第十六章结渣和高温积灰及高温腐蚀ppt课件

1、中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment第十六章 结渣和高温积灰及高温腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment受热面的灰污或灰堆积：飞灰在炉内因各种化学反响或物理受热面的灰污或灰堆积：飞灰在炉内因各种化学反响或物理力的作用而堆积在受热面上。力的作用而堆积在受热面上。 结渣：普通是指在接受炉膛辐射的受热面上构成的熔融、半结渣：普通是指在接受炉膛辐射的受热面上构成的熔融、半熔融、或固态堆积物。熔融、或固态堆积物。积灰：发生在对流受热面上的灰堆积积灰：发生在对流受热面上的灰堆积高温积灰高温粘结性积灰：常发

2、生在烟温高于高温积灰高温粘结性积灰：常发生在烟温高于700700800800的对流受热面高过、高再等上的对流受热面高过、高再等上 中低温积灰松散性积灰：发生在烟气温度处于中低温积灰松散性积灰：发生在烟气温度处于600600700700以下，约以下，约250250300300以上的受热面区域以上的受热面区域 ，如省煤器。，如省煤器。低温受热面积灰空气预热器积灰低温受热面积灰空气预热器积灰第一节第一节 煤粉锅炉受热面的积灰和腐蚀煤粉锅炉受热面的积灰和腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment 烟气侧腐蚀：锅炉烟气中污染性气体或受热面堆积物与受烟气侧腐

3、蚀：锅炉烟气中污染性气体或受热面堆积物与受热面金属的化学反响导致的受热面损坏。热面金属的化学反响导致的受热面损坏。 水冷壁高温腐蚀硫化物和氯化物水冷壁高温腐蚀硫化物和氯化物 高温对流受热面腐蚀煤灰腐蚀高温对流受热面腐蚀煤灰腐蚀 低温受热面腐蚀低温酸腐蚀低温受热面腐蚀低温酸腐蚀 高温氧化性腐蚀蒸汽侧的蒸汽氧化高温氧化性腐蚀蒸汽侧的蒸汽氧化第一节第一节 煤粉锅炉受热面的积灰和腐蚀煤粉锅炉受热面的积灰和腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment 煤中的矿物质及其成灰煤中的矿物质及其成灰 煤中的矿物质煤中的矿物质 粘土矿物和页岩等铝硅酸盐类矿物，如高岭石

4、；粘土矿物和页岩等铝硅酸盐类矿物，如高岭石； 硫化物，如黄铁矿、白铁矿硫化物，如黄铁矿、白铁矿FeS2； 石英石英/硅酸盐，如石英、长石等；硅酸盐，如石英、长石等； 碳酸盐，如方解石、白云石、菱铁矿；碳酸盐，如方解石、白云石、菱铁矿； 硫酸盐；硫酸盐； 其它矿物质如氯化物、氧化物等；等其它矿物质如氯化物、氧化物等；等煤中矿物质种类多，分布严重不均匀，丈量困难。煤中矿物质种类多，分布严重不均匀，丈量困难。第二节第二节 燃煤矿物质成分的化学物理特性燃煤矿物质成分的化学物理特性中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment第二节第二节 燃煤矿物质成分的化学物理

5、特性燃煤矿物质成分的化学物理特性 成灰过程和煤灰成分成灰过程和煤灰成分 成灰过程：煤中矿物质在炉内熄灭过程中经过复杂的物理、成灰过程：煤中矿物质在炉内熄灭过程中经过复杂的物理、化学过程转变成煤灰飞灰和炉渣。化学过程转变成煤灰飞灰和炉渣。 煤灰的主要化学成分：硅酸盐煤灰的主要化学成分：硅酸盐(大多为非晶态的玻璃体大多为非晶态的玻璃体)、氧化、氧化物、硫酸盐和少量其它化合物的混合物。物、硫酸盐和少量其它化合物的混合物。 煤灰的化学组成以氧化物的百分含量表示：煤灰的化学组成以氧化物的百分含量表示： 酸性氧化物：酸性氧化物：SiO2、Al2O3、TiO2 碱性氧化物：碱性氧化物：Fe2O3、CaO、M

