[发明专利]适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于电站锅炉技术领域，涉及一种适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统及方法，这套系统通过对锅炉运行状态或水冷壁贴壁气氛等参数的处理和分析，可获得实时、连续地指令来保持水冷壁区域壁面氧化性氛围，有效避免了水冷壁高温腐蚀的发生，在这个过程中不需要运行人员的任何参与，是一种智能化防止水冷壁高温腐蚀系统和方法。

背景技术

我国现阶段仍以火力发电为主，其中燃煤机组又是绝对主力，由于环保要求越来越高，新旧机组都要实现低排放的要求，其中为了减少氮氧化物的排放，有效方法是电站锅炉采用低氮燃烧方式，但是低氮燃烧方式导致主燃烧区域缺氧燃烧，使得水冷壁表面的还原性气氛增强，再者目前电站锅炉的参数提高后水冷壁金属壁温较高，还有一个因素，由于煤炭市场的多变导致入炉煤不稳定，一些高硫煤等偏离设计煤种较多煤种都被燃用，使得原来仅在贫煤锅炉上出现的高温腐蚀现象，现在电站锅炉中十分普遍，是导致水冷壁管壁减薄的主要原因之一，使水冷壁管壁有效承载能力不断下降严重时导致水冷壁管爆破，造成机组停运，已严重影响到机组的安全运行。

水冷壁高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程，影响因素较多，其中包括燃煤中的硫分和其它有害杂质的存在，以及燃烧过程中产生的碱金属盐或钒盐类，水冷壁管壁温度等。电站锅炉的氮氧化物的排放浓度为了达到国家新的环保标准，新机组或老机组的锅炉都采用了低氮燃烧方式，通过对这些锅炉水冷壁发生高温腐蚀的状况进行研究发现，有如下特征有：区域相对集中，以主燃烧器中、上区域最为严重(即主燃烧器区域和还原区域)；腐蚀区域沿炉膛四周呈现分布不均衡；平均腐蚀速度1.2～1.8mm/a，以青岛电厂电腐蚀速度最快，投运不足1万小时，水冷壁平均腐蚀深达3mm，最严重部位腐蚀掉4.2mm；水冷壁表面的还原气氛较重，H2S和CO浓度较高，氧含量较低，由较多为位置的氧含量为0。在发生水冷壁高温腐蚀的锅炉中被腐蚀管子的形态、化学组成都是相似的：向火侧呈黑褐色，外层松软，内层坚硬，在剥落硬层后，垢状物与水冷壁结合处呈孔雀蓝光泽。腐蚀区域水冷壁面不清洁，有较多的灰沾污。水冷壁管剥落下来的附着物成分组成是相似的。垢状物中含有大量Fe3O4和少量的FeO、Fe2O3，腐蚀产物中含硫量比煤中高，尤其是出现了较高的硫化物。

目前对于水冷壁发生高温腐蚀的研究较多，其中文献方面主要集中在两个方面，第一方面对高温腐蚀机理的研究，燃煤锅炉水冷壁烟侧高温腐蚀的机理及影响因素[J].动力工程，2002,22(2):1700-1704、Kofstad P High Temperature Corrosion[M].Essex UK:Elsevier Applied Science Publishers Ltd,1988等；另一方面是在防治高温腐蚀的措施和经验，如郭鲁阳.锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及预防对策[J].中国电力,2000,33(11):17-20、王莹.水平浓淡风煤粉燃烧技术在预防水冷壁高温腐蚀中的应[J].热能动力工程,2002，15(3):173-174、陈国宏.高速电弧喷涂技术在电站水冷壁高温腐蚀的应用[J]安徽电力,2005,22(1):9-11。从检索文献和收集资料来看目前国内外防治高温腐蚀的方面的技术主要包括:被动防止,如采用喷涂技术或更高级别的管材；另一种在燃烧器方面采用浓淡分离加侧边风技术，这种技术首先应用在低氮燃烧器上，但侧边风由于风速低，风量小，衰减很快，通过现场测量发现这种技术在改变水冷壁贴壁气氛方面效果十分有限；还用采用专门的贴壁风装置，但这种贴壁风装置存在着风压低，风速较低，并且需要运行人员进行调节，而又没有具体的调节依据，不能实现智能化调整，导致多数电厂在锅炉点火或极低负荷时贴壁风装置还在投用，对锅炉稳定燃烧还会产生一定的负面影响。

通过对高温腐蚀的机理可知，造成高温腐蚀的因素较多，通过运行调整或其他手段来杜绝所有影响因素是较难的，尤其是目前为了适应更为严格的环保要求，锅炉基本都采用低氮燃烧器，主燃烧区域的缺氧燃烧不可避免，通过现场试验证明，采用贴壁风在水冷壁表面形成氧化性气氛是比较有效的方法，但通过前面分析知道目前贴壁风装置都受风压的限制，导致贴壁风量过高会影响燃烧，贴壁风量太小，在水冷壁表面形不成有效的氧化性氛围，而且都需要运行人员来判断和调整贴壁风装置，这样既增加了运行人员的工作量而且易出现人为误差，而不能实现智能化控制。