 烧结时间越长 高温积灰层的强度越高 越难清除 因此要及时吹灰 正确设计和布置对流受热面 比如顺列布置比错列布置结灰减轻 管间横向节距大些结灰减轻 3尾部受热面的积灰1 低温积灰的危害 受热面吸热能力 排烟温度 q2 gl 堵塞烟道 流动阻力 送引风机电耗 锅炉出力 导致低温腐蚀 2 低温积灰机理 尾部受热面烟温低于600 700 烟气中碱金属蒸气的凝结已经结束 此时积灰可分为两种情况 松散性积灰 由于气流扰动使烟气中携带的一些灰粒沉积在受热面上 呈干松状易吹除 沉积在受热面上的主要是10 30 m的灰粒 小粒径灰粒与管壁接触时 依靠分子力吸附在管壁上 对流受热面管子上的积灰主要集中在管子的背风面 积灰程度与烟气中飞灰量关系不大 与烟气流速 飞灰粒度 受热面管束布置有关 烟速 飞灰越细 管束顺列布置 积灰 但烟速的选择还需要考虑飞灰磨损 低温粘结性积灰 由于烟气中的酸蒸汽和水蒸汽在低温金属壁面上凝结 并与管壁上的氧化膜或松散性积灰反应 形成酸性凝结灰 该过程自动加剧 同时伴随低温腐蚀 破坏尾部受热面 3 空预器的积灰 管式空预器的积灰 烟气在管内流动 在管子进出口处存在回流区 烟温高的进口热端回流区积灰为松散性积灰 烟温低的出口冷端出现低温粘结性积灰 回转式空预器的积灰 波纹板间间隙较小 烟气进口热端易被大灰块堵塞 如省煤器的泄漏会导致灰粒潮湿粘结成紧密的颗粒团 烟气出口冷端会出现低温粘结性积灰 但由于壁温比管式空预器高 积灰比管式轻 且烟气空气反向交替运动 松散性积灰不易过多沉积 管式空预器的堵灰会从边管逐渐向中间管发展 导致热空气温度过低 q2明显增加 锅炉正常工作受影响 受热面的飞灰磨损 流经受热面的烟气中含有大量飞灰 对于高温区受热面 飞灰硬度较小 且高温区的积灰具有粘性可吸收撞击颗粒的动能 因此飞灰磨损较轻 而对于烟温低于700 的尾部受热面 飞灰硬度较大 管壁积灰也不能吸收撞击动能 金属管壁易受飞灰颗粒撞击磨损 1 飞灰磨损的危害 飞灰磨损会导致受热面管壁变薄 强度下降 甚至产生泄漏 爆管 严重影响电网安全生产 2 飞灰磨损机理 具有一定硬度和速度的灰粒对管壁会产生冲击磨损 冲击磨损是冲刷磨损与撞击磨损的综合结果 引起磨损的主要是灰粒中的磨蚀成分石英和黄铁矿 受热面的磨损具有局部性质 即磨损不均 当灰粒与管子的迎风面撞击角为30 50 时 由于切向力和撞击力双重作用最大 磨损量最大 烟气在管外横向冲刷的管周界磨损特性 管子的排列不同 磨损情况也不同 烟气在管内纵向流动时 磨损比管外横向冲刷轻 磨损部位在管子进口段 因为这一段管内烟气流动尚不稳定 气流收缩和膨胀使得较多颗粒撞击到壁面上 烟气流向变化 气流转弯外侧磨损加剧 管束平行布置 管束垂直布置 3 飞灰磨损影响因素 烟气速度 磨损量与飞灰动能和飞灰撞击管壁的频率成正比 近似认为冲击磨损量正比于烟气速度3 3 管子排列方式 一般错列管束第二排磨损最严重 顺列管束第一排磨损最严重 沿管壁周界各处磨损量也不均匀 第一排以后的管子 错列时磨损集中在25 30 区域 顺列时磨损集中在60 左右 飞灰浓度 飞灰浓度高 单位时间撞击管壁的灰粒就多 磨损量增大 