《锅炉原理》课件第十章 结渣和高温积灰及高温腐蚀.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,第十章 结渣和高温积灰及高温腐蚀,,内容提纲,本章内容,,受热面积灰、结渣、腐蚀的特点、机理、危害、预防措施,,煤矿物成分及结渣,(,灰,),、腐蚀化学反应,(,第三节及其他节部分内容,)(,以自学为主,),,对流受热面蒸汽侧高温氧化,(,第六节,)(,自学,),,重点掌握,,受热面高温结渣、腐蚀的机理与预防措施,,受热面结渣、积灰倾向预测,,增加和补充内容,,增加结渣积灰预测内容,,补充预防技术与措施,600MW,锅炉事故大块结渣,锅炉内渣量,简化后堆积：,20m×10m×5m,,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 × 1.5,10.1,积灰,(,沾污,),结渣,一、积灰结渣定义,,积灰或沾污：,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：,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,积灰,(,沾污,),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,,冷壁挂焦,二、积灰,(,沾污,),结渣形成原因和过程,1.,积灰结渣三要素,,,①煤燃烧→矿物质→灰份,(,粘土类,),,②,炉内具有一定的温度,(,＞灰熔点,),形成结渣,,③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,),,,一定条件,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,CaO,、,MgO,、,Na,2,O,、,K,2,O,、,TiO,2,、,P,2,O,5,,1625℃ 2050℃ 1560℃ 2570℃ 2800℃,,90%,以上,40%-50%,,煤灰中矿物质的熔点,化合物,熔点,化合物,熔点,化合物,熔点,Na,2,O,、,K,2,O,～,700,Na,2,SO,4,884,SiO,2,1715,KCl,778,Na,4,SiO,4,1018,Fe,2,O,3,1565,NaCl,801,Na,2,SiO,3,1080,Al,2,O,3,2015,Al,2,(SO,4,),3,700,K,2,SO,4,1076,TiO,2,1838,CaCl,2,772,MgSO,4,1124,CaO,2570,MgCl,2,708,FeS,2,、,FeS,1170-1195,MgO,2800,CaCO,3,825,FeO,1030,,,CaSO,4,850,,,,,书本,288,表,16-2,,2.,积灰,(,沾污,),结渣过程,,动态过程、逐步增加。

受热面积灰,(,沾污,),结渣分三个阶段：,,①,热扩散和涡流扩散；,,②气化物质的凝结；,,③碰撞或惯性碰撞初期沉积物形成机理,A.,初期沉积物,—,富铁熔渣撞击管壁，粘性大；升华物质,;,,B.,基质上部粘附飞灰颗粒,;,,C.,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,,,松散层,致密层,熔渣层,3.,积灰,(,沾污,),结渣的位置,结渣,—,炉膛内及出口高温对流受热面,,积灰,—,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：,,①折焰角,,②卫燃带,,③燃烧器附近,,,三、积灰,(,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差,结渣、堵灰，热偏差、管壁超温，爆管，落渣熄火安全性差,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=200×10,3,w/m,2,。

渣层厚,50mm,，渣面温度比火焰温度低,40℃,，,q=30×10,3,w/m,2,渣层热流密度和表面温度,四、积灰,(,沾污,),结渣分类,1.,烟气温度,：,熔渣,(1050℃,～,800℃),高温沉积灰,(800℃,～,600℃),低温沉积灰,(600℃,～,400℃),,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，,950℃,以下管子迎风面，管子背部和炉墙上,,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,低温受热面腐蚀,,多发生在低温区的省煤器和空预器上，与管子表面酸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,高温对流受热面腐蚀,,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,水冷壁高温腐蚀,,烟气中携带熔化或粘性很强的灰粒，在熔渣上积聚。

书本第一节内容,),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、神经网络等利用燃料特性进行预测,1.,根据灰熔点温度进行预测,,还原性气氛，初始变形温度，一种常用指标，简单、方便、实用气氛影响很大，还原性条件比氧化性,t,1,低,100℃,以上T,1,—DT,：,Initial deformation temperature,（变形温度）,,T,2,—ST,：,Softening temperature,（软化温度）,,T,3,—FT,：,Fluid temperature,（流动温度）,(1)t,1,(DT),在还原性气氛,,,t,1,＞,1289℃,不结渣,,,t,1,=1108,～,1288℃,中等结渣,,,t,1,＜,1107℃,严重结渣,,(2)t,2,(ST),在弱还原性气氛,,,t,2,＞,1390℃,轻微结渣,,,t,2,=1260,～,1390℃,中等结渣,,,t,2,＜,1260℃,严重结渣,,（哈成套所对,250,种动力用煤的分析结果）,,(3),美国,CE,公司标准,,,DT,＞,1371℃,不结渣,,,DT=1093,～,1204℃,易结渣,,(4),日本标准,,,t,2,＞,1230℃,结渣性低,,,t,2,＜,1230℃,结渣性高,烟煤型灰,,褐煤型灰,,灰中,Na,2,O(%),结渣倾向,灰中,Na,2,O(%),结渣倾向,＜,0.5,低,＜,2.0,低,0.5,～,1.0,中,2.0,～,6.0,中,1.0,～,2.5,高,6.0,～,8.0,高,＞,2.5,严重,＞,8.0,严重,2.,根据灰渣单一成分含量进行预测,,,用灰中碱金属氧化物含量进行测量。

