第10章受热面外部污染腐蚀磨损及振动

54锅炉结焦、腐蚀和磨损的原因、危害和预防张弘权 韩长龙|国家能源集团吉林龙华长春热电一厂摘要：锅炉的结焦、腐蚀、和磨损对锅炉设备的安全与稳定运行有着极其严重的危害，它们形成的原因很多，必须根据其形成原因进行预防，以减少对锅炉设备的危害，保证发电机组的安全与稳定运行。

关键词：锅炉；结焦；腐蚀；磨损1 锅炉结焦所有固体燃料都有一定的灰分。

燃煤灰分的熔点有高有低，熔点较低的煤容易结焦。

对于煤粉锅炉来说，火焰中心的区域温度很高，灰粒一般呈现融化或软化状态。

当采用固态排渣方式，如果灰粒在接触路墙、水冷壁、炉膛出口受热面和落入冷灰斗之前没有充分冷却，就会粘附在这些地方而形成灰渣，从而使成渣地区或受热面的温度升高。

由此形成了一个自然加剧的恶性循环结焦过程。

形成锅炉结焦的原因很多，大致有以下几个方面：1.1 灰的性质灰的熔点越高，则越不容易结焦；反之，熔点越低，越容易结焦。

灰的组成很复杂。

灰的熔点与灰的化学成分及周围的介质有关，灰的化学成分及其成分的含量比列决定灰熔点的高低，灰的熔点比其混合物中最低熔点还要低。

1.2 周围介质成分对结焦的影响燃烧过程中，由于供风不足或燃料与空气的混合不良，使使燃烧达不到完全燃烧，未完全燃烧将产生还原性气体，灰的熔点就会大大降低。

1.3 运行操作不当由于燃烧调整不当，使炉膛火焰发生偏斜或一、二次风配合不合理，一次风速过高，煤粒没有完全燃烧而在高温软化状态下粘附在受热面上继续燃烧，而形成了恶性循环。

1.4 炉膛容积热负荷过大由于炉膛设计不合理，或锅炉不适当的超出力，而造成炉膛容积热负荷过大，使炉膛温度过高，灰粒到达水冷壁壁面和炉膛出口时还不能得到足够的冷却，从而造成结焦。

