第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件

30 六月 2024第第10章受热面外部污染章受热面外部污染腐蚀磨损及振动腐蚀磨损及振动11八月2023第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动1101概述概述燃燃料料燃燃烧烧，特特别别是是固固体体燃燃料料燃燃烧烧时时，由由于于燃燃料料中中灰灰分分的的存存在在，水水分分的的存存在在，使使得得锅锅炉炉各各受受热热面面的的工工作作条条件件变变化化恶恶劣起来。劣起来。我我国国某某地地区区电电力力管管理理局局在在1977年年曾曾做做过过这这样样的的统统计计，锅锅炉炉的的事事故故率率占占电电厂厂总总的的事事故故率率的的54.7%，其其中中因因尾尾部部受受热热面面磨磨损损而而爆爆破破不不得得不不停停炉炉的的事事故故竟竟占锅炉总事故的占锅炉总事故的4550%。101概述2因因此此，尾尾部部受受热热面面磨磨损损或或其其他他原原因因的的爆爆破破使使锅锅炉炉的的可可用用率率降降低低，电电站站的的事事故故率率增增加加，锅锅炉炉效效率率降降低低，钢钢材材耗耗损损增增加加，而而更更重重要要的的是是由由于于停停炉炉，停停电电所所造造成成的的间间接接经经济济损损失更为巨大。失更为巨大。因因此此，不不论论对对设设计计人人员员还还是是对对运运行行人人员员，掌掌握握受受热热面面的的外外部部队队工工作作过过程程是是具具有有非非常常重大的意义。重大的意义。因此，尾部受热面磨损或其他原因的爆破使锅炉的可用率降低，电站3我我国国的的锅锅炉炉燃燃料料多多为为煤煤，煤煤中中含含有有灰灰分分，对对煤煤粉粉炉炉燃燃烧烧完完成成后后，这这些些灰灰分分最最终终都都要要排排放放出出锅锅炉炉本本体体，其其中中绝绝大大部部分分是是经经过过尾尾部部受受热热面面放放出出去。去。这么多的灰量流过，势必对受热面造成磨损。这么多的灰量流过，势必对受热面造成磨损。此此外外，还还会会积积灰灰，使使受受热热堵堵塞塞，燃燃料料中中含含有有硫硫分分及及水水分分，其其中中硫硫分分燃燃烧烧后后产产SO2或或SO3与与水水分分结合形成硫酸或亚硫酸，对受热面进行磨蚀。结合形成硫酸或亚硫酸，对受热面进行磨蚀。烟烟气气中中的的水水蒸蒸汽汽遇遇冷冷后后会会凝凝结结（结结露露）也也受受对对锅炉的尾部低温受热面造成腐蚀和堵灰。锅炉的尾部低温受热面造成腐蚀和堵灰。我我们们这这章章的的目目的的，就就是是要要学学习习这这样样过过程程的的机机理理，以以期期在在设设计计或或运运行行中中来来防防止止磨磨损损、积积灰灰（结结渣渣）及腐蚀等问题。及腐蚀等问题。我国的锅炉燃料多为煤，煤中含有灰分，对煤粉炉燃烧完成后，这些4102结渣与积灰结渣与积灰结渣或积灰造成的危害是什么呢？可能是：结渣或积灰造成的危害是什么呢？可能是：传热阻力增加传热阻力增加对流烟道的阻力增加对流烟道的阻力增加严严重重时时造造成成事事故故必必须须停停炉炉，使使可可用用率率下下降降但但结结渣渣与与积积灰灰几几乎乎是是不不可可避避免免的的，只只能能采采用措施来减轻。用措施来减轻。102结渣与积灰5结渣：也叫溶渣，主要发生在炉膛结渣：也叫溶渣，主要发生在炉膛受热面及高温对流受热面如凝渣管受热面及高温对流受热面如凝渣管和过热器的前部队等处发生。特别和过热器的前部队等处发生。特别是燃料灰的熔点较低，而炉膛中及是燃料灰的熔点较低，而炉膛中及出口处的烟气温度又很高，以至飞出口处的烟气温度又很高，以至飞灰呈熔状的粘结颗粒，碰到受热面灰呈熔状的粘结颗粒，碰到受热面后即粘结在管壁上。后即粘结在管壁上。结渣：也叫溶渣，主要发生在炉膛受热面及高温对流受热面如凝渣管6防止结渣的方法：防止结渣的方法：正正确确地地组组织织燃燃烧烧器器的的工工作作，采采用用适适当当的的炉炉膛膛容容积积和和断断面面热热负负荷荷以保证炉膛出口烟温不致于过高。以保证炉膛出口烟温不致于过高。采采用用拉拉稀稀的的高高温温对对流流受受热热面面，即即凝凝渣渣管管，屏屏式式受受热热面面以以及及对对流流过热器前部的拉稀等。过热器前部的拉稀等。采用适当的吹灰打渣方法采用适当的吹灰打渣方法防止结渣的方法：7积积灰灰可可几几乎乎发发生生在在任任何何受受热热面面上上，积积灰灰过过程程是是一一个个复复杂杂的的物物理理化化学学过过程程和和空空气气动动力力学学过过程程。这这就就是是说说，积积灰灰过过程程可可能能伴伴随随着着化化学学变变化化，而而流流场场的的形形态态会会影影响响到到颗颗粒粒的的运运动动。