锅炉讲课课件第六章

1、,第六章 高温、低温受热面的积灰、磨损和腐蚀,第一节 过热器和再热器的积灰与腐蚀,一、过热器与再热器的高温积灰 高温烟气中的飞灰沉积在管束外表面的现象称为高温积灰。过热器与再热器管外的积灰属于高温积灰。积灰使传热热阻增加，烟气流动阻力增大，还会引起受热面金属腐蚀。 根据灰的易熔程度可分为低熔灰、中熔灰和高熔灰。低熔灰的主要成分是碱金属氯化物和硫化物,高温过热器与再热器布置在烟温高于700一800的烟道内，管子的外表面积灰由两部分组成，内层灰紧密，与管子粘结牢固，不容易清除;外层灰松散，容易清除。 内灰层的坚实程度称为烧结强度。烧结强度越大的灰层越难以清除。烧结强度和温度、灰中Na2O, K2O

2、。的含量及烧结时间等因素有关。炉内过量空气系数、然烧方式和炉膛结渣等都会影响进入对流烟道的烟气温度，从而影响烧结强度，烧结强度谁着时间而增大，时间越大越结实，故积灰必须及时清除。,二、烟气侧的商温腐蚀 高参数锅炉的高温过热器与高温再热器的管束，以及管束的固定件、支吊件，它们的工作温度很高，烟气和飞灰中的有害成分与管金属发生化学反应。使管壁变薄、强度下降，称其为高温腐蚀。高温腐蚀的速度可达0.5-1.0mm/,1.燃煤锅炉的高温腐蚀 高温过热器与高温再热器管表面的内灰层含有较多的钙金属，它与飞灰中的铁、铝等成分，以及通过松散的外灰层扩散进来的氧化硫气休，经过较长时间的化学作用，生成碱金属的硫酸款

3、复合物，对高温过热器和高温再热器金属发生强烈的腐蚀。 2.燃油锅炉的高温腐蚀,三、防止高温积灰与腐蚀的措施 1.主蒸汽温度不宜过高 20世纪60年代，国外有的电厂主蒸汽温度高550以上，出现了严重的高温积灰与腐蚀。将主蒸汽温度降低到 540左右。可显著减轻高温积灰与腐蚀。 2.控制炉膛出口烟温 火焰温度低时，一方面可以减少对高温积灰和腐蚀影响最大的na,、K气态物质的生成量，还可以防止气态硅化物SiS, Si0的生成;另一方面。炉膛温度及炉膛出口烟温低时，受热面的壁温也低，这些气态物质在到达受热面之前己经固化，不易形成黏性基质，从而减少气态矿物质的沉积量，并降低积灰的烧结强度和烧结速度。表为煤

4、的不同腐蚀倾向对炉膛出口烟温的要求。,3管子采用顺流布置，加大管间节距 高温对流受热面，尤其是处于高烟温区的末级过热器和再热器，采用顺流布置并加大横向节距，能有效地防止积灰搭桥，减轻积灰与腐蚀。右表是美国CE公司提出的建议。,4.选用抗腐蚀材料 5.采用添加剂,第二节 低温受热面的积灰、磨损和腐蚀,一、低温受热面的积灰及其防止措施 烟气在温度低于600一700C烟道内的低温受热面管了表面形成的积灰是松散灰。因为该处烟温较低，低熔灰已凝固成固体颖粒，Ca0等灰也无烧结现象。下图表示了在不同烟气流速下管表面松散灰层的形成图。管背面的积灰比正面严重。因为管正面受到烟气流的直接冲刷，管背面存在漩涡区，

5、只有在烟气流速小于5m/s时，管子正面才有明显积灰。,烟气中携带的飞灰，由各种颗粒组成，一般均小于200微米,其中大部分是10一20微米的颗粒。当含灰的烟气流冲刷受热面管束时，背风面产牛旋涡区，大颗粒飞灰由于惯性大不易被卷入旋涡区.进入旅涡区的灰粒基本上小于30微米，细灰粒、特别是小于10微米的微小灰粒碰上管壁便可能会聚集在管壁上。,大灰粒不仅不易沉积，而且还有冲刷作用，因此沿管壁的两侧面及管子的迎风面就不易积灰。当背风面的积灰达到一定厚度。而能被气流中的大灰粒所冲刷时，该处的积灰层亦不会再增加而达到动平衡状态。灰粒的冲刷作用与烟气的流速有关，烟气流速高时，灰较的冲刷作用大，可以较早地达到动平

6、衡状态，即背风面的积灰层较少;反之积灰较多。当烟气流速低到某种程度时，在迎风面上也可产生灰粒沉积，流速越低，积灰也越多。,对于燃用固体燃料的锅炉，当烟气流速在8-10m/s以上时，迎风面上已不易产生灰粒沉积，而当烟气流速低于2.5一3.m/s时，迎风面上也会产生较多的积灰。 积灰程度与烟气流中飞灰粒度的分散度有较大关系，烟气流中含粗灰少而细灰多时，则因粗灰的冲刷作用减弱而使积灰较多。例如液态排渣锅炉。由于飞灰中细灰多、粗灰少、积灰就较严重，燃油锅炉中、积灰也严重.对于燃气锅炉.也有积灰存在。,此外，松散灰层的厚度还与管束的错列、顺列结构，立式、卧式布置方式，错列管束的纵向相对节距等有关。在烟气

