水冷壁沾污结渣及安全运行

积灰结渣一般定义三种类型
A.低温积灰
多发生在低温区的省煤器和空预器上，与管子表面酸和 或水蒸汽凝结有关。一类是由于酸腐蚀所产生，二类 是喷撞到管子上的飞灰，三类是酸与飞灰中的铁、钠、 钙等反应生成的硫酸盐。
B.高温粘结性积灰
一般发生在对流受热面上，有一定的粘结性，一定温度， 与煤种有很大关系。
C.熔融性结渣
在300～700℃的管壁温度下，H2S的 腐蚀速率与温度的关系近视为：
带灰金属表面
K at
4.45
清洁表面
K—腐蚀速率，g/(m2· h)； a—比例系数，a=6.3×10-15； t—试样温度，℃。
详见书本
沾污结渣→热阻↑→水冷壁吸热↓→锅炉出力↓ 清洁管壁温：1500℃ → 309℃(9.8MPa) 渣层厚5mm，渣面温度比火焰温度低350℃，q=200×103 w/m2。 渣层厚50mm，渣面温度比火焰温度低40℃， q=30×103 w/m2。
渣层热流密度和表面温度
四wk.baidu.com沾污结渣分类
1.烟气温度：熔渣(1050℃～800℃) 高温沉积灰(800℃～600℃) 低温沉积灰(600℃～400℃) 2.灰强度：松散性和粘结性
3.灰渣结构：金属性灰渣，非晶体灰渣，多孔泡状玻璃渣，熔渣
4.结渣成分：碱金属化合物，硅化物型，钙化物型 5.沉积位置：沉积物在管子迎风面，950℃以下管子迎风面，管子 北部和炉墙上 6.渣型特征：附着灰，微粘聚渣，弱凝聚渣，凝聚渣，强粘结渣， 粘熔渣，熔融渣
7.灰渣沉积不同层次：内层灰，浮灰，烧结灰，灰渣
锅炉内渣量
• 简化后堆积：20m×10m×5m
• 堆渣初始温度：1200℃ • 12天后，中心温度950 ℃，以800 ℃为基 准，渗入深度分别为2 × 2 × 1.5
7.7.1 沾污结渣
一、结渣定义
沾污或积灰：指温度低于灰熔点时灰沉
积物在受热面上的积聚，多发生在锅炉 对流受热面上（过热器、再热器、省煤 器、空预器） 。一般能用吹灰器清除。
初期沉积物形成机理
涡流扩散或气化凝结 厚度：0.2-0.5mm 粒径： 10 m
烟气流
①热扩散和涡流扩散； ②气化物质的凝结； ③碰撞或惯性碰撞。
无粘性粉尘
沉积率
典型结渣
熔渣层 致密层
松散层
3.沾污结渣的位置
结渣 — 炉膛内及出口高温 对流受热面 沾污 — 炉膛内及尾部低温 受热面、高温都有
(10)
吹灰器
最常用方法，特别是针对普通积灰蒸汽、声波、钢球、振动
2.设计方面
(1)燃烧方式选择 固态排渣——灰熔点高 液态排渣——灰熔点低 (2)炉膛出口温度设计
T”l < t1
无屏 T”l < t2 - 100℃ (t = t2 - t1 < 100℃) T”l ≤1150℃(无熔点资料)
起化学反应，改变渣的形态，
时间 (s)
使渣块爆破，自然碎裂脱落
•
种类主要有氧氯铜添加剂、氧 化型清灰剂、盐型清灰剂等
粘合力达到10kN/h· m2 时，出现粘结层，吹灰 器不能吹掉。
(7) 配煤 通过不同结渣特性燃料的配混，达到改善结渣目 的。煤场配煤，锅炉不同喷口配烧。 (8) 烟气再循环
(9) 四角煤粉均匀化
大部分是燃用高硫贫煤、无烟煤和高、中硫烟煤。
位置：水冷壁(一般是向火面)，高温受热面(过热器、再热器)。 腐蚀速度：一般1.11.5mm/a，高的达2.0mm/a，是高温氧化
速度的75倍。
水冷壁腐蚀的基本条件：
①积灰和烟气中的腐蚀性物质 如烟气中的SO2、SO3、H2S、HCl等，气相腐蚀；积灰中的硫酸盐、 硫化物、碱金属，固相腐蚀。 ②管壁及附近区域高温 ③管壁附近区域还原性气氛 火焰冲刷、积渣、磨损等加重腐蚀。
1-水冷壁管；2-12CrMoV过热器管
W (mm/a)
1、2、3-不同电站锅炉的测试结果 (试验750h，12CrMoV过热器管)
500t/h锅炉腐蚀速度与壁温关系
500t/h锅炉管壁腐蚀深度与壁温关系
硫加快腐蚀速度
H2S含量：0.12%—0.16%
碳钢在SO2作用下腐蚀与温度关系
H2S腐蚀速度和壁温的关系
(6) 加添加剂
提高灰熔点T1，要改变化学成
