锅炉受热面结渣和高温腐蚀机理浅谈.pdf

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全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三}’九届年会论艾集锅炉锅炉受热面结渣和高温腐蚀机理浅谈裴玉东(大唐能源化工有限责任公司010300)【摘要】燃煤锅炉受热面的结渣和高温腐蚀问题一直凼扰我国电站锅炉的安全性，对电站的经济性也带来很大影响。我国电站锅炉燃煤品质较差月．煤质多变，很容易引起受热面的结渣，由于结渣造成的出力和热效率降低分别达到20％和2．5％。在我国80％以上电站锅炉存在不同程度的水冷壁高温腐蚀。对锅炉受热面的结渣和高温腐蚀问题进行研究具有重要现实意义。【关键词】锅炉受热面高温腐蚀结渣1研究背景根据我国的能源政策，我国的动力用煤尽量燃用低品位的劣质煤，因此燃煤质量偏差，含灰量较高。当锅炉运行时，锅炉的各受热面都有不同程度的矿物质沉积现象，导致各受热面产生磨损、腐蚀、积灰和结渣等一系列问题，使得锅炉受热面寿命降低、锅炉管子爆漏现象频繁发生。锅炉内结渣、沾污、腐蚀所引起的主要问题有以下几个方面：1)沾污、结渣会降低炉内受热面的传热能力。灰污在受热面沉积后，由于其导热系数很低，热阻很大，一般沾污数小时后水冷壁的传热能力会降低30％-60％，使得炉内火焰中心后移，炉膛出口烟温相应提高。2)积灰会使省煤器和空气预热器堵塞、传热恶化，从而提高排烟温度，降低锅炉运行经济性。3)由于总的传热阻力增大，会使锅炉可能无法维持在满负荷下运行只好增加投煤量，引起炉膛出口烟温进一步提高，使灰渣更容易沾在受热面上，形成恶性循环，导致发生一系列锅炉恶性事故，如过热器、省煤器管束堵灰、爆裂，空气预热器大量漏风，出渣系统堵死。烟温升高还会导致蒸汽过热汽温偏高，使金属管子处超温运行状态。4)在高温烟气作用下，粘结在水冷壁或高温过热器上的灰渣会与管壁发生复杂的化学反应，形成高温腐蚀。发生高温腐蚀时的平均水冷壁管腐蚀量可达1．8—2．6mm／a。如燃用高硫煤时，腐蚀区受火焰的直接冲刷，其腐蚀速度可达5mm／a以上，运行不当时经常发生爆管停炉。因此，沾污、结渣可看作高温腐蚀的前兆。我国电站锅炉受热面“四管”因积灰、腐蚀和磨损泄漏爆管而引起的事故f‘分惊人。据有关资料统计，锅炉的‘阴管’爆漏导致的非计划停用时问占火电非计划停用时l’HJ的40％坛右，约占锅炉停用次数的70％，损失电量占总损失电量的50％以上。“【『q管”的泄漏爆管事故成为影响锅炉安全运行的生要原冈，对电网的稳定运行影响很大。特别足随人容最机组的增多，人型电站锅炉的爆旃I；带来的损失也越来越大。由了二爆管事故的发生，检修时需要大量更换管了，其，世重影响锅炉机组的安全稳定运行，使设备检修工作和检修费用大大增加，有时甚至造成设备的严重损坏和人员伤I’：。299 全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集锅炉2高温腐蚀机理及防治2．1水冷壁高温腐蚀机理根据高温腐蚀发生的原因及腐蚀产物的成分差别，煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀一般有以下几种形式：硫酸盐型高温腐蚀、硫化物型高温腐蚀、氯化物型高温腐蚀以及由还原性气体引起的高温腐蚀。2．1．1硫酸盐型高温腐蚀对发生水冷壁高温腐蚀的腐蚀产物进行分析。