锅炉设备检修常见问题-学位论文.doc

克拉玛依职业技术学院毕业论文（设计）题目：锅炉设备检修常见问题 系 部： 机械工程系 专 业： 热能动力设备与应用 班 级： 热工1331 学 生： 麦日扎提阿布都艾尼 学 号： 13040315 指导老师： 李 凡 2016年5月目 录目 录2摘 要3Abstract4第一章、前言5第二章、锅炉水冷壁结构及高温腐蚀的原因62.1 锅炉水冷壁62.2水冷壁分类62.2.1光管式水冷壁62.1.2膜式水冷壁72.2 材料72.3作用82.4 锅炉水冷壁高温腐蚀原因8第三章、锅炉水冷壁高温腐蚀类型及机理93.1影响锅炉受热面积灰的因素93.2 硫化物型高温腐蚀的机理93.3 硫酸盐型高温腐蚀的机理103.4氯化物型高温腐蚀机理10第四章、锅炉水冷壁高温腐蚀的应对措施114.1选用含硫量低的燃煤，并严格控制煤粉的粒度114.2控制供水品质114.3更换水冷壁管材质，采用渗铝管防腐蚀技术114.4使用高温喷涂防腐防磨技术，在表面涂防蚀防蚀合金等物质114.5改造锅炉燃烧设备124.6加强对操作人员的培养，提高安全运行意识12结束语13致 谢14参考文献15摘 要随着电力体制改革的不断推进,推动着锅炉设备检修策略的调整,有效提高设备可靠性,减少检修成本成为当前电力企业的首要工作目标。设备检修是根据先进的诊断技术来预知设备的故障,在故障发生前合理安排检修计划,这样就有效克服了设备过修或失修现象的发生,锅炉设备的安全性。有助于提高企业综合竞争能力。本文分析了锅炉设备的常见故障,阐述了锅炉运行的保障措施及其检修技术。关键词： 锅炉 设备 检修 Abstract Boiler heating surface corrosion problem has long been a leading cause of thermal power unit forced outage at home and abroad.Chinas thermal power accident statistics show that power plant boiler heating surface tube explosion due to corrosion leakage accounted for about 70% of all accidents of the boiler, superheater, reheater accounted for about 35%. And with the increase of old units serving time and new units for the improvement of yield and parameters, this kind of accident and the trend of rising year by year, are the main factors influencing the safe supply. This paper analyzes the causes and characteristics of high temperature corrosion of boiler, some boiler high temperature corrosion prevention measures are put forward, in order to help to the safe and economic operation of boilers.Key words: Power plant boiler；Heating surface corrosion；Preventive measures；第一章 前言 电力生产是国民经济发展的强大动力，而火力发电占据了电力生产的重要部分。锅炉作为火力发电厂的三大机组之一，其安全性和稳定性对电力生产的影响极大。电站锅炉中的“四管”，即过热器管、再热器管、省煤器管和水冷壁管，由于积灰、腐蚀及磨损泄露爆管而引起的事故也是电厂生产中的主要隐患之一。特别是水冷壁管，由于数量多、面积大，在燃用高硫质煤时，可能受到严重的高温腐蚀而影响机组的安全运行。