大型鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析及改進(jìn)措施

1、收稿日期:2003 07 14.作者簡介:姚 斌(1970 ,男,博士研究生;武漢,華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(430074. E mail:yaobinhust大型鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析及改進(jìn)措施姚 斌1曾漢才1焦慶豐2(1華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430074;2湖南電力試驗(yàn)研究所,湖南長沙410007摘要:針對(duì)石門電廠鍋爐水冷壁存在的高溫腐蝕現(xiàn)象,通過高溫腐蝕垢樣分析斷定硫化物型高溫腐蝕,從煤的含硫量、煤質(zhì)特性、爐內(nèi)切圓大小、一次風(fēng)氣流偏轉(zhuǎn)貼墻情況、煤粉細(xì)度等方面分析了水冷壁發(fā)生高溫腐蝕的原因,研究認(rèn)為靠近水冷壁的還原性氣氛是造成高溫腐蝕的重要原因,針對(duì)具體原因,提

2、出了一次風(fēng)反切、側(cè)邊風(fēng)技術(shù)、運(yùn)行調(diào)整等改進(jìn)措施.關(guān) 鍵 詞:大型鍋爐水冷壁;高溫腐蝕;還原性氣氛;反切中圖分類號(hào):T K 31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671 4512(200403 0020 03The high temperature corrosion on water cooled wall inlarge scale boiler and its improvementYao Bin Zeng H ancai Jiao Qingf engAbstract:In the view of high temperature corrosion on w ater cooled w al

3、l in the furnace,the type of high temperature corrosion was described by analyzing corrosive product.Several aspects of high temperature corrosion on the w ater cooled walls w ere investigated such as the content of sulfur,circle diam eter,velocity of primary air,coal quantity,fineness of pulverized

4、 coal.The main reason of the high temperature corro sion w as the near wall reducing g as.Some measures were put forw ard to improve it.Key words:large scale boiler;water cooled wall;high tem perature corrosion;reducing gas;anti tangent Yao Bin Doctoral Candidate;State Key Lab of Coal Combustion,Hua

5、zhong U niv.of Sci.&Tech.,Wuhan 430074,China.湖南石門電廠安裝300M W 火電機(jī)組,其鍋爐系哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)美國CE 公司技術(shù)生產(chǎn)的HG1021/18.2 540/540 M W10型亞臨界壓力中間再熱自然循環(huán)汽包爐,設(shè)計(jì)為單爐膛, 型布置、平衡通風(fēng)及四角切圓燃燒方式,鍋爐設(shè)計(jì)燃用煤種為晉東南無煙煤和陜西黃陵煙煤各50%組成的混煤1.在鍋爐大修中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)燃燒器高度區(qū)域水冷壁存在高溫腐蝕現(xiàn)象,部位如圖1所示.測試結(jié)果表明:設(shè)計(jì)壁厚8mm 的水冷壁管,高溫腐蝕嚴(yán)重處壁厚為6.87.1mm,已經(jīng)減薄1.20.9mm,腐蝕速度約0.7 1.3mm

6、/(1 105h,照此速度發(fā)展下去,幾年內(nèi)可能發(fā)生大面積水冷壁爆破泄漏事故,因此盡快研究其腐蝕機(jī)理及形成原因,尋求解決技術(shù)途徑,已成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù).圖1 腐蝕部位示意圖第32卷第3期 華 中 科 技 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)(自然科學(xué)版 V ol.32 No.32004年 3月J.Huazhong U niv.of Sci.&T ech.(Natur e Science Edit ionM ar. 20041 高溫腐蝕類別水冷壁高溫腐蝕是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程2,從發(fā)生的機(jī)理來看,一般可分為三類:硫酸鹽型、硫化物型和氯化物型.1.1 硫酸鹽型高溫腐蝕硫酸鹽型高溫腐蝕主要是煤種的堿性成分通過