因此燃用高灰分煤受热面磨损严重 飞灰理化性质 飞灰中硬性物质多 灰粒粗大而有棱角 受热面磨损量增大 烟气走廊 烟气走廊内的烟速较高 磨损较严重 4 受热面防磨措施 合理选择烟气速度 控制烟气速度是减轻受热面磨损的最主要措施 设计烟速必须低于最大允许烟速 最大允许烟速是在对流受热面管子的规定使用期限内和在允许最小管壁剩余厚度的前提下 根据飞灰磨损条件确定的最大烟速 防止局部空间飞灰速度和浓度过高 为避免烟气在烟气走廊中的流动阻力过小 烟速过高 磨损加剧 可在间隙入口处加装节流装置以降低烟速 加装节流装置以降低烟速 减轻省煤器磨损的措施 1 均匀挡板2 水平挡板4 管子和联箱上的挡板6 防渣格栅 采用防磨装置 加装防磨装置可使受磨损的不是受热面管子 而是防磨保护部件 便于检修更换 a 在弯头部分加装集中防磨板b 为消除省煤器弯头和炉墙之间烟气走廊而装设的防磨阻流板c 在省煤器弯头加装弧形防磨罩d 在省煤器直段加装半圆形防磨罩e 在管束进口易磨损的前几排直管正面焊圆钢条f 易发生磨损的管排上焊角钢形防磨罩 省煤器的防磨装置 2 1 管式空预器的防磨装置 可在磨损最严重的进口段加装内部套管或外接短管 受热面的腐蚀 锅炉受热面的烟气侧常会发生腐蚀 腐蚀可分为高温腐蚀和低温腐蚀 高温腐蚀主要部件是水冷壁 过热器和再热器 低温腐蚀主要部件是空预器 高低温腐蚀都会对锅炉安全运行造成危害 1受热面的高温腐蚀在低温条件下 受热面管壁中的Fe发生缓慢的氧化反应生成致密且稳定的Fe2O3保护膜 可保护管壁免受进一步氧化 而氧化产物Fe3O4和FeO较疏松易脱落 1 高温腐蚀的机理 硫酸盐型腐蚀 多发生于过热器和再热器 燃煤中的碱金属氧化物Na2O K2O在高温下挥发为气态 气态M2O在温度较低的管壁上凝结 并与烟气中的SO3反应 形成碱金属硫酸盐M2SO4 M2SO4的熔点很低 以液态附着在管壁上 不断捕捉飞灰颗粒形成灰层 并发生反应生成复合硫酸盐 复合硫酸盐的熔点很低 在550 710 范围内呈液态流走 就破坏了管壁原有的Fe2O3保护层 因此硫酸盐型腐蚀多发生于过热器和再热器管上 硫化物型腐蚀 多发生于火焰冲刷的水冷壁上 当管壁周围呈还原性气氛 并有H2S存在时 发生如下反应 气态原子硫 S 会穿透氧化膜到达金属表面 并沿金属晶界渗透 促使内部金属硫化 同时使氧化膜疏松开裂直到脱落 而生成的FeS多孔疏松 不能对金属起保护作用 腐蚀会继续下去 受热面管壁温度越高 这种腐蚀越快 水冷壁的高温腐蚀多为硫化物型腐蚀 H2S气体腐蚀 当炉内燃烧过程组织不良 造成局部供氧不足时 会产生大量的H2S气体 H2S除能够促进硫化物型腐蚀外 还会对管壁产生直接腐蚀作用 SO2和SO3的腐蚀 可溶解管壁上的氧化保护膜 500 以下SO2对管子的腐蚀作用不明显 HCl气体腐蚀 燃料含氯会生成HCl 破坏氧化膜 2 高温腐蚀的影响因素 燃煤性质 燃煤中硫 碱金属元素含量 高温腐蚀 贫煤无烟煤着火燃烧困难 不易燃尽 在金属壁面附近形成还原性气氛 高温腐蚀 煤粉颗粒 不易燃尽 还原性气氛 高温腐蚀 颗粒大 磨损 破坏水冷壁管外的氧化保护膜 