发现部分锅炉的高温腐蚀积灰中含有大量的硫与碱金属元素，它们通常以硫酸盐、焦硫酸盐以及三硫酸铁钠等复合硫酸盐存在。这种腐蚀产物的成分呈现规律性的变化，由表及里碱金属元素和硫元素的含量逐渐递增。对上述的规律性变化，国外的许多学者都作了自己的解释：一种说法是，碱金属氧化物首先沉积在水冷壁管子的表面，然后与燃烧产生的硫的氧化物发生反应，生成硫酸盐与焦硫酸盐，然后这种硫酸盐或焦硫酸盐与金属铁(铝)或铁(铝)的氧化物发生反应生成三硫酸铁钠等复合硫酸盐。在液态条件下，这些反应大大加剧，从而导致严重的高温腐蚀。另一种普遍为大家所接受的说法是，燃烧产生的碱金属氧化物与S03反应生成气态的碱金属硫酸盐，在温度梯度作用下向较冷的管子表面扩散，沉积在水冷壁管子上，随着灰层的增厚，灰层中的温度升高，其温度梯度也比较大，从而使碱金属元素在沉积物中沿温度梯度向管子表面进行扩散。同时，燃烧产物中的硫的氧化物也在灰中扩散，其最终结果是：在金属表面的灰中含有大量的碱金属硫酸盐。硫酸盐腐蚀过程主要有以下两种途径：一种是在附着层中碱金属硫酸盐参与作用的气体腐蚀，即受热面上熔融的硫酸盐吸收S03，并在Fe：0。或A120。的作用下，生成复合硫酸盐(Na，K)(Fe，A1)(SOt)3：3M2S04+Fe203+3S03--)2M2Fe(S04)33M2S04+舢203+3S03--92M3AI(S04)3复合硫酸盐不像Fe203那样在管子表面形成稳定的保护膜，当K3Fe(SOt)3／Na3Fe(S04)3混合物中钾与钠的摩尔比值在1：1与l：4之间时，熔点降低至825。C。这样，当硫酸盐沉积厚度增加，表面温度升高至熔点温度时，Fe203氧化保护膜被复合硫酸盐溶解破坏，使管子继续腐蚀。这种硫酸盐型高温腐蚀一般发生在温度较高的换热面上，国外有些煤粉锅炉水冷壁也发生比较严重的硫酸盐型腐蚀，特别是当煤质中碱金属与氯元素含量较高时，更容易引起这种型式的高温腐蚀。另一种途径是碱金属的焦硫酸熔盐腐蚀。焦硫酸盐存在的温度范围为400"C～590"C，受烟气中SO。含量的影响，当S0。的浓度低于其存在温度所要求的浓度时，焦硫酸盐不会存在。在400"C～480℃的温度范围内，烟气侧的腐蚀以焦硫酸盐为主。焦硫酸盐与金属表面的氧化物反应生成相应的硫酸盐，而硫酸盐在该温度范围内分解为不具有保护性的金属氧化物。外露金属进一步氧化导致腐蚀加速。M2SO,+sQ--)鸠S2073M2S207+Fe203寸3M2S04+Fe2(S04)3 仝lq火也30f]MWc级H【“l能触刘杯发竟样第一r1“m{‘r台l☆文集4MmSO十Fe】04斗4(M2S04)(FcSO‘卜Fc2(S04)]Fe2(S04)3+Fe203+3S03当附着层中存在碱金属焦硫酸盐时，由于它的熔点低，在通常壁温下即成熔融状态而导致反应速度更快的熔盐型腐蚀。熔融硫酸盐积灰层对金属管壁的腐蚀速度比气丰H状态要快的多。熔融复合硫酸盐对腐蚀的影响随温度而改变。它在550"C～T10"C是稳定渡态(熔融状态)，小于550"(2是固态，大于710"(2则分解出sOa而成正硫酸盐(Fe。(s0．)，和№s0·)。复合硫酸盐在600"C～710℃时腐蚀最为强烈。只要有氧气存在．就可持续地腐蚀管壁金属。212氯化物型高温腐蚀煤中存在一定盘的NaCI．其熔点(801℃)和蒸发点(1465"C)远低于火焰温度，进入炉膛以后即迅速汽化，以气态的形式存在，它窖易与m0、s啦、sm等发生反应生成硫酸钠和HCI。