7、流速和管径不变时，顺列管束的灰层厚度约是错列管束的1.7一3.5倍.错列管束的纵向相对节距越大，灰层厚度也越厚，灰污系数增大。,2减少积灰的措施 对于燃烧高硫油的锅炉，低温受热面管子表面会产生黏性的玻璃状沉积层，其中主要成分是氧化钒、硫酸盐、硫化铁和钙钠的氧化物。矾和硫都是酸性的，故加入适量的碱可使沉积的灰层变得松散容易清除。采用低氧燃烧也有效果。对于以积松灰为主的受热面，可以采用以下措施减轻和防止积灰。,（1）正确设计和布置吹灰装置。运行时定期进行吹灰，空预器还要布置水冲洗装置。 （2）设计时采用足够的烟气流速。在额定负荷下省煤器烟速应高于6m/s对于回转式空气预热器，在锅炉最大连续蒸发量下

8、，烟气速度一般不小于8一9 m/s,空气流速不小干6一8m/s,对具有升华物质的燃料，烟气流速更应选用得高一些。 （3）采用适当的管束布置，包括管束排列形式、管径、横向和纵向节距。对于容易产生粘结灰的燃料，锅炉受热面布置时更要注意。,二、低温受热面的飞灰周损及其防止措施 （一）飞灰磨损机理 高速烟气携带的飞灰颗粒冲击受热面金属壁面时，对金属壁面产生冲击和切削作用，形成受热面磨损。 当烟气流均匀地横向正面冲刷管束时，位于第1排管子上的磨损沿管子圆周方向是不均匀的，最严重的磨损点发生在与烟气流呈对称的30 - 40的角度上。,当烟气流及飞灰颗粒斜向冲刷管束时，第1排管子上将产生最大的磨损，其位置在

9、管子的正面。 对于错列管束，第1排以后各排管子的磨损集中于。a= 25 - 30的对称点上，而最大磨损则是发生在第2排管子上，如图。,对于顺列管束，第1排以后各排管子的磨损则集中于=60的对称点上，其最大磨损发生在第五排及以后排管子上 当烟气在管内纵向流动时，磨损比横向冲刷减轻很多，只有在节距进口约150-200mm长的一段管道内磨损严重。,飞灰颗粒对于金属表面的磨损主要决定于下列因素 (1)飞灰颗粒的动能。它与飞灰颗粒的大小成正比，并与飞灰颗粒的速度成二次方关系。飞灰颗粒越大，速度越高，动能亦越大。 (2)单位时间内冲击到管壁金属表而上的飞灰量。它与烟气中的飞灰浓度和速度成正比例关系。 (3

10、)飞灰颗粒与管壁金属表面发生撞击的概率或飞灰撞击率。它与飞灰颗粒的大小有关，飞灰颗粒越大.撞击率亦越大。,(二)减轻和防止对流受热面磨损的措施 1.限制烟气流速 由于实际磨损量与烟气流速的3.1-3.5次方成正比(理论上与流速的3次方成正比)，降低烟气速度可有效地减轻对流受热面的磨损 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，根据飞灰磨损条件所确定的烟气速度。即对应于最大允许磨损速度和磨损厚度的烟气速度与许多因未有关，没有统一的计算公式。,2.防止在受热面烟道内出现局部烟气速度过大和飞灰浓度过大， （1）消除烟气走廊 （2）防止局部地方飞灰浓度过大。 （3

11、）消除漏风,3、改善省煤器结构 （1）选用大直径管子。 管子直径越大，飞灰的撞击概率越低，飞灰的磨损越轻。 （2）横向节距与管径的比值越大，则管子的磨损越轻。 （3）顺列管束的磨损比错列的要轻 （4）采用膜式省煤器或螺旋肋片等省煤器。,4.采取防磨措施 （1）省煤器的防磨装置 （2）空气预热器的防磨装置。,三、尾部受热面的低温腐蚀 一)低温腐性及其危害 尾部受热面的低温腐蚀是指硫酸蒸汽凝结在受热面上而发生的腐蚀，这种腐蚀也称硫酸腐蚀。它一般出现在烟温较低的低温级空气预热器的冷端。低温腐蚀带来的危害是:,（1）导致受热而泄漏，既影响锅炉燃烧，又使引风机负荷增大，电耗增加。 （2）腐蚀还会加剧低温

