鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕防控技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究課件

1、復(fù)雜工況下鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕防控技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告人： 張知翔指導(dǎo)老師：趙欽新 教授西安交通大學(xué)熱能工程系 2010.10.25提綱一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義二、低溫腐蝕研究綜述三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建四、實(shí)際電廠試驗(yàn)推進(jìn)重點(diǎn)耗能工業(yè)節(jié)能減排是重要國(guó)策；1）發(fā)電原煤占原煤產(chǎn)量的50%時(shí)間年份原煤產(chǎn)量?jī)|噸電煤耗量?jī)|噸電煤/原煤%200725.112.549.8200827.213.348.9200931.315.649.8一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義2）火力發(fā)電行業(yè)是國(guó)家節(jié)能減排的主力。材料高溫氧化的界限材料低溫腐蝕的界限蒸汽溫度升高煙氣溫度下降提高效率是最重要的節(jié)能減排途徑；排煙溫度1701401251

2、0585700625605569543蒸汽溫度一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義 排煙熱損失是電站鍋爐各項(xiàng)熱損失中最大的一項(xiàng)節(jié)能減排形勢(shì)表1 XG350-1100/25.4/571/569名 稱(chēng)單位設(shè)計(jì)煤種校核煤種BMCRTRL75%THA50%THA40%THA高加全切 BMCR干煙氣損失%4.5744.4404.414.5544.7694.0183.992水份和H燃損失%0.3950.3840.3690.3480.3550.3480.387未燃燼碳損失%1.421.421.602.052.471.421.45總熱損失%6.9666.8186.9827.6398.3316.376.406效率%93.

3、03493.18293.01892.36191.66993.6393.594一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義現(xiàn)役電站鍋爐排煙溫度普遍偏高 設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件差別tpy運(yùn)行值普遍偏高，高于設(shè)計(jì)值約2050現(xiàn)役電站鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度長(zhǎng)期無(wú)法下潛 煙氣酸露點(diǎn)和積灰限制 ，一般tpy設(shè)計(jì)值125150 ，褐煤170左右現(xiàn)役火電廠排煙溫度情況 一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義目前鍋爐排煙溫度普遍偏高除塵器效率降低脫硫塔耗水量增加鍋爐效率降低急需降低煙溫研究低溫腐蝕的必要性一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義露點(diǎn)溫度：一定壓力下，某種蒸汽的凝結(jié)速率與蒸發(fā)速率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的溫度稱(chēng)為該蒸汽在該壓力下的露點(diǎn)溫度。低溫腐蝕：當(dāng)受熱面壁溫低

4、于煙氣酸露點(diǎn)時(shí)，煙氣中的酸開(kāi)始在受熱面表面凝結(jié)，并對(duì)受熱面產(chǎn)生腐蝕。對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō)低溫腐蝕多發(fā)生在空預(yù)器冷端、低壓省煤器、脫硫塔、GGH、煙囪、尾部煙道以及煙氣深冷裝置等。一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義煙氣中含有的SO3、HCl、NO2、 SO2等都會(huì)引起低溫腐蝕，他們各自的露點(diǎn)溫度也不同，但是由SO3 +H2O=H2SO4的露點(diǎn)溫度最高，其他酸的露點(diǎn)溫度與水的露點(diǎn)溫度差不多，而鍋爐低溫受熱面壁溫基本上都能保持在水露點(diǎn)以上，因此鍋爐術(shù)語(yǔ)中的低溫腐蝕是指由煙氣中的SO3引起的腐蝕 。一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及研究意義煙氣中少量的三氧化硫都會(huì)導(dǎo)致酸露點(diǎn)很大程度的提高。一、低溫腐蝕簡(jiǎn)介及

5、研究意義二、低溫腐蝕研究綜述40年代中期發(fā)現(xiàn)由于燃料價(jià)格上升與脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用，使得低溫腐蝕再度被重視1962年壁面溫度與硫酸濃度關(guān)系曲線的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致人們將研究重點(diǎn)放在了硫酸浸泡實(shí)驗(yàn)上1942-1955進(jìn)行了大量研究，清楚了低溫腐蝕主要是SO3起作用，推薦鍋爐煙溫在酸露點(diǎn)以上20-30度實(shí)驗(yàn)室酸沉積實(shí)驗(yàn)實(shí)際鍋爐中低溫腐蝕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了浸泡實(shí)驗(yàn)與酸沉積的差別70年代末得出酸沉積理論推導(dǎo)公式新材料的開(kāi)發(fā)和抗酸露點(diǎn)涂層的開(kāi)發(fā)二、低溫腐蝕研究綜述二、低溫腐蝕研究綜述二、低溫腐蝕研究綜述2.1、SO3形成機(jī)理2.2、酸露點(diǎn)的計(jì)算2.4、低溫腐蝕影響因素研究?jī)?nèi)容2.5、低溫腐蝕的防治2.3、酸露點(diǎn)的測(cè)量燃燒反應(yīng)