1.5 吹灰、除焦不及时当炉膛受热面积灰、结焦过多，清理不及时都会造成受热面壁温升高，从而使受热面产生严重结焦。

结焦会对锅炉产生如下的危害：A．结焦会引起汽温偏高。

在炉膛大面积结焦时，会使炉膛吸热量大大减少，炉膛出口烟气温度偏高，使过热器传热强化，造成过热汽温偏高，并使过热器管壁超温。

1. 绪论1.1 课题背景能源问题已成为世界各国所关注的重大问题，我国用于发电、工业生产和生活取暖等锅炉的煤耗量要点总开采量的一半以上。

为了保证锅炉工作安全可靠和节约能源，当今锅炉工作者的重点应着眼于锅炉的烟气侧，即锅炉受热面外部工作过程――结渣、积灰、腐蚀和磨损。

而力求消除和减轻灰渣污染与金属磨蚀，是研究锅炉受热面外部工作的主要任务。

燃用化石矿物燃料的锅炉受热面，或多或少都会遭受到烟气流中固体质点和酸性与有害气体的污染。

燃煤锅炉的炉膛结渣（亦称结焦），对流受热面的积灰与低温腐蚀是屡见不鲜的。

结渣属于粘结性灰污，其带来的危害性通常要比松散性灰污严重得多。

当锅炉发生结渣时，由于灰污具有比金属壁大得多的的热阻，因而降低了传热效果，增加了锅炉排烟损失，使锅炉效率降低，且增加了通风电耗。

同时，由于结渣具有局部性，因而影响到受热面内部汽水正常工作。

严重的结渣将堵塞烟气通道及炉膛排渣口和使汽水管过热爆管，破坏设备连续运行。

大的渣块掉下，则可能砸坏冷灰斗。

结渣也加剧了金属的腐蚀。

为清除结渣有时不得不停炉。

为防止结渣，也迫使一些锅炉长期在低负荷下运行。

因此，结渣严重影响锅炉的可用率、出力及安全性。

带来巨大的经济损失。

我国近年来，由于电站用煤品种多变，劣质煤的大量使用，锅炉结渣情况日益突出。

对我国电站调查表明，有相当数量的锅炉存在不同程度的结渣。

由此，不仅造成了经济上的损失，也加剧了我国电力不足的矛盾。

如何消除和防止锅炉受热面结渣已成为我国锅炉工作者的一大任务。

1.2 本课题国内外研究现状受热面结渣是一极为复杂的理化过程，影响因素很多，不仅牵扯到煤中矿物结构、组成等，还与矿物质在炉内加热过程中的理化变化以及在炉内的运动和炉内气氛等有关。

国外虽研究多年，但到今尚未能达到准确的科学性，依据仍然是经验。

国内近几年在一些单位开展的研究，还不能满足锅炉设计人员和运行人员的迫切需要。

因此，为了进一步向锅炉设计、运行和添加剂等提供选用的认识，消除或减轻受热面结渣，提高锅炉可用率、经济性和安全性，节约能源，加强受热面结渣机理的研究是很有必要和很有现实意义的。

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。

复习考虑题绪论1、以热力系统说明火力发电厂的消费过程以及锅炉在其中的作用？省煤器〔给水〕--汽包—水冷壁—过热器—汽轮机高压缸—再热器—汽轮机—凝汽器—低加—除氧器—高加—省煤器锅炉将燃料的化学能转化为热能。

2、煤粉锅炉有哪些设备、部件和系统组成？其作用是什么？设备：原煤斗、给煤机、磨煤机、给粉机、送粉风机、送风机、引风机、燃烧器、炉膛、水冷壁、汽包、过热器、再热器、省煤器、空气预热器。

系统：燃烧系统：根据炉膛燃烧和负荷需要提供连续、合格的燃料。

风烟系统：枯燥和输送煤粉、提供燃料燃烧所需的氧、将燃烧产生的热量传递给工质、汽水系统：吸收烟气的热量，将给水加热成过热蒸汽、3、火力发电厂和锅炉有哪些主要的特征指标？其意义是什么？平安性指标：连续运行小时数、事故率、可用率经济指标：发电煤耗、供电煤耗、锅炉热效率环保指标：二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘4、燃煤锅炉有哪些燃烧方式?室燃炉、层燃路、流化床炉、旋风炉5、说明自然循环、控制循环和直流式锅炉的工作原理，每种循环方式有何特点？自然循环锅炉：循环倍率大于一，循环动力完全由工质汽水密度差提供。

特点：工作压力在临界压力以下，热惯性大，金属耗量大，给水品质要求低，无水动力不稳定，有自补偿才能，控制系统简单，加热蒸发过热有分界点，制造运输安装方便，蒸发区流动耗工无控制循环锅炉：循环倍率大于一，循环动力主要由汽水循环泵提供。

特点：水循环可靠性高、循环倍率低、水冷壁布置自由、启停快、金属耗量低、汽包内部构造改良、系统复杂、投资大运行耗电、蒸发区工况依靠循环泵直流锅炉：循环倍率等于一，工质一次通过蒸发区，没有循环特点：复合循环锅炉：低负荷时屡次循环，高负荷时直流锅炉。

特点：低负荷时受热面冷却可靠、高负荷时给水泵耗功少第一章1、什么是燃料的元素分析和工业分析？元素分析：对煤中有机物C、H、O、N、S占比进展分析工业分析：根据规定条件，对燃料进展枯燥、加热、燃烧分析其挥发分、固定碳、水分、灰分含量。

第1章绪论锅炉构成：锅炉本体（燃烧系统、汽水系统）和辅助设备。

锅炉的工作过程：锅炉内部同事进行着燃料燃烧、烟气想工质传热、工质受热汽化三过程。

锅炉分类：用途生活，工业，电站蒸汽压力低压锅炉（出口蒸汽压<=2.45）、中压锅炉（表压2.94-4.9）、高压锅炉（7.84-10.8）、超高压锅炉（11.8-14.7）、亚临界压力锅炉（15.7-19.6）、超临界压力锅炉（24.0-28.0）、超超临界机组（表压28.0以上，或主蒸汽温度和再热蒸汽温度为593℃以上）。