因此沉积层中的HCI比烟气中多，使管壁的氧化膜受到严重的破坏。生成汽化点很低的FeCl,，FeCl：马上完全挥发．从而使管壁金属直接受到Hcl的腐蚀，同时由于氧化膜受到破坏，使I骚也能达到金属表面，加速管壁金属的腐蚀速度。IlCl对管壁的腐蚀在400～600'C范围内最为括跃。氯化物型腐蚀发生的条件，一是有足够高浓度的IICI存在(大于035％)；二是近壁处是还原性气氛．存在岛和比。氯化物型腐蚀单独存在的可能性不大，主要是HCI作为一种破坏氧化膜的腐蚀性气体，起到加速其它类型腐蚀的作用。213硫化物型高温腐蚀硫化物型高温腐蚀是锅炉水冷壁高温腐蚀中较为常见的类型，引起硫化物型高温腐蚀的主要原因是腐蚀区域烟气中含有游离态硫以及烟气呈还原性，腐蚀产物主要是铁的氧化物和硫化物。Fe20炉臆ff¨f^)硫化物型腐蚀(a)氧化性气氛：(b)还原性气氛(1)硫化氢气体腐蚀研究表明当炉膛内过_匠空气系数n<100以及当水冷壁附近因煤粉浓度过高，空气量不够而出现还原性气氛时，原煤中的硫以‰s的形式释放出来的比例在75％以上。H,S产生速率与原始硫青豆具有报大关系，这种关系随着还原性气氛还原程度的增加而更加明显．相同温度下，随着还原性气氛还原程度的增加，}bs产生建率逐渐增加。烟气中岛含量越多，№s的舍盘也越多，对于高硫煤釜三爆羔茎巨0j●iFjji臂盘■ 全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集锅烀种，H2S浓度可以达到0．04—0．06％。通常当CO／(CO+COz)由8％上升到24％时，lhS则由0．02％上升到0．07％，从而引起水冷壁的强烈腐蚀。№s浓度与过量空气系数的关系硫化氢浓度和CO燃烬度的关系在H2S浓度不变时，若管壁温度低于300℃，则水冷壁不腐蚀或腐蚀很慢；若壁温在300--一500℃范围内，则腐蚀速度与壁温呈指数关系，即壁温每升高50"C，腐蚀速度增加一倍。硫化氢气体具有渗透作用，它可穿过疏松的Fezoa层和致密的磁性氧化铁层(Fe。0s·FeO)与其中复合的Fe0以及管壁Fe发生反应，腐蚀速率与烟气中硫化氢的浓度几乎成正比，其反应如下：H≯+Fe·Fes+HlH≯七FeO畸Fes+Hp(2)单质硫[S]腐蚀煤粉在燃烧过程中也会产生一定量的原子硫，其在350～400℃时很容易与碳钢直接反应生成硫化亚铁(F叶[S】寸FeS)形成高温硫腐蚀，并且从450℃开始，其对炉管的破坏作用相当严重。原子硫的生成途径主要有以下几种：1)煤中的黄铁矿Fes2受热分解；屁是jFeS+[S]2)硫化氢和二氧化硫反应分解出单质硫：2H2S+S02--}212／20+3[S]3)硫化氢与氧气反应：2H2S+022H20+2【S】4)FeS2与碳的混合物在有限的空气中燃烧：3FeS2+12C+802专Fe304+12C0+6IS】5)在高温下硫化氢分解也可以产生单质硫：H2S--+[S]+H2生成的[S]可以直接穿透管壁金属表面保护膜，对水冷壁表面的氧化膜产生破坏，并沿金属晶界渗透，进一步腐蚀锅炉水冷壁，．使管壁内部硫化，并同时使氧化膜疏松，剥裂甚至脱落；金属硫化腐蚀产物层相对基体金属的体积比很大，一般在2．5～4．02_间，因此，层内会产生很大的应力，腐蚀层易破裂。其熔点为1195"C，在炉膛温度低于其熔点温度条件下可以稳定存在。其中S具有较强的还原性，在还原气体中能保持稳定。