粘附强度 kN/m2h
500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30
分，成本高
灰渣
阻止各种成分灰相互结合，容
易结渣的成分从灰渣中分离出 来，并形成稳定物
在渣内形成断裂层，或结渣松
混入0.01ppm 氧氯化铜
散结构、减少粘合力，便于吹 灰
腐蚀与沾污结渣关系
高温腐蚀处的结积物
1—飞灰沉积物；2—暗红结积 层；3—白色升华物质层；4— 黑色腐蚀产物；5—管壁
烟气流向 被腐蚀的过热器管横截面
影响高温腐蚀因素
燃料性质（特别是燃煤的含硫量、含氯量等） 温度影响（主要指管壁温度和烟气温度） 气氛影响（特别是水冷壁附近）
积灰（结渣）程度
煤灰结渣 倾向 轻 中 严重
qRV (kw/m3) 550-600 500-550 450-500
qRF (kw/m2) 410-440 380-410 350-380
(4)假想切圆直径
易结渣煤，采用小切圆。
(5)燃烧器和炉墙之间的间距
旋流燃烧器，S/D衡量，保证大于推荐值。
(6)卫燃带的合理布置和设计
大于0.01%严重
腐蚀速度和H2S浓度的关系
江西贵溪电厂420t/h锅炉
向火侧外壁附着物内外层物相分析 物相 Fe3O4 Fe2O3 FeO FeS FeS2 SiO2 不确定相
内层
外层
32.78% 41.27% 14.15% 11.79%
4.63% 5.12%
较少
64.14% 8.78% 7.31% 7.56%
空气动力场和燃烧工况
灰熔点与煤种关系
成煤年代 石炭、二叠纪—Al2O3、SiO2较高—灰熔点高 晚侏罗纪—SiO2最高， Al2O3居中—灰熔点中 早、中侏罗纪—CaO较高，Al2O3较低—灰熔点低
煤中含氯量（%） ＜0.15 0.15—0.35 ＞0.35
高温腐蚀倾向 低 中 高
腐蚀与温度的关系
卫燃带的位置、数量和形式
(7)合适的对流受热面节距
易沾污，适当加大节距
分隔法布置卫燃带
3.预防结渣新技术
大小切圆，风包粉 水平浓淡燃烧技术 贴壁风或边界风
侧二次风、周界风、偏置周界风
内浓外淡旋流燃烧器
7.7.2 冷水壁的高温腐蚀
燃烧产生有腐蚀性气体(气相)或化合物(固相)对金属管的腐蚀。
200MW锅炉结渣和不结渣区近壁速度分布
缺角运行炉膛切向速度分布
(3) 控制(降低)炉内温度水平和锅炉负荷
温度或锅炉负荷提高： ●易挥发碱性氧化物汽化和升华； ●管壁温度提高，初期灰沉积时加快形成低熔点硫酸盐； ●熔化或半熔化煤灰增加； 方法： 加大过量空气系数 降低锅炉负荷
炉膛出口烟温与热负荷关系
T”l↓，过热器结渣↓ 炉壁温度↓，沉积物↓ 与腐蚀相反 消除还原性气氛的形成
壁面处烟温与关系
氧量与炉膛出口烟温关系
不同时壁面灰沉积量
(2) 合理配风
●有合理的空气动力场和切圆大小； ●射流有刚性、不倾斜、不冲刷炉墙； ●不能缺角运行，射流两侧补气条件良好； ●燃烧器有合理的长宽比和间隙； ●保证空气和燃料良好混合，避免还原性气氛。
炉膛吸热和出口温度T”l随时间变化
热值 Qydw 1-(932-1008)×106kJ/kg; 2-(777-878)×106kJ/kg; 3- (609-697)×106kJ/kg
六、沾污积灰防止措施和运行优化
一、防止措施
1. 运行方面
(1) 调整氧量 对氧量进行合理调整：一般增加，有利于减轻结渣积灰。 ↑
宁波北仑港 电厂600MW 机组锅炉水 冷壁挂渣
二、沾污结渣形成原因和过程
1.结渣三要素
①煤燃烧→矿物质→灰份(粘土类) ②炉内具有一定的温度(＞灰熔点) ③炉内受热面存在(提供结渣场所)
一定条件
形成结渣
说明： 必要条件，而非充分条件 火焰冲刷，还原性气氛(缺氧燃烧、富燃料燃烧)
90%以上
SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、 Na2O、K2O、TiO2、P2O5
第七章/第七节 水冷壁沾污、 结渣及安全运行
内容提纲