锅炉主要形式：层燃燃烧锅炉、循环流化床锅炉、自然循环锅炉、控制循环锅炉、超临界直流锅炉、预热锅炉、导热油锅炉。

锅炉额定蒸发量：锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，并保证热效率是的蒸发量。

锅炉最大连续蒸发量：锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行是所能达到的最大蒸发量。

热效率（锅炉效率一般指锅炉热效率）有效利用的热量Q1与燃料输入热量Qr的百分比锅炉净效率：有效利用热量Q1与燃料输入热加锅炉自用热耗和锅炉辅助设备消耗功率之比。

第2章锅炉燃料1. 煤的元素分析成分2. 煤的工业分析成分3. 燃料的发热量的三种表示方法：弹筒发热量、高位发热量和低位发热量。

4. 折算成分5. 煤的工业分类6. 煤灰熔性7. 灰熔性地狱锅炉影响8. 常用液体燃料第3章燃料燃烧计算及锅炉平衡理论空气量：1kg（或标况下1m3）燃料完全燃烧且燃烧产物中又没有氧气存在时所需的空气量。

实际空气量：一般燃烧设备很难保证氧气和燃料完全燃烧，通常实际空气量大于理论空气量。

空气系数：实际空气量与理论空气量之比。

完全燃耗时烟气成分：CO2、SO2、N2、H2O。

烟气分析方法：化学吸收法、色谱分析法、红外吸收法、电化学传感器法。

实际燃烧温度：实际燃烧过程中，烟气可能达到的温度。

理论燃烧温度：绝热条件下完全燃烧，不考虑对外做功时，烟气可能达到的最高温度。

82能源环保与安全一、前言随着我国工业的高速发展，对各种工业设备的应用水平有了更高的要求。

为了有效保障锅炉得到更加良好的运转，对其受热面往往有着比较高的要求，这样才能保证锅炉的运行效率。

因此，有必要对锅炉受热面损坏的原因进行深入探讨，并提出一些有效的保护措施，不断提高锅炉的利用率。

二、锅炉受热面损坏的常见原因高温腐蚀。

高温腐蚀是指在煤粉锅炉高温火焰和烟气区域，过热器和悬挂件外部出现的一种腐蚀现象，其属于一个比较复杂的物理化学过程，和有关煤反应的机理是一样的，由于煤自身的复杂性和对其研究发展的限制，这些机理和推理结果往往在定量描述上，还不是非常准确。

从目前对高温腐蚀的进一步研究来看，主要是由于壁面和积灰层间的一层液相反应而产生的。

污染后的受热面，会受到灰渣和烟气的复杂化学反应，受热面表层集灰也往往由两部分构成，内层的会比较密实，和管子的黏结牢固性比较强，不是非常容易被清除，外层的会比较松散，容易被有效清除。