6、催化劑作用硫酸鹽高溫分解SO3形成機(jī)理2.1、SO3形成機(jī)理煤中的SSO2SO3H2OH2SO4冷凝與管壁及灰反應(yīng)低溫腐蝕及堵灰燃燒催化劑O22.1、SO3形成機(jī)理2.1、SO3形成機(jī)理酸露點(diǎn)計(jì)算公式公式準(zhǔn)確性的討論2.2、酸露點(diǎn)計(jì)算類(lèi)別產(chǎn)地水露點(diǎn)蘇聯(lián)AGOJTBC褐煤黑龍江扎賁諾爾55.59 99.93 138.09 138.93 廣西 右江51.53 105.14 146.24 149.39 龍口51.46 100.60 142.05 144.48 無(wú)煙煤類(lèi)京西安家灘31.24 82.28 129.59 134.77 四川芙蓉37.41 115.33 145.12 151.82 類(lèi)福建天湖

7、山31.24 63.09 112.43 112.82 峰峰26.74 63.94 113.55 115.77 類(lèi)山西陽(yáng)泉37.48 84.02 126.72 129.29 焦作36.16 74.32 121.48 123.05 貧煤山東淄博38.00 113.66 142.31 148.26 西峪38.03 103.45 136.72 141.47 林東38.10 128.64 144.96 151.42 煙煤類(lèi)吉林通化43.89 83.69 136.49 139.61 南票45.85 98.96 139.39 142.61 開(kāi)灤43.43 91.87 138.83 142.55 類(lèi)安徽淮北4

8、2.78 79.20 128.34 129.90 新汶43.18 121.05 148.51 154.15 霍山41.93 82.05 127.67 129.28 類(lèi)遼寧撫順47.03 95.23 133.03 134.65 水城41.67 109.39 141.20 145.86 2.3、三氧化硫及酸露點(diǎn)的測(cè)量抽取煙氣分離二氧化硫與三氧化硫三氧化硫洗脫采用滴定法或者濁度法測(cè)量三氧化硫測(cè)量化學(xué)測(cè)量物理測(cè)量酸露點(diǎn)測(cè)量利用公式反推三氧化硫含量煙氣中SO2含量為1000ppm2000ppm左右，而SO3含量在30ppm以下，因此微量的SO2轉(zhuǎn)化成SO3 ，相對(duì)SO2測(cè)量來(lái)說(shuō)誤差可以忽略，但是相對(duì)SO

9、3來(lái)說(shuō)影響巨大.準(zhǔn)確測(cè)量的首要任務(wù)是防止的氧化，為了防止冷凝，煙氣溫度要保持250度以上。經(jīng)研究80%的異丙醇可以有效防止氧化，而異丙醇溶液的沸點(diǎn)為80度，若250度的煙氣直接通到異丙醇里面，將導(dǎo)致吸收液的沸騰，因此在通到吸收液之前必須降溫，而降溫就要面臨冷凝，因此要預(yù)先煙氣中通入飽和異丙醇蒸汽，這樣就可以防止冷凝的同時(shí)SO2被氧化。SO2在煙氣中與O2反應(yīng)生成SO3量很少，可以忽略，但是SO2溶于水中后便很容易被氧化成SO3 ，因此SO3洗脫不能用水溶液，而且在洗脫前必須要防止SO3冷凝成液滴。2.3.1、化學(xué)測(cè)量2.3.1、化學(xué)測(cè)量2.3.1、化學(xué)測(cè)量2.3.1、化學(xué)測(cè)量酸露點(diǎn)測(cè)量20世紀(jì)