因因此此影影响响到到积灰过程。积灰过程。一般说来，积灰可分疏（干）松灰，一般说来，积灰可分疏（干）松灰，高温粘结灰和低温粘结灰三种形态。高温粘结灰和低温粘结灰三种形态。积灰可几乎发生在任何受热面上，积灰过程是一个复杂的物理化学过8二、干松灰：二、干松灰：概概貌貌：干干松松灰灰的的积积聚聚过过程程完完全全是是一一个个物物理理过过程程，灰灰层层中中无无粘粘性性成成分分，灰灰粒粒之之间呈现散状态，易于吹除。间呈现散状态，易于吹除。位位置置及及性性质质：主主要要发发生生在在管管导导的的背背风风央央，迎迎风风面面几几乎乎没没有有（特特别别烟烟速速较较大大时时）随随烟烟气气流流速速的的增增加加，积积灰灰量量减减小小，因因此此，对对应应于于一一定定烟烟气气流流速速积积灰灰几几乎乎是是一一定定的的，不不可可能能无无限限增增加加。主主要要细细微微灰灰粒粒，较较大大的颗粒不太可能积聚成干松灰。的颗粒不太可能积聚成干松灰。二、干松灰：9解解释释或或原原因因：气气固固两两流流绕绕流流过过管管子子，由由于于边边界界层层的的分分离离，在在背背风风面面必必产产生生旋旋涡涡区区，细细小小颗颗粒粒与与烟烟气气几几乎乎具具有有相相等等的的速速度度，并并且且易易于于随随气气体体改改变变方方向向，因因此此，易易于于被被旋旋涡涡旋旋进进背背风风区区。小小颗颗粒粒的的表表面面能能较较大大，与与管管壁壁面面接接触触时时，能能靠靠分分子子力力吸吸附附在在壁壁面面上上。根根据据研研究究，小小于于35m的的灰灰粒粒，分分子子力力吸吸附作用可能大于它本身的重量力。附作用可能大于它本身的重量力。流速增加边界层分层推迟，旋涡区减小，流速增加边界层分层推迟，旋涡区减小，加上较大灰粒的冲刷作用加强，使得积灰加上较大灰粒的冲刷作用加强，使得积灰量减小。量减小。解释或原因：气固两流绕流过管子，由于边界层的分离，在背风面10影响因素：影响因素：a烟烟气气流流速速及及粒粒子子直直径径分分布布：即即烟烟气气提提高高，积灰量下降，大粒子多，积灰量下降；积灰量下降，大粒子多，积灰量下降；b管管子子直直径径：直直径径越越小小，曲曲率率越越大大，使使得得灰灰粒粒与与烟烟气气分分离离的的能能力力越越大大，越越不不易易进进尾尾流区，积灰减轻；流区，积灰减轻；c管管子子节节距距及及管管束束的的布布置置方方式式：错错列列布布置置是是管管子子的的背背风风面面较较易易受受到到冲冲刷刷，积积灰灰减减轻轻。顺顺列列布布置置时时，管管子子的的背背风风面面不不易易受受到到冲冲刷刷，第第一一排排以以后后迎迎风风面面也也受受冲冲刷刷较较少少，因因此此，积灰严重。积灰严重。影响因素：11错错列列时时，减减少少纵纵向向节节S2，背背风风面面受受的的冲冲刷刷更更为强烈，积灰减轻为强烈，积灰减轻顺顺列列时时，减减少少纵纵向向节节S2，使使相相邻邻管管子子的的积积灰灰易于搭桥，积灰，更为严重。易于搭桥，积灰，更为严重。横向节距横向节距S1：一般影响不大（在锅炉常用的：一般影响不大（在锅炉常用的节距范围内）节距范围内）d由由于于对对应应于于一一定定的的结结构构及及烟烟气气流流速速，积积灰灰量量基基本本一一是是存存在在一一个个最最大大量量，不不能能无无限限增增加加，只只是是达达到到这这个个量量的的时时间间不不同同，因因此此，烟烟气气中中灰灰粒粒浓浓度度的的大大小小只只能能影影响响到到达达这这一一量量所所需需的的时时间间，不不能能影影响响到积灰量。到积灰量。e烟气的流动方向对对积灰的影响较小，积干松烟气的流动方向对对积灰的影响较小，积干松灰的严重程度常用灰污系数来反映。灰的严重程度常用灰污系数来反映。错列时，减少纵向节S2，背风面受的冲刷更为强烈12减轻和防止的措施减轻和防止的措施知知道道了了干干松松灰灰形形成成的的原原因因或或机机理理，以以及及影影响因素，不难找出防止和减轻的措施。响因素，不难找出防止和减轻的措施。a设设计计时时采采用用足足够够高高的的流流速速，一一般般不不能能低低于于5-6m/sb采采用用小小管管径径，错错列列布布置置，紧紧凑凑布布置置（减减小纵向节距）和管束小纵向节距）和管束c正确设计和布置吹灰装置正确设计和布置吹灰装置减轻和防止的措施13三、高温粘结灰三、高温粘结灰1概概貌貌伴伴随随化化学学反反应应，能能够够无无取取地地增增长长，坚硬而不易清除坚硬而不易清除2形成的位置及灰的特点形成的位置及灰的特点在温度较高的区域形成在温度较高的区域形成，不仅在背风侧，而且更多地在迎风面形成；不仅在背风侧，而且更多地在迎风面形成；分层形成，各层的化学成分不同，颜色也有差异；分层形成，各层的化学成分不同，颜色也有差异；灰的粘性是由化学反应产物而来。