低氮燃烧模式下燃煤锅炉水冷壁沉积物与腐蚀层成分分析

低氮燃烧改造后煤粉炉内最上层燃烧器同燃尽风喷口之间区域水冷壁附近的还原性气氛变强,管壁发生硫化型高温腐蚀的风险骤增。以一台330 MW四角切圆煤粉锅炉为对象,取样收集炉内多处水冷壁区域进行了灰渣与腐蚀层元素与矿物相表征,分析炉内水冷壁结焦的原因以及管壁高温腐蚀机制。结果表明,不同位置水冷壁所黏附熔渣中Si和Al元素均主要以莫来石(Al_(6)Si_(2)O_(13))和硅线石(Al_(2)SiO_(5))形式存在,提高了灰颗粒的熔融温度;而Fe元素主要以Fe_(2)O_(3)存在,其富集度显著高于碱金属或碱土金属。B层和F层燃烧器水冷壁所在高度区域黏附层状沉积物中高度富集S、Zn元素及少量Pb元素,Zn元素质量分数高达20%,主要以PbS、ZnS和ZnAl_(1.04)S_(2.13)的形式存在。F层燃烧器高度收集灰渣表面所附着的浮灰中仍含有约7%未燃尽碳,说明该区域旋转气流存在刷墙行为;灰样由Si、Al、Fe、C、S和Zn元素构成,主要以莫来石、赤铁矿、硫化物形式存在。管壁硫化氢腐蚀层以Fe_(1-x)S、Fe_(7)S_(8)、Fe_(9)S_(10)和Fe_(3)O_(4)为主,还含有少量PbS和PbO_(1.57)。腐蚀层中Fe_(1-x)S存在多种晶型结构,可能源于当地不同的H_(2)S分压和温度。黏附灰渣中的含Zn和Pb组分主要通过气化-冷凝和所黏附未燃尽碳颗粒释放析出2种方式富集,而富硅铝酸盐和富铁颗粒则主要是通过惯性撞击和热泳沉积的方式发生黏附。

某330MW燃煤锅炉低温过热器积灰行为分析

换热器积灰显著影响其换热效率。本文对某330 MW燃煤机组低温过热器管壁表面积灰层进行了收集,采用X射线荧光、X射线衍射、热重分析和粒径分析对收集样品的元素含量、矿物相、失重特性和粒径范围进行了详细表征,重点讨论现场积灰层的颜色变化原因、灰颗粒粘附与沉积行为。结果表明:积灰样品主要由Si、Al、Fe、S和O元素组成,它们以莫来石(Al_(6)Si_(2)O_(13))、铁堇青石(Fe_(2)Al_(4)Si_(5)O_(18))、Fe_(2)O_(3)、SiO_(2)、Fe(OH)_(2)·2Fe_(2)(SO_(4))3·20H_(2)O和FeSO_(4)·Fe_(2)(SO_(4))_(3)·22H_(2)O的形式存在,还包括少量硫酸钙和亚硫酸钙。富集硫酸盐的积灰层具有强吸湿性,105℃烘干后浅黄色消失,480℃灼烧后变为褐色,继续灼烧至1000℃时失重率高达37.5%,其烧失量主要来自于外在水、结晶水失去和硫酸盐的分解。积灰样品的粒径呈三峰分布,各峰值所对应的颗粒粒径分别为10.6μm、35.4μm和183μm。

劣质烟煤低氮燃烧模式下水冷壁高温腐蚀与硫化物沉积形成分析

大型燃煤机组超低排放改造中普遍采用炉内空气分级燃烧+低氮燃烧器改造技术,以显著降低炉内氮氧化物的生成。但随着入炉煤品质不断变差,煤中灰分与硫含量偏高,严重偏离设计煤种,低氮燃烧模式下水冷壁发生结焦与高温腐蚀的风险骤增。对某台330MW热电机组炉内分离燃尽风(seperated over fire air, SOFA)喷口与F层燃烧器之间水冷壁管表面的腐蚀层与沉积层样品进行了收集,发现管壁粘附的沉积物呈层状结构,物理剥离各层后分别进行了元素含量测定和矿物相表征,以及腐蚀层的形貌与元素能谱分析。结果表明:腐蚀层主要为多种铁的硫化物与氧化物和PbS,还含有少量As、Ge、Ga、Se和Zn等元素;水冷壁管沉积物内层和中层富集Fe、S、Pb和Zn元素,主要以FeS、FeS2、PbS,ZnS和ZnAl1.04S2.13形式存在,但Pb仅在内层富集;外层以硅铝酸盐、铝酸盐为主,含有少量硫化物。结合热力学计算可知,沉积层中Pb和Zn元素的富集,主要源于烟煤燃烧中析出的气态含Pb和Zn组分同H2S反应生成的,它们主要以冷凝和热泳沉积的方式到达壁面。沉积物中Zn和Pb富集量约是煤中Zn和Pb含量的3~4个数量级,可以用于评估炉内水冷壁管材硫化物的腐蚀程度。