1、1,第十六章 結(jié)渣和高溫積灰及高溫腐蝕,2,受熱面的灰污或灰沉積：飛灰在爐內(nèi)因各種化學(xué)反應(yīng)或物理力的作用而沉積在受熱面上。 結(jié)渣：一般是指在接受爐膛輻射的受熱面上形成的熔融、半熔融、或固態(tài)沉積物。 積灰：發(fā)生在對流受熱面上的灰沉積 高溫積灰（高溫粘結(jié)性積灰）：常發(fā)生在煙溫高于700800的對流受熱面（高過、高再等）上 中低溫積灰（松散性積灰）：發(fā)生在煙氣溫度處于600700以下，約250300以上的受熱面區(qū)域 ，如省煤器。 低溫受熱面積灰（空氣預(yù)熱器積灰）,第一節(jié) 煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕,3,煙氣側(cè)腐蝕：鍋爐煙氣中污染性氣體或受熱面沉積物與受熱面金屬的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的受熱面損壞。 水冷壁高溫

2、腐蝕（硫化物和氯化物） 高溫對流受熱面腐蝕（煤灰腐蝕） 低溫受熱面腐蝕（低溫酸腐蝕） 高溫氧化性腐蝕（蒸汽側(cè)的蒸汽氧化）,第一節(jié) 煤粉鍋爐受熱面的積灰和腐蝕,4,煤中的礦物質(zhì)及其成灰 煤中的礦物質(zhì) 粘土礦物和頁巖等鋁硅酸鹽類礦物，如高嶺石； 硫化物，如黃鐵礦、白鐵礦（FeS2）； 石英/硅酸鹽，如石英、長石等； 碳酸鹽，如方解石、白云石、菱鐵礦； 硫酸鹽； 其它礦物質(zhì)（如氯化物、氧化物等）；等 煤中礦物質(zhì)種類多，分布嚴(yán)重不均勻，測量困難。,第二節(jié) 燃煤礦物質(zhì)成分的化學(xué)物理特性,5,第二節(jié) 燃煤礦物質(zhì)成分的化學(xué)物理特性,成灰過程和煤灰成分 成灰過程：煤中礦物質(zhì)在爐內(nèi)燃燒過程中經(jīng)過復(fù)雜的物理、化學(xué)

3、過程轉(zhuǎn)變成煤灰（飛灰和爐渣）。 煤灰的主要化學(xué)成分：硅酸鹽(大多為非晶態(tài)的玻璃體)、氧化物、硫酸鹽和少量其它化合物的混合物。 煤灰的化學(xué)組成以氧化物的百分含量表示： 酸性氧化物：SiO2、Al2O3、TiO2 堿性氧化物：Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O 煤灰化學(xué)組成分析時(shí)一般還包括SO3 堿酸比：,6,煤灰的熔融特性：DT，ST，HT，F(xiàn)T SiO2影響復(fù)雜，一般SiO2/Al2O3高則灰熔點(diǎn)低 Al2O3增加，灰熔點(diǎn)增加 Fe2O3增加，灰熔點(diǎn)降低 CaO在一定范圍內(nèi)增加，灰熔點(diǎn)降低，隨后增加 其它堿性成分增加，灰熔點(diǎn)降低 煤灰成分之間會生成低熔點(diǎn)共熔體。,第二節(jié) 燃煤礦物質(zhì)成

4、分的化學(xué)物理特性,7,一、黃鐵礦FeS2和結(jié)渣 煤中鐵：90以上以亞鐵（Fe2）的形式存在的，并以黃鐵礦（硫鐵礦）FeS2居多，少量以菱鐵礦FeCO3、硫酸鹽、含鐵粘土等形式出現(xiàn)，只有不到10是以正鐵（Fe3）的形式存在。 FeS2的轉(zhuǎn)化 氧氣充足（氧化性氣氛）下，迅速分解氧化成鐵氧化物和SO2 氧氣不足（還原性氣氛）時(shí)，分解成磁黃鐵礦再緩慢氧化形成FeS-FeO共熔體，熔點(diǎn)低而易導(dǎo)致結(jié)渣。鐵氧化物（FeO）會與灰中其它成分如CaO、SiO2等生成低熔點(diǎn)共熔體，也有利于結(jié)渣。 FeS2的影響 FeS2易導(dǎo)致結(jié)渣（密度大、中間產(chǎn)物熔點(diǎn)低） FeS2反應(yīng)產(chǎn)物：還原性氣氛下H2S、S導(dǎo)致水冷壁腐蝕；