灰的粘性是由化学反应产物而来。出现的范围广。出现的范围广。三、高温粘结灰不仅在背风侧，而且更多地在迎风面形成；143形成过程及机理形成过程及机理高高温温粘粘结结灰灰的的形形成成关关键键在在于于首首先先形形成成一一层层处处于于熔熔化化或或软软化化的的粘粘性性灰灰层层，靠靠这这一一层层粘粘性性灰灰的的捕捕捉捉作作用用，积积聚聚飞飞灰灰粒粒子子，被被捕捕捉捉到到的的飞飞灰灰在在化化学学作作用用下下形形成成紧紧密密的的灰灰层层。事事实实上上，高高温温粘粘结结灰灰的的形形成成与与高高温温腐腐蚀蚀是是密切相关的。密切相关的。飞灰中的化学成分不同，将会有不同的高飞灰中的化学成分不同，将会有不同的高温粘结灰的形成机理以及不同的灰层颜色，温粘结灰的形成机理以及不同的灰层颜色，目前，对这个问题认识得不是非常清楚。目前，对这个问题认识得不是非常清楚。3形成过程及机理15例例如如：燃燃烧烧多多碱碱性性金金属属的的燃燃料料时时，高高温温粘粘结结灰灰的的形形成成机机理大致是这样的：理大致是这样的：以以燃燃料料灰灰分分中中的的碱碱金金属属的的氧氧化化物物，在在燃燃烧烧时时升升华华，升升华灰非常细小，靠扩散作用到达，并冷凝在管壁上。华灰非常细小，靠扩散作用到达，并冷凝在管壁上。冷冷凝凝在在管管壁壁上上的的碱碱金金属属氧氧化化物物与与烟烟气气中中三三氧氧化化硫硫反反应应形形成成硫硫酸酸金金属属。钢钢管管壁壁面面上上的的催催化化作作用用，使使得得烟烟气气中中的的SO2在氧化成在氧化成SO3的同时，形成硫酸盐。的同时，形成硫酸盐。硫硫酸酸盐盐与与飞飞灰灰中中的的氧氧化化铁铁Fe2O3及及烟烟气气中中的的三三氧氧化化硫硫反反应应，形形成成复复合合硫硫酸酸盐盐Na2Fe(SO4)3、K3Fe(SO4)3；也也与与飞飞灰灰中中的的氧氧化化铝铝，形形成成Na3(AlSO4)3、K2(AlSO4)3，这这些些反反应产物在应产物在500800范围内呈现熔状，具有粘性。范围内呈现熔状，具有粘性。以这层为粘结剂，一方面捕捉飞灰，一方面还可继续形以这层为粘结剂，一方面捕捉飞灰，一方面还可继续形成粘结物，灰层迅速增长。成粘结物，灰层迅速增长。例如：燃烧多碱性金属的燃料时，高温粘结灰的形成机理大致是这样16最最近近的的研研究究表表明明，形形成成粘粘结结灰灰的的原原因因很很多多，不不同同的的燃燃料料成成分分导导致致不不同同的的高高温温粘粘结结灰灰的的形形成成机机理。理。目前，一般采用这样的式子来表征燃料形成高目前，一般采用这样的式子来表征燃料形成高温粘结灰的程度。温粘结灰的程度。式中式中Fe2O3表示该成分在燃料灰分中的重量百分数表示该成分在燃料灰分中的重量百分数最近的研究表明，形成粘结灰的原因很多，不同的燃料成分导致不同174影影响响因因素素：从从上上面面的的讨讨论论中中知知道道，影影响响高高温温粘粘结灰的最主要因素是：结灰的最主要因素是：燃料成分燃料成分燃燃烧烧方方式式：火火床床或或煤煤粉粉炉炉的的高高温温粘粘结结灰灰的的和和度度是是不不同同的的，也也即即最最终终归归结结为为燃燃烧烧强强度度不不同同，结结灰灰程程度度不不同同，强强度度高高，升升华华物物便便多多。高高温温粘粘结结灰灰严严重。重。温度水平：高温粘结灰发生在温度较高的区域。温度水平：高温粘结灰发生在温度较高的区域。烟气流速：可以推想，烟气流速越高，结灰越烟气流速：可以推想，烟气流速越高，结灰越少，但研究表明，只有烟速高于少，但研究表明，只有烟速高于20m/s时，烟速作时，烟速作用才明显，锅炉中的经济烟速一般为用才明显，锅炉中的经济烟速一般为8-12m/s，可，可以认为在这个范围内，流速影响不大。以认为在这个范围内，流速影响不大。4影响因素：从上面的讨论中知道，影响高温粘结灰的最主要因素185减轻或防止的措施减轻或防止的措施设设计计时时，严严格格选选定定炉炉膛膛断断面面热热负负荷荷及及炉炉膛出口烟温，不要过大；膛出口烟温，不要过大；正正确确设设计计和和布布置置受受热热面面，例例如如拉拉大大横横向向节距节距S1；加入添加剂，改变灰的化学成分；加入添加剂，改变灰的化学成分；采取有效的吹灰装置；采取有效的吹灰装置；运运行行一一开开始始就就正正常常投投入入吹吹灰灰装装置置，限限制制第一层灰升华灰的形成。第一层灰升华灰的形成。