水冷壁沾污结渣及安全运行.ppt

1、第七章/第七节 水冷壁沾污、结渣及安全运行,内容提纲,本章内容 水冷壁沾污结渣特点、类型、危害、预防措施 水冷壁高温腐蚀的类型、机理、预防措施 炉膛外爆与内爆 解决重点 水冷壁结渣与预防措施 水冷壁高温腐蚀及预防措施 补充内容 增加水冷壁结渣内容,600MW锅炉事故大块结渣,锅炉内渣量,简化后堆积：20m10m5m 堆渣初始温度：1200 12天后，中心温度950 ，以800 为基准，渗入深度分别为2 2 1.5,7.7.1 沾污结渣,一、结渣定义 沾污或积灰：指温度低于灰熔点时灰沉积物在受热面上的积聚，多发生在锅炉对流受热面上（过热器、再热器、省煤器、空预器） 。一般能用吹灰器清除。 结渣：

2、指在受热面壁上熔化了的粘性灰沉积物的积聚，与灰成分、熔融温度、粘度及壁面温度有关，多发生在高温受热面上（炉膛、过热器、再热器）。一般不能用吹灰器清除。,沾污(积灰)和结渣过程没有严格的界限区分；相互联系，不易分割，前因后果关系。,冷灰斗积灰,水冷壁结渣,水煤浆和重油燃烧结渣,水冷壁挂焦,宁波北仑港 电厂600MW 机组锅炉水 冷壁挂渣,二、沾污结渣形成原因和过程,1.结渣三要素 煤燃烧矿物质灰份(粘土类) 炉内具有一定的温度(灰熔点) 形成结渣 炉内受热面存在(提供结渣场所) 说明： 必要条件，而非充分条件 火焰冲刷，还原性气氛(缺氧燃烧、富燃料燃烧),2.沾污结渣过程 动态过程、逐步增加。受

3、热面积灰结渣(沾污),热扩散和涡流扩散； 气化物质的凝结； 碰撞或惯性碰撞。,初期沉积物形成机理,分三个阶段： 初期沉积物富铁熔渣撞击管壁，粘性大；升华物质; 基质上部粘附飞灰颗粒; 温度升高，沉积速率提高，表面烧结硬性渣物。,灰渣沉积阶段示意图,典型结渣,3.沾污结渣的位置,结渣炉膛内及出口高温对流受热面 沾污炉膛内及尾部低温受热面、高温都有 易发生部位： 炉内卫燃带(13-14%，易结渣煤，10%) 、未敷水冷壁的炉墙 燃烧器喷口附近,炉内易结渣部位： 折焰角 卫燃带 燃烧器附近,三、沾污结渣对锅炉运行影响,影响传热，下降30%60%，因炉膛出口温度高，只能低负荷运行，甚至停炉清渣。经济性

4、差。 结渣、堵灰，热偏差、管壁超温，爆管，落渣熄火。安全性差。 详见书本,沾污结渣热阻水冷壁吸热锅炉出力 清洁管壁温：1500 309(9.8MPa) 渣层厚5mm，渣面温度比火焰温度低350，q=200103 w/m2。 渣层厚50mm，渣面温度比火焰温度低40， q=30103 w/m2。,渣层热流密度和表面温度,四、沾污结渣分类,1.烟气温度：熔渣(1050800) 高温沉积灰(800600)低温沉积灰(600400) 2.灰强度：松散性和粘结性 3.灰渣结构：金属性灰渣，非晶体灰渣，多孔泡状玻璃渣，熔渣 4.结渣成分：碱金属化合物，硅化物型，钙化物型 5.沉积位置：沉积物在管子迎风面，

5、950以下管子迎风面，管子北部和炉墙上 6.渣型特征：附着灰，微粘聚渣，弱凝聚渣，凝聚渣，强粘结渣，粘熔渣，熔融渣 7.灰渣沉积不同层次：内层灰，浮灰，烧结灰，灰渣,积灰结渣一般定义三种类型,A.低温积灰 多发生在低温区的省煤器和空预器上，与管子表面酸和或水蒸汽凝结有关。一类是由于酸腐蚀所产生，二类是喷撞到管子上的飞灰，三类是酸与飞灰中的铁、钠、钙等反应生成的硫酸盐。 B.高温粘结性积灰 一般发生在对流受热面上，有一定的粘结性，一定温度，与煤种有很大关系。 C.熔融性结渣 烟气中携带熔化或粘性很强的灰粒，在熔渣上积聚。,五、结渣特性预测,炉内结渣预测方法： 燃料特性 主要根据煤灰特性和成分，如