5、SO2影響高溫積灰和腐蝕；SO3導(dǎo)致低溫腐蝕。 灰中的Fe：Fe2O3增加，灰熔點(diǎn)降低，并顯著受氣氛影響。,第三節(jié) 影響高溫受熱面灰污染的幾個(gè)主要化學(xué)反應(yīng),8,二、堿金屬反應(yīng)和高溫積灰 煤中堿金屬（主要是Na及K）的含量不多，但對結(jié)渣和高溫對流受熱面積灰有重要影響。 煤中堿金屬在火焰中揮發(fā)，通過爐內(nèi)煙氣中反應(yīng)主要以氣態(tài)M2O、MOH、MCl、M2SO4等形式存在，煙溫低時(shí)以M2SO4較穩(wěn)定。 煙溫降低或接觸到受熱面、灰顆粒時(shí)，上述成分凝結(jié)，并可與SO2、SO3反應(yīng)轉(zhuǎn)化成M2SO4。 因M2SO4熔點(diǎn)低，在受熱面上易燒結(jié)，引起高溫積灰及腐蝕；在飛灰表面增加顆粒表面粘性，也有利于積灰。 三、SiO

6、2的反應(yīng),第三節(jié) 影響高溫受熱面灰污染的幾個(gè)主要化學(xué)反應(yīng),9,一、水冷壁結(jié)渣 1. 結(jié)渣過程 水冷壁結(jié)渣是由熔融或半熔融顆粒撞擊到管壁或管壁上原積有粘性灰所引起。 結(jié)渣形成過程是，首先在水冷壁表面應(yīng)存在粘性的沉積物，然后通過壁溫的提高和粘附捕捉，以及反復(fù)的理化作用，則會形成厚而硬的結(jié)渣，外層灰渣甚至處于熔化和流動狀態(tài)。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,10,2. 結(jié)渣危害 影響傳熱，爐膛水冷壁吸熱量減少，降低鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性； 導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高和過、再熱汽溫超溫，為了維持汽溫，需要降低負(fù)荷； 燃燒器噴口結(jié)渣影響流動狀態(tài)和爐內(nèi)燃燒狀況； 給水循環(huán)的安全性和水冷壁的熱偏差帶來不利影響，也導(dǎo)致高

7、溫對流受熱面吸熱不均； 掉渣會砸壞冷灰斗，影響鍋爐的安全運(yùn)行。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,11,3. 影響結(jié)渣的主要因素 煤灰成分和組成 煤灰中低熔點(diǎn)成分的含量 爐膛的設(shè)計(jì)特性（爐內(nèi)溫度水平和熱負(fù)荷） qV，爐內(nèi)燃燒溫度高，易結(jié)渣； qA，燃燒器區(qū)域易結(jié)渣，qA，爐膛出口易結(jié)渣； qB，燃燒器區(qū)域溫度高，易結(jié)渣 爐內(nèi)空氣動力特性 火焰中心偏斜、火焰貼墻或沖墻 燃燒器風(fēng)粉分配不均 水冷壁附近的局部還原性氣氛 鍋爐運(yùn)行負(fù)荷：負(fù)荷高時(shí)易結(jié)渣。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,12,4. 結(jié)渣預(yù)測（我國常用指數(shù)） 灰熔點(diǎn)（ST） ST 1350C，結(jié)渣傾向輕微。 堿酸比：B/A B/A 0.

8、4，結(jié)渣傾向嚴(yán)重； B/A = 0.206-0.4，結(jié)渣傾向中等； B/A 2.6，結(jié)渣傾向嚴(yán)重； Rs = 2.0-2.6，結(jié)渣傾向強(qiáng)； Rs = 0.6-2.0，結(jié)渣傾向中等 Rs 0.6，結(jié)渣傾向輕微,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,13,5. 防止結(jié)渣的運(yùn)行措施 燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種的匹配 燃燒調(diào)整：降低爐內(nèi)的最高溫度水平和改善爐內(nèi)的燃燒氣氛以防止還原性氣氛（特別是在水冷壁附近）的出現(xiàn) 吹灰和優(yōu)化吹灰,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,14,二、水冷壁高溫腐蝕 1. 硫化物型腐蝕 煤中硫（FeS2和有機(jī)硫）在火焰中還原性氣氛下反應(yīng)生成S和H2S； 硫及H2S與受熱面的氧化層、受熱面金屬

