高温腐蚀原理读书报告.docVIP

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高温腐蚀原理读书报告

火力发电厂锅炉受热面高温腐蚀原理及因素分析 1、绪论 燃煤电站锅炉受热面的高温腐蚀现象普遍存在。国外早在20世纪40年代就提出了高压大容量锅炉水冷壁管的高温腐蚀问题,并进行了分析和试验研究。水冷壁、过热器、再热器等高温受热面,常常因高温氧化、腐蚀而早期失效。随着大容量、高参数锅炉的应用,这种高温腐蚀现象更加明显,严重地影响着电厂的安全运行,是造成发电机组非正常停机的一个重要因素。 对于燃煤电站锅炉的高温腐蚀问题,长期以来,国内外进行了大量的试验研究工作,并普遍认为,高温腐蚀主要是煤中硫和氯的腐蚀行为。硫主要是以硫酸盐为主要成分的熔盐腐蚀和H2S及硫氧化物造成的气态腐蚀,氯主要是以HCl造成的气态腐蚀。在煤粉锅炉中,高温腐蚀主要有三种:硫酸盐型、氯化物型和硫化物型。硫酸盐型主要发生在高温受热面上,如锅炉的过热器和再热器上;氯化物主要发生在小型锅炉的过热器上和大型锅炉燃烧器区域的水冷壁上;硫化物型腐蚀大多发生在炉膛水冷壁上。 2、高温腐蚀的机理 水冷壁上产生的高温腐蚀主要有硫酸盐型和硫化物型两种。此外炉内SO3、 H2S和HCl等气体也会对水冷壁产生高温腐蚀。 2.1硫酸盐型高温腐蚀 这种腐蚀过程可以分为五步来说明: 第一步:受热面生成一层薄的氧化铁(Fe2O3)铁锈和极细灰粒的沾污层,其厚度是有限的,实际上是金属的保护膜。 第二步:在火焰高温作用下而升华的碱土金属氧化物(如Na2O和K2O等),冷凝在管壁的沾污层上,如果周围烟气中有SO3,则会发生反应形成硫酸盐。 Na2O+SO3→Na2SO4 K2O+SO3→K2SO4 第三步:硫酸盐层增加,热阻加大,表面温度升高而开始发粘、熔化并开始粘结飞灰,形成疏松的渣层,硫酸盐熔化时会放出SO3。 第四步:所放出的SO3及烟气中的SO3会通过疏松的渣层向内扩散,并产 下反应。 3K2SO4+Fe2O3+3SO3→2K3Fe(SO4)3 管壁Fe2O3铁锈层被破坏,而K3Fe(SO4)3,在584℃下就会熔化,进一步氧而使金属耗损。Na2SO4或K2SO4的循环作用使腐蚀不断进行。 l0Fe+2Na3Fe(SO4)3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4 第五步:运行中因清灰或灰渣过厚而脱落,使K3Fe(SO4)3等暴露在火炬高温辐射下,产生如下反应。 K3Fe(SO4)3→K2SO4+Fe2O3+SO3↑ Na3Fe(SO4)3→Na2SO4+Fe2O3+SO3↑ 出现了新的碱土金属硫酸盐层,在SO3的作用下,不断使管壁受到腐蚀。2.2 硫化物型高温腐蚀 当管壁附近氧量不够,存在着还原性气氛,并出现有H2S气体时,就会产生硫化物腐蚀。这种腐蚀过程可以分为三步来说明。 第一步:燃料中的黄铁矿(FeS2)随灰粒和未燃尽煤粉一起冲到管壁上,受热分解出自由原子硫和硫化亚铁,此外,当管壁附近存在H2S和SO2时也可能生成[S]。 FeS2→FeS+[S] 2H2S+SO2→2H2O+3[S] 第二步:在还原性气氛中,由于缺氧,原子硫有可能单独存在,当管壁温度达350℃时,就发生如下反应。 Fe+[S]→FeS 第三步:硫化亚铁进行缓慢氧化而生成黑色磁性氧化铁Fe3O4,这一过程使管壁受到腐蚀。 3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2 2.3 气体腐蚀 2.3.1 SO2、SO3的生成及腐蚀 SO2和SO3的存在除能促使硫酸盐型和硫化物型腐蚀发生外,其本身也会直接对水冷壁产生腐蚀作用。煤中的黄铁矿FeS2和有机硫化合物RS燃烧生成SO2。 4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2 RS+O2→SO2 有可能通过下列途径在炉内生成SO3。 (1)在高温下,生成的SO2与自由氧原子反应生成SO3。 SO2+[O]→SO3 原子氧可以由三种方式生成:氧气在炉内高温离解、在受热面表面催化离解或在燃烧过程中按下列反应生成。 CO+O2→CO2+[O] H2+O2→H2O+[O] 所以炉内火焰温度越高,过量空气越大,[O]分解越多,生成SO3量增加。在低氧量下运行时SO3在烟气中含量会降低。 (2)催化反应生成。当高温烟气流过水冷壁积灰层时,由于灰中五氧化二钒和氧化铁的催化作用,使烟气中SO2转化成SO3。 催化反应按下列过程进行: V2O5+SO2→V2O4+SO3 2SO2+O2+V2O4→2VOSO4 2VOSO4→V2O5+SO3+SO2 试验表明,催化作用的温度范围为425~625℃,在550℃时达到最大值。 (3)煤中碱土金属硫酸盐(CaSO4和少量MgSO4)热解产生SO3。 CaSO3→CaO+SO3 热解过程开始于1000℃,在1400~1500℃以上反应强度激升。硫酸盐生 成SO3的数量不多,是一个次要因素。 三氧化硫气体可以穿过灰层直接与壁面的氧化铁膜反应生成硫酸铁。硫酸铁与氧化铁

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