据1992年火电设备事故统计数据，当年锅炉事故占全部发电事故的35.3%，而锅炉四管爆管事故占到了全部锅炉事故的64.2%，其中水冷壁的占27.8%。 近年来，随着锅炉向大容量高参数方向的发展，锅炉水冷壁温度相应提高，锅炉水冷壁高温腐蚀现象越来越多，对锅炉机组的安全经济运行构成了严重的威胁。因此研究高温腐蚀的机理和类型，分析高温腐蚀的原因，寻找预防和解决锅炉水冷壁高温腐蚀情况的对策是一项刻不容缓的任务。 随着电站锅炉燃煤总体品位的下降和运行条件不断的变化，锅炉受热面产生了磨损、积灰、结渣、腐蚀等一系列问题。目前对设备构成危害较大的有结渣、高温腐蚀和低温受热面的磨损。许多机组都不同程度地存在着高温腐蚀现象，并因高温腐蚀发生爆管事故。爆管事故的不断发生严重影响了锅炉机组的安全稳定运行，使设备检修工作和检修费用大大增加，有时甚至造成设备的严重损坏和人员伤亡。因此本文将对高温腐蚀形成的机理、原因和如何防范进行探讨。通过查看了大港发电厂二期工程两台2328.5MW燃煤机组锅炉（意大利FRANCO.TOSI锅炉厂按美国CE技术许可证制造的亚临界控制循环锅炉）以及300MW电站锅炉（采用美国CE公司的引进技术制造,为亚临界压力一次中间再热自然循环锅炉），发现高温腐蚀现象在贫煤锅炉上较为常见，其腐蚀速度有的高达2.5mm/a以上，且多发生在燃烧器区域附近。第二章 锅炉水冷壁结构及高温腐蚀的原因2.1 锅炉水冷壁 水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。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。 敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度,保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有4050甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。2.2水冷壁分类2.2.1光管式水冷壁 由一般的锅炉钢管组成。管子排列越密对炉墙保护效果越好。炉墙广泛采用轻质耐火材料和保温材料。这些材料可以砌成炉墙，也可敷设在水冷壁上成为敷管式炉墙以便于安装。图2-1 光管式水冷壁2.1.2膜式水冷壁 膜式水冷壁有两种形式，一种是用轧制成型的鳍片管焊成，另一种是在广管之间焊扁钢而形成。 主要优点： 膜式水冷壁将炉膛严密地包围起来，充分地保护着炉墙，因而炉墙只需敷上保温材料及密封涂料，而不用耐火材料，所以,简化了炉墙结构，减轻了锅炉总重量；炉膛气密性好，漏风少，减少了排烟热损失，提高了锅炉热效率；易于制成水冷壁的大组合件，因此，安装快速方便图 2-2 膜式水冷壁结构2.2 材料 一般用碳素钢。锅炉压力在14兆帕以上时也有部分用合金钢的。管子外径：自然循环锅炉一般用5183毫米；多次强制循环锅炉和直流锅炉一般用2260毫米。直流锅炉的水冷壁不像自然循环锅炉那样一定是直立式的，也可以是水平围绕或其他形式的。参数高时，尤其在直流锅炉中，为了在炉膛高热负荷区防止传热恶化,常采用内螺纹管或在管内装设扰流子。2.3作用(1)水冷壁是吸收燃料室火焰的高温辐射热，使进入水冷壁的水蒸发成饱和蒸汽。(2)保护炉墙。水冷壁是四周敷设，隔开燃烧室与炉墙、防止炉墙被烧坏，同时防止炉墙结焦以及焦渣对炉墙的危害。(3)简化炉墙结构，便于安装。2.4 锅炉水冷壁高温腐蚀原因 水冷壁高温腐蚀的原因非常复杂。总体来说，与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量及烟气与灰分颗粒的冲蚀等有关。有研究认为，影响水冷壁高温腐蚀的最主要因素是水冷壁附近的烟气成分和管壁温度。参与高温腐蚀的主要是燃烧中产生的SO2、SO3、H2S、HCl、碱金属盐及钒盐等，是多种化学物在各温度下对管壁共同进行的复杂的动态腐蚀过程。要确定大型锅炉炉内水冷壁是否发生了高温腐蚀，可以通过壁厚检查及运行时的壁面气氛试验来确定。