9、反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕。 FeO+H2SFeS+H2O Fe + S FeS,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,15,二、水冷壁高溫腐蝕 2. 氯化物型腐蝕 煤中氯在煙氣中揮發(fā)，在火焰中或受熱面生成HCl； HCl與受熱面的氧化層、受熱面金屬反應(yīng)(在400-600C時(shí)反應(yīng)最活躍)導(dǎo)致腐蝕 FeO+HClFeCl2+H2O Fe + 2HClFeCl2+H2 Fe3C + HCl 3FeCl2 + H2 +C,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,16,水冷壁高溫腐蝕影響因素 燃料性質(zhì)（特別是燃煤的含硫量、含氯量等）； 爐內(nèi)燃燒的氣氛特別是水冷壁壁面附近的氣氛； 空氣動力場和燃燒工況； 水冷壁溫度。 防止措施

10、 控制管壁溫度； 控制燃燒氣氛特別是水冷壁壁面附近的氣氛； 合理組織爐內(nèi)燃燒工況，防止水冷壁結(jié)渣、火焰中心偏斜或沖、刷墻等可能引起熱偏差的現(xiàn)象發(fā)生； 保證水動力的穩(wěn)定以避免傳熱惡化的出現(xiàn)。,第四節(jié) 爐膛水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕,17,一、高溫積灰 是指布置在爐膛上部和水平煙道中的屏式和對流式過熱器或再熱器受熱面上的沾污 通常發(fā)生在受熱面的迎風(fēng)面，屬高溫?zé)Y(jié)性積灰，煙溫為7001100，是由沉積的灰粒經(jīng)化學(xué)反應(yīng)和積灰層燒結(jié)而形成的。 熔融積灰層會被高溫?zé)Y(jié)，形成有較高機(jī)械強(qiáng)度的密實(shí)積灰層。一旦燒結(jié)，難以吹灰清除。,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,18,堿金屬化合物型積灰 煤中堿金屬在火焰中揮發(fā)

11、堿金屬化合物在煙氣中或受熱面上生成硫酸鹽 MCl/MOH/MCl + SO2 + O2 M2SO4 堿金屬硫酸鹽熔點(diǎn)低（Na2SO4為884C， K2SO4為1069C ），易凝結(jié)而沉積在高溫對流受熱面上，并易燒結(jié)。 在受熱面上易生成復(fù)合硫酸鹽，復(fù)合硫酸鹽在500800范圍內(nèi)呈熔融狀，會粘結(jié)飛灰并繼續(xù)形成粘結(jié)物，使灰層迅速增厚。 鈣化物型積灰 高氯或高鈣煤 沉積物中鈣含量高，主要為硫酸鹽 堿金屬硫酸鹽的初始沉積也起關(guān)鍵作用。,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,19,積灰特性的預(yù)測 煙煤型灰（Fe2O3CaO+MgO） 積灰綜合指數(shù) RF 0.2，沾污傾向輕微 RF 0.2-0.5，沾污傾向中

12、等 RF 0.5-1.0 ，沾污傾向重 RF 1.0，沾污嚴(yán)重 褐煤型灰（Fe2O3CaO+MgO, CaO+MgO20%） 積灰綜合指數(shù) RF 0.5%，沾污傾向輕微 RF 0.5-1.0%，沾污傾向中等 RF 1.0-1.5 ，沾污傾向重 RF 1.5，沾污傾向嚴(yán)重,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,20,高溫積灰及其嚴(yán)重程度的影響因素 煤中灰分的成分和含量 灰中堿性成分（主要是a2O以及K2O） 鍋爐的設(shè)計(jì) 燃料燃燒方式 運(yùn)行條件,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,21,二、高溫對流受熱面的煤灰腐蝕 高溫腐蝕和高溫粘結(jié)性積灰緊密相連 第一步：管壁上因堿金屬成分的凝結(jié)形成極細(xì)灰粒沾污層

