第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动

c 管子节距及管束的布置方式：错列布置
是管子的背风面较易受到冲刷，积灰减轻。
顺列布
积灰严重。
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错列时，减少纵向节S2，背风面受的冲刷更 为强烈，积灰减轻
顺列时，减少纵向节S2，使相邻管子的积灰 易于搭桥，积灰，更为严重。
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，这些灰分最终都要排放出锅 炉本体，其中绝大部分是经过尾部受热面放出 去。
这么多的灰量流过，势必对受热面造成磨损。
此外，还会积灰，使受热堵塞，燃料中含有硫 分及水分，其中硫分燃烧后产SO2或SO3与水分 结合形成硫酸或亚硫酸，对受热面进行磨蚀。
烟气中的水蒸汽遇冷后会凝结（结露）也受对 锅炉的尾部低温受热面造成腐蚀和堵灰。
我们这章的目的，就是要学习这样过程的机理，
以期在设计或运行中来防止磨损、积灰（结渣）
及腐蚀等问题。
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§10—2 结渣与积灰
结渣或积灰造成的危害是什么呢？可能是： ①传热阻力增加 ②对流烟道的阻力增加 ③严重时造成事故必须停炉，使可用率下 降 但结渣与积灰几乎是不可避免的，只能采 用措施来减轻。
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。
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二、干松灰：
①概貌：干松灰的积聚过程完全是一个 物理过程，灰层中无粘性成分，灰粒之 间呈现散状态，易于吹除。
②位置及性质：主要发生在管导的背风 央，迎风面几乎没有（特别烟速较大时） 随烟气流速的增加，积灰量减小，因此， 对应于一定烟气流速积灰几乎是一定的， 不可能无限增加。主要细微灰粒，较大 的颗粒不太可能积聚成干松灰。
(SiO2，Al2O3，TiO2)比碱性成分 (Fe2O3，CaO， MgO，Na2O，K2O)的熔点普遍要高些，煤灰 中酸性成分多会便煤灰熔点高，因此可用碱酸 比来衡量煤灰结渣的难易。
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②冷凝在管壁上的碱金属氧化物与烟气中三氧化硫反应 形成硫酸金属。钢管壁面上的催化作用，使得烟气中的 SO2在氧化成SO3的同时，形成硫酸盐。 ③硫酸盐与飞灰中的氧化铁Fe2O3及烟气中的三氧化硫反 应，形成复合硫酸盐Na2Fe(SO4)3、K3Fe(SO4)3；也与飞 灰中的氧化铝，形成Na3(AlSO4)3、K2(AlSO4)3，这些反 应产物在500~800℃范围内呈现熔状，具有粘性。
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， 目前，对这个问题认识得不是非常清楚。
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例如：燃烧多碱性金属的燃料时，高温粘结灰的形成机 理大致是这样的：
①以燃料灰分中的碱金属的氧化物，在燃烧时升华，升 华灰非常细小，靠扩散作用到达，并冷凝在管壁上。
四、低温粘结灰
低温粘结灰一般形成在低温受热面上，锅 炉中的低温受热面的一般是指受热面的壁 温低于或稍高于烟气露点温度的受热面， 大约在50~180℃的范围内。
1．概貌：常发生在空气预热器上，或省 煤器上。形成的速度高，呈现水泥状，质 紧密，不易清除，能无限增加严重时，将 烟气通道堵死，危害大。
2. 特点：与烟气的酸露点温度紧密相关。 一般酸露点温度高，积灰严重。
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3. 形成过程：冷凝在受热面的硫酸蒸汽，可以 捕捉飞灰粒子，飞灰粒子中含有CaO，于是与 硫酸反应，形成硫酸钙，该反应物具有粘性， 可以继续捕捉飞灰，无限增长。这个过程即为 通常所说的积灰水泥化。
4．影响因素：
①影响酸露点温度的因素都能影响结灰的程度
②受热面的结构及布置方式也影响结灰的程度。 例如顺列比错列好。
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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，电站的事故率增加， 锅炉效率降低，钢材耗损增加，而更重要 的是由于停炉，停电所造成的间接经济损 失更为巨大。
因此，不论对设计人员还是对运行人员， 掌握受热面的外部队工作过程是具有非常 重大的意义。
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③解释或原因：气固两流绕流过管子，由 于边界层的分离，在背风面必产生旋涡区， 细小颗粒与烟气几乎具有相等的速度，并 且易于随气体改变方向，因此，易于被旋 涡旋进背风区。小颗粒的表面能较大，与 管壁面接触时，能靠分子力吸附在壁面上。 根据研究，小于3~5μm的灰粒，分子力吸 附作用可能大于它本身的重量力。
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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 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 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 后即粘结在管壁上。