5减轻或防止的措施19四、低温粘结灰、低温粘结灰低低温温粘粘结结灰灰一一般般形形成成在在低低温温受受热热面面上上，锅锅炉炉中中的的低低温温受受热热面面的的一一般般是是指指受受热热面面的的壁壁温温低低于于或或稍稍高高于于烟烟气气露露点点温温度度的的受受热热面面，大约在大约在50180的范围内。的范围内。1概概貌貌：常常发发生生在在空空气气预预热热器器上上，或或省省煤煤器器上上。形形成成的的速速度度高高，呈呈现现水水泥泥状状，质质紧紧密密，不不易易清清除除，能能无无限限增增加加严严重重时时，将将烟气通道堵死，危害大。烟气通道堵死，危害大。2.特特点点：与与烟烟气气的的酸酸露露点点温温度度紧紧密密相相关关。一般酸露点温度高，积灰严重。一般酸露点温度高，积灰严重。四、低温粘结灰203.形形成成过过程程：冷冷凝凝在在受受热热面面的的硫硫酸酸蒸蒸汽汽，可可以以捕捕捉捉飞飞灰灰粒粒子子，飞飞灰灰粒粒子子中中含含有有CaO，于于是是与与硫硫酸酸反反应应，形形成成硫硫酸酸钙钙，该该反反应应物物具具有有粘粘性性，可可以以继继续续捕捕捉捉飞飞灰灰，无无限限增增长长。这这个个过过程程即即为为通常所说的积灰水泥化。通常所说的积灰水泥化。4影响因素：影响因素：影响酸露点温度的因素都能影响结灰的程度影响酸露点温度的因素都能影响结灰的程度受受热热面面的的结结构构及及布布置置方方式式也也影影响响结结灰灰的的程程度度。例如顺列比错列好。例如顺列比错列好。因因为为与与烟烟气气结结露露点点有有关关，需需结结合合低低温温腐腐蚀蚀来来进进行讨论，掌握结灰的过程和机理。行讨论，掌握结灰的过程和机理。3.形成过程：冷凝在受热面的硫酸蒸汽，可以捕捉飞灰粒子，飞21五、煤的结渣及沾污特性指标五、煤的结渣及沾污特性指标1.结渣率结渣率结结渣渣率率是是指指煤煤在在一一定定的的空空气气流流速速下下燃燃烧烧并并燃燃尽尽时时，其其所所含含灰灰分分因因受受到到高高温温影影响响而而结结成成灰灰渣渣，其其中中粒粒度度大大于于6mm的的渣渣块占灰渣总质量的百分比。块占灰渣总质量的百分比。结渣率与煤种和空气流速有关，可以根结渣率与煤种和空气流速有关，可以根据不同流速试验得出如图据不同流速试验得出如图3-9的结渣特性的结渣特性曲线。曲线。五、煤的结渣及沾污特性指标22结渣率愈结渣率愈高的煤，高的煤，在一定的在一定的炉内空气炉内空气动力条件动力条件下愈易结下愈易结渣。渣。结渣率愈高的煤，在一定的炉内空气动力条件下愈易结渣。232灰成分结渣指标灰成分结渣指标由于煤灰中各种组分的灰熔点不同，因而可由于煤灰中各种组分的灰熔点不同，因而可用灰的主要成分来判断煤灰的结渣指标。用灰的主要成分来判断煤灰的结渣指标。(1)碱碱酸酸比比B/A。由由于于煤煤灰灰中中的的酸酸性性成成分分(SiO2，Al2O3，TiO2)比比碱碱性性成成分分(Fe2O3，CaO，MgO，Na2O，K2O)的的熔熔点点普普遍遍要要高高些些，煤煤灰灰中中酸酸性性成成分分多多会会便便煤煤灰灰熔熔点点高高，因因此此可可用用碱碱酸酸比来衡量煤灰结渣的难易。比来衡量煤灰结渣的难易。2灰成分结渣指标24第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件25第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件26第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件27第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件28第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件29第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件30二、煤灰的沾污指标二、煤灰的沾污指标RF煤灰对于高温受热面煤灰对于高温受热面(包括炉膛水冷壁、高温过热器、包括炉膛水冷壁、高温过热器、高温再热器高温再热器)沾污的倾向，可以用同样基于煤灰组成成分沾污的倾向，可以用同样基于煤灰组成成分的沾污指数的沾污指数RF来衡量。来衡量。二、煤灰的沾污指标RF31103 103 受热面的外部腐蚀受热面的外部腐蚀锅锅炉炉受受热热面面的的烟烟气气侧侧的的腐腐蚀蚀进进行行得得相相当当快快，有有的的运运行行一一年年就就是是更更换换管管子子。