1、第十六章第十六章 結渣和高溫積灰及高溫腐蝕結渣和高溫積灰及高溫腐蝕 第一節第一節 煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕 一、鍋爐受熱面灰分的沉積一、鍋爐受熱面灰分的沉積 （1）爐膛水冷壁結渣）爐膛水冷壁結渣 （2）高溫粘結性積灰）高溫粘結性積灰（高溫對流受熱面）（高溫對流受熱面） （3）中低溫積灰）中低溫積灰 1）松散性積灰）松散性積灰 2）低溫粘結性積灰）低溫粘結性積灰 （松散性積灰，在鍋爐的任何受熱面上都會存在）（松散性積灰，在鍋爐的任何受熱面上都會存在） 二、鍋爐受熱面的腐蝕二、鍋爐受熱面的腐蝕 鍋爐受熱面與流體或沉積物發生鍋爐受熱面與流體或沉積物發生 化學反應導致的受熱

2、面損壞。化學反應導致的受熱面損壞。 （1）爐膛爐膛水冷壁高溫腐蝕水冷壁高溫腐蝕 （2）高溫高溫對流受熱面腐蝕對流受熱面腐蝕 （3）低溫低溫對流受熱面腐蝕對流受熱面腐蝕 （4）蒸汽側蒸汽側高溫氧化高溫氧化第二節第二節 燃煤礦物成分的化學物理性質燃煤礦物成分的化學物理性質一、煤灰主要元素及其酸堿成分一、煤灰主要元素及其酸堿成分 1、 煤灰的主要礦物元素煤灰的主要礦物元素 Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、K、Na 以硅酸鹽、硫酸鹽、氧化物、少量其它化合以硅酸鹽、硫酸鹽、氧化物、少量其它化合 物的混合物的形式存在。物的混合物的形式存在。 2、堿性成分、堿性成分 3、酸性成分、酸性成分 4、堿酸比、

3、堿酸比 堿性堿性成分是結渣、高溫積灰的主要原因。成分是結渣、高溫積灰的主要原因。 23223222TiOOAlSiOOFeMgOCaOOKONaAB 二、煤灰主要礦物質的熔化溫度二、煤灰主要礦物質的熔化溫度 總體而言：總體而言： 1. 堿性堿性成分熔點較低；成分熔點較低；（但但CaO、MgO本身本身熔點高）熔點高） 2. 酸性酸性成分熔點較高。成分熔點較高。（表（表16-2） 3. 酸性酸性+堿性堿性復合成分（共熔體、共晶體）復合成分（共熔體、共晶體） 熔點較低。熔點較低。第三節第三節 影響高溫受熱面灰污染的影響高溫受熱面灰污染的幾個主要化學反應幾個主要化學反應 一、黃鐵礦一、黃鐵礦FeS2和

4、菱鐵礦和菱鐵礦FeCO3反應反應 1、在、在氧化性氧化性氣氛下燃燒氣氛下燃燒 FeS2 , FeCO3 高熔點的高熔點的Fe2O3 , Fe3O42、在、在還原性還原性氣氛下燃燒氣氛下燃燒 1）FeS2 低熔點的低熔點的FeS 2）FeS2 + Fe2O3 低熔點的低熔點的FeO FeCO3 低熔點的低熔點的FeO 3）FeO + CaO、SiO2 低熔點共晶體低熔點共晶體 【CaO-FeO、CaO-FeO-SiO2】3、 FeS2反應產物（反應產物（S、SO2、SO3）：）：高、低溫腐蝕高、低溫腐蝕 二、二、堿金屬堿金屬反應反應 1、生成低熔點、易升華的生成低熔點、易升華的Na2O, K2O

5、： 高溫積灰高溫積灰 2、生成低熔點硫酸鹽、生成低熔點硫酸鹽Na2SO4, K2SO4 結渣、高溫積灰、高溫腐蝕結渣、高溫積灰、高溫腐蝕 3、與高熔點灰分反應、與高熔點灰分反應 低熔點灰分低熔點灰分 （例如：（例如：SiO2 Na2Si2O5） 結渣、高溫積灰結渣、高溫積灰 三、三、SiO2的反應和酸堿反應的反應和酸堿反應 1、SiO2反應：反應： 2NaOH + SiO2 Na2SiO5 + H2O SiO2 + C（或（或H2） SiO + CO（或（或H2O） （Na2SiO5 、 SiO 粘結性結灰）粘結性結灰） 2、酸堿反應：、酸堿反應： 在在還原性還原性氣氛下氣氛下 酸性成分酸性成