10、50年代由英國(guó)煤炭利用協(xié)會(huì)提出的導(dǎo)電式露點(diǎn)儀被認(rèn)為是最成功的測(cè)量方式，其主要原理是在高電阻的平底表面布置電極，利用酸溶液沉積后的導(dǎo)電性來(lái)進(jìn)行測(cè)量。這一原理被人們普遍使用并進(jìn)行了總結(jié)，形成了各具特色的測(cè)量方法，主要有電阻法、電流法、冷卻加熱平均法、電流增長(zhǎng)率為零法、自找電流增長(zhǎng)率為零法等。電流法和電阻法的露點(diǎn)測(cè)量值均低于真實(shí)值，冷卻加熱平均法、電流增長(zhǎng)率為零法、自找電流增長(zhǎng)率為零法的測(cè)量值在理論上是接近真實(shí)值的，但其取決于測(cè)量裝置的靈敏度。2.3.2、物理測(cè)量電流法 電阻法 冷卻加熱平均法 自找電流增長(zhǎng)率為零法電流增長(zhǎng)率為零法2.3.2、物理測(cè)量酸露點(diǎn)儀2.3.2、物理測(cè)量2.3、三氧化硫及酸露

11、點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜操作精細(xì)受到二氧化硫的強(qiáng)烈干擾化學(xué)測(cè)量物理測(cè)量利用經(jīng)驗(yàn)公式反推，重復(fù)性好投資少系統(tǒng)簡(jiǎn)單酸露點(diǎn)儀投資大受飛灰影響大2.4、低溫腐蝕的影響因素2.4.1、壁面溫度2.4.2、灰分2.4.3、金屬成分2.4.4、過(guò)量空氣系數(shù)2.4.5、燃料含硫量2.4.6、酸沉積速率影響低溫腐蝕的因素2.4.7、爐膛燃燒溫度2.4.1、壁面溫度D點(diǎn)為腐蝕最嚴(yán)重點(diǎn)，溫度大約為100-120度，火電廠低溫受熱面的壁溫不可能跳過(guò)此溫度，但是目前沒(méi)有關(guān)于改點(diǎn)腐蝕最嚴(yán)重的實(shí)際報(bào)道煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算冷端壁溫高于水露點(diǎn)25度排煙溫度高于酸露點(diǎn)20-30度提高壁面溫度防止低溫腐蝕2.4.1、壁面溫度2.4.2灰分灰分的

12、作用吸收冷凝的酸熱阻大，提高壁溫有實(shí)驗(yàn)表明，灰分的存在可使碳鋼的腐蝕速率從2mm/a降到0.2mm/a灰硫比對(duì)腐蝕速率的影響在未燃盡碳的催化作用下生產(chǎn)大量的Fe3+，并促使生產(chǎn)Cu2S和Cr的氧化物，使耐腐蝕鋼出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，腐蝕速率大大降低。2.4.2灰分煤種煤中含硫量（%）灰中CaO含量（%）露點(diǎn)溫度（K）酸沉積速度mg/(m2s) 高硫，低鈣2.525400410510中硫，低鈣12.5252954002.55中硫，中鈣12.551028529512.5低硫，高鈣102850.01%的S，才能在腐蝕過(guò)程中能形成Cu2S保護(hù)膜，Cr含量在1%左右時(shí)效果最好，能夠在腐蝕過(guò)程中形成Cr的氧化物保

13、護(hù)膜腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線2.4.3、金屬成分2.4.4、過(guò)量空氣系數(shù)燃油鍋爐對(duì)碳鋼的腐蝕2.4.4、過(guò)量空氣系數(shù)管式空預(yù)器回轉(zhuǎn)式空預(yù)器2.4.4、過(guò)量空氣系數(shù)2.4.5、燃料含硫量燃油爐，=1.12.4.6、酸沉積速率酸沉積速率的影響因素壁面溫度煙氣速度煙氣中H2SO4的濃度煙氣溫度以下各因素的影響曲線圖都是從該公式中計(jì)算得來(lái)的，但是它與實(shí)驗(yàn)曲線在定性上有較大的差距，不存在峰值。2.4.6、酸沉積速率煙氣中H2SO4濃度的影響2.4.6、酸沉積速率煙氣速度2.4.6、酸沉積速率煙氣溫度2.4.6、酸沉積速率2.4.7、爐膛燃燒溫度燃油爐層燃爐煤粉爐2.5、低溫腐蝕防治措施低溫腐蝕防治措施提高排煙溫度

14、提高給水溫度或壓力加裝暖風(fēng)器采用高性能低氧燃燒器采用耐腐蝕鋼采用添加劑為了防止鍋爐蒸發(fā)受熱面、空氣預(yù)熱器的腐蝕，采用想燃燒室噴入MgO、CaO、白云石、鋅、煤灰等添加劑，吸附腐蝕性氣體，同時(shí)形成容易被吹灰器吹落的松散積灰。向省煤器、空預(yù)器、煙道、煙囪等低溫部位注入氨氣防止腐蝕 2.5、低溫腐蝕防治措施三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建研究目標(biāo)：1、揭示傳熱管材料低溫腐蝕機(jī)理；2、研究壁溫對(duì)低溫腐蝕的影響；3、研究三氧化硫濃度對(duì)低溫腐蝕的影響；4、根據(jù)不同的材料提出減緩傳熱管低溫腐蝕的安全壁溫；5、研究灰分濃度對(duì)三氧化硫的吸附作用；6、研究煙氣溫度對(duì)灰分吸附三氧化硫作用的影響。三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建金屬成分的