我我国国电电厂厂中中，燃燃油油锅锅炉炉的的空空气气预预热热器器曾曾有有每每18天天就就腐腐蚀蚀穿穿孔孔，需需停停炉炉更更换管子的记录。换管子的记录。严严重重地地影影响响了了锅锅炉炉的的安安全全性性和和经经济济性性，影影响响了了电电站站机机组组的的可可用用率率。根根据据发发生生腐腐蚀蚀区区烟烟温温的的高高低低，可分为高温腐蚀和低温腐蚀。可分为高温腐蚀和低温腐蚀。高温腐蚀主要指炉膛水冷壁的烟气侧腐蚀和过热高温腐蚀主要指炉膛水冷壁的烟气侧腐蚀和过热器或再热器管子的外部腐蚀。低温腐蚀主要是指器或再热器管子的外部腐蚀。低温腐蚀主要是指空气预热器冷端的腐蚀，对于低压工业锅炉，有空气预热器冷端的腐蚀，对于低压工业锅炉，有空气预热器时，也可能在省煤器中发生。空气预热器时，也可能在省煤器中发生。103受热面的外部腐蚀32一、炉膛水冷壁管的腐蚀一、炉膛水冷壁管的腐蚀1一般情况一般情况炉炉膛膛水水冷冷壁壁管管的的外外部部腐腐蚀蚀先先在在高高压压，液液态态排排渣渣炉炉上上发发现现，后后来来在在其其它它超超高高压压锅锅炉炉甚甚至至在在超超临临界界压压力力锅锅炉炉的的下下辐辐射射部部分分相相继继发发现现严严重重的的外外部部腐腐蚀蚀问问题题。事事实实上上，任任何何容容量量参参数数型型式式的的锅锅炉炉的的炉炉膛膛水水冷壁上都可能发生腐蚀。冷壁上都可能发生腐蚀。2腐蚀发生的区域及位置、速度腐蚀发生的区域及位置、速度通通常常发发生生在在燃燃烧烧器器中中心心线线位位置置标标高高上上下下，对对于于管管子子来来说说，向向火火侧侧的的正正面面点点腐腐蚀蚀得得最最快快，侧侧面面较较好好，背背面面几几乎乎不不发发生生腐腐蚀蚀，腐腐蚀蚀速速度度高高达达2mm/a，一一般情况下为般情况下为1.11.5mm/a。一、炉膛水冷壁管的腐蚀333机理机理研研究究表表明明，发发生生腐腐蚀蚀的的管管壁壁附附近近，没没有有例例外外地地都都是是还还原原性气氛。一般认为，发生腐蚀的机理是这样的：性气氛。一般认为，发生腐蚀的机理是这样的：因因燃燃料料中中一一般般都都含含有有硫硫分分，燃燃烧烧时时会会产产生生H2S，在在适适当当的的温温度度和和气气氛氛中中，硫硫化化氢氢不不仅仅能能和和受受热热面面的的金金属属发发生生作作用用，而而且且也也可可以以和和原原来来受受热热面面上上已已有有的的一一层层氧氧化化膜膜发发生作用生作用H2S和和受受热热面面金金属属作作用用形形成成硫硫化化铁铁，而而硫硫化化铁铁又又可可进进一一步步氧氧化化成成氧氧化化铁铁，这这层层硫硫化化铁铁，氧氧化化铁铁是是多多孔孔性性的的，上上述述仅仅产产生生可可继继续续下下去去，强强度度低低，使使管管壁壁不不再再能能承承受受压力。压力。3机理H2S和受热面金属作用形成硫化铁，而硫化铁又可进一步34燃燃料料燃燃烧烧时时升升华华出出的的碱碱金金属属氧氧化化物物Na2O及及K2O冷冷凝凝在在水水冷冷壁壁管管上上，与与烟烟气气中中的的SO3发发生生化化学学反反应应，形形成成K2SO4和和Na2SO4，这这些些硫硫酸酸盐盐有有粘粘性性，能能捕捕捉捉灰灰粒粒子子，粘粘结结成成灰灰层层，其其外外表表面面温温度度升升高高形形成成硫硫化化层层，烟烟气气中中的的SO3能能穿穿过过灰灰渣渣层层，与管壁上的氧化层发生反应。与管壁上的氧化层发生反应。这这样样渣渣层层中中就就存存在在有有Na2Fe(SO4)3或或K3Fe(SO4)3及及Na2SO4或或K2SO4，管管壁壁再再向向内内形形成成新新的的Fe2O3层层，上上述述腐腐蚀蚀过过程程可可不不断断下下去去。这这时时并并不不能能进进行行打打渣渣，若若打打渣渣，由由于于渣渣层层脱脱落落（不不可可能能全全部部干干净净），使使得得SO3的扩散阻力减小，反会加速腐蚀。的扩散阻力减小，反会加速腐蚀。燃料燃烧时升华出的碱金属氧化物Na2O及K2O冷凝在水冷354影响因素：影响因素：周周围围气气氛氛：只只有有在在还还原原性性气气氛氛中中发发生生高高温温腐腐蚀蚀这这就就要要求求正正确确地地组组织织燃燃烧烧器器的的工工作作，使使炉炉膛膛具具有有良良好好的的空空气气动动力力场场，例例如不使火焰冲刷水冷壁。如不使火焰冲刷水冷壁。温温度度水水平平：研研究究表表明明，当当管管壁壁温温度度超超过过300时时，发发生生腐腐蚀蚀，温温度度越越高高，腐腐蚀蚀越越严重。严重。H2S及及SO3的的浓浓度度：无无疑疑，浓浓度度越越高高，腐蚀越高，腐蚀越严重。腐蚀越高，腐蚀越严重。4影响因素：365防止或减轻的措施防止或减轻的措施燃燃料料脱脱硫硫，如如果果能能在在进进入入炉炉膛膛前前彻彻底底脱脱除除燃燃料料中中的的硫硫分分，则则几几乎乎不不会会产产生生高高温温腐腐蚀蚀。