当烟气中的氧化性气体达到一定分压时，则缓慢氧化转交成Fe=04： 全国火电300MWc级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集锅炉3FeS+50，—>Fe，0。+3S0，生成的sOz又可以提高原子硫的活性并加速硫酸盐型腐蚀，使腐蚀不断恶化。硫化物型高温腐蚀持续发展必须具备如下条件：(1)黄铁矿颗粒能够到达壁面；(2)近壁附近为还原性气氛；(3)水冷壁具有较高的温度，一般认为应大于350℃。其中(1)(2)条件只需满足一个，但(3)必须满足。2．1．4还原性气体引起的高温腐蚀在煤粉喷入炉膛以后，在～定区域内煤粉(包括挥发份)还没有完全燃烧，存在一定的还原性气体(这里以C0为例)，当含氧量大于2％时，cO含量小于3％～5％，在燃烧区域缺氧时，其波动范围较大达到3％～25％，会对水冷壁的氧化铁保护膜产生破坏作用，把致密的氧化铁保护膜还原成疏松多孔的氧化亚铁。而从图我们可以看到，H。s含量和c0呈线性关系，并且C0含量在缺氧条件下波动范围较大，而且测量方便，因此可以将CO作为监测水冷壁高温腐蚀的一重要参数，其在水冷壁高温腐蚀中有两方面作用：一方面作为监控水冷壁高温腐蚀的一个重要参数，并且反应腐蚀气体H2S的生成量；另一方面直接参与了水冷壁的高温腐蚀。2．2高温腐蚀的原因运行经验表明，影响水冷壁外部腐蚀的最主要因素是水冷壁附近的烟气成份和管壁温度。具体地说由于燃烧器附近因火焰温度可达1400-1600‘C左右，因此煤中的矿物成份挥发出来，这一区域烟气中NaOH、S02、HCI、H2S等腐蚀性气体成份较多，同时水冷壁附近的烟气还处于还原性气氛，还原性气氛导致了灰熔点温度的下降和灰沉积过程加快，从而引起受热面的腐蚀；另一方面，由于燃烧器区附近的水冷壁管的热流密度很大(约200-500k衫m2)，温度梯度也很大，管壁温度常在350—400℃左右。通过水冷壁的热负荷很高会使壁温升高，并常会引起管内结水垢，这就更进一步提高了管壁温度，加速了腐蚀的进程。在燃煤机组发生高温腐蚀的保护中，其腐蚀类型基本上都属于还原性气氛下的硫化物型高温腐蚀。经过分析可知，影响腐蚀的因素主要有以下几个方面：燃煤品质、煤粉细度、腐蚀区域的还原性气氛、煤粉近壁燃烧以及水冷壁温度条件等。2．2．1燃煤因素无烟煤与贫煤的挥发份较低，着火温度较高，燃烧困难，容易产生不完全燃烧和火焰冲墙，从而在近壁处形成还原性气氛，导致水冷壁高温腐蚀的发生。燃煤中硫的含量也是一个相当重要的因素。硫的含量越高，燃烧过程中产生的游离态硫与H2S含基越高，产生高温腐蚀的可能性也越大。我国发生高温腐蚀锅炉的燃煤中硫含量大多数大于1％，有的甚至高达2％--一，4％。下图表示壁温为500"C时，水冷壁腐蚀速度与烟气中HzS含量的关系。由图可知：腐蚀速度和烟气中的H：S浓度几乎成正比。303 全国火电300MWc级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集锅炉壁温为500"C时腐蚀速度与HzS浓度的关系煤粉细度对腐蚀也有很大影响。煤粉越粗，燃尽越困难因而火焰较长，进一步燃烧时，由于缺氧而形成还原性气氛，使水冷壁发生腐蚀；同时粗大碳粒动量较大，容易产生冲刷水冷壁而产生磨损，破坏水冷壁管氧化性保护膜加剧腐蚀。由实验表明，当煤粉粒度R90=8．5％～13．5％时，水冷壁管的外部腐蚀比R90=6％一-8％时大得多，特别是在喷嘴给粉不均和燃料燃烧时给风工况受破坏的情况下，更是如此。2．2．