结渣和高温积灰及高温腐蚀.ppt

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1、中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment第十六章第十六章 结渣和高温积灰及结渣和高温积灰及高温腐蚀高温腐蚀1中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment受热面的灰污或灰沉积受热面的灰污或灰沉积：飞灰在炉内因各种化学反应或物理：飞灰在炉内因各种化学反应或物理力的作用而沉积在受热面上。力的作用而沉积在受热面上。结渣结渣：一般是指在接受炉膛辐射的受热面上形成的熔融、：一般是指在接受炉膛辐射的受热面上形成的熔融、半熔融、或固态沉积物。半熔融、或固态沉积物。积灰积灰：发生在对流受热面上的灰沉积：发生在对流受热面上的灰沉积高温积灰（高温粘结性

2、积灰）：高温积灰（高温粘结性积灰）：常发生在烟温高于常发生在烟温高于700800的的对流受热面（高过、高再等）上对流受热面（高过、高再等）上 中低温积灰（松散性积灰）：中低温积灰（松散性积灰）：发生在烟气温度处于发生在烟气温度处于600700以以下，约下，约250300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2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：烟气侧腐蚀：锅炉烟气中污染性气体或受热面沉积物与受锅炉烟气中

3、污染性气体或受热面沉积物与受热面金属的化学反应导致的受热面损坏。热面金属的化学反应导致的受热面损坏。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3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；粘土

4、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，测量困难。煤中矿物质种类多，分布严重不均匀，测量困难。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4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特性燃煤

5、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成灰过程：煤中矿物质在炉内燃烧过程中经过复杂的物理、：煤中矿物质在炉内燃烧过程中经过复杂的物理、化学过程化学过程转变成煤灰转变成煤灰（飞灰和炉渣飞灰和炉渣）。）。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)、氧化物、硫酸盐和少量其它化合物的混合物。氧化物、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、MgO、Na2O、

6、K2O煤灰化学组成分析时一般还包括煤灰化学组成分析时一般还包括SO3碱酸比：碱酸比：5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，FTSiO2影响复杂，一般影响复杂，一般SiO2/Al2O3高则灰熔点低高则灰熔点低Al2O3增加，灰熔点增加增加，灰熔点增加Fe2O3增加，灰熔点降低增加，灰熔点降低CaO在一定范围内增加，灰熔点降低，随后增加在一定范围内增加，灰熔点降低，随后增加其它碱性成分增加，灰熔点降低其它碱性成分增加，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

7、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6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）的形式存在的，并以黄铁矿（硫铁）的形式存在的，并以黄铁矿（硫铁矿）矿）FeS2居多，少量以菱铁矿居多，少量以菱铁矿FeCO3、硫酸盐、含铁粘土等形式出现，、硫酸盐、含铁粘土等形式出现，只有不到只有不到10是以正铁（是以正铁（Fe3）的形式存在。）的形式存在。FeS2的转化的转化氧气充足（氧化性气氛）下，迅速分解氧化成铁氧化物和氧气充足（氧化性气氛）下，迅速分解氧化成铁氧化物和SO

8、2氧气不足（还原性气氛）时，分解成磁黄铁矿再缓慢氧化形成氧气不足（还原性气氛）时，分解成磁黄铁矿再缓慢氧化形成FeS-FeO共熔体，熔点低而易导致结渣。铁氧化物（共熔体，熔点低而易导致结渣。铁氧化物（FeO）会与）会与灰中其它成分如灰中其它成分如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反应产物：还原性气氛下反应产物：还原性气氛下H2S、S导致水冷壁腐蚀；导致水冷壁腐蚀；SO2影响影响高温积灰和腐蚀；高温积灰和腐蚀；SO3导致低温腐蚀。导致低温腐

9、蚀。灰中的灰中的Fe：Fe2O3增加，灰熔点降低，并增加，灰熔点降低，并显著受气氛影响显著受气氛影响。第三节第三节 影响高温受热面灰污染的几个主要化学反应影响高温受热面灰污染的几个主要化学反应7中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment二、二、碱金属反应碱金属反应和高温积灰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，但对结渣和高温对流受热）的含量不多，但对结渣和高温对流受热面积灰有重要影响。面积灰有重要影响。煤中碱金属在火焰中挥发，通过炉内烟气中反应主要以气态煤中碱金属在火焰中挥发，通过炉内烟气中反应主要以气态M2O、MOH、MCl、M