因因为为从从上上面面讨讨论论中中，腐腐蚀蚀的的原原因因都都与与硫有关。但现有的技术水平，是不可能的。硫有关。但现有的技术水平，是不可能的。尽尽量量减减少少H2S及及SO3的的产产生生，降降低低其其浓浓度度，这可采用燃烧过程脱硫的办法。这可采用燃烧过程脱硫的办法。改改善善环环境境气气氛氛，例例如如，合合理理组组织织燃燃烧烧室室的的空空气气动动力力场场，不不使使燃燃烧烧过过程程有有局局部部的的缺缺氧，抑制还原性气氛的产生。氧，抑制还原性气氛的产生。5防止或减轻的措施37设设法法降降低低管管壁壁温温度度，例例如如，采采用用烟烟气再循环。气再循环。在在可可能能发发生生腐腐蚀蚀的的区区域域贴贴壁壁喷喷入入空空气流，形成保持膜。气流，形成保持膜。采用耐腐蚀的材料，例如喷涂氧化采用耐腐蚀的材料，例如喷涂氧化铝等。铝等。设法降低管壁温度，例如，采用烟气再循环。38二二、过过热热器器及及再再热热器器受受热热面面的的烟烟气气侧侧腐腐蚀蚀1一一般般情情况况：过过热热器器或或再再热热器器以以及及吊吊挂挂部部件件的的烟烟气气侧侧腐腐蚀蚀有有时时是是很很快快的的，可可高高达达1mm/a，会会很很快快地地引引起起爆爆管管，而而被被近近停停炉炉检检修修，影影响响电电站站的的安安全全性性，可可靠靠性性和经济性。多发生在迎风面。和经济性。多发生在迎风面。2机机理理或或原原因因：对对燃燃煤煤或或燃燃油油锅锅炉炉，腐腐蚀机理有所不同蚀机理有所不同。二、过热器及再热器受热面的烟气侧腐蚀39对燃煤锅炉，主要为硫酸盐型腐蚀。对燃煤锅炉，主要为硫酸盐型腐蚀。过过热热器器或或再再热热器器管管上上存存在在积积灰灰层层（高高温温粘粘结结灰灰）前前 已已 讲讲 过过，这这 些些 结结 灰灰 层层 中中 有有 复复 合合 硫硫 酸酸 盐盐X2Fe(SO)3，(X为为Na或或K)存存在在，若若其其温温度度高高于于550，则则它它呈呈熔熔液液状状态态。若若其其温温度度高高于于710，则则发发生生分分解解，分分解解出出SO2而而形形成成正正硫硫酸酸盐盐。液液态态的的复复合合硫硫酸酸盐盐对对金金属属有有强强烈烈的的腐腐蚀蚀作作用用。尤尤其在其在650750范围内腐蚀速度很快，过程如下：范围内腐蚀速度很快，过程如下：对燃煤锅炉，主要为硫酸盐型腐蚀。40事事实实上上，这这个个过过程程的的周周期期性性结结果果相相当当于于：Fe+O2Fe3O4其它相当于催化剂的作用。其它相当于催化剂的作用。这个过程说只要有少量的液态这个过程说只要有少量的液态X2Fe(SO4)存在，并有氧气供给，就可腐蚀大量的存在，并有氧气供给，就可腐蚀大量的金属，此外，这个过程中产生的金属，此外，这个过程中产生的FeS也有也有腐蚀作用。腐蚀作用。事实上，这个过程的周期性结果相当于：Fe+O2Fe3O4413影响因素：影响因素：影影响响高高温温粘粘结结灰灰的的所所有有因因素素都都影影响响高高温温腐腐蚀蚀的的程程度度和和速速度度，其其中中温温度度的的影影响响较较为为突突出出，研研究究证证实实，若若壁壁温温小小于于550，则则腐腐蚀蚀大大为为减减轻轻，这这也也是是现现代代锅锅炉炉过过热热蒸蒸汽汽不再提高（不再提高（540左右）的原因之一。左右）的原因之一。复复合合硫硫酸酸盐盐中中Na和和K的的比比例例当当Na K1时，熔点最低，腐蚀最为严重。时，熔点最低，腐蚀最为严重。3影响因素：424防止及减轻的措施防止及减轻的措施控制或防止高温粘结灰的生成控制或防止高温粘结灰的生成限制汽温参数，一般不超过限制汽温参数，一般不超过540合合理理地地布布置置过过热热器器或或再再热热器器，使使蒸蒸汽汽出出口段不布置在烟温过高处口段不布置在烟温过高处采取适当的脱硫措施。采取适当的脱硫措施。4防止及减轻的措施43三、低温受热面的腐蚀三、低温受热面的腐蚀低低温温受受热热面面上上的的腐腐蚀蚀多多是是由由于于烟烟气气中中的的硫硫酸酸蒸蒸汽汽冷冷凝凝在在受受热热面面上上所所引引起起，而而酸酸雾雾的的凝凝结结是是与与烟烟气气的的酸酸露露点点有有直直接接的的关关系系，为为此此，先介绍一下酸露点。先介绍一下酸露点。酸露点：我们知道，水蒸汽遇到冷壁面时，酸露点：我们知道，水蒸汽遇到冷壁面时，蒸汽将冷凝在表面上，形成一个个的小水珠，蒸汽将冷凝在表面上，形成一个个的小水珠，烟气中的水蒸汽也会发生同样的过程。如果烟气中的水蒸汽也会发生同样的过程。