鍋爐受熱面結(jié)渣和高溫腐蝕機(jī)理淺談.pdf

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1、全國(guó)火電300MWe級(jí)機(jī)組能效對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽第三}’九屆年會(huì)論艾集鍋爐鍋爐受熱面結(jié)渣和高溫腐蝕機(jī)理淺談裴玉東(大唐能源化工有限責(zé)任公司010300)【摘要】燃煤鍋爐受熱面的結(jié)渣和高溫腐蝕問(wèn)題一直凼擾我國(guó)電站鍋爐的安全性，對(duì)電站的經(jīng)濟(jì)性也帶來(lái)很大影響。我國(guó)電站鍋爐燃煤品質(zhì)較差月．煤質(zhì)多變，很容易引起受熱面的結(jié)渣，由于結(jié)渣造成的出力和熱效率降低分別達(dá)到20％和2．5％。在我國(guó)80％以上電站鍋爐存在不同程度的水冷壁高溫腐蝕。對(duì)鍋爐受熱面的結(jié)渣和高溫腐蝕問(wèn)題進(jìn)行研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義?！娟P(guān)鍵詞】鍋爐受熱面高溫腐蝕結(jié)渣1研究背景根據(jù)

2、我國(guó)的能源政策，我國(guó)的動(dòng)力用煤盡量燃用低品位的劣質(zhì)煤，因此燃煤質(zhì)量偏差，含灰量較高。當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)，鍋爐的各受熱面都有不同程度的礦物質(zhì)沉積現(xiàn)象，導(dǎo)致各受熱面產(chǎn)生磨損、腐蝕、積灰和結(jié)渣等一系列問(wèn)題，使得鍋爐受熱面壽命降低、鍋爐管子爆漏現(xiàn)象頻繁發(fā)生。鍋爐內(nèi)結(jié)渣、沾污、腐蝕所引起的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：1)沾污、結(jié)渣會(huì)降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力。灰污在受熱面沉積后，由于其導(dǎo)熱系數(shù)很低，熱阻很大，一般沾污數(shù)小時(shí)后水冷壁的傳熱能力會(huì)降低30％-60％，使得爐內(nèi)火焰中心后移，爐膛出口煙溫相應(yīng)提高。2)積灰會(huì)使省煤器和空氣預(yù)熱器堵塞

3、、傳熱惡化，從而提高排煙溫度，降低鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。3)由于總的傳熱阻力增大，會(huì)使鍋爐可能無(wú)法維持在滿負(fù)荷下運(yùn)行只好增加投煤量，引起爐膛出口煙溫進(jìn)一步提高，使灰渣更容易沾在受熱面上，形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致發(fā)生一系列鍋爐惡性事故，如過(guò)熱器、省煤器管束堵灰、爆裂，空氣預(yù)熱器大量漏風(fēng)，出渣系統(tǒng)堵死。煙溫升高還會(huì)導(dǎo)致蒸汽過(guò)熱汽溫偏高，使金屬管子處超溫運(yùn)行狀態(tài)。4)在高溫?zé)煔庾饔孟拢辰Y(jié)在水冷壁或高溫過(guò)熱器上的灰渣會(huì)與管壁發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成高溫腐蝕。發(fā)生高溫腐蝕時(shí)的平均水冷壁管腐蝕量可達(dá)1．8—2．6mm／a。如燃用高硫煤時(shí)，

4、腐蝕區(qū)受火焰的直接沖刷，其腐蝕速度可達(dá)5mm／a以上，運(yùn)行不當(dāng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生爆管停爐。因此，沾污、結(jié)渣可看作高溫腐蝕的前兆。我國(guó)電站鍋爐受熱面“四管”因積灰、腐蝕和磨損泄漏爆管而引起的事故f‘分驚人。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，鍋爐的‘陰管’爆漏導(dǎo)致的非計(jì)劃停用時(shí)問(wèn)占火電非計(jì)劃停用時(shí)l’HJ的40％壇右，約占鍋爐停用次數(shù)的70％，損失電量占總損失電量的50％以上?！啊尽簈管”的泄漏爆管事故成為影響鍋爐安全運(yùn)行的生要原岡，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行影響很大。特別足隨人容最機(jī)組的增多，人型電站鍋爐的爆旃I；帶來(lái)的損失也越來(lái)越大。由了二爆管事故的發(fā)