6、分 + 堿性成分堿性成分 低熔點共晶體低熔點共晶體 （例如：（例如： CaO-FeO-SiO2 ）第四節第四節 爐膛水冷壁結渣和高溫腐蝕爐膛水冷壁結渣和高溫腐蝕 一、一、水冷壁結渣水冷壁結渣 1、結渣的概念、結渣的概念 熔融或半熔融熔融或半熔融狀態的灰粒粘附到受熱面上，狀態的灰粒粘附到受熱面上， 逐步積累形成的灰渣層。逐步積累形成的灰渣層。 結渣具有自動加劇的特點，因為：結渣具有自動加劇的特點，因為： 受熱面的外表溫度和煙氣溫度增加；受熱面的外表溫度和煙氣溫度增加； 受熱面的外表面粗糙度增加。受熱面的外表面粗糙度增加。 2、結渣對鍋爐的影響、結渣對鍋爐的影響 1）排煙）排煙熱損失熱損失增大，出

7、力降低；增大，出力降低； 2）結渣點以后的受熱面）結渣點以后的受熱面超溫超溫； 3）改變爐內）改變爐內空氣動力場空氣動力場（噴嘴處結渣）（噴嘴處結渣）： 不完全燃燒熱損失增加，爐壁局部超溫。不完全燃燒熱損失增加，爐壁局部超溫。 4）影響汽包鍋爐蒸發區的）影響汽包鍋爐蒸發區的水循環水循環； 5）引起受熱面）引起受熱面熱偏差熱偏差； 6）結渣脫落時，）結渣脫落時，砸壞砸壞水冷壁管，水冷壁管， 還可能造成爐膛突然還可能造成爐膛突然熄火熄火。3、影響結渣的主要因素、影響結渣的主要因素 1）爐膛）爐膛設計設計熱強度、熱強度、運行運行負荷負荷 （溫度水平）（溫度水平） 2）燃料本身的灰分特性）燃料本身的灰

8、分特性 酸性酸性成分多，灰熔點成分多，灰熔點升高升高； 堿性堿性成分多，灰熔點成分多，灰熔點降低降低。 3）燃燒區氣氛）燃燒區氣氛 還原性還原性氣氛氣氛，灰熔點低，灰熔點低。 4）爐內流場）爐內流場 風粉組織不良、火焰中心偏斜、火焰刷墻。風粉組織不良、火焰中心偏斜、火焰刷墻。4、鍋爐鍋爐運行運行中防止結渣的措施中防止結渣的措施（1）盡量使）盡量使燃用燃用煤種與煤種與設計設計煤種一致煤種一致 設計熱強度、灰分特性之間的協調。設計熱強度、灰分特性之間的協調。（2）良好的爐內流場：）良好的爐內流場： 1）防止爐內熱負荷分布過于集中；）防止爐內熱負荷分布過于集中； （降低爐內的最高溫度水平）（降低爐內

9、的最高溫度水平） 2）防止還原性氣氛下燃燒；）防止還原性氣氛下燃燒； 3）防止火焰刷墻；）防止火焰刷墻；（3）適時吹灰）適時吹灰二、二、水冷壁高溫腐蝕水冷壁高溫腐蝕 在在高溫、含硫（氯）、還原性氣氛高溫、含硫（氯）、還原性氣氛下，水冷壁下，水冷壁管經化學反應，生成疏松、易脫落的管經化學反應，生成疏松、易脫落的FeS、FeO等等。 1. 硫化物型腐蝕硫化物型腐蝕 （1）煤中硫煤中硫（FeS2和有機硫）和有機硫）在火焰中在火焰中還原性還原性氣氛氣氛 下反應生成下反應生成S和和H2S；（2） S 、H2S 腐蝕受熱面氧化層、受熱面金屬：腐蝕受熱面氧化層、受熱面金屬： Fe + S FeS H2S +

10、 FeO FeS + H2O H2S + Fe FeS+ H2 3SO3 + Fe2O3 Fe2(SO4) 3 2. 氯化物型腐蝕氯化物型腐蝕 （1）煤中氯煤中氯Cl在燃燒過程中生成在燃燒過程中生成HCl；（2）HCl腐蝕受熱面氧化層、受熱面金屬：腐蝕受熱面氧化層、受熱面金屬： （在（在400-600 C時反應最活躍）時反應最活躍） 2HCl + Fe2O3+CO FeO+FeCl2+H2O+CO22HCl + Fe FeCl2+H2 3. 其它腐蝕介質其它腐蝕介質 SO2、 CO 4. 影響水冷壁高溫腐蝕的因素：影響水冷壁高溫腐蝕的因素： （1）燃料成分（）燃料成分（S、Cl含量）；含量）；