如果燃料中不含有硫分，或虽然含硫但不形成燃料中不含有硫分，或虽然含硫但不形成SO3，那么尾部受热面上只形成纯水蒸汽分压，那么尾部受热面上只形成纯水蒸汽分压力时的饱和温度。一般说来，在锅炉尾部，力时的饱和温度。一般说来，在锅炉尾部，三、低温受热面的腐蚀44如如果果燃燃料料在在含含有有硫硫分分，而而且且燃燃烧烧时时，有有部部分分SO3生生成成，SO3与与烟烟气气中中水水蒸蒸汽汽作作用用时时，会会形形成成硫硫酸酸，它它能能在在较较高高的的温温度度下下凝凝结结。其其露露点点温温度度，称称为为酸酸露露点点温温度度，用用表表示示，它它的的数数值值主主要要与与烟烟气气中中的的SO3含含量量有有关关，当当然然也也与与水水蒸蒸汽汽含含量量有有关关。例例如如，若若烟烟气气中中含含有有0.005%，则则露露点点温温度度可可高高达达150。与排烟温度相当。与排烟温度相当。如果燃料在含有硫分，而且燃烧时，有部分SO3生成，SO3与烟45但但研研究究表表明明，酸酸露露点点温温度度并并不不随随SO3的的含含量量的的增增加加线线性性增增加加。SO3增增加加到到某某一一浓浓度度后后，进进一一步步提提高高SO3的的含含量量，酸酸露露点点的的温温度度的的增增加加变变缓缓，例例如如，增增加加到到0.01%后后，再再增增加加SO3的的含含量量，酸酸露露点点的的温度增加得并且不显著，参见图。温度增加得并且不显著，参见图。图4-1烟气露点温度与烟气中酸蒸汽量的关系但研究表明，酸露点温度并不随SO3的含量的增加线性增加。SO46但但这这并并不不说说明明，由由于于酸酸露露点点温温度度的的增增加加变变缓缓，而而认认为为硫硫酸酸蒸蒸汽汽含含量量超超过过一一定定量量后后，危危险险性性就就不不会会增增加加，因因为为，露露点点温温度度的的高高低低还还不不足足以以表表明明腐腐蚀蚀的的严严重重程程度度，而而最最主主要要的的是是受受热热面金属低于露点以下部分的硫酸凝结量。面金属低于露点以下部分的硫酸凝结量。烟烟气气酸酸露露点点温温度度虽虽不不能能全全部部表表征征低低温温腐腐蚀蚀的的程程度度，但但它它毕毕竟竟是是一一个个能能清清楚楚表表征征腐腐蚀蚀是是否否会会发发生生的的指指标标，在在一一定定程程度度下下也也能能表表征征腐腐蚀蚀的的严严重重与与否否。所所以以，若若能能建建立立起起烟烟气气露露点点温温度度与与燃燃料料含含硫硫量量之之间间的的精精确确数数量量关关系系，就就是是预预先先判判断断和和计计算算各各种种燃燃料料的的酸酸露露点点温温度度的的大大小，这对于锅炉设计是非常有帮助的。小，这对于锅炉设计是非常有帮助的。但这并不说明，由于酸露点温度的增加变缓，而认为硫酸蒸汽含量超47烟烟气气中中的的SO3是是由由燃燃料料的的硫硫氧氧化化而而得得或或由由硫硫酸酸盐盐的的分分解解而而得得，但但是是其其含含量量除除和和燃燃料料中中的的含含硫硫量量有有关关外外，还还和和燃燃料料中中的的灰灰含含量量，灰的化学组成，过量空气系数等有关。灰的化学组成，过量空气系数等有关。目目前前，只只有有靠靠经经验验式式来来计计算算酸酸露露点点温温度度，例如例如K为为与与燃燃料料中中灰灰含含量量，氧氧化化钙钙，氧氧化化镁镁含含量量有有关关的系数的系数（详见教材（详见教材P232）烟气中的SO3是由燃料的硫氧化而得或由硫酸盐的分解而得，但是482低温腐蚀：低温腐蚀：一般情况：一般情况：主主要要发发生生在在低低温温受受热热面面（如如空空气气预预器器），对对工工业锅炉，也发生在省煤器上。业锅炉，也发生在省煤器上。特点：特点：a有有化化学学腐腐蚀蚀（如如硫硫酸酸作作用用于于金金属属），也也有有电电化化学腐蚀（如冷凝后的水蒸汽怀金属作用）学腐蚀（如冷凝后的水蒸汽怀金属作用）b腐腐蚀蚀产产物物中中主主要要是是低低价价铁铁的的硫硫酸酸铁铁（如如FeSO4）和铁的氧化物）和铁的氧化物Fe2O3及及Fe3O4等。等。c腐蚀速度有时很高，可高达腐蚀速度有时很高，可高达1m/a；2低温腐蚀：49d这这种种腐腐蚀蚀部部是是发发生生在在温温度度低低于于酸酸露露点点的的壁壁面上。面上。e当当壁壁温温处处于于酸酸露露点点和和水水露露点点之之间间时时，腐腐蚀蚀速速度度并并不不随随硫硫酸酸浓浓度度的的增增大大而而线线性性增增加加，约约在浓度在浓度56%时达到最大。时达到最大。f当当壁壁面面温温度度达达到到或或低低于于水水露露点点后后，由由于于有有大大量量的的水水蒸蒸汽汽凝凝结结，腐腐蚀蚀速速度度急急剧剧增增加加。壁壁温低于酸露点温低于酸露点30左右时，腐蚀速度最大。左右时，腐蚀速度最大。