5、生，檢修時(shí)需要大量更換管了，其，世重影響鍋爐機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使設(shè)備檢修工作和檢修費(fèi)用大大增加，有時(shí)甚至造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞和人員傷I’：。299全國(guó)火電300MWe級(jí)機(jī)組能效對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽第三十九屆年會(huì)論文集鍋爐2高溫腐蝕機(jī)理及防治2．1水冷壁高溫腐蝕機(jī)理根據(jù)高溫腐蝕發(fā)生的原因及腐蝕產(chǎn)物的成分差別，煤粉鍋爐水冷壁高溫腐蝕一般有以下幾種形式：硫酸鹽型高溫腐蝕、硫化物型高溫腐蝕、氯化物型高溫腐蝕以及由還原性氣體引起的高溫腐蝕。2．1．1硫酸鹽型高溫腐蝕對(duì)發(fā)生水冷壁高溫腐蝕的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)部分鍋爐的高溫腐蝕積灰中含有

6、大量的硫與堿金屬元素，它們通常以硫酸鹽、焦硫酸鹽以及三硫酸鐵鈉等復(fù)合硫酸鹽存在。這種腐蝕產(chǎn)物的成分呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，由表及里堿金屬元素和硫元素的含量逐漸遞增。對(duì)上述的規(guī)律性變化，國(guó)外的許多學(xué)者都作了自己的解釋：一種說(shuō)法是，堿金屬氧化物首先沉積在水冷壁管子的表面，然后與燃燒產(chǎn)生的硫的氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鹽與焦硫酸鹽，然后這種硫酸鹽或焦硫酸鹽與金屬鐵(鋁)或鐵(鋁)的氧化物發(fā)生反應(yīng)生成三硫酸鐵鈉等復(fù)合硫酸鹽。在液態(tài)條件下，這些反應(yīng)大大加劇，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的高溫腐蝕。另一種普遍為大家所接受的說(shuō)法是，燃燒產(chǎn)生的堿金屬氧化物

7、與S03反應(yīng)生成氣態(tài)的堿金屬硫酸鹽，在溫度梯度作用下向較冷的管子表面擴(kuò)散，沉積在水冷壁管子上，隨著灰層的增厚，灰層中的溫度升高，其溫度梯度也比較大，從而使堿金屬元素在沉積物中沿溫度梯度向管子表面進(jìn)行擴(kuò)散。同時(shí)，燃燒產(chǎn)物中的硫的氧化物也在灰中擴(kuò)散，其最終結(jié)果是：在金屬表面的灰中含有大量的堿金屬硫酸鹽。硫酸鹽腐蝕過(guò)程主要有以下兩種途徑：一種是在附著層中堿金屬硫酸鹽參與作用的氣體腐蝕，即受熱面上熔融的硫酸鹽吸收S03，并在Fe：0?；駻120。的作用下，生成復(fù)合硫酸鹽(Na，K)(Fe，A1)(SOt)3：3M2S04+F

8、e203+3S03--)2M2Fe(S04)33M2S04+舢203+3S03--92M3AI(S04)3復(fù)合硫酸鹽不像Fe203那樣在管子表面形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，當(dāng)K3Fe(SOt)3／Na3Fe(S04)3混合物中鉀與鈉的摩爾比值在1：1與l：4之間時(shí)，熔點(diǎn)降低至825。C。這樣，當(dāng)硫酸鹽沉積厚度增加，表面溫度升高至熔點(diǎn)溫度時(shí)，F(xiàn)e203氧化