鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕防控技術(shù)實驗研究課件

1、復雜工況下鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕防控技術(shù)實驗研究報告人： 張知翔指導老師：趙欽新 教授西安交通大學熱能工程系 2010.10.25提綱一、低溫腐蝕簡介及研究意義二、低溫腐蝕研究綜述三、實驗臺搭建四、實際電廠試驗推進重點耗能工業(yè)節(jié)能減排是重要國策；1）發(fā)電原煤占原煤產(chǎn)量的50%時間年份原煤產(chǎn)量億噸電煤耗量億噸電煤/原煤%200725.112.549.8200827.213.348.9200931.315.649.8一、低溫腐蝕簡介及研究意義2）火力發(fā)電行業(yè)是國家節(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、低溫腐蝕簡介及研究意義 排煙熱損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項節(jié)能減排形勢表1 XG350-1100/25.4/571/569名 稱單位設(shè)計煤種校核煤種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、低溫腐蝕簡介及研究意義現(xiàn)役電站鍋爐排煙溫度普遍偏高 設(shè)計和運行條件差別tpy運行值普遍偏高，高于設(shè)計值約2050現(xiàn)役電站鍋爐設(shè)計排煙溫度長期無法下潛 煙氣酸露點和積灰限制 ，一般tpy設(shè)計值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、低溫腐蝕簡介及研究意義露點溫度：一定壓力下，某種蒸汽的凝結(jié)速率與蒸發(fā)速率達到動態(tài)平衡時的溫度稱為該蒸汽在該壓力下的露點溫度。低溫腐蝕：當受熱面壁溫低

4、于煙氣酸露點時，煙氣中的酸開始在受熱面表面凝結(jié)，并對受熱面產(chǎn)生腐蝕。對于鍋爐來說低溫腐蝕多發(fā)生在空預器冷端、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、低溫腐蝕簡介及研究意義一、低溫腐蝕簡介及研究意義煙氣中含有的SO3、HCl、NO2、 SO2等都會引起低溫腐蝕，他們各自的露點溫度也不同，但是由SO3 +H2O=H2SO4的露點溫度最高，其他酸的露點溫度與水的露點溫度差不多，而鍋爐低溫受熱面壁溫基本上都能保持在水露點以上，因此鍋爐術(shù)語中的低溫腐蝕是指由煙氣中的SO3引起的腐蝕 。一、低溫腐蝕簡介及研究意義煙氣中少量的三氧化硫都會導致酸露點很大程度的提高。一、低溫腐蝕簡介及

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)，導致人們將研究重點放在了硫酸浸泡實驗上1942-1955進行了大量研究，清楚了低溫腐蝕主要是SO3起作用，推薦鍋爐煙溫在酸露點以上20-30度實驗室酸沉積實驗實際鍋爐中低溫腐蝕實驗發(fā)現(xiàn)了浸泡實驗與酸沉積的差別70年代末得出酸沉積理論推導公式新材料的開發(fā)和抗酸露點涂層的開發(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形成機理2.2、酸露點的計算2.4、低溫腐蝕影響因素研究內(nèi)容2.5、低溫腐蝕的防治2.3、酸露點的測量燃燒反應(yīng)

6、催化劑作用硫酸鹽高溫分解SO3形成機理2.1、SO3形成機理煤中的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形成機理2.1、SO3形成機理酸露點計算公式公式準確性的討論2.2、酸露點計算類別產(chǎn)地水露點蘇聯(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 無煙煤類京西安家灘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 類山西陽泉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 煙煤類吉林通化43.89 83.69 136.49 139.61 南票45.85 98.96 139.39 142.61 開灤43.43 91.87 138.83 142.55 類安徽淮北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、三氧化硫及酸露點的測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量三氧化硫測量化學測量物理測量酸露點測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SO2測量來說誤差可以忽略，但是相對SO

9、3來說影響巨大.準確測量的首要任務(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為80度，若250度的煙氣直接通到異丙醇里面，將導致吸收液的沸騰，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、化學測量2.3.1、化學測量2.3.1、化學測量2.3.1、化學測量酸露點測量20世紀