g发受热面上的结灰，有时能加速度腐蚀，发受热面上的结灰，有时能加速度腐蚀，有时能抑制腐蚀。但多数情况是促进的。有时能抑制腐蚀。但多数情况是促进的。d这种腐蚀部是发生在温度低于酸露点的壁面上。50影响因素：影响因素：a燃料中的含硫量燃料中的含硫量SSO3b运行时的过量空气系数运行时的过量空气系数，O2SO3c受受热热面面的的金金属属温温度度在在锅锅炉炉的的常常见见尾尾部部受受热热面面壁壁温温范范围围内内，壁壁温温与与腐腐蚀蚀速速度度一一般般并并不不存存在在线线性性关关系。系。d烟烟气气的的温温度度一一般般说说来来，壁壁温温一一定定，烟烟温温高高，腐蚀速度低。腐蚀速度低。e吹灰方法吹灰方法消除积灰的影响。消除积灰的影响。F锅炉的结构参数和运行参数。锅炉的结构参数和运行参数。影响因素：51防止或减轻的途径防止或减轻的途径腐腐蚀蚀发发生生的的主主要要原原因因为为烟烟气气中中含含有有SO3或或壁壁温温低低于于酸露点温度，因此，防止或减轻腐蚀的途径有：酸露点温度，因此，防止或减轻腐蚀的途径有：a燃料脱硫，入炉前脱硫燃料脱硫，入炉前脱硫b改改善善燃燃烧烧方方法法减减少少SO3的的生生成成。低低温温燃燃烧烧，烟烟气气再循环或采用流休床燃烧。再循环或采用流休床燃烧。c加入某种添加剂和加入某种添加剂和SO3进行反应。进行反应。d提提高高受受热热面面的的壁壁温温，使使其其高高于于酸酸露露点点温温度度，这这一方法要作具体分析，否则不经济，一方法要作具体分析，否则不经济，e采用抗腐蚀材料。采用抗腐蚀材料。f有效地进行吹灰。有效地进行吹灰。防止或减轻的途径52104 104 磨损磨损1概说：概说：由由于于大大量量的的灰灰粒粒子子流流经经尾尾部部受受热热面面，因因此此，受受热面的磨损几乎是不可避免的。热面的磨损几乎是不可避免的。磨损机理：磨损机理：104磨损53第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件54第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件55研究表明：被撕下来的金属的体积可表示如研究表明：被撕下来的金属的体积可表示如下：下：对于碳钢对于碳钢研究表明：被撕下来的金属的体积可表示如下：对于碳钢56一一般般来来说说，撕撕下下金金属属必必然然需需要要一一定定的的能能量量，这这个个能能量量必必与与灰灰粒粒子子的的所所具具有有的的能能量量有有关关，一一般般说说，主要指灰粒子所具有的动能。主要指灰粒子所具有的动能。很容易理解，粒子的动能越大，被撕下来的金属很容易理解，粒子的动能越大，被撕下来的金属的量越大。即的量越大。即一般来说，撕下金属必然需要一定的能量，这个能量必与灰粒子的所57第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件583影响磨损的因素影响磨损的因素由上面的讨论显然知道影响因素有：由上面的讨论显然知道影响因素有：烟烟气气流流速速、烟烟速速最最大大的的地地方方就就是是磨磨损损最最严严重重的的地地方方，由由于于在在垂垂直直烟烟气气流流速速方方向向的的截截面面上上，烟烟气气流流速速度度不不可可能能是是均均匀匀的的，所所以以在在这这个截面上受热面的磨损也是不均匀的。个截面上受热面的磨损也是不均匀的。烟烟气气灰灰粒粒的的浓浓度度及及平平均均直直径径浓浓度度越越高高，磨磨损损越越严严重重，但但也也由由于于浓浓度度场场的的不不均均匀匀，使使得得各个管子的磨损不均匀。各个管子的磨损不均匀。灰粒的物理化学性质：性质不同导致不同灰粒的物理化学性质：性质不同导致不同的磨损。的磨损。3影响磨损的因素59第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动课件606减轻和防止磨损的办法减轻和防止磨损的办法减小烟气中的飞灰浓度减小烟气中的飞灰浓度如如何何减减小小是是一一个个还还没没有有解解决决的的问问题题，例例如如，设设计计一一分分离离装装置置，安安装装在在对对流流受受热热面面之之前前。可可以以除除去去部部分分灰灰粒粒，旋旋风风炉炉和和火火床床炉炉中中流流过对流受热面的飞灰浓度就较低。过对流受热面的飞灰浓度就较低。尽尽量量使使灰灰粒粒的的浓浓度度场场均均匀匀：特特别别是是由由于于转转弯弯烟烟道道中中可可以以产产生生的的浓浓度度场场的的不不均均匀匀。还还要要避免烟道中形成烟气走廊。避免烟道中形成烟气走廊。6减轻和防止磨损的办法61