高钠煤对锅炉受热面结渣、沾污和腐蚀的影响及预防措施

上传者：齐璇
|
上传时间：2015-04-26
|
密次下载

高钠煤对锅炉受热面结渣、沾污和腐蚀的影响及预防措施

高钠煤对锅炉受热面结渣、沾污和

腐蚀的影响及预防措施

董明钢

酒钢宏晟电热公司，甘肃嘉峪关７３５１００

ｔ……………一Ｗ’…Ｅｏ…ｑ…’…＿…一……～’…一Ⅵ……………‘…一●…～＿～一…ｑ…¨～＿…’……ｌ［摘要］由于设计煤种（哈密煤）资源短缺，宏晟热电公司１２５ＭＷ机组锅炉大量掺烧钠含量较；高的新疆木垒煤，但由此引起了锅炉受热面结渣、沾污和高温腐蚀等问题。由于积灰严；重，造成锅炉尾部烟道积灰坍塌，严重影响锅炉的安全和经济运行。通过对木垒煤的煤燃料特性表１煤质分析宏晟热电公司１２５ＭＷ机组锅炉为ＨＧ一４３５／

１３．７一ＭＱ６型一次中间再热、四角切圆燃烧、单锅筒、

哈密烟煤掺烧高炉煤气，校核燃料分别为哈密煤和哈

密煤与其它煤的混煤。目前锅炉在燃用哈密煤的同

时．掺烧部分新疆木垒煤。电厂常用煤种的煤质分析

由１表可见。木垒煤与哈密煤煤质特征相近。均属

于高挥发分、低灰熔点的烟煤，但与哈密煤及国内其它

主要动力用煤相比，木垒煤中氧化钠（Ｎａ。（））含量较

高。氧化钠属于易挥发物质，在高温下挥发后，易凝结

在受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，这类沉积多发

生在屏式过热器和对流过热器等受热面上，影响锅炉

传热，并形成结渣源。

煤中当量Ｎａ。ｏ计算公式如下：

煤中当量Ｎａ２（）＝（Ｎａ２０＋０．６５９Ｋｚ（））×焉％Ａ．

收稿日期：２００８一０８～１２

　３５嘉露力瓠』踮八

内容需要下载文档才能查看

１氕形布置、平衡通风、固态排渣燃煤锅炉，设计燃料为见表１。菜

式中：Ｎａ。０、Ｋ：０为煤灰中氧化钠与氧化钾含量，％；Ａ。为煤的干基灰分，％；０．６５９为ＮａｚＯ与Ｋ：０分子量之比。

试验煤当量Ｎａ：Ｏ指标计算结果见表２，以煤中当量Ｎａ。Ｏ作为沾污判别准则的分级见表３。从表３可见，哈密煤对锅炉的沾污性较低；木垒煤当量Ｎａ。Ｏ含量为０．５８４％，属于高沾污性煤种，接近严重沾污范围，运行中尤应重视。

表２试验煤当量ＮａｚＯ指标计算结果

８０．８

ｍｍ，但仍有部分受热面管间空间完全被堵死。

同时，由于对流受热面大量堵灰，形成烟气走廊，烟气冲刷造成高温再热器、高温过热器泄漏。

燃用５０％比例木垒煤时，高温受热面检查情况见图１。由图１可知，高温过热器人口结渣比较严重，高温过热器出口、高温再热器入口侧及低温再热器垂直管段沾污积灰严重。

（ａ）高温过热器烟气入ｆ１侧（ｂ）商温再热器烟７ｔ入ｎ侧

裹３煤中当■ＮａｚＯ指标沾污性判断分级界限

煤中当量Ｎａ２０／％

＜０．３

０．３０～０．４５０．４５～Ｏ．６０

锅炉沾污程度

低

由

高严重

＞Ｏ．６

２锅炉燃用高钠煤出现的问题

（１）水冷壁结渣。锅炉燃用木垒煤造

（ｃ）－岛温ｉ耳热器烟７“¨ｒ］侧（ｄ）低温再热器母＾管段

图ｌ高温受热面检查情况

成水冷壁结渣严重，炉内吹灰器频繁吹灰，冲刷水冷壁，造成水冷壁减薄爆管。另外，大量尺寸较大的渣块瞬间脱落，掉入炉底水封装置，导致水封装置内存水被炽热焦渣冲击、汽化，大量的蒸汽易造成炉膛燃烧波动技和灭火。

３．１水冷壁结渣

３

受热面结渣、沾污和高温腐蚀原因分析

煤质分析表明，哈密煤煤灰中Ｆｅ：（），含量比较高，为１５．５４％。木垒煤煤灰中氧化钙含量为１５．１６％，Ａｌ：（）。含量较低，为９．８４％。哈密煤和木垒煤煤灰软化温度都比较低，分别为１１７０℃和１１００℃。根据常见灰成分结渣指标与结渣性判断，哈密煤和木垒煤均