造成锅炉受热面损坏的因素很多，其中一个因素是锅炉受热面出现了磨损。

在锅炉实际运行期间，受热面需要能够有效传递热量，需要与烟气直接接触。

在烟气中往往含有大量的杂质，在烟气流动的过程中，内部杂质会直接与受热面发生碰撞，对受热面造成比较大的影响。

如果受热面长期与烟气进行接触，烟气流动的速度会不断加快，内部的杂质对锅炉表面会产生切削的作用，让锅炉受热面发生比较大的磨损。

如果锅炉受热面设计不合理，还会对受热面造成磨损。

另外一个因素是锅炉缺水导致受热面管道发生损坏。

在锅炉运行过程中，如果内部发生缺水现象，就容易对受热面造成非常大的损伤，甚至会引起安全事故的发生，对企业经营效益造成非常大的影响。

如果锅炉内部缺水，管道在运行中就会得不到及时的冷却，在高温的环境中，管道内部的温度会不断升高，管道的强度会不断降低。

如果温度超过一定的值，受热面管道还会发生变形的现象，如果没有合理及时进行处理，容易造成管道发生爆裂的情况，造成比较大的经济损失。

《锅炉原理》习题库第一章基本概念锅炉容量层燃炉室燃炉旋风炉火炬―层燃炉自然循环炉多次强制循环炉直流锅炉复合制循环炉连续运行小时数事故率可用率钢材使用率第二章⑴基本概念元素分析工业分析元素分析成分工业分析成分应用基分析基干燥基可燃基发热量折算灰分折算水分结渣变形温度软化温度熔化温度重油⑵问题煤的元素分析成分有哪些？煤的工业分析成分有哪些？应用基碳、固定碳和焦碳的区别是什麽？挥发分包括哪些元素？挥发性物质包括一些什麽物质？第三章⑴基本概念燃料的燃烧理论空气量过量空气系数漏风系数理论烟气量实际烟气量燃料特性系数烟气的含氧量理论空气焓理论烟气焓锅炉机组的热平衡输入热量锅炉有效利用热排烟损失失化学未完全燃烧损失机械未完全燃烧损失散热损失其他损失飞灰系数飞灰可燃物含量排渣率灰渣可燃物含量保热系数最佳过量空气系数燃料消耗量计算燃料消耗量正平衡法反平衡法锅炉热效率⑶问题理论空气量中的物质成分有哪些？理论烟气量中的物质成分有哪些？什麽叫最佳过量空气系数，如何确定？烟气中的水分有哪些来源？写出烟气中的氧量和过量空气系数的关系式。

我国锅炉热平衡规定有哪些热损失？输入热量包括哪些热量？燃煤锅炉的机械未完全燃烧损失具体包括哪些损失？一般来讲，燃煤锅炉的烟气中包括哪些可燃物？由散热损失推导保热系数时，有什麽假设？锅炉有效利用热包括哪些部分？第四章⑴基本概念煤粉细度煤粉的经济细度煤粉颗粒组成特性细度系数均匀性指数煤的可磨性系数最佳通风量直吹式制粉系统中间储仓式制粉系统粗粉分离器细粉分离器锁气器⑵问题为什麽用一个筛子可以确定煤粉的颗粒组成？影响煤粉爆炸性的因素有哪些？煤的可磨性系数大说明煤粉好磨还是难磨？什麽叫高速磨煤机、中速磨煤机、低速磨煤机？各举一个例子。

什麽叫风量协调，如何对好烟煤和多水分褐煤进行风量协调？画出中间储仓式乏气送粉的制粉系统图。

画出中间储仓式热风送粉的制粉系统图。

画出直吹式的制粉系统图。

什麽叫正压的直吹式制粉系统？什麽叫负压的直吹式制粉系统？说明下述部件的作用和工作原理：粗粉分离器细粉分离器锁气器第五章⑴基本概念化学反应速度活化能着火着火温度燃烧反应的动力区燃烧反应的过渡区燃烧反应的扩散区⑵问题燃烧反应分为哪些区域，各有什麽特点？画出煤粉燃烧的放热曲线和散热曲线，指出着火点和熄火点。

600MW锅炉外置床受热面防磨技术及应用锅炉外置床是CFB锅炉的重要组成机构，其性能优劣直接影响到锅炉的效率，外置床的位置是在高温灰的回路部分，通常具有几个仓室，其上面是分离器，外置床在锅炉运转过程中的主要作用是将传热系统与燃烧系统分离，使锅炉的温度调节特性显著提高，但是在锅炉使用过程中，锅炉外置床受热面常常会出现严重的磨损，这对锅炉的性能有着很大的负作用，本文将以600MW锅炉外置床受热面作为研究对象，对其存在的磨损类型与磨损原因进行分析，并提出相应的改进措施.。

【关键词】磨损原因；改进措施；锅炉外置床；磨损引言CFB锅炉属于循环流化床锅炉，与传统的锅炉有着较大不同，在结构上最大的差异就是CFB锅炉在整个系统中添加了锅炉外置床，因此运行方式也是不同于传统锅炉，CFB锅炉在炉膛的出口设有一个分离器，该分离器的主要作用就是将固体与气体进行分离，分离出的固体颗粒可以继续用来燃烧，而气体则是流入到烟道中.。