10、2SO4等形式存在，烟温低时以等形式存在，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，并可与烟温降低或接触到受热面、灰颗粒时，上述成分凝结，并可与SO2、SO3反应转化成反应转化成M2SO4。因因M2SO4熔点低，在受热面上易烧结，引起高温积灰及腐蚀；在飞灰熔点低，在受热面上易烧结，引起高温积灰及腐蚀；在飞灰表面增加颗粒表面粘性，也有利于积灰。表面增加颗粒表面粘性，也有利于积灰。三、三、SiO2的反应的反应第三节第三节 影响高温受热面灰污染的几个主要化学反应影响高温受热面灰污染的几个主要化学反应8中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Env

11、ironment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壁或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。壁上原积有粘性灰所引起。结渣形成过程结渣形成过程是，首先在水冷壁表面应存在粘性的是，首先在水冷壁表面应存在粘性的沉积物，然后通过壁温的提高和粘附捕捉，以及反沉积物，然后通过壁温的提高和粘附捕捉，以及反复的理化作用，则会形成厚而硬的结渣，外层灰渣复的理化作用，则会形成厚而硬的结渣，外层灰渣甚至处于熔化和流动状态。甚至处于熔化和流动状态。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9中国 南京能源与环境学院

12、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，降低锅炉运行影响传热，炉膛水冷壁吸热量减少，降低锅炉运行经济性；经济性；导致炉膛出口烟温升高和过、再热汽温超温，为了导致炉膛出口烟温升高和过、再热汽温超温，为了维持汽温，需要降低负荷；维持汽温，需要降低负荷；燃烧器喷口结渣影响流动状态和炉内燃烧状况；燃烧器喷口结渣影响流动状态和炉内燃烧状况；给水循环的安全性和水冷壁的热偏差带来不利影响，给水循环的安全性和水冷壁的热偏差带来不利影响，也导致高温对流受热面吸热不均；也导致高温对流受热面吸热不均；掉渣会砸坏冷灰斗，影响锅炉的安全运行。掉渣会砸坏冷灰斗

13、，影响锅炉的安全运行。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10中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment3.影响结渣的主要因素影响结渣的主要因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（炉内温度水平和热负荷）炉膛的设计特性（炉内温度水平和热负荷）qV，炉内燃烧温度高，易结渣；，炉内燃烧温度高，易结渣；qA，燃烧器区域易结渣，燃烧器区域易结渣，qA，炉膛出口易结渣；，炉膛出口易结渣；qB，燃烧器区域温度高，易结渣，燃烧器区域温度高，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

14、冲墙火焰中心偏斜、火焰贴墙或冲墙燃烧器风粉分配不均燃烧器风粉分配不均水冷壁附近的局部还原性气氛水冷壁附近的局部还原性气氛锅炉运行负荷：负荷高时易结渣。锅炉运行负荷：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11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（ST）ST 1350 C，结渣倾向轻微。，结渣倾向轻微。碱酸比：碱酸比：B/AB/A 0.4，结渣倾向严重；，结渣倾向严重；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；

15、，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，沾污倾向轻微沾污倾向轻微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%，沾污倾向轻微沾污倾向轻微RF 0.5-1.0%，沾污倾向中等沾污倾向中等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

16、面的积灰和腐蚀高温对流受热面的积灰和腐蚀19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因素高温积灰及其严重程度的影响因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燃烧方式燃料燃烧方式运行条件运行条件第五节第五节 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20中国 南京能源与环境学院能源与环境学院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紧密相连高温腐蚀和高温粘结性积灰紧密

17、相连第一步：管壁上因碱金属成分的凝结形成极细灰粒沾污层；第一步：管壁上因碱金属成分的凝结形成极细灰粒沾污层；第二步：冷凝的第二步：冷凝的Na2O等与等与SO3作用形成作用形成Na2SO4；Na2SO4有粘性，有粘性，呈淡白色，熔点低，会进一步吸收呈淡白色，熔点低，会进一步吸收SO3，并与并与Fe2O3、Al2O3等作等作用生成具有腐蚀性的复合硫酸盐；用生成具有腐蚀性的复合硫酸盐；第三步：随着第三步：随着 硫酸盐沉积量的增多，热阻加大，表面温度升高至硫酸盐沉积量的增多，热阻加大，表面温度升高至硫酸盐熔点时，管壁上金属氧化膜硫酸盐熔点时，管壁上金属氧化膜Fe2O3保护层会被溶解破坏。保护层会被溶解

18、破坏。第四步：复合硫酸盐会与铁反应，第四步：复合硫酸盐会与铁反应，形成形成Na2Fe(SO4)3循环作用使循环作用使腐蚀不断进行。腐蚀不断进行。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21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壁面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壁面移聚的能力，从而使腐蚀过程继续下去和增强。金属壁温在移聚的能力，从而使腐蚀过程继续下去和增强。金属壁温在650700时腐蚀速度达到最严重。时腐蚀