Na,2,O,含量确定沾污倾向,还有用钾、铁等,(1),硅比,G,,,,当量,Fe,2,O,3,=Fe,2,O,3,+1.11FeO+1.43Fe,,硅比中分母大多为助熔剂，如,CaO,,，,G,，助熔，容易结渣，如脱硫SiO,2,二重性适当大，灰渣粘度和灰熔点较高，结渣倾向小硅比,我国,美国,法国,结渣倾向,G(%),>78.8,72,,78,>,72,轻微,,66.1,,78.8,65,,72,65,,72,中等,,<66.1,50,,65,<,65,严重,硅比没有考虑灰中主要成份,Al,2,O,3,推荐比较适用范围：,SiO,2,/Al,2,O,3,=1.5,3,.0,，,MgO≤3%,；,CaO≤10%,；,Na,2,O+K,2,O≤2.5%,硅比,G,判断结渣倾向界限值,3.,根据煤灰成份综合比值进行预测,(2),碱,/,酸比,(B/A),,碱酸比,我国,国外,结渣倾向,B/A,<,0.206,<,0.4,轻微,,0.206—0.4,0.4—0.7,中等,,>,0.4,>,0.7,严重,碱酸比判断结渣倾向界限值,积灰,(,沾污,),指数,R,f,(,书本,294,),,R,f,= A/B,,Na,2,O,,煤灰中钠升华现象，用于高温受热面判别。

褐煤以可溶性钠代入烟煤型灰,褐煤型灰,沾污程度,<0.2,<0.1,轻微,0.2—0.5,0.1—0.25,中等,0.5—1,0.25—0.7,高度,>1,>0.7,严重,基于沾污指数的煤积灰倾向判断界限,(,书本,287,),(3),硅,/,铝比,(SiO,2,/Al,2,O,3,),,SiO,2,影响有双重性， ①本身属酸性，易与碱性成份形成低熔点共熔体； ②含量高又使灰熔点上升硅比,G,判断结渣倾向界限值,:,,SiO,2,/Al,2,O,3,,<,1.87,轻微结渣,,SiO,2,/Al,2,O,3,=2.65—1.87,中等结渣,,SiO,2,/Al,2,O,3,>2.65,严重结渣,书本第四节有关结渣趋势预测（,291,页）：,,俄罗斯结渣倾向判别,,我国一维火焰试验炉对煤粉结渣结焦特性试验和判别,灰特性预测积渣准确度分析,指标,t,2,G,SiO,2,/ Al,2,O,3,Fe,2,O,3,/CaO,B/A,绝对准确率,%,83,67,61,37,69,相对准确率,%,100,80.7,76.3,44.6,83.1,各种常规结渣指标的准确率,准确度不高的原因：,,①矿物质分布不均匀；②赋存形态不同；③测量时环境条件不同；④与燃烧过程有关，如锅炉形成、空气动力场,①,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；,,②结渣程度,判别指标界限值之间属阶跃函数关系。

t,2,=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六、积灰,(,沾污,),结渣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,T,1,，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，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/h,·,m,2,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,< t,1,,,无屏,T”,l,< t,2,- 100,℃ (,t =,t,2,-,t,1,< 100,℃),,T”,l,≤1150℃(,无熔点资料,),,,有屏： 屏后,< t,1,- 50,℃,或,t,2,- 150,℃,,(3),锅炉热负荷,,①炉膛容积热负荷,q,V,和断面热负荷,q,F,,,影响炉膛和燃烧器温度水平的重要因素。

q,V,、,q,F,,炉膛和燃烧器温度结渣倾向,,②燃烧器区域热负荷,,,燃烧器区域壁面热负荷：,q,RF,,,燃烧器区域容积热负荷：,q,RV,煤灰结渣倾向,q,RV,(kw/m,3,),q,RF,(kw/m,2,),轻,550-600,410-440,中,500-550,380-410,严重,450-500,350-380,不同结渣煤的,q,RV,和,q,RF,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,,侧二次风、周界风、偏置周界风,,内浓外淡旋流燃烧器,10.2,受热面的高温腐蚀,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,1.1,,1.5mm/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：,,①积灰和烟气中的腐蚀性物质,,如烟气中的,SO,2,、,SO,3,、,H,2,S,、,HCl,等，气相腐蚀；积灰中的硫酸盐、硫化物、碱金属，固相腐蚀②管壁及附近区域高温,,③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FeSO,4,——1.54%,,Al,2,(SO,4,),3,——8.9%,,Fe,2,(SO,4,),3,——0.62%,,CaSO,4,——3.76%,,MgSO,4,——0.74%,大于,0.01%,严重,腐蚀速度和,H,2,S,浓度的关系,江西贵溪电厂,420t/h,锅炉,物相,Fe,3,O,4,Fe,2,O,3,FeO,FeS,FeS,2,SiO,2,不确定相,内层,32.78%,41.27%,14.15%,11.79%,,,较少,外层,4.63%,5.12%,,64.14%,8.78%,7.31%,7.56%,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、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,—Al,2,O,3,、,SiO,2,较高,—,灰熔点高,,晚侏罗纪,—SiO,2,最高，,Al,2,O,3,居中,—,灰熔点中,,早、中侏罗纪,—CaO,较高，,Al,2,O,3,较低,—,灰熔点低,煤中含氯量（,%,）,高温腐蚀倾向,＜,0.15,低,0.15—0.35,中,＞,0.35,高,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,SO,2,作用下腐蚀与温度关系,H,2,S,腐蚀速度和壁温的关系,H,2,S,含量：,0.12%—0.16%,SO,2,腐蚀与钢管清洁程度关系,清洁表面,带灰金属表面,在,300,～,700℃,的管壁温度下，,H,2,S,的腐蚀速率与温度的关系近视为：,,,,,K,—,腐蚀速率，,g/(m,2,·h),；,,,a,—,比例系数，,a=6.3×10,-15,；,,,t,—,试样温度，℃。

书本,293,页图,16-1,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,,高温腐蚀的预防措施（自学）,。