第三章 锅炉水冷壁高温腐蚀类型及机理 高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程，其通常发生在锅炉水冷壁、过热器及再热器区域，以水冷壁区域最为常见。水冷壁区域的高温腐蚀通常集中在燃烧器附近。当水冷壁上有一定的结垢物，并且处在还原性气氛中，管壁温度相当高时，就会发生水冷壁管外腐蚀。在燃煤锅炉中，主要有三种高温腐蚀类型：硫酸盐型、氯化物型及硫化物型，还有由还原性气氛引起的高温腐蚀。水冷壁高温腐蚀通常是这几种腐蚀类型复合作用的结果。3.1影响锅炉受热面积灰的因素 受热面温度的影响，当受热面温度太低时，烟气中的水蒸气或硫酸蒸汽在受热面上发生凝结，将会使飞灰粘在受热面上。烟气流速的影响;如果烟气流速过低，很容易发生受热面堵灰，但流速过高，受热面磨损严重。飞灰颗粒大小的影响：飞灰颗粒越小，则相对表面积越大，也就越容易被吸附到金属表面上。气流工况和管子排列方式的影响：当速度增加，错列管束气流扰动大，管子上的松散积灰易被吹走，错列管子纵向节距越小，气流扰动大，气流冲刷作用越强，管子积灰也就越少，相反，顺列管束中，除第一排管子外，均会发生严重积灰。3.2 硫化物型高温腐蚀的机理当水冷管壁附近氧量较低,并存在H,S 气体时, 就会发生硫化物腐蚀。一般燃煤中夹杂了黄铁矿石, 在燃烧过程中,黄铁矿会随灰粒和未燃尽的煤粉一起冲刷管壁,破坏其表面的保护膜并黏结在管壁上, 经火焰加热分解: FeS-FeS+S (3-1)此外,当管壁附近存在H:S和SO2时也可能生成S:H2S+SO22H2O +3S (3-2)在还原性气氛中,由于缺氧,硫可单独存在,当管壁温度达N35o 时,硫与金属铁会发生反应: Fe+S+FeS (3-3)所产生的硫化亚铁会缓慢氧化: 3FeS+502-Fe3O4+3SO2 (3-4)生成比较松散容易脱落的 Fe,O ,使管壁表面难以形成致密牢固的保护膜,容易受到再次腐蚀。 3.3 硫酸盐型高温腐蚀的机理水冷壁在正常情况下表面会形成一层由极细灰粒与铁锈组成的保护膜。在火焰高温作用下燃料灰渣中的钠盐和钾盐会分解生成金属氧化物M,O (M代表 Na、K)并凝结在管壁上。如果周围烟气中含有 SO ,则会反应生成硫酸盐M SO 并黏结在管壁表面成釉瓷状渣膜,与管子表面的氧化铁反应生成焦性硫酸盐。随着硫酸盐层增厚,热阻增大,表面温度升高,硫酸盐分解放出SO ,所放出的SO 及烟气中的 SO 会通过疏松的渣层向内扩散,发生如下反应: 3M2SO4+Fe2O3+3SO32M3Fe(SO4)3 (3-5)随着管壁表面的 Fe O 铁锈层被破坏,而M Fe(SO ) 在高温条件下就会熔化分解,进一步的氧化会使金属耗损。此时铁的腐蚀为 MFe(SO4)3一Fe2O3+3SO2+3M2SO4 (3-6)由此产生了循环效果的腐蚀。 3.4氯化物型高温腐蚀机理 这类腐蚀主要是由于HCl气体对锅炉水冷壁管的作用，根源在于燃煤中的NaCl等含氯化合物。在炉膛的高温环境下，熔点较低的NaCl很快蒸发形成NaCl蒸气，并易于与H2O、SO2、SO3反应，生成Na2SO4及HCl气体。在水冷壁上凝结的NaCl在继续硫酸盐化的同时还生产HCl使得沉积层中HCl浓度远大于烟气中的HCl浓度，使得Fe2O3氧化物保护膜被破坏，这种破坏在H2和CO等还原性气体存在的环境下更严重。第四章 锅炉水冷壁高温腐蚀的应对措施 由于水冷壁高温腐蚀最主要的因素是其附近的烟气成分及管壁温度，一方面需要防止热力系统的腐蚀，另一方面要设法抑制腐蚀物质的产生，防止腐蚀条件形成。例如，降低燃煤中的含硫量及设法抑制水冷壁壁面区域还原性气氛的产生等，都对预防和降低水冷壁高温腐蚀有一定的效果。4.1选用含硫量低的燃煤，并严格控制煤粉的粒度 选用含硫量低的燃煤对于缓解水冷壁腐蚀非常有效，但在我国的可行性较差。当煤粉颗粒较大时，容易造成未燃烧颗粒对水冷壁的冲刷及贴壁燃烧，使得水冷壁磨损，并在壁面附近形成还原性气氛，从而引起高温腐蚀。若严格控制煤粉粒度，可在一定程度上减缓高温腐蚀的发生。4.2控制供水品质 保障锅炉有较好的供水品质可以有效避免管内结垢、减少热阻，从而防止水冷壁管壁温度过高，以预防高温腐蚀的发生。4.3更换水冷壁管材质，采用渗铝管防腐蚀技术 渗铝管可以抗高温腐蚀，还能抗高温氧化及耐烟气中飞灰的冲刷磨损。