第10章 受热面污染、腐蚀、磨损及振动(西交大 锅炉原理 考研复试)

第10章 受热面污染、腐蚀、磨损及振动
1. 结渣、沾污、腐蚀及磨损会给锅炉工作带来哪些问题？
锅炉内结渣、沾污、腐蚀及磨损所引起的主要问题有：
（1） 污染、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，一般污染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．由于炉膛出口烟温提高，使得飞灰易粘结在对流和屏式过热器上，引起过热器的沾污和腐蚀。

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。

（2） 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，使灰渣更容易粘在受热面上，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。

（3）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。

（4）只能低负荷运行、增加检修工作量或者被迫停炉检修而造成巨大的直接及间接的经济损失。

2. 结渣的基本条件是什么?何谓灰的结渣特性指标?
当灰熔点较低，而炉膛中及出口处的烟气温度又很高时，飞灰呈熔状的粘结颗粒，碰到受热面后即粘结在管壁上。

灰的结渣特性指标包括：碱酸比B /A 、硅铝比、结渣指数t R 和s R 。

3. 说明各种积灰的形成过程、机理、影响因素和减轻措施。

（1）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。

促使飞灰沉积在管壁上的作用主要有：机械网罗作用、分子间的吸引力、热泳力作用、 静电吸引力作用。

影响干松灰积聚的主要因素有：烟气流速及粒子直径分布、管子直径、管子节距及管束的布置方式、灰粒浓度。

减轻或防止干松灰积聚的措施主要有：
①设计时采用足够高的流速，一般不能低于5~6m/s。

②采用小管径，错列、紧凑布置（减小纵向节距）的管束。

③正确设计和布置吹灰装置，并确定合理的吹灰间隔时间和一次吹灰的持续时间。

（2）高温粘结灰
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。

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。

④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。

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的高温粘结灰的形成机理。

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。

减轻或防止高温粘结灰的措施有：
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，使其不易形成粘结灰或形成机械强度小的灰；
④采取有效的吹灰装置，如压缩空气吹灰、水力吹灰、振动吹灰和钢珠吹灰等，并且
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。

（4）低温粘结灰
低温粘结灰的形成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。

当烟气或受热面壁温达露点时，受热面上开始结露，烟气中灰粒子便更容易粘在受热面上形成积灰。

此外，在锅炉启动和停炉过程中，空气预热器冷端壁面温度较低，有时达到水露点，甚至更低，使金属表面结露，积灰量增加。

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。

防止和减轻低温粘结灰的措施：提高受热面的温度、空气预热器的吹灰、空气预热器的水冲洗。

4.何谓酸露点？引出它有何意义？
烟气中硫酸蒸汽凝结的温度称为酸露点温度。

烟气酸露点温度虽不能全部表征低温腐蚀的程度，但它毕竟是一个能清楚表征腐蚀是否会发生的指标，在一定程度下也能表征腐蚀的严重与否。

所以，若能建立起烟气露点温度与燃料含硫量之间的精确数量关系，就是预先判断和计算各种燃料的酸露点温度的大小，这对于锅炉设计是非常有帮助的。

5.什么是低温腐蚀? 它有哪些特点？影响因素有哪些？减轻及防止低温腐蚀的措施有哪
些?
发生在低温受热面上的腐蚀就称为低温腐蚀。

低温腐蚀具有如下一些特点：
（1）有化学腐蚀（如硫酸作用于金属），也有电化学腐蚀（如冷凝后的水蒸汽怀金属作用）。

（2）腐蚀产物中主要是低价铁的硫酸铁（如FeSO4）和铁的氧化物Fe2O3及Fe3O4等。

（3）腐蚀速度有时很高，可高达1m/a。

（4）这种腐蚀部是发生在温度低于酸露点的壁面上。

（5）当壁温处于酸露点和水露点之间时，腐蚀速度并不随硫酸浓度的增大而线性增加，约在浓度56%时达到最大。

（6）当壁面温度达到或低于水露点后，由于有大量的水蒸汽凝结，腐蚀速度急剧增加。

壁温低于酸露点30℃左右时，腐蚀速度最大。

（7）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。

影响低温腐蚀因素主要有：
（1）燃料中的含硫量。

含硫量越高，SO3生成的量就可能越多，酸露点就越高。

（2）运行时的过量空气系数α。

过量空气系数越高，O2量越多，SO3生成量就越多。

（3）受热面的金属温度。

在锅炉的常见尾部受热面壁温范围内，壁温与腐蚀速度一般并不存在线性关系。

但壁温越低，腐蚀越严重。

（4）烟气的温度。

一般说来，壁温一定，烟温高，腐蚀速度低。

（5）吹灰方法。

吹灰可以消除积灰的影响。

（6）锅炉的结构参数和运行参数。

防止或减轻低温腐蚀的方法主要有：
（1）燃料脱硫，入炉前脱硫。

（2）改善燃烧方法减少SO3的生成。

（3）加入某种添加剂和SO3进行反应。

（4）提高受热面的壁温，使其高于酸露点温度，这一方法要作具体分析，否则不经济。

具体有：
1) 热风再循环。

2) 加装暖风器。

3）采用热管式空气预热器
（5）采用抗腐蚀材料。

（6）有效地进行吹灰。

6.磨损发生的原因是什么？如何减轻或预防磨损？
减轻和防止磨损的办法主要有：
①减小烟气中的飞灰浓度。

②尽量使灰粒的浓度场均匀，特别是由于转弯烟道中可以产生的浓度场的不均匀。

③采用适当的烟气流速：烟速磨损影响很大，大于3次方关系，注意不要使烟气过高。

④尽量使烟气的速度场均匀：应极力避免形成烟气走廊。

⑤尽可能采用顺列布置。

⑤采用防磨装置或使用耐磨管材。

7.如何消除锅炉受热面的振动？。