6、灰熔点、硅碳比等。30多种。 运行特性 热流变化，烟温、蒸汽温度变化等。 综合指标 燃料特性和运行特性、设计参数结合考虑，如模糊数学、神经网络等。,灰特性预测积渣准确度分析,各种常规结渣指标的准确率,准确度不高的原因： 矿物质分布不均匀；赋存形态不同；测量时环境条件不同；与燃烧过程有关，如锅炉形成、空气动力场,单一结渣分辨率较低，有时甚至用几种指标判断同一煤种出现不同的预报结果； 结渣程度判别指标界限值之间属阶跃函数关系。 t2=1391 轻微(不)结渣，1389 中等结渣 模糊判别法利用模糊数学原理，考虑多项指标的综合影响，确定判别结果属于某个等级的置信度。,炉膛吸热和出口温度T”l随时间变

7、化,热值 Qydw 1-(932-1008)106kJ/kg; 2-(777-878)106kJ/kg; 3- (609-697)106kJ/kg,六、沾污积灰防止措施和运行优化,一、防止措施 1. 运行方面 (1) 调整氧量 对氧量进行合理调整：一般增加，有利于减轻结渣积灰。 T”l，过热器结渣 炉壁温度，沉积物 与腐蚀相反 消除还原性气氛的形成,氧量与炉膛出口烟温关系,壁面处烟温与关系,不同时壁面灰沉积量,(2) 合理配风 有合理的空气动力场和切圆大小； 射流有刚性、不倾斜、不冲刷炉墙； 不能缺角运行，射流两侧补气条件良好； 燃烧器有合理的长宽比和间隙； 保证空气和燃料良好混合，避免还原性

8、气氛。,200MW锅炉结渣和不结渣区近壁速度分布,缺角运行炉膛切向速度分布,(3) 控制(降低)炉内温度水平和锅炉负荷 温度或锅炉负荷提高： 易挥发碱性氧化物汽化和升华； 管壁温度提高，初期灰沉积时加快形成低熔点硫酸盐； 熔化或半熔化煤灰增加； 方法： 加大过量空气系数 降低锅炉负荷,炉膛出口烟温与热负荷关系,大柳塔煤泥水煤浆燃烧结渣形貌,7号孔全负荷,7号孔降负荷,11号孔降负荷,硅碳棒上灰渣质地非常致密并且有金属光泽，并有鼓泡现象，表面粘结性强，灰渣熔融情况十分严重； 降负荷燃烧时，结渣状况有所好转，并随着温度的逐步降低，结渣趋于。 11号孔降负荷结渣松散，无熔融渣，无粘结性，容易脱落，结

9、渣状况明显好转。,负荷和温度下降,1229,1193,1040,灰熔点：1115/ 1136/1166/1201,(4) 煤粉细度 煤粉粗，惯性冲击大，火焰易冲刷炉墙； 颗粒燃烧温度高，熔化比例高，结渣可能性增加。 煤粉细，燃烧速度加快，换热加强，炉膛出口温度下降 煤粉太细，受热面上沉积物数量会大大增加，使炉膛温度增加。,灰温烟温，0.5mm:高240; 0.1mm:高100,华中合山煤灰熔点试验结果,(6) 加添加剂 提高灰熔点T1，要改变化学成分，成本高 阻止各种成分灰相互结合，容易结渣的成分从灰渣中分离出来，并形成稳定物 在渣内形成断裂层，或结渣松散结构、减少粘合力，便于吹灰 起化学反应

10、，改变渣的形态，使渣块爆破，自然碎裂脱落 种类主要有氧氯铜添加剂、氧化型清灰剂、盐型清灰剂等,粘合力达到10kN/hm2时，出现粘结层，吹灰器不能吹掉。,(7) 配煤 通过不同结渣特性燃料的配混，达到改善结渣目的。煤场配煤，锅炉不同喷口配烧。 (8) 烟气再循环 (9) 四角煤粉均匀化,(10) 吹灰器 最常用方法，特别是针对普通积灰蒸汽、声波、钢球、振动,2.设计方面 (1)燃烧方式选择 固态排渣灰熔点高 液态排渣灰熔点低 (2)炉膛出口温度设计 T”l t1 无屏 T”l t2 - 100 (t = t2 - t1 100) T”l 1150(无熔点资料) 有屏： 屏后 t1 - 50或t