13、； 第二步：冷凝的Na2O等與SO3作用形成Na2SO4 ； Na2SO4有粘性，呈淡白色，熔點(diǎn)低，會進(jìn)一步吸收SO3 ，并與Fe2O3 、Al2O3等作用生成具有腐蝕性的復(fù)合硫酸鹽； 第三步：隨著 硫酸鹽沉積量的增多，熱阻加大，表面溫度升高至硫酸鹽熔點(diǎn)時(shí)，管壁上金屬氧化膜Fe2O3保護(hù)層會被溶解破壞。 第四步：復(fù)合硫酸鹽會與鐵反應(yīng)， 形成Na2Fe(SO4)3循環(huán)作用使腐蝕不斷進(jìn)行。,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,22,一、高溫對流受熱面的煤灰腐蝕 復(fù)合硫酸鹽的熔點(diǎn)很低，且復(fù)合硫酸鹽具有由高溫處向低溫壁面移聚的能力，從而使腐蝕過程繼續(xù)下去和增強(qiáng)。金屬壁溫在650700時(shí)腐蝕速度達(dá)到最嚴(yán)

14、重。 Na3Fe(SO4)3 熔點(diǎn)624 K3Fe(SO4)3 熔點(diǎn)618 高溫積灰和腐蝕如圖所示,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,23,高溫對流受熱面煤灰腐蝕的影響因素 煤中含硫和煤灰含堿 金屬材質(zhì)和壁面溫度 受熱面布置區(qū)域的煙氣溫度,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,24,高溫積灰和腐蝕的防止措施 控制管壁溫度 采用低氧燃燒技術(shù) 選擇合理的爐膛出口煙溫 定時(shí)對過熱器和再熱器進(jìn)行吹灰，清除含有堿金屬氧化物和復(fù)合硫酸鹽的灰污層，阻止高溫腐蝕的發(fā)生。 合理組織燃燒，改善爐內(nèi)空氣動力及燃燒工況， 防止水冷壁結(jié)渣、火焰中心偏斜或后移等可能引起熱偏差的現(xiàn)象發(fā)生，減少過熱器與再熱器的沾污結(jié)渣； 采

15、用順列管排，加大管間節(jié)距。,第五節(jié) 高溫對流受熱面的積灰和腐蝕,25,一、蒸汽側(cè)高溫氧化現(xiàn)象 因高溫水蒸汽中的結(jié)合氧與受熱面金屬發(fā)生的氧化反應(yīng)，就稱之為蒸汽側(cè)高溫氧化。 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 高參數(shù)（超臨界以上）機(jī)組中常見。 二、蒸汽側(cè)金屬氧化膜的特點(diǎn) 金屬氧化膜的生長速率主要與金屬的溫度、材料特性及其接觸高溫蒸汽的時(shí)間有關(guān)。 不同金屬材料在同樣的溫度下，蒸汽側(cè)氧化膜的生長速率是不同的。,第六節(jié) 對流受熱面的蒸汽側(cè)氧化,26,三、蒸汽側(cè)高溫氧化的影響 蒸汽側(cè)金屬氧化膜有利于防止蒸汽側(cè)氧化腐蝕，但也影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 1. 減小金屬部件的有效承載厚度 。 2.

16、 使受熱面金屬溫度升高。 3. 氧化膜的脫落 四、蒸汽側(cè)氧化膜危害的防止措施 1. 減緩氧化膜的生成速度 （提高金屬的抗氧化能力） 2. 防止氧化膜的脫落（控制啟、停和變負(fù)荷時(shí)的升溫或降溫速率。）,第六節(jié) 對流受熱面的蒸汽側(cè)氧化,27,1. 鍋爐受熱面灰污的類型和特點(diǎn)。 2. 鍋爐受熱面煙氣側(cè)的腐蝕類型及其特點(diǎn)。 3. 燃料的灰成分及其對灰熔融特性的影響。 4. 煤粉燃燒過程中黃鐵礦（FeS2）的主要反應(yīng)、氣氛影響和結(jié)渣。 5. 煤中堿金屬成分爐內(nèi)轉(zhuǎn)化和積灰。 6. 爐膛水冷壁結(jié)渣過程及其影響因素以及預(yù)防措施。 7. 水冷壁高溫腐蝕機(jī)理及其影響因素以及預(yù)防措施。 8. 高溫對流受熱面積灰機(jī)理及主要影響因素以及預(yù)防措施。 9. 高溫對流受熱面煤灰腐蝕機(jī)理及其影響因素以及預(yù)防措施。 10. 高溫對流受熱面水蒸汽氧化的機(jī)理及其影響因素以及應(yīng)對措施。,本章小結(jié),28,鍋爐的灰沉積：結(jié)渣和積灰,29,水冷