6、gO、Na2O、K2O 煤灰化学组成分析时普通还包括煤灰化学组成分析时普通还包括SO3 碱酸比：碱酸比：23223222TiOOAlSiOOFeMgOCaOOKONaAB中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment 煤灰的熔融特性：煤灰的熔融特性：DT，ST，HT，FT SiO2影响复杂，普通影响复杂，普通SiO2/Al2O3高那么灰熔点低高那么灰熔点低 Al2O3添加，灰熔点添加添加，灰熔点添加 Fe2O3添加，灰熔点降低添加，灰熔点降低 CaO在一定范围内添加，灰熔点降低，随后添加在一定范围内添加，灰熔点降低，随后添加 其它碱性成分添加，灰熔点降低

7、其它碱性成分添加，灰熔点降低 煤灰成分之间会生成低熔点共熔体。煤灰成分之间会生成低熔点共熔体。第二节第二节 燃煤矿物质成分的化学物理特性燃煤矿物质成分的化学物理特性中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment一、黄铁矿一、黄铁矿FeS2和结渣和结渣煤中铁：煤中铁：90以上以亚铁以上以亚铁Fe2的方式存在的，的方式存在的，并以黄铁矿硫铁矿并以黄铁矿硫铁矿FeS2居多，少量以菱铁矿居多，少量以菱铁矿FeCO3、硫酸盐、含铁粘土等方式出现，只需不到、硫酸盐、含铁粘土等方式出现，只需不到10是以正铁是以正铁Fe3的方式存在。的方式存在。FeS2的转化的转化氧气

8、充足氧化性气氛下，迅速分解氧化成铁氧化氧气充足氧化性气氛下，迅速分解氧化成铁氧化物和物和SO2氧气缺乏复原性气氛时，分解成磁黄铁矿再缓慢氧气缺乏复原性气氛时，分解成磁黄铁矿再缓慢氧化构成氧化构成FeS-FeO共熔体，熔点低而易导致结渣。共熔体，熔点低而易导致结渣。铁氧化物铁氧化物FeO会与灰中其它成分如会与灰中其它成分如CaO、SiO2等生成低熔点共熔体，也有利于结渣。等生成低熔点共熔体，也有利于结渣。FeS2的影响的影响FeS2易导致结渣密度大、中间产物熔点低易导致结渣密度大、中间产物熔点低FeS2反响产物：复原性气氛下反响产物：复原性气氛下H2S、S导致水冷壁腐导致水冷壁腐蚀；蚀；SO2影

9、响高温积灰和腐蚀；影响高温积灰和腐蚀；SO3导致低温腐蚀。导致低温腐蚀。灰中的灰中的Fe：Fe2O3添加，灰熔点降低，并显著受气氛添加，灰熔点降低，并显著受气氛影响。影响。第三节第三节 影响高温受热面灰污染的几个主要化学反响影响高温受热面灰污染的几个主要化学反响中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment二、碱金属反响和高温积灰二、碱金属反响和高温积灰煤中碱金属主要是煤中碱金属主要是Na及及K的含量不多，但对结渣的含量不多，但对结渣和高温对流受热面积灰有重要影响。和高温对流受热面积灰有重要影响。煤中碱金属在火焰中挥发，经过炉内烟气中反响主要煤中碱金属在

10、火焰中挥发，经过炉内烟气中反响主要以气态以气态M2O、MOH、MCl、M2SO4等方式存在，等方式存在，烟温低时以烟温低时以M2SO4较稳定。较稳定。烟温降低或接触到受热面、灰颗粒时，上述成分凝结，烟温降低或接触到受热面、灰颗粒时，上述成分凝结，并可与并可与SO2、SO3反响转化成反响转化成M2SO4。因因M2SO4熔点低，在受热面上易烧结，引起高温积灰熔点低，在受热面上易烧结，引起高温积灰及腐蚀；在飞灰外表添加颗粒外表粘性，也有利于及腐蚀；在飞灰外表添加颗粒外表粘性，也有利于积灰。积灰。三、三、SiO2的反响的反响第三节第三节 影响高温受热面灰污染的几个主要化学反响影响高温受热面灰污染的几个