11、2 - 150,(3) 锅炉热负荷 炉膛容积热负荷qV和断面热负荷qF 影响炉膛和燃烧器温度水平的重要因素。qV、qF炉膛和燃烧器温度结渣倾向 燃烧器区域热负荷 燃烧器区域壁面热负荷：qRF 燃烧器区域容积热负荷：qRV,不同结渣煤的qRV和qRF,锅炉断面热负荷与煤种结渣指数关系,(4)假想切圆直径 易结渣煤，采用小切圆。 (5)燃烧器和炉墙之间的间距 旋流燃烧器，S/D衡量，保证大于推荐值。 (6)卫燃带的合理布置和设计 卫燃带的位置、数量和形式 (7)合适的对流受热面节距 易沾污，适当加大节距,分隔法布置卫燃带,3.预防结渣新技术 大小切圆，风包粉 水平浓淡燃烧技术 贴壁风或边界风 侧二

12、次风、周界风、偏置周界风 内浓外淡旋流燃烧器,7.7.2 冷水壁的高温腐蚀,燃烧产生有腐蚀性气体(气相)或化合物(固相)对金属管的腐蚀。大部分是燃用高硫贫煤、无烟煤和高、中硫烟煤。 位置：水冷壁(一般是向火面)，高温受热面(过热器、再热器)。 腐蚀速度：一般1.11.5mm/a，高的达2.0mm/a，是高温氧化速度的75倍。 水冷壁腐蚀的基本条件： 积灰和烟气中的腐蚀性物质 如烟气中的SO2、SO3、H2S、HCl等，气相腐蚀；积灰中的硫酸盐、硫化物、碱金属，固相腐蚀。 管壁及附近区域高温 管壁附近区域还原性气氛 火焰冲刷、积渣、磨损等加重腐蚀。,硫是高温腐蚀重要因素,如宝鸡电厂115t/h液

13、态排渣炉高温腐蚀产物中，FeS含量68.8%77.5%。此外，硫酸盐类也是主要的腐蚀产物。 国外某电厂300MW机组锅炉腐蚀损坏的管壁上的积灰分析，硫以硫酸盐的形式存在。 FeSO41.54% Al2(SO4)38.9% Fe2(SO4)30.62% CaSO43.76% MgSO40.74%,大于0.01%严重,腐蚀速度和H2S浓度的关系,江西贵溪电厂420t/h锅炉,向火侧外壁附着物内外层物相分析,腐蚀与沾污结渣关系, 烟气流向 被腐蚀的过热器管横截面,高温腐蚀处的结积物 1飞灰沉积物；2暗红结积层；3白色升华物质层；4黑色腐蚀产物；5管壁,影响高温腐蚀因素,燃料性质（特别是燃煤的含硫量、

14、含氯量等） 温度影响（主要指管壁温度和烟气温度） 气氛影响（特别是水冷壁附近） 积灰（结渣）程度 空气动力场和燃烧工况,灰熔点与煤种关系,成煤年代 石炭、二叠纪Al2O3、SiO2较高灰熔点高 晚侏罗纪SiO2最高， Al2O3居中灰熔点中 早、中侏罗纪CaO较高，Al2O3较低灰熔点低,腐蚀与温度的关系,1-水冷壁管；2-12CrMoV过热器管,W (mm/a),1、2、3-不同电站锅炉的测试结果 (试验750h，12CrMoV过热器管),500t/h锅炉管壁腐蚀深度与壁温关系,500t/h锅炉腐蚀速度与壁温关系,硫加快腐蚀速度,碳钢在SO2作用下腐蚀与温度关系,H2S腐蚀速度和壁温的关系,H2S含量：0.12%0.16%,SO2腐蚀与钢管清洁程度关系,清洁表面,带灰金属表面,在300700的管壁温度下，H2S的腐蚀速率与温度的关系近视为： K腐蚀速率，g/(m2h)； a比例系数，a=6.310-15； t试样温度，。,金属腐蚀量与过量空气系数关系,1460 1250 980 15%过量空气 - 1%过量空气,7.7.3 炉膛外爆与内爆,一般炉膛设计成压能力：3000-7000Pa，正常负压运行锅炉炉膛压力维持：-50-120Pa 燃料爆燃、水冷壁严重爆管、析铁氢爆 自动化水平