内容需要下载文档才能查看内容需要下载文档才能查看

属于严重结渣的煤种（表４）。

内容需要下载文档才能查看

至（２）高温过热器、高温再热器管腐蚀。停炉检查发

——漏，不得不大量换管。

越

蕊现，高温过热器、高温再热器管壁腐蚀严重，并造成泄

（３）对流受热面沾污积灰和管壁磨损。对流受热

第裙面沾污积灰严重，尽管高温过热器管子节距Ｓ１与ｓ２

鍪电分别是２００

ｍｍ与８

９

ｒｌ＇ｌｍ，高温再热器是１００ｍｍ与

翥８

八

３６

表４常见灰成分结渣指标与结渣性判断

３．２高温受热面管材腐蚀

水冷壁结渣会使水冷壁导热能力降低，炉内吸热量减少，炉内火焰中心向后推移，炉膛出口烟温相应升高。同时，结渣严重时由于传热阻力增大，锅炉无法维持满负荷运行，只得增加投煤量，引起炉膛出口烟温进一步升高，使得灰渣更易粘附在受热面上，从而形成恶性循环，导致高温过热器和高温再热器管束过热、爆管等。

３．２．１管材金相分析

高温过热器管管壁减薄和高温再热器管胀粗状况分别见图２和图３。高温再热器管弯头外弧面有吹损痕迹。且其中一端明显胀粗。

抽样检测结果表明：高温过热器管管壁有氧化皮及凹坑，并有硫磺色残留物，管壁减薄（ｏ．３＂０．７）ｍｍ。高温再热器管管壁也有大面积的氧化皮及凹坑。

分别在高温过热器和高温再热器管道上各切取一个横断面环向样进行金相试验。结果表明管子基体组织为铁素体＋贝氏体，高温再热器管样晶粒度为５级，高温过热器管样晶粒度为６级。管子迎烟侧和背烟侧组织差异不大，其显微组织基本正常。但高温过热器管组织有一定的球化迹象，其中高温过热器管子球化等级为３级（属于中度球化），过热器管样背烟侧外壁氧化皮厚０．０５ｍｍ，内壁氧化皮厚度０．０２ｒａｍ（图４和

图５）。

高温再热器管道组织也有一定的球化，其等级为２级（属于轻度球化）。再热器管样迎烟侧外壁氧化皮厚０．１０ＩＴｌｍ，内壁氧化皮厚０．０４ｍｍ（图６和图７）。

根据ＤＩ。／Ｔ８８４－－２００４（（火电厂金相检验与评定技术导则》，表明锅炉的确存在炉膛出口烟气温度偏高，导致高温过热器和高温再热器管壁温超温而产生高温腐蚀、胀粗和爆管。

３７

图２过热器直管管壁减薄

图３高温再热器管弯头明显胀粗

图４过热器背烟侧外壁金相组织及氧化皮

图５过热器背烟侧内壁金相组织及氧化皮

技术交流

擅力

蓬薹

Ｎ

Ｏ子

Ｏ

ｂ

内容需要下载文档才能查看内容需要下载文档才能查看内容需要下载文档才能查看内容需要下载文档才能查看

八

内容需要下载文档才能查看

图６再热器迎烟侧外壁金相组织及氧化皮图７再热器迎烟侧内壁金相组织及氧化皮

３．２．２定量能谱分析

采用定量能谱仪对高温再热器管外壁棕红色结垢块和迎烟侧外壁氧化层进行微区成分测试，其外壁棕

红色结垢块微区成分测试结果见表５，管样迎烟侧外壁氧化层微区成分测试结果见表６。

表５高温再热器管外壁棕红色结垢块微区成分测试结果

％

谱图１谱图２谱图３谱图４最大值

’

７．４９０．０９０．１４Ｏ．１６７．４９

３１．４９２６．５５

２．４７０．８３１．３００．２９０．２６

０．４９０．９３

０．８１０．６００．３９

０．９８１．１１

０．７７

５４．１２７１－１６

９７．７２

７２．５２

２６．９９３Ｉ．４９

２．４７

０．８３

１．３０

１．１ｌ

０．７７

９７．７２

对不同部位的垢层能谱分析结果如下：

（１）高温过热器管外壁棕红色垢块中含有Ｓ和Ｃｌ，含量最大值分别为１２．９７％和１７．５５％。同时，Ｎａ含量偏高，含量最大值分别为２２．０３％，Ｃａ含量为

融状态，与受热面管道发生反应生成硫化亚铁，可随吹灰或打焦剥落．加剧了腐蚀。

根据对管道的金相分析和灰垢的定量能谱分析，说明炉内结渣引起炉膛出口烟温偏高，加之掺烧高碱金属的木垒煤煤灰中氧化钠含量高。初步判断管道腐蚀、胀粗、减薄的主要原因是高温氧化腐蚀和硫酸盐腐蚀共同作用的结果。