CFB锅炉的循环系统主要有三个主要部件，分别是分离器、返料阀和炉膛，反应物和燃料在锅炉中处于高温的状态，并在整个锅炉系统中循环流动，从而提高燃料的利用率，在整个循环过程中，锅炉外置床起着至关重要的作用，它可以是锅炉的受热面和再热器可以更加方便的布置，使得整个锅炉系统可以大型化发展，但是通过锅炉外置床的实际应用过程发现，外置床在使用过程中会发生一定的磨损，最為明显的两类磨损分别是耐火材料的磨损和受热面的磨损，其他部位的磨损比较小，本文将对600MW锅炉外置床受热面的磨损进行分析和研究，并提出改善磨损的措施.。

1外置床磨损类型锅炉外置床受热面的磨损通常有两种，分别是冲蚀磨损和微振磨损，本文对这两种磨损进行分析，从而得出其磨损机理并找出应对措施.。

1.1 冲蚀磨损在外置床内循环的颗粒会与受热面发生一定的撞击，由撞击产生的磨损称为冲蚀磨损，对于冲蚀磨损又可以细分为两种类型，分别是撞击磨损和冲刷磨损.。

所谓撞击磨损就是外置床内循环的颗粒与受热面长期以较大的角度进行撞击，随着撞击次数的增多，最初的磨损范围将会逐渐扩大，严重受热面表层还会出现脱落的现象；而冲刷磨损主要是由于摩擦形成的，外置床内循环的颗粒与受热面以一定的角度撞击时，会在相应的方向产生摩擦，由于颗粒表面并不是光滑的，存在一定的棱角，因此会对受热面造成一定的刮伤.。

《锅炉原理》试题库及参考答案《锅炉原理》习题库及参考答案第⼀章基本概念1. 锅炉容量：指锅炉的最⼤长期连续蒸发量，常以每⼩时所能供应蒸汽的吨数⽰。

2. 层燃炉：指具有炉箅（或称炉排），煤块或其它固体燃料主要在炉箅上的燃料层内燃烧。

3. 室燃炉：指燃料在炉膛空间悬浮燃烧的锅炉。

4. 旋风炉：指在⼀个以圆柱形旋风筒作为主要燃烧室的炉⼦，⽓流在筒内⾼速旋转，煤粉⽓流沿圆筒切向送⼊或由筒的⼀端旋转送⼊。

较细的煤粉在旋风筒内悬浮燃烧，⽽较粗的煤粒则贴在筒壁上燃烧。

筒内的⾼温和⾼速旋转⽓流使燃烧加速，并使灰渣熔化形成液态排渣。

5. ⽕炬―层燃炉：指⽤空⽓或机械播撒把煤块和煤粒抛⼊炉膛空间，然后落到炉箅上的燃烧⽅式的炉⼦。

6. ⾃然循环炉：指依靠⼯质⾃⾝密度差造成的重位压差作为循环推动⼒的锅炉。

7. 多次强制循环炉：指在循环回路中加装循环⽔泵作为主要的循环推动⼒的锅炉。

8. 直流锅炉：指⼯质⼀次通过蒸发受热⾯，即循环倍率等于⼀的锅炉。

9. 复合制循环炉：指在⼀台锅炉上既有⾃然循环或强制循环锅炉循环⽅式，⼜有直流锅炉循环⽅式的锅炉。

10. 连续运⾏⼩时数：指两次检修之间运⾏的⼩时数。

11. 事故率＝%100?+事故停⽤⼩时数总运⾏⼩时数事故停⽤⼩时数； 12. 可⽤率＝%100?+统计期间总时数备⽤总时数运⾏总时数； 13. 钢材使⽤率: 指锅炉每⼩时产⽣⼀吨蒸汽所⽤钢材的吨数。

第⼆章⼀、基本概念1. 元素分析：指全⾯测定煤中所含全部化学成分的分析。

2. ⼯业分析：指在⼀定的实验条件下的煤样，通过分析得出⽔分、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数的过程。

3. 发热量：指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。

4. 结渣：指燃料在炉内燃烧时，在⾼温的⽕焰中⼼，灰分⼀般处于熔化或软化状态，具有粘性，这种粘性的熔化灰粒，如果接触到受热⾯管⼦或炉墙，就会粘结于其上，这就称为结渣。

5. 变形温度：指灰锥顶变圆或开始倾斜；6. 软化温度：指灰锥弯⾄锥底或萎缩成球形；7. 流动温度：指锥体呈液体状态能沿平⾯流动。