7、生成硫酸鹽和焦硫酸鹽來對(duì)水冷壁管進(jìn)行腐蝕,硫酸鹽型水冷壁高溫腐蝕過程通常伴隨有結(jié)焦或結(jié)渣的發(fā)生.1.2 硫化物型高溫腐蝕在燃燒器高度區(qū)域內(nèi),由于尚未燃盡的火焰直接沖刷到水冷壁管,使得燃料繼續(xù)燃燒時(shí)消耗了大量氧氣,從而使水冷壁管的外表面產(chǎn)生了硫腐蝕,硫化物型的高溫腐蝕過程與黃鐵礦的結(jié)渣過程也總是同時(shí)存在的3.1.3 氯化物型高溫腐蝕近年來很多研究結(jié)果表明,燃用高氯化物燃燒時(shí),爐內(nèi)氯化氫腐蝕是確實(shí)存在的,應(yīng)給予重視.測試發(fā)現(xiàn)石門電廠混煤中含氯量僅為0.022%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于引起腐蝕的氯含量,可以不考慮煤中氯的影響.對(duì)石門電廠水冷壁高溫腐蝕垢樣分析如表1所示.可以看出,其腐蝕垢樣的主要成分是Fe2O3,

8、表1 石門電廠水冷壁高溫腐蝕垢樣分析(%w SiO2w Al2O3w Fe2O3w CaO w MgO w N a2Ow K2Ow TiO2w MnO w P2O5w SO36.37 3.0564.700.910.040.270.040.250.230.1116.20SO3等,即具有高硫、高鐵,而Si,Al含量較低的特點(diǎn),可以斷定腐蝕為硫化物型高溫腐蝕.2 原因分析2.1 煤中含硫量高據(jù)統(tǒng)計(jì),我國煤中大約有60%70%的硫?yàn)闊o機(jī)硫,30%40%的硫?yàn)橛袡C(jī)硫.在無機(jī)硫中,絕大多數(shù)為黃鐵礦硫,硫酸鹽硫只占較少比例.因?yàn)辄S鐵礦對(duì)結(jié)渣和腐蝕影響極大,所以受到人們重視.因此,有必要測定煤的全硫及各種形態(tài)

9、硫,石門電廠用混煤的全硫及各種形態(tài)的測定結(jié)果如表2所示.表2 測定全硫及各種形態(tài)硫的含量(%w全硫w硫鐵礦硫w硫酸鹽硫w有機(jī)硫1.220.620.380.222.2 煤質(zhì)原因石門電廠鍋爐設(shè)計(jì)燃用晉東南和陜西黃陵煙煤各50%的混煤,由于煤炭供應(yīng),交通運(yùn)輸?shù)仍?一直燃用以劣質(zhì)無煙煤、劣質(zhì)貧煤為主的本省煤,主要來自漣源、邵陽、婁底等地區(qū).根據(jù)西安熱工研究院對(duì)漣源、邵陽、婁底等地區(qū)煤質(zhì)揮發(fā)份成份測試表明,揮發(fā)份中結(jié)晶水、二氧化碳等惰性氣體較多,H2,CH4等可燃成分較少,揮發(fā)份釋放溫度高,且揮發(fā)分釋放緩慢,煤粉燒盡時(shí)間長,燃盡性能差,容易在水冷壁上形成還原性氣氛.2.3 爐內(nèi)切圓過大由于鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)考

10、慮到燃燒混煤,為了達(dá)到強(qiáng)化燃燒,采用了較大的切圓,但這會(huì)造成煤粉氣流貼壁導(dǎo)致高溫腐蝕.爐內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)力場試驗(yàn)表明,一次風(fēng)氣流離開噴口后,在上下二次風(fēng)摻混和上游氣流作用下,發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn),測試結(jié)果表明,切圓直徑為88.3m,明顯偏大.2.4 一次風(fēng)氣流偏轉(zhuǎn)貼墻設(shè)計(jì)時(shí)考慮到燒無煙煤和貧煤,該爐設(shè)計(jì)中選了較高的二次風(fēng)速(43.5m/s和較低的一次風(fēng)速(22.5m/s,從而加大了一、二次風(fēng)的射流剛性差異.一、二次風(fēng)射流噴出燃燒器后由于受到上游鄰角氣流的擠壓作用及左右兩側(cè)不同補(bǔ)氣條件的影響,使氣流向背火側(cè)水冷壁偏轉(zhuǎn),此時(shí)剛性較弱的一次風(fēng)射流將比二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)更大的角度,從而使一、二次風(fēng)分離.一、二次風(fēng)的剛性