璺１０．４８％，Ｆｅ含量为７．３３％。

交

（２）高温再热器迎烟侧外壁氧化层成分中碱金属

施元素含量较高温过热器管子外壁的低．Ｎａ含量

—－＝２．４７％，主要成分是Ｆｅ，含量在５４．１２％～９７．７２％之

穷

间。

试验表明，锅炉烟气中的ＳＯ。与灰渣中的碱金属

３．３对流受热面沾污积灰和管道磨损

引起对流受热面沾污积灰、结渣和管道磨损与煤灰中氧化钠、氧化钾、氯化钠和氯化钾等的金属含量有密切关系。

氧化钠的含量对积灰有很大影响，随着氧化钠含

内容需要下载文档才能查看

量增加，管道上的积灰量大幅增加。当钠含量较低时

内容需要下载文档才能查看

苎墨

卷

●氧化物Ｎａ：【）及Ｋ。Ｏ等反应生成硫酸盐。由于粘结

笛天在水冷壁或高温过热器上的灰渣表面温度较高，高温

品。烟气穿过灰渣层时．硫酸盐与管壁氧化层在ｓ（）。的作

八用下生成硫酸盐络合物。该络合物在５００℃以上呈熔

３８

（灰中含氧化钠１％），不管灰分含量多少，积灰速度都很低。而氧化钠含量在５％～１０％时，积灰随煤的灰分呈指数增加。

木垒煤灰中氧化钠含量较高，为８．６０％，氧化钾为０．７７％，氧化钠和氧化钾之和为９．３７％。同样，煤中的氯主要以ＫＣＩ、ＮａＣＩ或者以碱金属氯化物ＣａＣｌ、ＭｇＣＩ和另外一些化合物的形式存在。根据国外经验，煤中氯的含量同样对锅炉积灰的生成有较大的影响，而ＫＣＩ和ＮａＣＩ更容易挥发，因此对积灰的影响更大。

由于木垒煤含水量较高，加之吹灰时间长，烟气中水蒸气含量增大，碱金属有较强的吸湿能力，形成强度较高的灰块。

飞灰和灰块堵塞高温对流受热面管排之间的空间，形成了烟气走廊．致使烟气流通截面减少，烟气速度增加，从而加剧了管子的磨损，甚至导致管子的泄漏和爆管。

（３）燃用类似哈密煤与木垒煤此类严重结渣煤种需进行适当的运行调整，按快速着火、缓慢燃烧原则，控制最高燃烧温度，并通过延长炉内停留时间、强化颗粒冷却效应等措施，达到减缓屏区、高温对流受热面结渣趋势的目的。

（４）可以考虑采用多种吹灰方式，如炉膛的重点结渣部位可采用水力吹灰方式，并适当的增加炉膛短吹与尾部长吹的数量，加强重点部位的吹灰，避免炉膛结渣及受热面沾污。同时，加强对吹灰器的检查和管理，使吹灰器处于有效的工作状态。

（５）采用专门混配煤设备，使混煤均匀，便于安全燃烧。如长期大比例掺烧木垒煤，需对锅炉和燃烧系统进行适当的改造。

（６）增加高温段再热器的壁温测点，及时监视堵灰和炉况恶化的情况，及早采取措施。

５结论和建议

（１）试验分析结果表明，木垒煤与哈密煤具有严重的结渣倾向。与哈密煤相比，木垒煤中钠含量较高，沾污性更强。

（２）锅炉对流受热面沾污、积灰、形成烟气走廊及管磨损泄漏与煤中碱金属含量较高有直接的关系。初步判断锅炉尾部受热面管腐蚀、胀粗、减薄的主要原因是高温氧化和硫酸盐腐蚀共同作用的结果。

（３）国内电厂燃用高钠煤的经验较少，建议进一步加强对高碱金属煤种的研究，并落实安全、有效的燃用技术措施。满足电厂燃用新煤种的需要。

４防治结渣、沾污的措施

（１）当具备较好的掺烧条件时，锅炉掺烧木垒煤比例最高可以达到４０％～５０％。如考虑到降低尾部烟道高温腐蚀的需要，应适当降低木垒煤的掺用量，长期掺烧的比例不应高于３０％。