水冷壁的腐蚀原理分析
2014-08-05 16:22:26
水冷壁是锅炉的主要受热部分,主要的热量受热面,它由数排钢管组成,分布于锅炉炉膛的四周受热再传热给受热流体。它的内部为流动的水或蒸汽,外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。
水冷管壁在锅炉内,炉管置于炉腔火焰的辐照之中,一般燃烧辐射的受热温度1000℃以上,炉管外侧承受高温、氧化、腐蚀三种材料损耗,氧化铁比较疏松。一台670t/h的火电锅炉,炉膛内的气流速度高达20-50m/s,氧化铁被高速烟气冲刷掉,新暴露的金属表面再次被氧化,再次被冲刷,使管壁逐渐变薄,危及管的寿命。
水冷管壁在高温燃气的辐照下,形成一层较疏松的氧化铁。烟气中的微灰,在炉内温差力的作用下逐渐沾附在水冷管壁的氧化铁表面,金属氧化物蒸汽(氧化钠等)凝结在上述积灰中形成水冷管壁首层沾污灰层,再与烟气中的SO2化学反应,便形成金属的硫酸盐类,具有较低的熔点,受热面沾污灰层随着其厚度的增加,热阻增大,锅炉热效率下降,灰层表面温度升高,使结垢的硫酸盐类熔化,产生很大的粘结力,更大量网罗烟气中飞灰,使炉管热交换进入恶性循环状态,这便是结渣。渣层比较疏松,烟气中的SO2可以渗入,渣在溶化时又放出SO2侵入钢管,反应产物K3Fe(S04)3和Na3Fe(S04)3在584℃便会溶化,再分解为硫酸盐,进入深一层的管壁腐蚀。以至锅炉水冷管壁年腐蚀量达1.5-2.5mm/a程度,这是至今普遍存在的严重问题,它使锅炉热效率随时间而下降,使锅炉设备寿命缩短且夭折。
在高温锅炉设备上的主要的高温气体腐蚀类型有:高温氧化、硫化、氮化、碳化等;在液态环境中的高温腐蚀有:熔盐腐蚀和高温液态金属腐蚀,以及热腐蚀、钒腐蚀等沉积盐引起的高温腐蚀。
锅炉炉管一般采用20号锅炉钢管,金属表面的红外辐射系数(黑体系数)很低,一般才O.1左右,反射系数很高接近0.9高温时,因表面氧化,辐射系数约0.5,根据基尔霍夫定律,炉管表面吸收炉膛火焰红外辐射的吸收率也只有0.5左右,辐射热交换效率低。如果把炉管表面的辐射系数提高到0.9,那么炉管内的工质(如水,)和炉膛火焰的热交换效率便可以提高8%左右,大大节能提高生产率。
假定锅炉水冷壁水汽含量10%,硫酸含量有20ppm,那么露点的温度根据H20和H2SO4两项状态,可以知道是燃烧温度是1400℃,如果排烟温度接近或者低于140℃,便会产生硫酸露点,附在水冷壁金属表面,产生点腐蚀,使设备穿孔而报废。烟气的露点并不是一个定数,它是随烟气中的水汽含量SO2、SO3的含量而改变的,即使提高了排烟温度,也难以完全避免露点腐蚀的问题。
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