余热锅炉受热面失效原因分析(全文)

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摘要:余热锅炉作为一种节能设备,是回收各类余热资源、提高一次能源利用率的重要手段。本文对受热面失效原因进行分析,明确受热面失效的形成过程、影响因素、表现形式和防止措施,有利于提高余热锅炉的检测和使用寿命的提高。

关键词:余热锅炉;受热面失效;炉膛结渣;低温受热面积灰;腐蚀;磨损

余热锅炉通常是在高温高压下工作运行的,两余热锅炉回收的工艺气体常常具有腐蚀性,结渣、积灰、腐蚀、磨损成为了锅炉运行安全的重大隐患[1,2]。下面对这四种情况的表现形式进行分析,为锅炉检测和后期改造提供依据。

1 炉膛结渣

水冷壁结渣是由熔融或半熔融颗粒撞击到管壁上或管壁上原积有粘性灰所引起的。结渣的过程是,首先在水冷壁表面应存在粘性的初始沉积物,然后通过壁温的提高和黏附捕捉,以及反复的理化作用等,形成厚而硬的结渣。结渣包括三个步骤:(1)初始沉积形成;(2)一次沉积形成;(3)二次沉积形成。

影响结渣因素包括以下几个方面:(1) 结渣成分与组成,由结渣形成过程可知,受热面的结渣与灰渣熔融特性和灰渣流动特性密切相关。灰渣熔点的高低影响到受热面颗粒的状态和数量。以锅炉检测时,也可以通过对灰分化验,分析结渣原因:①A12O3增加,对减轻结渣有利;②Fe2O3增加,结渣倾向加重;

③CaO在一定范围内增加,结渣倾向加重;④碱金属、MgO增加,促进结渣。(2)炉膛环境温度。炉膛环境温度是影响结渣的首要外部因素。温度变化结渣量呈指数关系随之变化。灰渣烧结速度和粘附强度也与温度呈指数关系变化。

防止措施主要包括:(1)调节炉膛环境温度,主要通过操作控制来调节炉膛温度,合适的锅炉负荷和炉膛温度可以减轻锅炉结渣。(2)改善燃烧,提高焚烧炉炉温,使硫酸盐和碳酸盐充分分解,削弱结渣生成的基础,同时改善焚烧炉的通风情况。(3)优化锅炉结构设计,在容易结渣的高温区域增大管束节距,使换热器上即便有一定的结渣也不会搭桥,影响锅炉运行。(4)在设备下部设置漏灰斗和清灰门,便于在锅炉运行时也可以及时清灰。

2 低温受热面积灰

受热面积灰程度与烟气流速、飞灰颗粒度、管束结构特性等因素有关。(1)烟气流速,烟气流速对积灰程度影响很大。烟气流速越高,灰粒的动能越大,灰粒冲击作用也就越强,积灰程度越轻:反之则积灰越多。(2)飞灰颗粒度,粗灰多,冲刷作用大,因而积灰轻;反之积灰就多。(3)管束结构特性,错列布置管束比顺列布置管束的积灰轻。因为错列布置的管束不仅迎风面受到冲刷,而且背风面也较容易受到冲刷,故积灰较轻。而顺列布置的管束从第二排起,管子不仅背风面受到冲刷少,而且迎风面也不能直接受冲刷,所以积灰较严重;随着管柬的纵向相对节距。z/d的增大,错列管束的灰层厚度也越厚,而顺列管束的积灰则越轻;管径较小时,管子背面的旋涡区小,飞灰冲击机会增加,积灰减轻。

为减轻受热面积灰,在结构、布置及运行上可采取以下措施:(1)合理选取烟速。参考锅炉设计值,按锅炉实际负荷选取。(2)可采用小管径、小节距、错列布置的管束,可以增强烟气气流的冲刷和扰动,使积灰减轻。(3)正确设计和布置高效吹灰装置,制定合理的吹灰制度。今后应在尾部受热面吹灰方面探索新的途径。如采用瓦斯脉冲吹灰器、声波或超声波吹灰器等。(4)省煤器采用结构紧凑,具有自清灰能力的螺旋肋片管省煤器代替光管省煤器。

3 腐蚀

对于气侧腐蚀来说,包括冲蚀,低温腐蚀,高温腐蚀。其中,受热面温度升高对高温腐蚀有着重要的影响,运行时应防止受热面壁温局部过高。防止受热面壁温局部过高的主要措施有:a)控制炉内局部火焰最高温度热流密度,特别是燃烧器附近的火焰中心处;b)降低炉膛出口扭转残余、烟温偏差以及过热蒸汽流量偏差,以避免出现局部过高的壁温;c)减少由于热流密度不均而导致的壁温超温:在适当的运行时间后应进行酸洗以消除水垢;d)应采用耐腐蚀性能更好的钢材,也可以在管子表面采用热喷涂技术。

对于水侧腐蚀来说,则主要包括电化学腐蚀、沸腾腐蚀、锅垢引起的腐蚀、缝隙腐蚀、氧腐蚀和C02的腐蚀等等几个方面。

4 磨损

悬挂在锅炉炉膛和尾部烟道内的受热面,直接受到含尘烟气的冲刷,特别是在易形成烟气走廊的部位和烟气转弯处,受热面管束被冲刷而减薄的趋势更为明显。

锅炉对流面因局部磨损而造成管子严重损坏,通常都出现水平烟道的过热器两侧及底部和尾部烟道的省煤器前后,因为这些区域易出现烟气走廊。烟气走廊的间隙是考虑金属受热膨胀而留下的由于烟气走廊内无管束,故在与管束具有相同的烟气差压时,其局部烟速比平均烟速高2.3倍,磨损严重的多,特别是省煤器区域,灰粒硬,磨损速度更快,走廊附近的管子很容易损坏。影响对流受热面磨损的因素有:烟速、飞灰浓度,飞灰颗粒的密度、硬度、组成、形状及颗粒组成,沿烟道截面烟气流速场和飞灰浓度场的不均匀程度,管束布置及几何形状,以及管材的抗磨性等。其中,烟气流速是影响受热面影响的最主要因素。综合上述因素,主要可以从选取适当的烟气流速,防止局部地区的飞灰速度和浓度过高,采用防磨装置等几方面来减轻和防止磨损。

5 结语

余热锅炉作为回收和利用各种工业炉窑和石油化工,钢铁等工艺气余热的主要设备,在很多情况下,工艺气含灰量和含硫量较多,余热锅炉受热面容易受到损坏而造成管子爆漏。产生事故的原因包括锅炉运行形式不当,炉膛结渣、低温受热面积灰、气侧、水侧腐蚀及磨损。本文对受热面失效形式的机理、表现形式和防止措施作了大量的研究,为辨别受热面失效原因、预防锅炉的安全运行隐患具有一定的指导意义。

参考文献:

余热锅炉受热面失效原因分析

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