2腐蚀区域的还原性气氛对燃煤锅炉高温腐蚀区域的气氛进行分析发现：腐蚀区域存在很强的还原性气氛，近壁烟气中c0含量大于3．5％，H。含量大于0．5％，氧量水平较低。而且，随着还原性气体的增加(大于3％)，H2s气体的含量也响应迅速增加。理论和试验研究表明：氢气的存在会大大加快硫化氢对铁的腐蚀。近壁烟气中It,S平均与(CO+吩平均的关系2．2．3水冷壁温度条件水冷壁管壁的温度一般在350--45012，而管壁附着物和燃烧工况又导致管壁温度进一步升高，提高了蒸汽管上的积灰层内温度梯度，促使腐蚀性成份向管子表面扩散促使炉管腐蚀爆裂。腐蚀速度和壁温成指数关系，当壁温低于300"C时，腐蚀速度很慢或不腐蚀。而壁温在400--500"C的范围内，壁温提高5012，腐蚀速度要提高一倍。 全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第j十九届年会论文集锅炉图中所示为水冷壁管壁温度对硫化氢腐蚀的影响。从图中可以看出：随着水冷壁管壁温度的升高，硫化氢腐蚀速度大大加快。在某台300MW锅炉实际运行中测得的水冷壁管腐蚀速度表明：在管壁温度为420"480℃的范围内。每当温度增高10℃时，腐蚀速度平均增加0．4"-'0．59／(m2·h)。对电厂水冷壁管壁温度进行测量表明：对于高温腐蚀较严重的区域，平均温度高于449℃，个别点达到470--一490℃，而在高温腐蚀不太严重的区域，平均温度则低于449℃。在机组的运行过程中，由于水冷壁管内结水垢，导致水冷壁管壁温度的升高，这样会加速水冷壁的腐蚀。写r；吕≤∞＼倒缎葚龌腐蚀速度与壁温的关系(H。s浓度为0．12--．．0．16％)另外，煤粉近壁燃烧十分容易造成水冷壁的高温腐蚀。一方面使水冷壁表面温度升高；另一方面煤粉气流冲刷水冷壁壁面，从而使腐蚀产物不断脱落，使腐蚀得以不断进行。如果配风或运行调整不当，就会形成后期风粉混合不佳，使水冷壁的壁面附近缺氧，形成较强烈的还原性气氛，为水冷壁的高温腐蚀提供条件。2．3防止高温腐蚀的措施由于水冷壁高温腐蚀的最主要因素是管壁温度和水冷壁附近的烟气成分，因此一方面应防止热力系统腐蚀；另一方面应搞好燃烧工作，防止腐蚀条件的形成，抑制腐蚀物质的产生。由于煤中含硫和氯无法避免，水冷壁壁温及附近温度不可能降低到623K以下，因而只有针对其他方面采取措施。2．3．1控制煤粉细度、保证各燃烧器煤粉均匀分布为了防止高温受热面由于风粉分配不当、煤粉浓度不均匀而引起腐蚀和磨损，一般可采用下列措施予以减轻：1)尽量减少煤粉管道的弯头及长度，并使通往各燃烧器的煤粉管道阻力相近。2)在管道分义后引至燃烧器之前，最好有足够长度的直管段，利用直管段的均流作用来减轻煤粉分布不均的程度。3)尽量消除煤粉管道内气流的旋转。在产生气流旋转后的管道装设十字形的整流装置。加装导流板以减轻因弯头而引起煤粉惯性分离所产生的分布不均现象。2．3．2对运行工况采取措施305 全国火电300Mwe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集锅炉(1)采用低氧燃烧技术低过量空气量运行有增加烟气中所形成的固粒的趋向并显著地减少、甚至接近于全部消除高温下运行过热器管上的灰渣沉积现象，且能够避免和减少高温受热面的高温腐蚀以及尾部受热面的低温腐蚀，降低管子的腐蚀率。过量空气系数的临界值约为1．03，低于此值就能起到减轻过热器结渣和腐蚀的效果。(2)合理控制炉膛温度控制炉内局部火炬最高温度及热流密度，特别是在燃烧器区域附近的火焰中心区域。