11、主要化学反响中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment一、水冷壁结渣一、水冷壁结渣1. 结渣过程结渣过程水冷壁结渣是由熔融或半熔融颗粒撞击到管水冷壁结渣是由熔融或半熔融颗粒撞击到管壁或管壁上原积有粘性灰所引起。壁或管壁上原积有粘性灰所引起。结渣构成过程是，首先在水冷壁外表应存在结渣构成过程是，首先在水冷壁外表应存在粘性的堆积物，然后经过壁温的提高和粘粘性的堆积物，然后经过壁温的提高和粘附捕捉，以及反复的理化作用，那么会构附捕捉，以及反复的理化作用，那么会构成厚而硬的结渣，外层灰渣甚至处于熔化成厚而硬的结渣，外层灰渣甚至处于熔化和流动形状。和流动形状。

12、第四节第四节 炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment2. 结渣危害结渣危害影响传热，炉膛水冷壁吸热量减少，降低锅炉运影响传热，炉膛水冷壁吸热量减少，降低锅炉运转经济性；转经济性；导致炉膛出口烟温升高和过、再热汽温超温，为导致炉膛出口烟温升高和过、再热汽温超温，为了维持汽温，需求降低负荷；了维持汽温，需求降低负荷；熄灭器喷口结渣影响流动形状和炉内熄灭情况；熄灭器喷口结渣影响流动形状和炉内熄灭情况；给水循环的平安性和水冷壁的热偏向带来不利影给水循环的平安性和水冷壁的热偏向带来不利影响，也导致高温对流受热

13、面吸热不均；响，也导致高温对流受热面吸热不均；掉渣会砸坏冷灰斗，影响锅炉的平安运转。掉渣会砸坏冷灰斗，影响锅炉的平安运转。第四节第四节 炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment3. 影响结渣的主要要素影响结渣的主要要素煤灰成分和组成煤灰成分和组成煤灰中低熔点成分的含量煤灰中低熔点成分的含量炉膛的设计特性炉内温度程度和热负荷炉膛的设计特性炉内温度程度和热负荷qV，炉内熄灭温度高，易结渣；，炉内熄灭温度高，易结渣；qA，熄灭器区域易结渣，熄灭器区域易结渣，qA，炉膛出口易结，炉膛出口易结渣；渣；qB，熄灭

14、器区域温度高，易结渣，熄灭器区域温度高，易结渣炉内空气动力特性炉内空气动力特性火焰中心偏斜、火焰贴墙或冲墙火焰中心偏斜、火焰贴墙或冲墙熄灭器风粉分配不均熄灭器风粉分配不均水冷壁附近的部分复原性气氛水冷壁附近的部分复原性气氛锅炉运转负荷：负荷高时易结渣。锅炉运转负荷：负荷高时易结渣。第四节第四节 炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment4. 结渣预测我国常用指数结渣预测我国常用指数灰熔点灰熔点STST 0C，结渣倾向细微。，结渣倾向细微。碱酸比：碱酸比：B/AB/A 0.4，结渣倾向严重；，结渣倾向严重

15、；B/A = 0.206-0.4，结渣倾向中等；，结渣倾向中等；B/A 2.6，结渣倾向严重；，结渣倾向严重；Rs = 2.0-2.6，结渣倾向强；，结渣倾向强；Rs = 0.6-2.0，结渣倾向中等，结渣倾向中等Rs CaO+MgO积灰综合指数积灰综合指数RF 0.2，沾污倾向细微，沾污倾向细微RF 0.2-0.5，沾污倾向中等，沾污倾向中等RF 0.5-1.0 ，沾污倾向重，沾污倾向重RF 1.0，沾污严重，沾污严重褐煤型灰褐煤型灰Fe2O3CaO+MgO, CaO+MgO20%积灰综合指数积灰综合指数RF 0.5%，沾污倾向细微，沾污倾向细微RF 0.5-1.0%，沾污倾向中等，沾污倾向

