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    水泥窯余熱鍋爐的安全運行及預防措施

    文章作者:藝能鍋爐   發布時間:2019-01-23
    水泥窯余熱鍋爐受熱面在周圍介質(空氣、煙氣、鍋爐水、水蒸氣等)的作用下,發生化學或電化學反應而引起金屬破壞的現象稱為腐蝕
    水泥窯余熱鍋爐受熱面在周圍介質(空氣、煙氣、鍋爐水、水蒸氣等)的作用下,發生化學或電化學反應而引起金屬破壞的現象稱為腐蝕。腐蝕一旦發生,對余熱鍋爐的運行危害。余熱鍋爐作為水泥行業節能降耗的動力設備,其所使用的熱源以水泥窯鍛燒排出的余熱煙氣為主。許多水泥窯生產線和余熱鍋爐同步建設使用,余熱鍋爐的設計煙氣參數采用的是水泥窯設計時的產量煙氣參數。
    目前大部分水泥窯在投入運行后,其實際產能遠遠大于設計值。受水泥窯產能大幅度提高的影響,余熱鍋爐的進風煙氣溫度也會發生變化,這樣就造成余熱鍋爐煙氣溫度偏離了設計值。通常窯頭余熱鍋爐溫度會高于設計值,而窯尾余熱鍋爐溫度則隨著投料量的增加而逐漸降低。由于鍋爐運行參數偏離設計值運行,許多水泥企業出現窯頭余熱鍋爐高溫煙風磨損和窯尾余熱鍋爐低溫含氧腐蝕損壞的案例,影響到企業的正常生產,運行成本也有所增加。
    (1)氧腐蝕:在氣水系統中,較易發生的金屬腐蝕是鋼材受到水中溶解氧的腐蝕。鐵受水中溶解氧的腐蝕,是一種電化學腐蝕,鐵與氧形成兩個電極,組成腐蝕電池,鐵的電極電位總是比氧的電極電位低,所以在鐵氧腐蝕電池中鐵是陽極。此外,氧還能將溶于水中的Fe(OH)z氧 化,生成Fe(OH)2沉淀,從而加快腐蝕。其特征是,在表面形成許多小型鼓包,其直徑自1~30mm不等,這種腐蝕為潰瘍腐蝕。
    (2)酸腐蝕:鍋爐金屬的酸腐蝕是指由H+引起的腐蝕。某些物質隨給水帶入鍋爐內,在鍋爐內分 解、降解和水解時,就有可能產生酸性物質,如水中碳酸鹽、有機物等都可能引起酸性腐蝕,酸腐蝕主要是二氧 化碳腐蝕。
    鍋爐給水系統中的碳酸鹽進入鍋爐后,會發生熱分 解,放出CO2。 CO2對鋼鐵的腐蝕一般為均勻腐蝕,使金屬均勻地變薄。因為CO2對鋼鐵的腐蝕產物是可溶性的金屬碳酸氫鹽,可溶于水,所以在金屬表面上沒有腐蝕產物積累,而且隨著H+的消耗,弱酸( H2CO3)繼續進行電離,補充水中消耗的H+,這些都有利于產生均勻腐蝕。因為窯尾余熱鍋爐的水處理通常是通過軟化和鍋爐內藥劑處理,給水和鍋爐水中pH值足夠大,有很強的緩沖能力,一般不會發生CO2的酸性腐蝕。
    (3)水蒸氣腐蝕:是指高度過熱的蒸氣,與鋼鐵發生化學反應而引起的一種化學腐蝕,這種腐蝕大多在過熱器中發生。
    (4)應力腐蝕:鍋爐金屬的應力腐蝕是指金屬在應力和腐蝕性介質的共同作用下產生的一種腐蝕形式,它通常包括應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞和苛性脆化等。該腐蝕多發生在焊縫或焊接熱影響區。