本章内容 • 水冷壁沾污结渣特点、类型、危害、预防措施 • 水冷壁高温腐蚀的类型、机理、预防措施 • 炉膛外爆与内爆 解决重点 • 水冷壁结渣与预防措施 • 水冷壁高温腐蚀及预防措施 补充内容 • 增加水冷壁结渣内容
600MW锅炉事故大块结渣
大柳塔煤泥水煤浆燃烧结渣形貌
7号孔全负荷 7号孔降负荷 11号孔降负荷
1229℃
1193℃ 负荷和温度下降
1040℃
灰熔点：1115℃/ 1136℃/1166℃/1201℃
硅碳棒上灰渣质地非常致密并且有金属光泽，并有鼓泡现象，表面粘结性强，灰渣熔融
情况十分严重； 降负荷燃烧时，结渣状况有所好转，并随着温度的逐步降低，结渣趋于。 11号孔降负荷结渣松散，无熔融渣，无粘结性，容易脱落，结渣状况明显好转。
硫是高温腐蚀重要因素
如宝鸡电厂115t/h液态排渣炉高温腐蚀产物中，FeS含量
68.8%～77.5%。此外，硫酸盐类也是主要的腐蚀产物。
国外某电厂300MW机组锅炉腐蚀损坏的管壁上的积灰分析，
硫以硫酸盐的形式存在。
FeSO4——1.54% Al2(SO4)3——8.9% Fe2(SO4)3——0.62% CaSO4——3.76% MgSO4——0.74%
(4) 煤粉细度
煤粉粗，惯性冲击大，火焰易冲刷炉墙； 颗粒燃烧温度高，熔化比例高，结渣可能性增加。
煤粉细，燃烧速度加快，换热加强，炉膛出口温度下降
煤粉太细，受热面上沉积物数量会大大增加，使炉膛温度增加。
华中合山煤灰熔点试验结果
灰温＞烟温， 0.5mm:高240℃; 0.1mm:高100℃
折 焰 角 前 墙
易发生部位：
炉内卫燃带 (<13-14% ，易 结渣煤，10%) 、未敷水 冷壁的炉墙 燃烧器喷口附近
后 墙
炉内易结渣部位： ①折焰角 ②卫燃带 ③燃烧器附近
三、沾污结渣对锅炉运行影响
影响传热，下降30%～60%，因炉膛出口温度高，只能低负荷运
行，甚至停炉清渣。经济性差。
结渣、堵灰，热偏差、管壁超温，爆管，落渣熄火。安全性差。
有屏： 屏后 < t1 - 50℃或t2 - 150℃
(3) 锅炉热负荷
①炉膛容积热负荷qV和断面热负荷qF 影响炉膛和燃烧器温度水平的重要因素。qV、qF炉膛和燃烧器 温度结渣倾向 ②燃烧器区域热负荷 燃烧器区域壁面热负荷：qRF 燃烧器区域容积热负荷：qRV
不同结渣煤的qRV和qRF 锅炉断面热负荷与煤种结渣指数关系
结渣：指在受热面壁上熔化了的粘性灰
沉积物的积聚，与灰成分、熔融温度、 粘度及壁面温度有关，多发生在高温受 热面上（炉膛、过热器、再热器）。一 般不能用吹灰器清除。 沾污(积灰)和结渣过程没有严格的界限 区分；相互联系，不易分割，前因后果 关系。
冷灰斗积灰
水冷壁结渣
水煤浆和重油燃烧结渣
水冷壁挂焦
指标
绝对准确率% 相对准确率%
t2
83 100
G
67 80.7
SiO2/ Al2O3
61 76.3
Fe2O3/CaO
37 44.6
B/A
69 83.1
准确度不高的原因： ①矿物质分布不均匀；②赋存形态不同；③测量时环境条件不同；④与 燃烧过程有关，如锅炉形成、空气动力场 ①单一结渣分辨率较低，有时甚至用几种指标判断同一煤种出现不同的 预报结果； ②结渣程度判别指标界限值之间属阶跃函数关系。 t2=1391℃ 轻微(不)结渣，1389℃ 中等结渣 模糊判别法利用模糊数学原理，考虑多项指标的综合影响，确定判别结 果属于某个等级的置信度。
烟气中携带熔化或粘性很强的灰粒，在熔渣上积聚。
五、结渣特性预测
炉内结渣预测方法：
燃料特性
主要根据煤灰特性和成分，如灰熔点、硅碳比等。30多种。
运行特性
热流变化，烟温、蒸汽温度变化等。
综合指标
燃料特性和运行特性、设计参数结合考虑，如模糊数学、 神经网络等。
灰特性预测积渣准确度分析
各种常规结渣指标的准确率
1625℃ 2050℃ 1560℃ 2570℃ 2800℃ 40%-50%
2.沾污结渣过程
动态过程、逐步增加。受热面积灰结渣(沾污)
分三个阶段：
A. 初期沉积物—富铁熔渣撞击 管壁，粘性大；升华物质; B. 基质上部粘附飞灰颗粒; C. 温度升高，沉积速率提高， 表面烧结→硬性渣物。
灰渣沉积阶段示意图