16、中等RF 1.0-1.5 ，沾污倾向重，沾污倾向重RF 1.5，沾污倾向严重，沾污倾向严重第五节第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀ONaABRF2%2ONaRF中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment 高温积灰及其严重程度的影响要素高温积灰及其严重程度的影响要素 煤中灰分的成分和含量煤中灰分的成分和含量 灰中碱性成分主要是灰中碱性成分主要是a2O以及以及K2O 锅炉的设计锅炉的设计 燃料熄灭方式燃料熄灭方式 运转条件运转条件第五节第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境

17、学院Energy & Environment二、高温对流受热面的煤灰腐蚀二、高温对流受热面的煤灰腐蚀高温腐蚀和高温粘结性积灰严密相连高温腐蚀和高温粘结性积灰严密相连第一步：管壁上因碱金属成分的凝结构成极细灰粒沾污层；第一步：管壁上因碱金属成分的凝结构成极细灰粒沾污层；第二步：冷凝的第二步：冷凝的Na2O等与等与SO3作用构成作用构成Na2SO4 ； Na2SO4有粘性，呈淡白色，熔点低，会进一步吸收有粘性，呈淡白色，熔点低，会进一步吸收SO3 ，并与，并与Fe2O3 、Al2O3等作用生成具有腐蚀性的复合硫酸盐；等作用生成具有腐蚀性的复合硫酸盐；第三步：随着第三步：随着 硫酸盐堆积量的

18、增多，热阻加大，外表温度升硫酸盐堆积量的增多，热阻加大，外表温度升高至硫酸盐熔点时，管壁上金属氧化膜高至硫酸盐熔点时，管壁上金属氧化膜Fe2O3维护层会被维护层会被溶解破坏。溶解破坏。第四步：复合硫酸盐会与铁反响，第四步：复合硫酸盐会与铁反响， 构成构成Na2Fe(SO4)3循环作循环作用使腐蚀不断进展。用使腐蚀不断进展。第五节第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment一、高温对流受热面的煤灰腐蚀一、高温对流受热面的煤灰腐蚀复合硫酸盐的熔点很低，且复合硫酸盐具有由高温处向低温复合硫酸盐的熔点

19、很低，且复合硫酸盐具有由高温处向低温壁面移聚的才干，从而使腐蚀过程继续下去和加强。金属壁面移聚的才干，从而使腐蚀过程继续下去和加强。金属壁温在壁温在650700时腐蚀速度到达最严重。时腐蚀速度到达最严重。Na3Fe(SO4)3 熔点熔点624K3Fe(SO4)3 熔点熔点618高温积灰和腐蚀如下图高温积灰和腐蚀如下图第五节第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀223423243232334337)(2SOSONaOFeOFeFeFeSOFeNa2324Na OSONa SO2423334 332()Na SOFe OSONa Fe SO中国 南京能源与环境学院能源与环境学

20、院Energy & Environment 高温对流受热面煤灰腐蚀的影响要素高温对流受热面煤灰腐蚀的影响要素 煤中含硫和煤灰含碱煤中含硫和煤灰含碱 金属材质和壁面温度金属材质和壁面温度 受热面布置区域的烟气温度受热面布置区域的烟气温度 第五节第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment 高温积灰和腐蚀的防止措施高温积灰和腐蚀的防止措施 控制管壁温度控制管壁温度 采用低氧熄灭技术采用低氧熄灭技术 选择合理的炉膛出口烟温选择合理的炉膛出口烟温 定时对过热器和再热器进展吹灰，去除含有碱金定时

21、对过热器和再热器进展吹灰，去除含有碱金属氧化物和复合硫酸盐的灰污层，阻止高温腐蚀属氧化物和复合硫酸盐的灰污层，阻止高温腐蚀的发生。的发生。 合理组织熄灭，改善炉内空气动力及熄灭工况，合理组织熄灭，改善炉内空气动力及熄灭工况， 防止水冷壁结渣、火焰中心偏斜或后移等能够引防止水冷壁结渣、火焰中心偏斜或后移等能够引起热偏向的景象发生，减少过热器与再热器的沾起热偏向的景象发生，减少过热器与再热器的沾污结渣；污结渣； 采用顺列管排，加大管间节距。采用顺列管排，加大管间节距。第五节第五节 高温对流受热面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & E

