1、复杂工况下锅炉尾部受热面低温腐蚀复杂工况下锅炉尾部受热面低温腐蚀防控技术实验研究防控技术实验研究报告人：报告人：张知翔张知翔指导老师：赵钦新指导老师：赵钦新 教授教授西安交通大学热能工程系西安交通大学热能工程系 2010.10.252010.10.25 推进重点耗能工业节能减排是重要国策；推进重点耗能工业节能减排是重要国策；1 1）发电原煤占原煤产量的）发电原煤占原煤产量的50%50%时间时间年份年份原煤产量原煤产量亿吨亿吨电煤耗量电煤耗量亿吨亿吨电煤电煤/原煤原煤%200725.112.549.8200827.213.348.9200931.315.649.82 2）火力发电行业是国家节能减
2、排的主力。）火力发电行业是国家节能减排的主力。材料高温氧化的界限材料高温氧化的界限材料低温腐蚀的界限材料低温腐蚀的界限蒸汽温度升高蒸汽温度升高烟气温度下降烟气温度下降 提高效率是最重要的节能减排途径；提高效率是最重要的节能减排途径；排烟温度排烟温度1701701401401251251051058585700700625625605605569569543543蒸汽温度蒸汽温度 排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项节能减排形势节能减排形势表1 XG350-1100/25.4/571/569名 称单位设计煤种校核煤种BMCRTRL75%THA50%
3、THA40%THA高高加全加全切切 BMCR干烟气损失干烟气损失%4.5744.4404.414.5544.7694.0183.992水份和H燃损失%0.3950.3840.3690.3480.3550.3480.387未燃烬碳损失未燃烬碳损失%1.421.421.602.052.471.421.45总热损失总热损失%6.9666.8186.9827.6398.3316.376.406效率%93.03493.18293.01892.36191.66993.6393.594现役电站锅炉排烟温度普遍偏高现役电站锅炉排烟温度普遍偏高 设计和运行条件差别设计和运行条件差别tpy运行值普遍偏高，高于设计
4、值约运行值普遍偏高，高于设计值约2050现役电站锅炉设计排烟温度长期无法下潜现役电站锅炉设计排烟温度长期无法下潜 烟气酸露点和积灰限制烟气酸露点和积灰限制，一般，一般tpy设计值设计值125150，褐，褐煤煤170左右左右现役火电厂排烟温度情况现役火电厂排烟温度情况 目前锅炉排烟温度普遍偏高除尘器效率降低脱硫塔耗水量增加锅炉效率降低急需降低烟温研究低温腐蚀的必要性露点温度：一定压力下，某种蒸汽的凝结速率与蒸发速率达到动态平衡时的温度称为该蒸汽在该压力下的露点温度。低温腐蚀：当受热面壁温低于烟气酸露点时，烟气中的酸开始在受热面表面凝结，并对受热面产生腐蚀。对于锅炉来说低温腐蚀多发生在空预器冷端、
5、低压省煤器、脱硫塔、GGH、烟囱、尾部烟道以及烟气深冷装置等。烟气中含有的SO3、HCl、NO2、SO2等都会引起低温腐蚀，他们各自的露点温度也不同，但是由SO3+H2O=H2SO4的露点温度最高，其他酸的露点温度与水的露点温度差不多，而锅炉低温受热面壁温基本上都能保持在水露点以上，因此锅炉术语中的低温腐蚀是指由烟气中的SO3引起的腐蚀。烟气中少量的三氧化硫都会导致酸露点很大程度的提高。40年代中期发现由于燃料价格上升与脱硫系统的应用，使得低温腐蚀再度被重视1962年壁面温度与硫酸浓度关系曲线的发现，导致人们将研究重点放在了硫酸浸泡实验上1942-1955进行了大量研究，清楚了低温腐蚀主要是S
6、O3起作用，推荐锅炉烟温在酸露点以上20-30度实验室酸沉积实验实际锅炉中低温腐蚀实验发现了浸泡实验与酸沉积的差别70年代末得出酸沉积理论推导公式新材料的开发和抗酸露点涂层的开发2.1、SO3形成机理形成机理研究研究内容内容SO3形成形成机理机理2.1、SO3形成机理形成机理煤中的SSO2SO3H2OH2SO4冷凝与管壁及灰反应低温腐蚀及堵灰燃烧催化剂O22.1、SO3形成机理形成机理2.1、SO3形成机理形成机理ZFHAZWDSTT05.1/3)(log(log0329.0)(log1031.0)(log0267.07846.110003102103102103SOOHSOOHSOPPPPT