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防止结渣的方法：
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5．减轻或防止的措施
①设计时，严格选定炉膛断面热负荷及炉 膛出口烟温，不要过大；
②正确设计和布置受热面，例如拉大横向 节距S1； ③加入添加剂，改变灰的化学成分；
④采取有效的吹灰装置；
⑤运行一开始就正常投入吹灰装置，限制 第一层灰升华灰的形成。
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2020/11/25
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§10—1概述
燃料燃烧，特别是固体燃料燃烧时， 由于燃料中灰分的存在，水分的存在， 使得锅炉各受热面的工作条件变化恶 劣起来。
我国某地区电力管理局在1977年曾做 过这样的统计，锅炉的事故率占电厂 总的事故率的54.7%，其中因尾部受 热面磨损而爆破不得不停炉的事故竟 占锅炉总事故的45~50%。
因为与烟气结露点有关，需结合低温腐蚀来进 行讨论，掌握结灰的过程和机理。
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五、煤的结渣及沾污特性指标
1. 结渣率
结渣率是指煤在一定的空气流速下燃 烧并燃尽时，其所含灰分因受到高温影 响而结成灰渣，其中粒度大于6mm的渣 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 据不同流速试验得出如图3-9的结渣特性 曲线。
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4．影响因素：从上面的讨论中知道，影响高温粘 结灰的最主要因素是：
①燃料成分
②燃烧方式：火床或煤粉炉的高温粘结灰的和度 是不同的，也即最终归结为燃烧强度不同，结灰 程度不同，强度高，升华物便多。高温粘结灰严 重。
③温度水平：高温粘结灰发生在温度较高的区域。
④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20m/s时，烟速作 用才明显，锅炉中的经济烟速一般为8-12m/s，可 以认为在这个范围内，流速影响不大。
压力。
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② 燃料燃烧时升华出的碱金属氧化物Na2O及 K2O冷凝在水冷壁管上，与烟气中的SO3发生化 学反应，形成K2SO4和Na2SO4，这些硫酸盐有粘 性，能捕捉灰粒子，粘结成灰层，其外表面温度 升高形成硫化层，烟气中的SO3能穿过灰渣层， 与管壁上的氧化层发生反应。
2．形成的位置及灰的特点 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；
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。
出现的范围广。
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3．形成过程及机理
高温粘结灰的形成关键在于首先形成一层 处于熔化或软化的粘性灰层，靠这一层粘 性灰的捕捉作用，积聚飞灰粒子，被捕捉 到的飞灰在化学作用下形成紧密的灰层。 事实上，高温粘结灰的形成与高温腐蚀是 密切相关的。
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§10—3 受热面的外部腐蚀
锅炉受热面的烟气侧的腐蚀进行得相当快，有的 运行一年就是更换管子。我国电厂中，燃油锅炉 的空气预热器曾有每18天就腐蚀穿孔，需停炉更 换管子的记录。
严重地影响了锅炉的安全性和经济性，影响了电 站机组的可用率。根据发生腐蚀区烟温的高低， 可分为高温腐蚀和低温腐蚀。
横向节距S1：一般影响不大（在锅炉常用的 节距范围内）
d 由于对应于一定的结构及烟气流速，积灰量基 本一是存在一个最大量，不能无限增加，只是达 到这个量的时间不同，因此，烟气中灰粒浓度的 大小只能影响到达这一量所需的时间，不能影响 到积灰量。
e 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第10反章受热映面外。部污染腐蚀磨损及振
①正确地组织燃烧器的工作，采 用适当的炉膛容积和断面热负荷 以保证炉膛出口烟温不致于过高。
②采用拉稀的高温对流受热面， 即凝渣管，屏式受热面以及对流 过热器前部的拉稀等。
③采用适当的吹灰打渣方法 第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振 动
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程和 空气动力学过程。这就是说，积灰过 程可能伴随着化学变化，而流场的形 态会影响到颗粒的运动。因此影响到 积灰过程。
①因燃料中一般都含有硫分，燃烧时会产生H2S，在适 当的温度和气氛中，硫化氢不仅能和受热面的金属发生 作用，而且也可以和原来受热面上已有的一层氧化膜发 生作用
H2S和受热面金属作用形成硫化铁，而硫化铁又可进一 步氧化成氧化铁，这层硫化铁，氧化铁是多孔性的，
上述仅产生可继续下去，强度低，使管壁不再能承受
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结渣率愈 高的煤， 在一定的 炉内空气 动力条件 下愈易结 渣。
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2．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