    (5)沉淀物下腐蝕:正常的運行情況下,鍋爐水的pH值在9一11左右,這時在金屬的表面上會形成一層很致密的FesOa保護膜,不會發生嚴重的腐蝕現象。但是當鍋爐受熱面上有沉積物存在時,由于傳熱不良,沉淀物下的金屬壁溫升高,鍋爐水蒸發濃縮,從而產生酸性腐蝕、堿性腐蝕和電化學腐蝕,統稱為沉淀物下腐蝕。當鍋爐水pH值低于8時,pH越小,腐蝕越快。由于H+起到去極化作用,而且反應產物都是易溶的,不易形成保護膜。當鍋爐水pH值高于13時,pH越大,腐蝕越快。
    在正常運行條件下,鍋爐水的pH值經常能保持在正常的9~11之間,一旦金屬表面結垢,出現沉積物,沉積物下的鍋爐水在高溫下高度濃縮,從而具備很強的腐蝕性,使鍋爐金屬遭到侵蝕。
    根據前述5種常見鍋爐腐蝕,分析窯尾余熱鍋爐發生腐蝕的原因,第 一個可以排除的是應力腐蝕,發生腐蝕的位置并不是集中在焊縫處。個可以排除的是水蒸氣腐蝕,腐蝕位置也并非發生在過熱器。第三個可以排除酸腐蝕的可能性,因為鍋爐水pH值在10~11之間,而且pH值是一個容易測量且不容易測量出錯的數值。另外,酸腐蝕一旦發生,窯頭鍋爐也不會幸免。因此,氧腐蝕和沉淀物下腐蝕是導致窯尾余熱鍋爐發生腐蝕的兩個可能因素。從腐蝕的形態來看,氧腐蝕比較相符。
    當然,發生氧腐蝕的較根本原因還是氧元素溶解入鍋爐水中所致,那么會有一個疑問,為什么窯尾余熱鍋爐發生了腐蝕,而窯頭余熱鍋爐并未發生同樣的腐蝕。這與鍋爐的結構和運行參數有關系,窯尾余熱鍋爐是光管結構,在窯產量提升后,煙氣運行的溫度,由原設計參數330℃降到275~290℃,長期運行。該運行溫度遠偏離設計值。由于光管沒有受熱面加強傳熱且溫度值偏低,則管內氣水轉化速度較設計溫度低很多。而窯頭鍋爐為翅片管結構,煙氣運行溫度為450℃左右,其換熱面有翅片強化傳熱,因此汽化速度較窯尾余熱鍋爐高很多。另外,余熱鍋爐給水不可能100%完全除氧,對于水氣滯留的位置氧腐蝕更容易發生,所以氧腐蝕發生在窯尾余熱鍋爐,而不會發生在窯頭余熱鍋爐的現象是成立的。
    窯尾余熱鍋爐管束長時間低于設計煙風溫度運行(設計煙溫330℃,實際煙風溫度285℃ ),致使管束循環流速長期低于設計值,管束內壁由于水氣滯留,氧腐蝕嚴重,造成多次泄漏。經與設計院、鍋爐廠溝通,為保證窯尾余熱鍋爐運行及發電量正常,需對該爐管束重新設計改造。
    窯尾余熱鍋爐蒸發器共五層,由上向下排序為1,2,3,4,5層。為了加快管束內的氣水循環,其中第 一層原設計較上部一排管束帶有傾角。因為管束內的水循環速度由5層到1層依次遞減,所以第 一層的循環速度較慢。再加上SP爐入口溫度在285℃左右,遠遠低于設計值330℃,使循環速度進一步降低,造成管束內壁由于水氣滯留,氧腐蝕嚴重。為了避免水氣滯留造成氧腐蝕,對鍋爐2,3層重新按照1層方式設計,較上部一排管束帶有傾角。而4,5層管束循環流速很高,無需改變原設計。
    由于余熱鍋爐運行環境特殊,溫度、壓力以及腐蝕性介質使其相應部件具備產生多種腐蝕的條件。除低溫腐蝕外,還有氣水腐蝕、溶解氧腐蝕、氫腐蝕、游離CO2腐蝕、沉積物垢下腐蝕、灰垢腐蝕、應力腐蝕等。只有充分認識產生這些腐蝕的原因,才能采取的預防措施,使鍋爐免遭腐蝕破壞。鍋爐的腐蝕往往是一種綜合性的問題,多種腐蝕同時出現,可相互促進,也可互為因果。因此,在采取預防措施前需要系統地分析腐蝕原因,進行綜合治理。
     
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