锅炉受热面的磨损与腐蚀

锅炉受热面的磨损与腐蚀

锅炉受热面的磨损与腐蚀一、锅炉受热面的飞灰磨损

燃煤锅炉受热面的飞灰磨损，不但要造成受热面的频繁更换。使发电成本增加，而且还将造成受热面的泄漏或爆管事故，危害很大。受热面的飞灰磨损一般都带有局部的性质，在烟速高的烟气走廊区和灰粉浓度大的区域，通常磨损较严重，从被磨损管子的周界来看，磨损程度也是不均匀的。为了找出减轻磨损的措施，有必要先对飞灰磨损的机理及规律进行讨论。

l、飞灰磨损的机理

在锅炉烟道中烟气冲刷受热面时，往往存在一定数量一定动能的飞灰粒子冲击管壁的现象，每次冲击都可能从管壁上削去极其微小数量的金属屑。日积月累，由于飞灰的不断冲击，管壁将被越削越薄，这就是磨损。飞灰在冲击管壁时，一般有垂直冲击和斜向冲击两种情况。垂直冲击造成的磨损称为冲击磨损，冲击磨损作用的结果是使正对气流方向的壁面上出现明显的麻点。斜向冲击时的冲击力可分为法向分力和切向分力。法向分力引起冲击磨损，切向分力则引起切削磨损。由于受热面的各根管子在烟道中所处的位置各不相同，因而各管在沿管周各点所受的冲击力和切向力的作用也不相同，导致飞灰对各管磨损程度的差异。

2、影响飞灰磨损的因素

影响飞灰磨损的因素很多，它们之间的关系可用下式表示：式中:T--管壁表面单位面积磨损量，g／m2；

C--考虑飞灰磨损性的系数，与飞灰性质及管柬结构特性有关；

η一飞灰撞击管壁的机会率，与灰粒所受的惯性力及气流阻力有关；u--烟气中的飞灰浓度，g／m2

ω－飞灰速度，一般可认为等于烟气的流速，m／s；

τ－时间，h。

由(3一1)式可知，影响飞灰磨损的主要因素有：

(1)飞灰速度

管壁的磨损量与烟气流速的三次方成正比，因此锅炉运行中对烟气流速的控制可以有效地减轻飞灰对受热面的磨损。但是烟气流速降低，会造成烟气侧对流放热系数的降低，并增加了积灰与堵灰的可能性，因而应全面考虑，以确定最经济、最安全的烟气流速。

在某些情况下，烟道中会存在没有或只有很少受热面阻隔的狭窄烟气通道，或由于积灰、堵灰等原因形成狭窄通遭，称为烟气走廊在这些区域，烟气流速特别高，有时比平均流速大3—4倍，因而将使磨损量较平均情况增加达数十倍。

(2)飞灰浓度

飞灰浓度越大，灰粒对管壁的冲击次数越多，磨损也就越严重。锅炉转弯烟道外侧的飞灰浓度一般较其它地方大，因而该处的管子磨损情况通常较严重。此外，对于燃用高灰分煤种的锅炉，受热面的磨损情

况也要更严重些。

(3)灰粒特性

灰粒越粗、越硬，则磨损越严重。具有锐利棱角的灰粒比球形灰粒造成的磨损要严重。省煤器处的烟温较低，灰粒较硬，因而它的磨损情况一般要大于过热器或再热器等受热面。燃烧工况恶化时，飞灰中的含碳量增加，由于焦碳的硬度大，因而也将促使磨损量加大。

(4)管束结构特性

烟气纵向冲刷管束时，由于灰粒冲击管壁的可能性大大减少，因而磨损情况比横向冲刷时要轻得多，当烟气横向冲刷时，错列管束的磨损大于顺列管束。一般来说，错列管束中的第二、第三排管及顺列管束第五排后的受热面磨损较严重。