22、nvironment一、蒸汽侧高温氧化景象一、蒸汽侧高温氧化景象因高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生因高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生的氧化反响，就称之为蒸汽侧高温氧化。的氧化反响，就称之为蒸汽侧高温氧化。 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2高参数超临界以上机组中常见。高参数超临界以上机组中常见。二、蒸汽侧金属氧化膜的特点二、蒸汽侧金属氧化膜的特点金属氧化膜的生长速率主要与金属的温度、金属氧化膜的生长速率主要与金属的温度、资料特性及其接触高温蒸汽的时间有关。资料特性及其接触高温蒸汽的时间有关。不同金属资料在同样的温度下，蒸汽侧氧化不同金属资料在同样的温度下，蒸汽侧氧化膜的生长速

23、率是不同的。膜的生长速率是不同的。 第六节第六节 对流受热面的蒸汽侧氧化对流受热面的蒸汽侧氧化中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment三、蒸汽侧高温氧化的影响三、蒸汽侧高温氧化的影响 蒸汽侧金属氧化膜有利于防止蒸汽侧氧化腐蚀，但蒸汽侧金属氧化膜有利于防止蒸汽侧氧化腐蚀，但也影响锅炉运转的平安性和经济性。也影响锅炉运转的平安性和经济性。1. 减小金属部件的有效承载厚度减小金属部件的有效承载厚度 。2. 使受热面金属温度升高。使受热面金属温度升高。3. 氧化膜的零落氧化膜的零落 四、蒸汽侧氧化膜危害的防止措施四、蒸汽侧氧化膜危害的防止措施1. 减缓氧化

24、膜的生成速度减缓氧化膜的生成速度 提高金属的抗氧化才干提高金属的抗氧化才干2. 防止氧化膜的零落控制启、停和变负荷时的升防止氧化膜的零落控制启、停和变负荷时的升温或降温速率。温或降温速率。第六节第六节 对流受热面的蒸汽侧氧化对流受热面的蒸汽侧氧化中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment1. 锅炉受热面灰污的类型和特点。锅炉受热面灰污的类型和特点。2. 锅炉受热面烟气侧的腐蚀类型及其特点。锅炉受热面烟气侧的腐蚀类型及其特点。3. 燃料的灰成分及其对灰熔融特性的影响。燃料的灰成分及其对灰熔融特性的影响。4. 煤粉熄灭过程中黄铁矿煤粉熄灭过程中黄铁矿Fe

25、S2的主要反响、气氛影响和的主要反响、气氛影响和结渣。结渣。5. 煤中碱金属成分炉内转化和积灰。煤中碱金属成分炉内转化和积灰。6. 炉膛水冷壁结渣过程及其影响要素以及预防措施。炉膛水冷壁结渣过程及其影响要素以及预防措施。7. 水冷壁高温腐蚀机理及其影响要素以及预防措施。水冷壁高温腐蚀机理及其影响要素以及预防措施。8. 高温对流受热面积灰机理及主要影响要素以及预防措施。高温对流受热面积灰机理及主要影响要素以及预防措施。9. 高温对流受热面煤灰腐蚀机理及其影响要素以及预防措施。高温对流受热面煤灰腐蚀机理及其影响要素以及预防措施。10. 高温对流受热面水蒸汽氧化的机理及其影响要素以及应高温对流受热面水蒸汽氧化的机理及其影响要素以及应对措施。对措施。本章小结本章小结中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment锅炉的灰堆积：结渣和积灰锅炉的灰堆积：结渣和积灰中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment水冷壁结渣水冷壁结渣中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy & Environment对流受热面积灰对流受热面积灰 烟气流向烟气流向高温过热器的严重积灰高温过热器的