在很多电厂的使用实践证明，渗铝管确实能够减缓高温腐蚀，延长水冷壁管的安全运行寿命。国内外应用较多的是20号碳钢渗铝管。4.4使用高温喷涂防腐防磨技术，在表面涂防蚀防蚀合金等物质 在水冷壁易发生腐蚀的区域喷刷防蚀涂料、喷涂防蚀耐磨合金，可有效预防水冷壁高温腐蚀。国内早已广泛采用的铁铬铝合金丝及高铬镍合金丝的技术水平及成本都完全能满足预防水冷壁高温腐蚀的需要。4.5改造锅炉燃烧设备 这是普遍采用的一项措施，主要是通过改善锅炉燃烧的空气动力学工况，以使炉内煤尽快着火并完全燃烧，以避免在水冷壁附近形成还原性气氛及减少未燃颗粒直接冲刷水冷壁。在不堵管的前提下，尽量降低一次风压并提高二次风压可以做到这一点，目前比较成熟的技术有浓淡风燃烧技术、多切圆燃烧技术等。4.6加强对操作人员的培养，提高安全运行意识 客观因素如锅炉长时间的超负荷运行所引发的高温腐蚀等不受人为控制，而主观因素则是人为造成的，并且可以控制的。通过加强对锅炉操作运行人员的职业技能及职业素养的培养，可以有效提高他们对高温腐蚀问题的认识，从而很好的避免由于操作不当等人为因素造成的高温腐蚀，可以有效提高锅炉运行的安全性及经济性。 水冷壁高温腐蚀是电厂锅炉运行中普遍存在的一个问题，严重影响锅炉的安全运行。要解决这个问题，必须认真分析锅炉具体的腐蚀类型及原因机理等，采取主动预防措施，并不断研究新技术，发展新材料，以适应生产发展需要。但无论采用哪种方法与技术，都必须进行经济技术可行性分析，以保障电厂锅炉的安全经济运行，推动电厂更好的发展。结束语意外的爆管使电厂投入了大量的人力、物力和维修费用，防患于未然才是最好的办法。清楚了水冷壁管高温腐蚀产生的原因，就可以采用有效的方法来防范，常用的方法有两种，即非表面防护方法和表面防护方法。 非表面防护法有：1.采用低氧燃烧技术；2.确保水质；3.合理配风；4.避免出现受热面壁温局部过热；5.加添加剂；6.控制合理的炉膛出口烟温；7.对受热面的设计布置合理，以避开高烟温区和高壁温区的出现；8.对已腐蚀区加炉衬防护。 对受腐蚀的构件表面覆盖耐腐蚀的隔离层，是最直接有效的防腐措施，属于高温腐蚀的表面防护方法，主要有： 1.涂刷法：涂刷的涂层塑性、热膨胀性等不能适应锅炉内环境及脱硫装置，使用中易产生脱层，不利于实际应用。 2.电镀、热渗镀;镀层的覆盖性、结合度较好，但受工件尺寸限制，镀件在现场拼焊中，镀层也会出现薄弱环节，降低使用性能。 3.热喷涂：适合现场操作，涂层材料选择范围宽，组合方式多，能提供多种性能涂层，对已有设备的未防护部分进行追加防护，对防护部分进行再次防护。致 谢 在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师李凡的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，李老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了李老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是她广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还得到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！参考文献1姚斌，曾汉才，焦庆丰大型锅炉水冷壁高温腐蚀分析及改进措施华中科技大学学报（自然科学版），2004；32（3）：20-222周松，陈本荣，等火电厂锅炉水冷壁管的防腐防磨治理中国表面工程，2003；（1）：46-50。3许传凯，袁颖大型燃煤电厂锅炉运行现状分析中国电力，2003；36（1）：1-54陈琪解决电站锅炉水冷壁高温腐蚀问题的试验研究华北电力大学，北京：5张翔，邵国桢大型锅炉水冷壁高温腐蚀探讨锅炉技术，2002；33（8）：9-156罗伟光，史青玉，等火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护电力建设，2000；（11）：57-6015