(5)飞灰撞击率

飞灰撞击率是指飞灰撞击管壁的机会，飞灰撞击率越大则磨损越严重。

3、减轻飞灰磨损的措施

根据以上分析，减轻飞灰磨损，一方面应从受热面布置上加以改进，尽量降低狭窄通道区域的烟气流速，在管子易磨损处加装防磨装置等；另一方面还应从运行调整着手，控制合理的过剩空气系数、减少锅炉各处的漏风以降低烟气流速，重视燃烧调整工作，避免不完全燃烧的发生。

二、锅炉受热面的低温腐蚀

低温腐蚀主要发生在空气预热器的冷端。回转式空气预热器受热面发

生低温腐蚀时，不仅使传热元件的金属被锈蚀掉造成漏风增大，而且还因其表面粗糙不平和具有粘性产物使飞灰发生粘结，由于被腐蚀的表面覆盖着这些低温粘结灰及疏松的腐蚀产物而使通流截面减小，引起烟气及空气之间的传热恶化，导致排烟温度升高，空气预热不足及送、引风机电耗增大。若腐蚀情况严重，则需停炉检修，更换受热面，这样不仅要增加检修的工作量，降低锅炉的可用率，还会增加金属和资金消耗。

由于空气预热器发生低温腐蚀会对锅炉的安全性和经济性造成很大的危害，因此，必须注意对低温腐蚀的预防。

l、低温腐蚀的机理

燃料中的硫分在燃烧后生成S02，其中一部分S02又会进一步氧化而生成S03，S03与烟气中的水蒸汽化合形成硫酸(H2SO4)蒸汽。当受热面的金属壁温低于硫酸蒸汽的露点温度时，烟气中的硫酸蒸汽便会凝结在受热面上，并对受热面金属产生腐蚀作用。

蒸汽开始凝结时的温度称为露点温度。烟气中水蒸汽的露点温度称为水露点，烟气中硫酸蒸汽的露点温度称为酸露点，通常酸露点也叫做烟气的露点。水露点取决于水蒸汽在烟气中的分压力，一般为30－60％，即使燃煤的水分很高时，烟气的水露点也不会超过66℃，事实上，锅炉正常运行时尾部受热面的壁温总是大于水露点的。但一旦烟气中含有SO3，则烟气露点将大大上升。如烟气中只要有O.005％左右的硫酸蒸汽含量，烟气露点即可高达130℃－150℃左右。烟气中硫酸蒸汽含

量主要与烟气中S03含量有关，S03的形成主要有以下两种方式：(1)在燃烧反应中，燃料中的硫分在炉膛燃烧区先形成S02，部分S02再同火焰中的原子状态氧反应，生成S03，即：

SO2+O]＝S03(3—2)

炉膛中的火焰温度越高，越容易生成原子氧，较多的过剩量也会增加原子氧的浓度。原子氧越多，烟气中的S03也越多。

(2)催化反应生成S03。烟气流过对流受热面时，S02会遇到一些催化剂，如钢管表面氧化铁(№03)及受热面管壁上的沉积物或燃料中的矾燃烧后生成的V2O5等。催化剂能力同温度有关，大约壁温为500—600℃时催化能力最强，这正是过热器管壁的温度范围，因此S02在受到催化剂的作用下与烟气中的过剩氧结合，在过热器区生成较多的SO3，即：

2、影响低温腐蚀的因素

受热面低温腐蚀与壁温和烟气露点有关。烟气露点主要决定于烟气中的硫酸蒸汽的含量，而硫酸蒸汽的含量又取决于S03的含量。烟气中S03的含量主要与燃料中的硫分、火焰温度、燃烧热强度、燃烧空气量、飞灰性质和数量以及催化剂的作用等因素有关。低温腐蚀的速度主要与管壁上凝结下来的硫酸量和硫酸浓度以及受热面壁温有关。一般来说，壁温越高则腐蚀速度越快。当壁温不变时，腐蚀速度将随着硫酸的凝结量和浓度的上升而逐渐增加，但当凝结量达到一定值时，便不再影响腐蚀速度；硫酸浓度一般在56％时腐蚀速度最大，之后急剧下