7、19.2)lg9943.2(06.1lg83.10lg6.278809.10332SOSOOHDPPPTaSOTD)(lg203类别产地水露点苏联AGOJTBC褐煤黑龙江扎贲诺尔55.59 99.93 138.09 138.93 广西 右江51.53 105.14 146.24 149.39 龙口51.46 100.60 142.05 144.48 无烟煤类京西安家滩31.24 82.28 129.59 134.77 四川芙蓉37.41 115.33 145.12 151.82 类福建天湖山31.24 63.09 112.43 112.82 峰峰26.74 63.94 113.55 115.7
8、7 类山西阳泉37.48 84.02 126.72 129.29 焦作36.16 74.32 121.48 123.05 贫煤山东淄博38.00 113.66 142.31 148.26 西峪38.03 103.45 136.72 141.47 林东38.10 128.64 144.96 151.42 烟煤类吉林通化43.89 83.69 136.49 139.61 南票45.85 98.96 139.39 142.61 开滦43.43 91.87 138.83 142.55 类安徽淮北42.78 79.20 128.34 129.90 新汶43.18 121.05 148.51 154.15
9、 霍山41.93 82.05 127.67 129.28 类辽宁抚顺47.03 95.23 133.03 134.65 水城41.67 109.39 141.20 145.86 三氧化硫测量SO2SO3SO2SO3 SO2SO3SO2被被SO2O2SO3量量SO2SO3 SO3SO320世纪50年代由英国煤炭利用协会提出的导电式露点仪被认为是最成功的测量方式，其主要原理是在高电阻的平底表面布置电极，利用酸溶液沉积后的导电性来进行测量。这一原理被人们普遍使用并进行了总结，形成了各具特色的测量方法，主要有电阻法、电流法、冷却加热平均法、电流增长率为零法、自找电流增长率为零法等。电流法和电阻法的露点
10、测量值均低于真实值，冷却加热平均法、电流增长率为零法、自找电流增长率为零法的测量值在理论上是接近真实值的，但其取决于测量装置的灵敏度。电流法电流法 电阻法电阻法 冷却加热平均法冷却加热平均法 自找电流增长率为零法自找电流增长率为零法电流增长率为零法电流增长率为零法影响低温腐蚀的因素D点为腐蚀最严重点，温度大约为100-120度，火电厂低温受热面的壁温不可能跳过此温度，但是目前没有关于改点腐蚀最严重的实际报道烟气酸露点计算冷端壁温高于水露点25度排烟温度高于酸露点20-30度提高壁面温度防止低温腐蚀灰硫比对腐蚀速率的影响在未燃尽碳的催化作用下生产大量的Fe3+，并促使生产Cu2S和Cr的氧化物，
11、使耐腐蚀钢出现钝化现象，腐蚀速率大大降低。煤种煤种煤中含硫煤中含硫量量（%）灰中灰中CaO含含量量（%）露点温度露点温度（K）酸沉积速度酸沉积速度mg/(m2s)高硫，低钙高硫，低钙2.525400410510中硫，低钙中硫，低钙12.5252954002.55中硫，中钙中硫，中钙12.551028529512.5低硫，高钙低硫，高钙102850.01%的S，才能在腐蚀过程中能形成Cu2S保护膜，Cr含量在1%左右时效果最好，能够在腐蚀过程中形成Cr的氧化物保护膜腐蚀动力学曲线燃油锅炉对碳钢的腐蚀管式空预器回转式空预器燃油炉，=1.1燃油炉层燃炉煤粉炉为了防止锅炉蒸发受热面、空气预热器的腐蚀，
12、采用想燃烧室喷入MgO、CaO、白云石、锌、煤灰等添加剂，吸附腐蚀性气体，同时形成容易被吹灰器吹落的松散积灰。研究目标：研究目标：1、揭示传热管材料低温腐蚀机理；、揭示传热管材料低温腐蚀机理；2、研究壁温对低温腐蚀的影响；、研究壁温对低温腐蚀的影响；3、研究三氧化硫浓度对低温腐蚀的影响；、研究三氧化硫浓度对低温腐蚀的影响；4、根据不同的材料提出减缓传热管低温腐蚀的安全壁温；、根据不同的材料提出减缓传热管低温腐蚀的安全壁温；5、研究灰分浓度对三氧化硫的吸附作用；、研究灰分浓度对三氧化硫的吸附作用；6、研究烟气温度对灰分吸附三氧化硫作用的影响。、研究烟气温度对灰分吸附三氧化硫作用的影响。技术指标：
13、1、烟气流量、烟气流量100ml/min。2、烟气中灰分含量、烟气中灰分含量020g/Nm3。3、烟气中、烟气中SO3浓度浓度030ppm。4、SO2浓度浓度1000ppm。5、氧气含量、氧气含量5%。6、水蒸气含量、水蒸气含量10%。7、烟气温度、烟气温度80200。8、受热面壁温、受热面壁温5090。9、冷却水温度、冷却水温度5090。存在的问题存在的问题：1、SO3的测量：的测量：SO3浓度低，流量小，无法实施在线测浓度低，流量小，无法实施在线测量，灰分对量，灰分对SO3的吸收效果不明显，测试方法的灵敏度受的吸收效果不明显，测试方法的灵敏度受到怀疑到怀疑。2、目前解决方案是加大灰分浓度和