15、影響H2SO4濃度的影響壁溫的影響煙氣溫度的影響灰分的影響本實(shí)驗(yàn)所考慮的低溫腐蝕影響因素三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建灰分吸收三氧化硫試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建低溫腐蝕試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建技術(shù)指標(biāo)：1、煙氣流量100ml/min。2、煙氣中灰分含量020g/Nm3。3、煙氣中SO3濃度030ppm。4、SO2濃度1000ppm。5、氧氣含量5%。6、水蒸氣含量10%。7、煙氣溫度80200。8、受熱面壁溫5090。9、冷卻水溫度5090。試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建存在的問(wèn)題：1、 SO3的測(cè)量： SO3濃度低，流量小，無(wú)法實(shí)施在線測(cè)量，灰分對(duì)SO3的吸收效果不明顯，測(cè)試方法的靈敏度受到懷疑。2、目前解

16、決方案是加大灰分濃度和SO3濃度，不按實(shí)際鍋爐中的氣氛比例。3、由于煙氣流量太小，導(dǎo)致給粉機(jī)給粉量太小，再加上煤灰過(guò)細(xì)，導(dǎo)致給粉機(jī)無(wú)法工作，只能人工間斷給粉。人工間斷給粉導(dǎo)致金屬試樣的低溫腐蝕時(shí)間大大縮短，初步估計(jì)為5h左右。4、水路系統(tǒng)的溫度與稀硫酸的溫度反應(yīng)不靈敏。試驗(yàn)?zāi)康模?、測(cè)量各種腐蝕材料在不同壁溫及不同煙氣情況下的腐蝕量，繪制腐蝕量隨壁溫的變化曲線，研究低溫腐蝕機(jī)理，篩選耐腐蝕性較好的材料。2、研究飛灰對(duì)低溫腐蝕的影響。3、驗(yàn)證各種耐腐蝕涂層的抗腐蝕性能。4、測(cè)量三氧化硫的含量，確定各條件下三氧化硫的轉(zhuǎn)化率，測(cè)量脫硫塔對(duì)三氧化硫的脫除效率及脫硫塔前后酸露點(diǎn)的變化。5、測(cè)量不同運(yùn)行條

17、件下電廠的實(shí)際酸露點(diǎn)，結(jié)合各種酸露點(diǎn)公式，選擇適合的酸露點(diǎn)公式。6、測(cè)量電廠安裝煙氣冷卻器后，在實(shí)際進(jìn)口水溫下的腐蝕速度，為煙氣冷卻器的安全運(yùn)行提供保障。四、電廠實(shí)驗(yàn)計(jì)劃四、電廠實(shí)驗(yàn)計(jì)劃灰分對(duì)低溫腐蝕影響的研究 酸露點(diǎn)測(cè)量示意圖 四、電廠實(shí)驗(yàn)計(jì)劃測(cè)點(diǎn)示意圖 需要電廠作的準(zhǔn)備：1、不同負(fù)荷的運(yùn)行，在確定的煤種下，進(jìn)行個(gè)不同負(fù)荷的運(yùn)行，研究負(fù)荷對(duì)酸露點(diǎn)及三氧化硫含量的影響；2、不同煤種的燃燒，選擇兩種或多種含硫量差別較大的煤種，研究煤種含硫量對(duì)酸露點(diǎn)及三氧化硫含量的影響，電廠需提供當(dāng)前所燃燒煤種的元素分析、工業(yè)分析及灰分分析；3、不同過(guò)量空氣系數(shù)的燃燒，按照電廠實(shí)際情況，選擇幾個(gè)不同的過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)行運(yùn)行，電廠需提供燃燒時(shí)爐膛的溫度與含氧量。4、測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)備，在靜電除塵器每個(gè)電場(chǎng)及脫硫塔后各準(zhǔn)備一個(gè)測(cè)孔，用于三氧化硫及酸露點(diǎn)的測(cè)量；5、在低溫?zé)煹郎洗騼傻饺齻€(gè)孔，用于進(jìn)行各材料的低溫腐蝕研究；6、準(zhǔn)備兩個(gè)小型抽氣泵，抽氣流量大概110L/min