12、黏结积灰，使排烟温度升高，引风阻力增加，锅炉出力降低，甚至强迫停炉除灰。 （3）腐蚀严重，还将导致大量受热面更换，造成经济上的巨大损失。,(二)低温腐性机理 由于锅炉燃用的燃料中含有一定的硫分，燃烧时生成二氧化硫，其中一部分会进一步氧化生成三氧化硫。三氧化硫与烟气中的水燕气结合形成硫酸蒸汽。当受热面的壁温低于硫酸蒸汽露点 (烟气中的硫酸蒸汽开始凝结的温度，简称酸露点)时，硫酸蒸汽就会凝结成为酸液而腐蚀受热面,烟气中的三氧化硫的形成途径有两种： 一是燃烧反应中的火焰里的部分氧离子会分离成原子状态，它能与二氧化硫反应生成三氧化硫； 二是烟气中的二氧化硫经过对流受热面对受热面遇到氧化铁（fe2o3）

13、或氧化钒等催化剂时，会与烟气中的过剩氧反应生成三氧化硫。 烟气中的三氧化硫是很少的，但极少量的三氧化硫也会使酸露点提高到很高程度。如烟气中的硫酸蒸汽的含量0.005%时，露点可达130-150,(三)烟气霉点(酸露点)的确定 烟气露点与燃料中的硫分和灰分有关。燃料中的折算硫分越高，燃烧生成的二氧化硫就越多，导致三氧化硫也增多，致使烟气露点升高。此外。烟气中的灰粒子含有钙镁和其他碱金属氧化物以及磁性氧化铁，它们可以部分地吸收烟气中的硫酸蒸汽，从而降低它在烟气中的浓度。,(四)腐蚀速度 腐蚀速度与管壁上凝结的酸量、硫酸浓度以及管壁温度有关。凝结酸量越多，腐蚀速度越快，但当凝结酸量大到一定程度时，对

14、腐蚀的影响减弱。在其他条件相同时，金属壁温越高，化学反应速度越大。腐蚀速度越快。随着硫酸浓度的增大，腐蚀速度先是增加，浓度到56%时达到一个最 大值，随后急剧下降，在浓度为60%以上时，腐蚀速度基本不变并保持在一个相当低的数值,五)影响低温腐蚀的因素 影响低温腐蚀的主要因素是烟气中三氧化硫的含量。这是因为烟气中三氧化硫含量的增加，一方面会使烟气露点上升，另一方面会使硫酸蒸汽含量增加。前者使受热面容易结露引起腐蚀，后者使腐蚀程度加剧。,烟气中的三氧化硫的含量与下列因素有关： (1)燃料中的硫分越多，则烟气中的三氧化硫越多; (2)火焰温度高，则火焰中的原子氧增多，因而三氧化硫增多。 (3)过量空

15、气系数增加，三氧化硫增加 (4)飞灰中的某些成分，如钙镁氧化物和磁性氧化铁(Fe3O4)以及未燃尽的焦炭粒等有吸收或中和二氧化硫和二氧化硫的作用。故烟气中飞灰含量大.且飞灰含上述成分又较多时，则烟气中三氧化硫量就较少 (5)当烟尘中氧化铁( Fe2O3)或氧化钒(V,氏)等催化剂含量增加时，烟气中三氧化硫量增加,由以上分析可知，燃油炉的低温腐蚀严重因为油中有钒的氧化物，且燃油炉的燃烧强度大而飞灰少，因而燃油炉生成的三氧化硫较多，烟气露点高腐蚀程度严重。,(六)减轻低温腐蚀的措施 减轻低温腐蚀可从两个方面着手:一是减少烟气中三氧化硫;二是提高金属壁温或使壁温避开严重腐蚀的区域;此外还可用抗腐蚀材

16、料制作低温受热面来防止或减轻低温腐蚀。 1.减少烟气中的三氧化硫含量 1）燃料脱硫。原煤洗选可除去40%的硫分，将原煤加工成水煤浆燃烧可使70%一90%的黄铁矿去除。,2) 烟气脱硫。 3） 低氧燃烧。将燃油炉的炉膛出口过量控制系数控制在1.03以下，能使烟气露点大大降低，有效地减轻低温腐蚀和低温黏结灰。 4）烟气再循环。将部分烟气从空气预热器前抽出，通过炉底或燃烧器送人炉内再循环。降低火焰中心温度并增加了惰性气体含量，可使三氧化硫生成量减少。,2提高受热面壁温 国内外一些制造厂根据实际经验，给出了各种燃烧方式下受热面允许的最低壁温与燃料含硫量的关系曲线，要受热面在各种工况和季节条件下都不应低于此温度。,提高受热面、主要是空气预热器壁温的措施有： (1)热空气再循环。如图所示，在热风管道和冷风管道之间装有再循环风道，依靠送风机抽吸或专门设置的再循环风机，将部分热空气送人空气预热器进口与冷风混合。热空气再循环使管壁温升高.不仅使低温腐蚀降低，还能同时减轻受热面的积灰。但是，热空气再循环只能将空气预热器的进口风温提高50-65，再多就将使排烟温度不合理地升高，风机的电耗也显著增大。,(2)在空气预热器进口装置暖风器。如图所示，用汽轮机低压抽汽加热冷空气，可使预热器进口的空气温度提高80左右。加暖风器后也