10、50年代由英國煤炭利用協(xié)會提出的導電式露點儀被認為是最成功的測量方式，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電性來進行測量。這一原理被人們普遍使用并進行了總結(jié)，形成了各具特色的測量方法，主要有電阻法、電流法、冷卻加熱平均法、電流增長率為零法、自找電流增長率為零法等。電流法和電阻法的露點測量值均低于真實值，冷卻加熱平均法、電流增長率為零法、自找電流增長率為零法的測量值在理論上是接近真實值的，但其取決于測量裝置的靈敏度。2.3.2、物理測量電流法 電阻法 冷卻加熱平均法 自找電流增長率為零法電流增長率為零法2.3.2、物理測量酸露點儀2.3.2、物理測量2.3、三氧化硫及酸露

11、點的測量系統(tǒng)復雜操作精細受到二氧化硫的強烈干擾化學測量物理測量利用經(jīng)驗公式反推，重復性好投資少系統(tǒng)簡單酸露點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點為腐蝕最嚴重點，溫度大約為100-120度，火電廠低溫受熱面的壁溫不可能跳過此溫度，但是目前沒有關(guān)于改點腐蝕最嚴重的實際報道煙氣酸露點計算冷端壁溫高于水露點25度排煙溫度高于酸露點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，提高壁溫有實驗表明，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，才能在腐蝕過程中能形成Cu2S保護膜，Cr含量在1%左右時效果最好，能夠在腐蝕過程中形成Cr的氧化物保

13、護膜腐蝕動力學曲線2.4.3、金屬成分2.4.4、過量空氣系數(shù)燃油鍋爐對碳鋼的腐蝕2.4.4、過量空氣系數(shù)管式空預器回轉(zhuǎn)式空預器2.4.4、過量空氣系數(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算得來的，但是它與實驗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，同時形成容易被吹灰器吹落的松散積灰。向省煤器、空預器、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、實驗臺搭建研究目標：1、揭示傳熱管材料低溫腐蝕機理；2、研究壁溫對低溫腐蝕的影響；3、研究三氧化硫濃度對低溫腐蝕的影響；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、研究灰分濃度對三氧化硫的吸附作用；6、研究煙氣溫度對灰分吸附三氧化硫作用的影響。三、實驗臺搭建三、實驗臺搭建金屬成分的

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驗所考慮的低溫腐蝕影響因素三、實驗臺搭建灰分吸收三氧化硫試驗系統(tǒng)簡圖三、實驗臺搭建低溫腐蝕試驗系統(tǒng)簡圖三、實驗臺搭建技術(shù)指標：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。試驗系統(tǒng)實物圖三、實驗臺搭建存在的問題：1、 SO3的測量： SO3濃度低，流量小，無法實施在線測量，灰分對SO3的吸收效果不明顯，測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，不按實際鍋爐中的氣氛比例。3、由于煙氣流量太小，導致給粉機給粉量太小，再加上煤灰過細，導致給粉機無法工作，只能人工間斷給粉。人工間斷給粉導致金屬試樣的低溫腐蝕時間大大縮短，初步估計為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。試驗目的：1、測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，研究低溫腐蝕機理，篩選耐腐蝕性較好的材料。2、研究飛灰對低溫腐蝕的影響。3、驗證各種耐腐蝕涂層的抗腐蝕性能。4、測量三氧化硫的含量，確定各條件下三氧化硫的轉(zhuǎn)化率，測量脫硫塔對三氧化硫的脫除效率及脫硫塔前后酸露點的變化。5、測量不同運行條

17、件下電廠的實際酸露點，結(jié)合各種酸露點公式，選擇適合的酸露點公式。6、測量電廠安裝煙氣冷卻器后，在實際進口水溫下的腐蝕速度，為煙氣冷卻器的安全運行提供保障。四、電廠實驗計劃四、電廠實驗計劃灰分對低溫腐蝕影響的研究 酸露點測量示意圖 四、電廠實驗計劃測點示意圖 需要電廠作的準備：1、不同負荷的運行，在確定的煤種下，進行個不同負荷的運行，研究負荷對酸露點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，研究煤種含硫量對酸露點及三氧化硫含量的影響，電廠需提供當前所燃燒煤種的元素分析、工業(yè)分析及灰分分析；3、不同過量空氣系數(shù)的燃燒，按照電廠實際情況，選擇幾個不同的過量空氣系數(shù)進行運行，電廠需提供燃燒時爐膛的溫度與含氧量。4、測點的準備，在靜電除塵器每個電場及脫硫塔后各準備一個測孔，用于三氧化硫及酸露點的測量；5、在低溫煙道上打兩到三個孔，用于進行各材料的低溫腐蝕研究；6、準備兩個小型抽氣泵，抽氣流量大概110L/min