研究表明，最适当的管壁运行温度在590℃以下，但在过热蒸汽温度为540℃或更高的设备，管壁的温度就必在590℃以上了。在这种情况下，保持危险受热面温度高于腐蚀温度范围(即大于700℃)也是一种防止腐蚀的方法。(3)采用烟气再循环采用烟气再循环能降低受热面的腐蚀，其原因是：①烟气再循环能降低火炬中心和炉膛出口烟气温度；②烟气再循环能起到降低烟气中S03含量的作用。2．3．3在锅炉的设计中合理安排合理布置设计受热面，避开高烟温区和高壁温区同时出现。根据温度和腐蚀的关系可知，若壁温小于550℃，则腐蚀速度大为减小。因此，过热器和再热器的结构和布置应能有效地防止热力偏差和水力偏差引起的管壁超温。采用喷水调节过热蒸汽温度时，至少应布置两级喷水减温器。减温器联箱与内衬套简之间应固定牢固并允许有相对的不同膨胀量，并应防止减温器内部蒸汽短路，以免局部管子超温。由于热流密度不均以及水冷壁的流量偏差都会引起的水冷壁内部结垢，而结垢不均易使管壁局部超温。所以在水循环设计上应予特别注意，尽可能清除流量偏差，使受热面冷却均匀，避免个别管子超温。同时，为保证水冷壁不至过热，还必须使受热面热负荷均匀分布。2．3．4对水冷壁管进行处理1)在管壁进行高温喷涂防腐防磨采用喷涂工艺在水冷壁可能发生腐蚀的区域喷涂防磨防腐合金，可以有效的保护水冷壁，使其不再发生高温腐蚀。该方法工艺简单，涂层很薄，对水冷壁几乎没有传热影响，但是价格太高。喷涂工艺一般有四种，即火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和超音速火焰喷涂。2)采用渗铝管防腐蚀渗铝钢管在运行中具有抗高温腐蚀能力，同时还具有抗高温氧化和耐烟气中飞灰的冲刷磨损等特性。使用经验说明，渗铝管确能减缓高温腐蚀，延长水冷壁管的安全运行时间。但应该注意以下几点：渗铝管具有良好的抗高温氧化，耐高温H2s、s02+S0。腐蚀性能。而对熔融硫酸盐型腐蚀效果不明显。在无法预测腐蚀类型情况下，使用渗铝管就有了一定的盲目性。渗铝管与钢管的焊缝无法保证抗腐性能，为可靠采用更长的渗铝管以使焊缝远离高温腐蚀区，这无疑增加了成本。如果渗铝管的使用环境合适，可延长寿命一倍以上，渗铝管价格高于普通钢管40％，选用时要做技术经济比较。 全园火电300MWc级机组能散对标凰竞赛第!十九届年会论文集另外．对易产生高温腐蚀的煤种采用抗腐蚀高温台金，对易腐蚀区加炉村防护和金属防护套等都可以有效的防止高温腐蚀的发生。3锅妒受热面结渣机理和防治31受热面结渣机理锅炉结涟过程既是一个复杂的物理化学过程，又是一个动力学过程。它涉及到锅炉原理、煤及灰渣化学、反应动力学、多相流体力学、传热传质学、燃烧理论与技术以及材料科学等诸多学科．炉内结渣过程包括四个方面：①煤自身的结渣性能；②灰粒向壁面的输运过程；@灰牲在壁面的粘附生长：@结渣对炉内温度场和气相流场的反作用。其中煤自身的结渣性能主要受煤中矿物质存在形态的影响．而灰粒向壁面的输运机理主要有如下4种：惯性迁移()lOam颗粒)、热迁移(碳酸盐>氢氧化物>硫化物>硫酸盐>磷酸盐>其它。煤中与沾污结渣有关的主要矿物的化学组成、熔点和密度等特性列于下表。 全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第鼍十九届年会论文集锅炉氯化物岩盐NaCl21701074钾盐KCl19801043注：牛表示分解温度309 垒田火电300^4wc级机组能效对标及竞赛第!