布置在爐膛四周,管內(nèi)流動介質(zhì)一般為水或者汽水兩項混合物,用水冷卻的受熱面,稱為爐膛水冷壁。
1、水冷壁的主要作用是:
(1)吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量,將水加熱成飽和蒸汽;
(2)保護爐墻,簡化爐墻結(jié)構(gòu),減輕爐墻重量,這主要是由于水冷壁吸收爐內(nèi)輻射熱,使爐墻溫度降低的緣故;
(3)吸收爐內(nèi)熱量,把煙氣冷卻到爐膛出口所允許的溫度,這對減輕爐內(nèi)結(jié)渣,防止爐膛出口結(jié)渣都是有利的;
(4)水冷壁在爐內(nèi)高溫下吸收輻射熱,傳熱效果好,故能降低鍋爐鋼材消耗量及鍋爐造價。
2、鍋爐水冷壁的腐蝕
鍋爐受熱面的煙氣側(cè)的腐蝕進行相當?shù)目?,有的運行一年都要換管子,鍋爐的受熱面所產(chǎn)生的腐蝕嚴重影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟性,影響電站機組的可用率。
腐蝕通常發(fā)生在燃燒器中心線位置標高上下,對于管子來說,向火側(cè)的正面點腐蝕,側(cè)面較好,背面幾乎不發(fā)生腐蝕,腐蝕速度高達2㎜/a,一般情況下為1.1—1.5㎜/a,研究表明,腐蝕的管壁附近都是還原性氣氛,當管壁溫度超過300℃時,才發(fā)生腐蝕,溫度越高,腐蝕越嚴重。
根據(jù)發(fā)生腐蝕區(qū)的煙溫高低,可分為高溫腐蝕和低溫腐蝕。而爐膛水冷壁煙氣側(cè)腐蝕主要是高溫腐蝕。
煙氣側(cè)高溫腐蝕而引起的爆管,主要是以下這兩種腐蝕引起的,其腐蝕機理為:
2.1硫化物型的高溫腐蝕
當管壁附近氧量不夠,存在還原性氣氛,并出現(xiàn)有H2S 氣體時,就會產(chǎn)生硫化物腐蝕。
燃煤中的硫化物,如黃鐵礦(FeS2)隨灰粒和未燃盡煤粉一起沖到管壁上,受熱分解出自由原子硫和硫化亞鐵
FeS2→FeS+[S]
此外,當管壁附近存在H2S 和SO2時也可能生成[S]
H2S+SO2→2H2O+3[S]
在還原性氣氛中,由于缺氧,原子硫有可能單獨存在,當管壁溫度達到350 ℃時,會發(fā)生如下反應(yīng)
Fe+[S]→ FeS
硫化亞鐵進行緩慢氧化而生成黑色磁性氧化鐵Fe3O4
3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2
2.2硫酸鹽型的高溫腐蝕;
受熱面生成一層薄的氧化鐵(Fe2O3)鐵銹和極細灰粒的沾污層,其厚度是有限的,實際上是金屬的保護膜(因鐵銹的氧化速度是較慢的);在火焰高溫作用下而升華的堿土金屬氧化物(如Na2O 和K2O 等)冷凝在管壁的沾污層上,如周圍煙氣中有SO3則會發(fā)生反應(yīng)形成硫酸鹽(Na2SO4或K2SO4等)
Na2+SO3→Na2SO4
K2O+SO3→K2SO4
硫酸鹽層增加,熱阻加大,表面溫度升高而開始發(fā)粘、熔化,并開始粘結(jié)飛灰,形成疏松的渣層,硫酸鹽熔化時會放出SO3;所放出的SO3及煙氣中的SO3會通過疏松的渣層向內(nèi)擴散,發(fā)生如下反應(yīng):
3K2SO4(或Na2SO4)+ Fe2O3+3 SO3→2K3Fe(SO4)3[或Na3Fe(SO4)3]
此時管壁Fe2O3鐵銹層被破壞, 而K3Fe(SO4)3在584 ℃下就會熔化, 進一步氧化而使金屬耗損。
此時鐵的腐蝕為10Fe+2Na2Fe(SO4)3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4
Na2SO4或K2SO4的循環(huán)作用而使腐蝕不斷進行。
運行中因清灰或灰渣過厚而脫落,使得K3Fe(SO4)3或Na3Fe(SO4)3等暴露在高溫火炬的輻射下而發(fā)生分解反應(yīng)生成新的堿土金屬硫酸鹽層,在SO3作用下,不斷使管壁受到腐蝕。
水冷壁腐蝕產(chǎn)生的原因很多,保證水冷壁正常的工作,需要為水冷壁制備涂料形成的涂層,來保護水冷壁,延長使用時效。可以用ZS-1061供暖鍋爐水冷壁防腐節(jié)能涂料/材料來保護。
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