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声波吹灰器积灰区域灰份形成机理

2021-03-01 11:23

锅炉形成积灰、结渣的原因非常复杂,一般认为燃料成分及其特性、炉内温度分布、炉内流场等是积灰和结渣产生的主要因素。

1.灰粒向受热面沉积的作用力

1)机械网罗作用:管壁表面具有一定的粗糙度,对于3-5μm的灰粒,靠机械作用被毛刺拉住,沉积在管壁上。

2)分子间的吸引力:微小的灰粒具有较大的表面积,亦即具有较大的表面能,当小于3 -5μm的灰粒接近管壁时,灰粒与管壁之间的分子吸引力大于灰粒本身的重量,灰粒被吸附在管壁上。

3)热泳力作用:在有温度梯度的流场中,使颗粒由高温区向低温区运动的力称为热泳力。烟气温度高于管壁温度,飞灰粒子由于受到高温侧速度较高的气体分子碰撞比低温侧来的多而引起的热压力向壁面运动,直径0.5-5μm的飞灰易被沉积在管壁上。

4)静电吸引力:烟气中的飞灰由于碰撞、摩擦等作用而带上电荷,带电灰粒碰到管壁时因静电吸引力吸附在管壁上,对于20-30μm的灰粒,静电力大于本身重力被吸附在管壁上。

5)涡流作用:由于烟气流的流体动力特性为层流状态,流过金属管壁是在其背风面形成漩涡风,较大的粒子飞灰惯性大,不易被卷进去,而小于30μm的小颗粒随气流卷入涡流区,在管壁上沉积下来。

2.积灰种类及成因

1)干燥松散性积灰

干燥松散型积灰在炉内所占比例最大,可达到60%以上。

干燥松散型积灰形成机理:在尾部烟道中烟气温度已经低于600-700,烟气中已没有熔化的灰粒子,金属氧化物的蒸汽也已凝结,所以这部分受热面大多属干燥松散型积灰。进入尾部烟道的飞灰具有不同的颗粒尺寸,一般都小于200μm,大多数是直径小于30μm的灰粒,这些灰粒在涡流作用、机械力、分子间作用力、热泳力、静电力等作用下的物理沉积,以涡流作用形成积灰为主。而对于大于30μm的粒子因为惯性大,不易沉积。

干燥松散型积灰形成的部位:积灰多形成在管子的背风面。在管子的迎风面及两侧因为受到大粒子的冲击,则很少沉积。

影响干燥松散型积灰的因素:主要有温度、烟气的流速、管子直径、管束排列方式和节距等。烟气流速高,冲刷作用大,积灰少;管子直径小,积灰小;管束错列排列,积灰少;管子节距小,积灰少。另外积灰的程度还与飞灰的粒度有关系,若飞灰中粗灰少、细灰多,则因冲刷作用减弱而积灰就多,对于燃油、燃气锅炉因粗硬灰粒子少、细灰粒子多,就属于这种情况。

2)弱和中等粘性积灰

弱和中等粘性积灰形成机理:当受热面壁温接近或低于烟气露点时,烟气中的硫酸蒸气将在管壁面凝结并对管壁面产生腐蚀;同时烟气中的飞灰极易被酸液粘结而沉积在壁面上,积灰中的金属氧化物与酸液反应生成水硬性硫酸盐,引起积灰硬化,形成很难清除的低温粘结灰,这种积灰发生在壁温最低的空器预热器低温段。在低于烟气露点20-45℃的管壁上腐蚀最快。

烟气露点:烟气中水蒸气含量一般为10%-15%,纯水蒸气的露点为45-54℃。当燃料中含硫时,在燃烧过程中会生成一定数量的三氧化硫,当烟温低于200℃时,三氧化硫会与水蒸气结和生成硫酸蒸汽。硫酸的凝结温度比水高很多,如果烟气中含有少量的硫酸蒸汽,露点温度就显著升高。烟气中的三氧化硫含量越高,硫酸蒸汽的含量越高,烟气的露点也越高,管壁的低温腐蚀也越高。

烟气中水蒸气含量10%,硫酸蒸汽的含量15ppm、温度为137℃时,硫酸蒸汽开始冷凝,此温度称为硫酸蒸汽的热力学露点,也就是所谓的烟气露点。一般情况下,烟气中水蒸气含量10%,硫酸蒸汽的含量5-50ppm时,烟气露点为129-149℃。

燃煤锅炉比燃油锅炉三氧化硫含量低,所以燃油锅炉的露点更高,更易发生低温腐蚀。

3)高温粘结性积灰

在炉膛上部、水平烟道、高温对流段的受热面上,正常运行时该处的烟气温度约为700-1100℃,当燃烧的燃料(煤、重油)中含钠、钾、硅、钙、钒、磷等金属元素,在燃烧过程中升华的金属元素氧化物尚呈气态,当遇到温度稍低的受热面管壁时发生凝结,形成白色薄灰层。冷凝在管壁上的金属氧化物与烟气中的三氧化硫反应生成硫酸盐,然后在与飞灰中的氧化铁、氧化铝等反应生成复合硫酸盐,这种复合硫酸盐在500-800℃这个范围内呈熔融状态并有粘性,会扑捉飞灰继续型成粘结物,使灰层迅速加厚。当燃料中硫和金属元素高的情况下易发生这种积灰。

高温粘结性积灰在管束上的位置:此种积灰不仅在管子背风面形成,而且更多地在迎风面上形成。因为积灰具有粘性,当飞灰冲刷作用不够强时,管子的迎风面也能大量的粘结飞灰,而且具有无限增长性。

一般情况下,这个部位布置的热交换器为高温过热器和高温再热器,因此在高温过热器和再热器部位的积灰通常为高温粘结性积灰。

4)结渣

在锅炉炉膛、炉膛出口处,温度很高,特别是火焰中心的温度高达1400-1600℃。灰粒子呈熔融状态或者半熔融状态,具有很高地粘性,在随烟气流动过程中遇到温度低于烟气的受热面或炉墙时,迅速冷却凝结其上。初期主要是因为扩散的作用,形成薄薄的一层积灰;随时间的增加,在迎烟侧由粒子碰撞形成几毫米厚的积灰,这层中的粒子由于表面粘性而彼此结合;随着积灰层的变厚,积灰表面的温度升高到接近烟气温度时,并在熔融金属元素的作用下,积灰呈熔融相,扑捉大量撞击其上的粒子,与他们牢固的结合在一起,并渐渐烧结。烟气中的灰粒不断地粘聚上去,热阻增大,冷却恶化,以至仅仅灰层表面成为流动渣,烟气中的灰粒不断地扑向渣膜,使流动性降低,导致渣层增厚,最终成为大块结渣。

结渣形成的部位:在炉膛布置的水冷壁、辐射管及炉膛出口处的高温过热器的前部易形成结渣。