[發明專利]一種減緩旋流對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410675467.6
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104456538A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 姜波;王家新;劉福國;劉科
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;山東電力研究院
• 主分類號: F23C7/00
• 分類號: F23C7/00;F23M5/08;F23N3/00;F22B35/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及電力、煤炭等技術領域，尤其是一種減緩旋流對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕的裝置及方法。

背景技術

電力工業是社會經濟發展的重要保障，隨著經濟規模的不斷擴大，超臨界和超超臨界機組的應用日益增多，電站鍋爐向大容量高參數發展，鍋爐水冷壁溫度相應提高,水冷壁管高溫腐蝕現象更加嚴重，由此引起的鍋爐水冷壁爆管等事故的可能性顯著增加，給電廠和電網的安全運行構成了嚴重的威脅。在近期投產的大容量的超臨界、超超臨界鍋爐中相當一部分采用旋流對沖燃燒方式。隨著運行時間的不斷積累，一部分鍋爐已經開始出現高溫腐蝕的跡象，有的已經發生較為嚴重的受熱面腐蝕。華電山東分公司某電廠1000MW機組超超臨界鍋爐、國電山東分公司某電廠600MW超臨界鍋爐都不同程度的出現了高溫腐蝕的情況。因此，研究旋流對沖燃燒鍋爐的高溫腐蝕特性與防治技術對保障發電機組安全穩定運行有重要的意義。

對沖燃燒鍋爐高溫腐蝕機理:

鍋爐水冷壁向火側腐蝕有時稱為“還原氣氛腐蝕”，水冷壁向火側的腐蝕不可能發生在充分燃燒區的氧化性氣氛中，而是發生在不完全燃燒區的還原氣氛中，此時未經燃燒的炭粒飛向爐管表面時，同時釋放出揮發硫和氯化物，對金屬產生硫化物作用，加速腐蝕。當持續燃燒不良或脈動火焰沖擊爐墻時，形成高溫和燃料過剩的腐蝕環境，在此環境中有利于產生鈉和磷的硫酸鹽，其熔點只有427℃。水冷壁溫度越高，各種腐蝕物越容易形成，有資料表明，在300～500℃范圍內，管壁外表溫度每升高50℃，煙氣側的腐蝕程度將增加1倍。

引起硫化物型高溫腐蝕主要是由煤中的黃鐵礦硫造成的，其腐蝕過程如下:

(1)黃鐵礦粉末隨未燃盡煤粉到達水冷壁附近，受熱分解放出自由原子硫及硫化亞鐵，反應式如下：

FeS₂—→FeS+S

當管子附近有一定濃度的H₂S和SO₂時，也可能生成自由的原子硫，反應式如下：

2H₂S+SO₂—→2H₂O+3S

(2)在還原性氣氛中，單獨的原子硫在管壁溫度達到623K時，發生硫化作用，反應式如下：

Fe+S—→FeS

(3)H₂S還可透過疏松的Fe₂O₃直接與較致密的磁性氧化鐵層Fe₃O₄(Fe₂O₃-FeO)中復合的FeO?作用，反應式如下：

FeO+H₂S—→FeS+H₂O

(4)硫化亞鐵FeS緩慢氧化而生成黑色的磁性氧化鐵，反應式如下：

3FeS+5O₂—→Fe₃O₄+3SO₂

一般說來，影響高溫腐蝕的因素可歸納為四點：1)煤質中含有較多的S元素；2)水冷壁溫度較高；3)燃燒系統設計不當；4)壁面附近存在還原性煙氣成分。對發電企業來說，前三項在實際情況下很難改變，唯一可以做工作即采取措施改變第四項。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種減緩旋流對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕的裝置及方法，具體包括壁面氣氛實時監測系統，貼壁風系統，反饋控制系統。其中，貼壁風系統即在二次風大風箱中引出部分熱二次風，經過管道及變頻增壓風機后從每層燃燒器與側墻之間位置吹向水冷壁，該股氣流可在水冷壁壁面附近形成一層氣膜，有效破壞了產生高溫腐蝕的條件；壁面氣氛實時監測系統即實時監測側墻水冷壁附近區域的煙氣成分，并將監測數據通過WIFI時時傳送到DCS系統，為調整貼壁風量提供數據支持；而反饋控制系統則根據壁面氣氛的檢測結果實時調整變頻增壓風機的轉速，以有效控制貼壁風量的大小，使壁面附近的煙氣成分(氧量、CO等)維持在較安全的數值，如此可以有效減緩旋流對沖燃燒鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕，保證發電機組及相關設備的安全穩定運行。為了使控制程序結構清晰且高效準確，本發明將壁面氣氛的CO測量值作為調整的唯一基礎變量。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：