14、、目前解决方案是加大灰分浓度和SO3浓度，不按实际浓度，不按实际锅炉中的气氛比例。锅炉中的气氛比例。3、由于烟气流量太小，导致给粉机给粉量太小，再加上、由于烟气流量太小，导致给粉机给粉量太小，再加上煤灰过细，导致给粉机无法工作，只能人工间断给粉。人煤灰过细，导致给粉机无法工作，只能人工间断给粉。人工间断给粉导致金属试样的低温腐蚀时间大大缩短，初步工间断给粉导致金属试样的低温腐蚀时间大大缩短，初步估计为估计为5h左右。左右。4、水路系统的温度与稀硫酸的温度反应不灵敏。、水路系统的温度与稀硫酸的温度反应不灵敏。试验目的：试验目的：1 1、测量各种腐蚀材料在不同壁温及不同烟气情况下的腐蚀、测量各种腐
15、蚀材料在不同壁温及不同烟气情况下的腐蚀量，绘制腐蚀量随壁温的变化曲线，研究低温腐蚀机理，筛量，绘制腐蚀量随壁温的变化曲线，研究低温腐蚀机理，筛选耐腐蚀性较好的材料。选耐腐蚀性较好的材料。2 2、研究飞灰对低温腐蚀的影响。、研究飞灰对低温腐蚀的影响。3 3、验证各种耐腐蚀涂层的抗腐蚀性能。、验证各种耐腐蚀涂层的抗腐蚀性能。4 4、测量三氧化硫的含量，确定各条件下三氧化硫的转化率，、测量三氧化硫的含量，确定各条件下三氧化硫的转化率，测量脱硫塔对三氧化硫的脱除效率及脱硫塔前后酸露点的变测量脱硫塔对三氧化硫的脱除效率及脱硫塔前后酸露点的变化。化。5 5、测量不同运行条件下电厂的实际酸露点，结合各种酸露
16、、测量不同运行条件下电厂的实际酸露点，结合各种酸露点公式，选择适合的酸露点公式。点公式，选择适合的酸露点公式。6 6、测量电厂安装烟气冷却器后，在实际进口水温下的腐蚀、测量电厂安装烟气冷却器后，在实际进口水温下的腐蚀速度，为烟气冷却器的安全运行提供保障。速度，为烟气冷却器的安全运行提供保障。灰分对低温腐蚀影响的研究 酸露点测量示意图 测点示意图 需要电厂作的准备：需要电厂作的准备：1 1、不同负荷的运行，在确定的煤种下，进行个不同负荷的运行，研究、不同负荷的运行，在确定的煤种下，进行个不同负荷的运行，研究负荷对酸露点及三氧化硫含量的影响；负荷对酸露点及三氧化硫含量的影响；2 2、不同煤种的燃烧
17、，选择两种或多种含硫量差别较大的煤种，研究煤、不同煤种的燃烧，选择两种或多种含硫量差别较大的煤种，研究煤种含硫量对酸露点及三氧化硫含量的影响，电厂需提供当前所燃烧煤种含硫量对酸露点及三氧化硫含量的影响，电厂需提供当前所燃烧煤种的元素分析、工业分析及灰分分析；种的元素分析、工业分析及灰分分析；3 3、不同过量空气系数的燃烧，按照电厂实际情况，选择几个不同的过、不同过量空气系数的燃烧，按照电厂实际情况，选择几个不同的过量空气系数进行运行，电厂需提供燃烧时炉膛的温度与含氧量。量空气系数进行运行，电厂需提供燃烧时炉膛的温度与含氧量。4 4、测点的准备，在静电除尘器每个电场及脱硫塔后各准备一个测孔，、测
18、点的准备，在静电除尘器每个电场及脱硫塔后各准备一个测孔，用于三氧化硫及酸露点的测量；用于三氧化硫及酸露点的测量；5 5、在低温烟道上打两到三个孔，用于进行各材料的低温腐蚀研究；、在低温烟道上打两到三个孔，用于进行各材料的低温腐蚀研究；6 6、准备两个小型抽气泵，抽气流量大概、准备两个小型抽气泵，抽气流量大概1 110L/min10L/min；7 7、两台高温循环机及循环介质导热油。、两台高温循环机及循环介质导热油。需要交大作的准备：需要交大作的准备：1 1、酸露点仪的购买及使用；、酸露点仪的购买及使用；2 2、各种耐腐蚀材料的购买及试样的切割；、各种耐腐蚀材料的购买及试样的切割；3 3、测量试
19、样管进出口水温的热电偶，测量金属试样表面温、测量试样管进出口水温的热电偶，测量金属试样表面温度的热电偶及热电偶数据转换器（数显）；度的热电偶及热电偶数据转换器（数显）；4 4、测量烟气流量的转子流量计；、测量烟气流量的转子流量计；5 5、用于酸露点测量时灰分过滤的自制金属容器及石英棉；、用于酸露点测量时灰分过滤的自制金属容器及石英棉；6 6、研究灰分对金属腐蚀时进行灰分过滤的自制金属容器；、研究灰分对金属腐蚀时进行灰分过滤的自制金属容器；7 7、用于对低温腐蚀试样进行处理的刷子、天平等；、用于对低温腐蚀试样进行处理的刷子、天平等；8 8、用于试样保存的牙托粉和牙托水；、用于试样保存的牙托粉和牙托水；9 9、各种规格的砂纸及连接用的硅胶管；、各种规格的砂纸及连接用的硅胶管；1010、需要验证的各涂层。、需要验证的各涂层。