十九届年台论文集种类反应产物沉积机理捕捉教车硪酷盐碱化糖(主要是F喝)硅艘盐艚***##自煳K嚣；；淞搂《颗鞋惯性撞击#*目t％i§麓裟琏化。％性％玻璃化熔融富铁硅酸盐厢拉惯性擅击高十#表煤中含铁矿物在火焰中的行为由上袭可知，含铁有机物和碳酸盐颗粒在火焰中一般不会产生熔融相．富铁硅酸盐矿物颗粒在火焰中会转变成较低熔点的玻璃件颗粒．然而这类富铁矿物在攥特中一般以0I～lOum颗粒出现，且密度较低(相对于FeSz)，因此．捕捉效率为中等．此外由于其在大多数煤中的含量不高。导致其对结渣的贡献井不太。许多研究者采用滴管炉、一维沉降炉、平面火焰和小型模拟煤糟炉等来模拟煤糟燃烧条件阻研究黄铁矿的行为，赵永椿等利用热力学软件FACT对硫铁矿的迁移转换进行了研究。硫铁矿的反应机理如图所示。9』坐QttrIIIllEt"¨'圈硫铁矿炉内反应历程示意图从图中可以看出，内外在硫铁矿的反应过程不同．但是其在煤糟火焰中都首先分解成礁黄铁矿，分解温度为770～970K．随后磁黄铁矿升温氧化，生成Pen，在1350K～1473K之间熔化。生成Fes呻熔体(瞎化温度可低至1213K)：对于外部硫铁矿颗粒，熔体继续氧化，直到完全氧化成Fe，04，井可 全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集锅炉能进一步氧化成Fezoa，而对于内部硫铁矿Fe—S一0熔体可能继续氧化，其反应方式如外部硫铁矿，也可能与同颗粒中的硅酸盐矿物共熔成玻璃体，而不继续氧化，这二者是两个互相竞争的过程，它们所起的作用取决于气氛和温度等条件。由于熔融的磁黄铁矿和Fe—s-0氧化速度极慢，加之颗粒尺寸大，密度大(约为其它矿物形成的灰分的两倍)，极易在离心力的作用下从其它矿物形成的煤灰中分离出来，以熔融物质的形态撞击到受热面上引起初始沉积，并在完成氧化反应(形成铁的氧化物，尤其是硫铁矿的最终氧化物赤铁矿的熔点极高)后才会冷却为固态。含铁矿物因与灰成分共熔后，当撞击到受热面上会与初始沉积成分、金属氧化层、耐火材料等发生强烈粘附，而当它们沉积在受热面上后，又会捕捉后续撞击上的硅酸盐成分灰粒，并也发生强烈粘结。总之，FeSz及其它含铁成分在火焰中的产物既可导致初始结渣沉积的产生，又促进后续结渣沉积的发展，因而在结渣沉积过程中起控制作用。这表明了硫铁矿中间产物在受热面上的沉积是大多数炉膛结渣的最主要原因。对炉内灰沉积研究发现产生初始撞击沉积的熔融或塑性颗粒可能是：1)未完全氧化的熔融或半熔融硫铁矿颗粒：2)富含钾的低熔点矿物质，这类物质往往都含铁，如伊利石等；3)铁和碱金属或碱土金属的硫酸盐等。这几种颗粒都含有铁，即含铁矿物质更容易形成这种熔融、塑性的颗粒，因而更容易引起初始结渣沉积。另外，含铁矿物会促进结渣的产生和发展，其理由如下：1)还原态的含铁成分(如磁黄铁矿Fel—xS，其中x=O～O．2)熔点低，密度大，因此，在炉内易呈熔融或塑性状态，且其颗粒在惯性作用下易产生结渣沉积。2)Fe2+会降低硅酸盐的熔点和粘度，当沉积在受热面上时，低粘度会增加烧结速度，促进结渣的发展。3)硅酸盐中铁的存在会增加颗粒的粘性，从而增加了可导致结渣沉积的颗粒数，而沉积物中铁的存在会导致低熔点共熔体的形成，进而增加沉积物的粘结强度和粘性，使结渣愈演愈烈。3．3结渣的防止和治理针对影响锅炉炉膛结渣的因素，在锅炉设计以及运行方面采取相应的防止措施：i)混煤掺烧。对于结渣倾向性较大的煤种，可以通过混煤掺烧来减轻或抑制煤灰的结渣。