19、速度达到最严重。Na3Fe(SO4)3 熔点熔点624K3Fe(SO4)3 熔点熔点618高温积灰和腐蚀如图所示高温积灰和腐蚀如图所示第五节第五节 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22中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment高温对流受热面煤灰腐蚀的影响因素高温对流受热面煤灰腐蚀的影响因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23中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Envir

20、onment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燃烧技术采用低氧燃烧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行吹灰，清除含有碱金属氧化物和复合定时对过热器和再热器进行吹灰，清除含有碱金属氧化物和复合硫酸盐的灰污层，阻止高温腐蚀的发生。硫酸盐的灰污层，阻止高温腐蚀的发生。合理组织燃烧，改善炉内空气动力及燃烧工况，合理组织燃烧，改善炉内空气动力及燃烧工况，防止水冷壁结渣、防止水冷壁结渣、火焰中心偏斜或后移等可能引起热偏差的现象发生，减少过热器火焰中心偏斜或后移等可能引起热偏差的现象发生，减少过热器与再热器的沾污结渣；与再热器

21、的沾污结渣；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24中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment一、蒸汽侧高温氧化现象一、蒸汽侧高温氧化现象因高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生的氧化反应，因高温水蒸汽中的结合氧与受热面金属发生的氧化反应，就称之为蒸汽侧高温氧化。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、材料特

22、性及其接触高金属氧化膜的生长速率主要与金属的温度、材料特性及其接触高温蒸汽的时间有关温蒸汽的时间有关。不同金属材料在同样的温度下，蒸汽侧氧化膜的生长速率是不同不同金属材料在同样的温度下，蒸汽侧氧化膜的生长速率是不同的。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25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，但也影蒸汽侧金属氧化膜有利于防止蒸汽侧氧化腐蚀，但也影响锅炉运行的安全性和经济性。响锅炉运行的安全性和经济性。1.减小金属部件的有效承载厚度减小金属部

23、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.氧化膜的脱落氧化膜的脱落 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.减缓氧化膜的生成速度减缓氧化膜的生成速度（提高金属的抗氧化能力）（提高金属的抗氧化能力）2.防止氧化膜的脱落（控制启、停和变负荷时的升温或降温速率。）防止氧化膜的脱落（控制启、停和变负荷时的升温或降温速率。）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26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

24、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.煤粉燃烧过程中黄铁矿（煤粉燃烧过程中黄铁矿（FeS2）的主要反应、气氛影响和）的主要反应、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因素以及预防措施。炉膛水冷壁结渣过程及其影响因素以及预防措施。7.水冷壁高温腐蚀机理及其影响因素以及预防措施。水冷壁高温腐蚀机理及其影响因素以及预防措施。8.高温对流受热面积灰机理及主要影响因素以及预防措施。高温对流受热面积灰机理及主要影响因素以及预防措施。9.高温对流受热

25、面煤灰腐蚀机理及其影响因素以及预防措施。高温对流受热面煤灰腐蚀机理及其影响因素以及预防措施。10.高温对流受热面水蒸汽氧化的机理及其影响因素以及应高温对流受热面水蒸汽氧化的机理及其影响因素以及应对措施。对措施。本章小结本章小结27中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment锅炉的灰沉积：结渣和积灰锅炉的灰沉积：结渣和积灰28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29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

26、热器的严重积灰30中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment煤粉燃烧时煤中矿物质成灰过程示意图煤粉燃烧时煤中矿物质成灰过程示意图31中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment飞灰和炉渣飞灰和炉渣32中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&EnvironmentFe、灰熔融特性和气氛、灰熔融特性和气氛（B&W）33中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment煤中煤中碱金属的转化碱金属的转化34中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment结渣过程结渣过程1.初始沉

27、积层：松而弱粘结，初始沉积层：松而弱粘结，1-2mm2.粘结层：固体层，部分烧结或烧结；粘结层：固体层，部分烧结或烧结；3.半熔融或熔渣层半熔融或熔渣层35中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment吹灰吹灰36中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment初始沉积物半熔融态沉积物温度增加热流炉膛水冷壁固体沉积物熔融态沉积物熔渣沉积层表面的温度；临界粘度的相应温度；固化温度；管子表面温度结渣沉积层的结构与温度结渣沉积层的结构与温度37中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment高温积灰过程高温积灰过程（Couch）脱落的氧化皮脱落的氧化皮38中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment高温对流受热面煤灰腐蚀高温对流受热面煤灰腐蚀 烟气流向烟气流向被腐蚀的过热器管横截面被腐蚀的过热器管横截面 烟气流向烟气流向被腐蚀的过热器管横截面被腐蚀的过热器管横截面39中国 南京能源与环境学院能源与环境学院Energy&Environment脱落的氧化膜脱落的氧化膜脱落的氧化皮脱落的氧化皮40