使烟气中腐蚀介质直接与管壁发生反应 火焰冲墙和还原性气氛 切圆直径过大或切圆偏移会造成燃烧器区域出现火焰冲墙和还原性气氛 a 火焰直接冲刷水冷壁会加剧高温腐蚀 原因 高温辐射热可加速硫酸盐的反应 加快腐蚀速度 火焰中含 有未燃尽碳粒 在水冷壁附近缺氧燃烧 产生还原性气氛 烟气中大颗粒冲刷水冷壁使氧化膜磨损 加速高温腐蚀过程 b 还原性气氛下硫化物型及硫化氢气体腐蚀加剧 游离态硫 S 和硫化物与金属管壁反应加剧 受热面管壁温度 水冷壁管壁温度350 以上就发生强烈的高温腐蚀 过热器和再热器管壁温度500 以上发生硫酸盐型高温腐蚀 温度 高温腐蚀 运行因素 运行不当会引起燃烧不稳定 产生还原性气氛或造成火焰冲墙 引发高温腐蚀 3 高温腐蚀的防治 加强燃料控制 尽量采用低硫低氯及碱金属元素含量少的煤 以减少受热面高温腐蚀 严格控制煤粉细度 保证炉内良好的空气动力场 保证炉内良好的空气动力场 火焰处于炉膛中心 保证切圆直径大小合适 采用优质材料制造金属受热面管 2受热面的低温腐蚀水露点与酸露点 水露点 水蒸气开始凝结的温度 纯净水蒸气的露点取决于它在烟气中的分压力 一般45 54 酸露点 烟气中硫酸蒸汽凝结的温度 140 160 2 低温腐蚀机理 当受热面壁温低于烟气酸露点时 硫酸蒸汽在受热面壁面上凝结 对受热面金属产生腐蚀 低温腐蚀一般发生在空预器中空气和烟气温度最低的区域 烟气酸露点 用酸露点高低表示烟气对受热面的低温腐蚀程度 酸露点越高 腐蚀范围越广 腐蚀越严重 折算硫分 生成的SO2 酸露点 折算灰分 烟气中的飞灰粒子 酸露点 因为灰粒中含碱金属化合物 可部分吸收烟气中的硫酸蒸汽 降低硫酸蒸汽在烟气中的分压力 使酸露点 腐蚀速度 低温腐蚀速度与受热面上凝结的酸浓度和受热面壁温有关 酸浓度 温度 酸浓度 腐蚀速度存在峰值 b 受热面壁温 壁温影响凝结酸量 凝结酸量 腐蚀速度 壁温还直接影响化学反应速度 壁温 腐蚀速度 最严重腐蚀区 水露点附近酸露点附近 腐蚀速度与管壁温度的关系 A B C 3 低温腐蚀的危害 造成管式空预器管子穿孔 空气大量漏入烟气中 导致炉内送风不足 燃烧恶化 锅炉效率降低 造成回转式空预器蓄热元件严重腐蚀 影响传热效果 腐蚀加重烟道堵灰 使烟道阻力增大 低温腐蚀与堵灰相互促进 堵灰使传热 受热面壁温 凝结酸量 低温腐蚀 酸液捕捉烟气中的灰粒 酸性凝结灰 堵灰更严重 管式空预器管壁受腐蚀泄漏导致漏风 漏风使烟温 会加速腐蚀和堵灰过程 4 低温腐蚀的影响因素 燃料硫分 Sar 酸露点 低温腐蚀越严重 受热面壁温 存在腐蚀较轻的安全区 过量空气系数 低温腐蚀率 原因 燃料中的硫燃烧后生成SO2 一部分氧化成为SO3后 再与烟气中的水蒸气结合 形成硫酸蒸汽 温度越高 过量空气越多 SO2氧化为SO3越多 受热面积灰结渣 积灰结渣 腐蚀率 5 防治低温腐蚀的措施 提高受热面壁温 是防止低温腐蚀的最有效办法 空预器受热面壁温取决于进风温度和排烟温度 排烟温度 壁温 低温腐蚀 但q2 锅炉效率 实际多采用提高进风温度 在燃烧高硫煤的锅炉中采用暖风器或热风再循环 把冷空气温度适当提高后再送入空预器 热风再循环系统 暖