大量试验和运行实践证明，如果向具有严重结渣倾向性的煤中掺入另一不易结渣的煤，可以大大减轻煤灰的沾污结渣。2)控制合理的炉内过量空气系数。过量空气系数增加，受热面的积灰、结渣趋势减轻。其原因有三：首先，当过量空气系数Q增加时，炉膛出口烟温会降低，可减轻对流过热器和再热器的积灰、结渣。其次，随着a的增加，炉膛壁面处温度降低，同时炉膛上的沉积物减少，炉内受热面结渣趋势减小。最后，Q过低易造成氧量不足，在炉内出现还原性气氛，从而增大了结渣的可能性。因此必须保持足够的过量空气系数。3)避免造成局部还原性气氛。还原气氛将造成煤中矿物质的熔点降低，硅酸盐类矿物的升华，各矿物相中钙、铁的还原等，所以锅炉设计及运行中首先要防止煤的结焦，合理布置一、二次风的位置、风速，风量、均匀分布煤粉浓度。适当提高一次风速，当一次风速提高后，一方面可以增加气流的刚性，减少由于射流造成的偏转，避免一次风气流直接冲刷壁面：另一方面，还可以推迟煤 全国火电300MWc级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集锅炉粉的着火，抑制喷口附近结渣。4)控制炉膛热负荷及选择合理的设计参数炉膛设计时，应该保持合适的炉膛容积热负荷和截面热负荷。若炉膛容积热负荷过高，则会造成炉膛出口烟温趋高，易引起炉膛及其出口部位结渣，同时燃尽度也可能较差。若截面热负荷值偏高，则意味着燃烧器中心温度水平较高，下炉膛结渣的可能性增加。因此，设计炉膛容积热负荷和截面热负荷时，在满足着火和稳燃的条件下，热负荷应取下限值，对于易结渣的煤，更应如此。5)合理控制煤粉在炉膛停留时间煤粉在燃烧过程中所伴随着的矿物质熔融沉积过程、玻璃体与管壁的粘合、沉积物生长的过程均为一个较为缓慢的过程，煤粉在火焰燃烧时间越长，越有利于结渣过程的发展，对于燃烧性能较差的贫煤适当提高煤粉细度，增加燃烧反应的表面积来改善燃烧，这样既有利于提高煤的利用率，也可改善结渣。6)防结渣剂的应用防结渣剂的作用是提高燃煤的灰熔点温度，促进灰熔体结晶，是在高温下易结渣的玻璃形态渣向不易结渣的结晶态转化。在炉膛发生结渣的情况下，我们一般采用的方法是吹灰。包括蒸汽吹灰、压缩空气吹灰、高压水力吹灰、声波吹灰、高能燃气脉冲吹灰等。曾对蒸汽吹灰、声波吹灰和高能燃气脉冲吹灰作过详细的技术经济比较，得出高能燃气脉冲吹灰的综合效果最好。高能燃气脉冲吹灰是利用空气和燃气在一特殊的容器中混合。经高频点火产生爆燃，体积急剧膨胀，生成高温高压的爆燃气体，在一特殊结构的罐体内得到加强、加速而形成激波，蓄积起极高的能量，从喷嘴中以冲击能、热能和声波的形式进入炉内，作用在锅炉受热面的积灰上，使其脱落并被烟气带出炉外。值得注意的是，无论采用什么吹灰方式，选择合理的吹灰周期是非常重要的。4总结本文通过对对燃煤锅炉受热面的结渣机理及防治和高温腐蚀机理及防治进行了比较浅的探讨，希望对我们以后工作和机组的安全运行提供～些帮助。作者简介：裴玉东，男，内蒙古赤峰人，1976年出生，工程师，2001年毕业于东北电力大学热能工程专业，学士学位，现于大唐能源化工有限责任公司从事工程管理工作。工作单位：大唐内蒙古鄂尔多斯硅铝科技有限公司，邮编010300。312 锅炉受热面结渣和高温腐蚀机理浅谈作者：裴玉东作者单位：大唐能源化工有限责任公司010300本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7345328.aspx