11、 （2）燃燒區氣氛（還原性？氧化性？）燃燒區氣氛（還原性？氧化性？） （3）爐內流場（火焰刷墻）爐內流場（火焰刷墻） （4）水冷壁溫度。）水冷壁溫度。 5. 防止措施防止措施（與影響因素對應（與影響因素對應） 避免燃燒區避免燃燒區（特別是水冷壁附近）（特別是水冷壁附近）還原性氣氛；還原性氣氛； 防止火焰偏斜、刷墻；防止火焰偏斜、刷墻； 防止水冷壁超溫（防止管內傳熱惡化等）。防止水冷壁超溫（防止管內傳熱惡化等）。 第五節第五節 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕高溫對流受熱面的積灰和腐蝕一、一、高溫積灰高溫積灰（1）高溫積灰的概念）高溫積灰的概念 （高溫燒結性積灰（高溫燒結性積灰 ） 爐膛的高溫環境下爐

12、膛的高溫環境下升華升華的灰分，在高溫的灰分，在高溫 對流受熱面上對流受熱面上冷凝冷凝并攜同其它飛灰沉積，并攜同其它飛灰沉積， 而形成的燒結性積灰而形成的燒結性積灰 。（2）高溫積灰對鍋爐的影響）高溫積灰對鍋爐的影響 1）汽溫下降）汽溫下降（循環效率降低）；（循環效率降低）； 2）排煙熱損失增加；）排煙熱損失增加； 3）煙道流動阻力增加；）煙道流動阻力增加； 4）高溫腐蝕）高溫腐蝕（在后面介紹）。（在后面介紹）。（3）影響高溫積灰的因素）影響高溫積灰的因素 1）灰的成分；）灰的成分； 灰在爐膛中升華的成分主要是：灰在爐膛中升華的成分主要是： 低熔點的堿金屬化合物、硫酸鹽。低熔點的堿金屬化合物、硫

13、酸鹽。 （Na2O，K2O，Na2SO4等）等） 2）爐膛的設計和運行工況）爐膛的設計和運行工況（爐膛溫度（爐膛溫度 ）。二、高溫對流受熱面的煤灰腐蝕二、高溫對流受熱面的煤灰腐蝕 1、定義：、定義： 熔融熔融狀態的狀態的腐蝕性腐蝕性高溫積灰（高溫積灰（硫酸鹽，復合硫酸鹽硫酸鹽，復合硫酸鹽），）， 與受熱面發生化學反應，產生的受熱面管壁腐蝕。與受熱面發生化學反應，產生的受熱面管壁腐蝕。 2、腐蝕過程：、腐蝕過程： M2O+SO3 M2SO4（硫酸鹽）（硫酸鹽） 3M2SO4+Fe2O3+3SO3 2M3Fe(SO4)3 （復合硫酸鹽）（復合硫酸鹽） 2M3Fe(SO4)3+10Fe 3Fe3O4

14、+3FeS+3M2SO4 （以上方程式中：（以上方程式中：M是指是指K，Na等堿金屬）等堿金屬）3、高溫腐蝕的影響因素、高溫腐蝕的影響因素（1）燃燒產物中硫、堿金屬的含量燃燒產物中硫、堿金屬的含量（2）壁面溫度壁面溫度 （3）管壁材質管壁材質4、高溫積灰及高溫腐蝕的防止措施、高溫積灰及高溫腐蝕的防止措施 （1）防止爐膛局部溫度過高）防止爐膛局部溫度過高 （減少灰的升華）（減少灰的升華） （2）防止受熱面壁溫過高）防止受熱面壁溫過高 避免積灰處于熔融或半熔融狀態：避免積灰處于熔融或半熔融狀態： Na3Fe(SO4)3 熔點熔點624 K3Fe(SO4)3 熔點熔點618 （3）采用耐腐蝕的材料）

15、采用耐腐蝕的材料 （4）加強吹灰）加強吹灰第六節第六節 對流受熱面的蒸汽側高溫氧化對流受熱面的蒸汽側高溫氧化 一、一、蒸汽側高溫氧化現象蒸汽側高溫氧化現象 蒸汽側高溫氧化：蒸汽側高溫氧化： 高溫水蒸汽中的結合氧與受熱面金屬發生的氧化反應。高溫水蒸汽中的結合氧與受熱面金屬發生的氧化反應。 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 二、二、蒸汽側金屬氧化膜的特點蒸汽側金屬氧化膜的特點影響金屬氧化膜生長速率的因素：影響金屬氧化膜生長速率的因素：（圖（圖16-5） 1、時間：、時間： 開始階段：開始階段：較快；較快； 穩定階段：穩定階段：恒定；恒定； 2、金屬溫度：、金屬溫度：成正比；成正比； 3、金屬材質：、金屬材質：與含鉻與含鉻Cr量成反比。量成反比。三、三、蒸汽側高溫氧化的影響蒸汽側高溫氧化的影響1、減少金屬部件的有效承載厚度、減少金屬部件的有效承載厚度2、受熱面溫度升高、受熱面溫度升高3、氧化膜脫落、氧化膜脫落 鍋爐：鍋爐： 流量不均、堵塞；流量不均、堵塞； 汽輪機：汽輪機： 閥門嚴密性