11、相差越大,這種分離現(xiàn)象越明顯.冷態(tài)試驗(yàn)中用長飄帶觀察一次風(fēng)噴口氣流剛性,通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一次風(fēng)氣流離開噴口后,發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn).一次風(fēng)射流中下游明顯貼墻.由于部分一次風(fēng)射流偏離了二次風(fēng),煤粉在缺氧狀態(tài)下燃燒,在射流下游形成局部還原性氣氛.雙通道燃燒器加劇了一、二次風(fēng)分離.在一定程度上,回流越強(qiáng)烈,煙氣回流量越大,穩(wěn)燃效果越好,但強(qiáng)烈的回流區(qū)也使一次風(fēng)速度急劇衰減;由于雙通道燃燒器預(yù)燃室出口面積比原一次風(fēng)出口面積增大了一倍多,使一次風(fēng)出口速度大大降低,這兩種因素使得一次風(fēng)剛性減弱,容易發(fā)生偏轉(zhuǎn).雙通道燃燒器的使用加劇了一、二次風(fēng)分離,容易產(chǎn)生高溫腐蝕.2.5 煤粉細(xì)度偏粗該鍋爐的制粉系統(tǒng)是針對(duì)設(shè)計(jì)煤

12、種設(shè)計(jì)的,當(dāng)燃用本省的劣質(zhì)煤時(shí),會(huì)加大制粉系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),21第3期 姚 斌等:大型鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析及改進(jìn)措施但制粉系統(tǒng)的分離效率下降,導(dǎo)致煤粉顆粒變粗.煤粉細(xì)度對(duì)高溫腐蝕的影響很大.煤粉顆粒太粗將導(dǎo)致火矩拖長,同時(shí)影響煤粉的燃盡,使未燃盡煤粉顆粒聚集在水冷壁附近,加劇高溫腐蝕,根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),貧煤的煤粉細(xì)度R90應(yīng)該控制在10 %左右,而該爐煤粉細(xì)度的R90為18%20%,在這樣粗的煤粉細(xì)度下燃燒,爐內(nèi)運(yùn)行工況將會(huì)惡化.3 改進(jìn)措施3.1 一次風(fēng)反切將一次風(fēng)噴口偏轉(zhuǎn)一定角度,使其形成一個(gè)與原假想切圓旋轉(zhuǎn)方向相反的、直徑較小的假想切圓.該措施對(duì)防止高溫腐蝕有明顯效果,同時(shí)對(duì)提高鍋爐穩(wěn)燃能力及

13、預(yù)防結(jié)焦也有一定作用.其原理是,反切的一次風(fēng)噴出后,運(yùn)動(dòng)的初始方向與主氣流旋轉(zhuǎn)方向相反,因而受到上游高溫氣流的阻滯和擾動(dòng),使煤粉射流速度迅速衰減,從而延長了煤粉顆粒在高溫?zé)煔庵械耐Ａ魰r(shí)間,有助于著火和穩(wěn)燃.一次風(fēng)射流在速度衰減過程中,由于受到主氣流的擠壓作用,其運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒅饾u轉(zhuǎn)向主氣流方向,而射流中的空氣由于慣性小即先于煤粉轉(zhuǎn)向,從而使大量煤粉顆粒被分離在靠近爐膛中心區(qū)域,形成風(fēng)包粉!的燃燒方式,防止高溫腐蝕的發(fā)生4.一次風(fēng)反切示意圖如圖2所示.石門電廠鍋爐爐膛的數(shù)值模擬的結(jié)果表明,將B,C,D層一次風(fēng)反切6,可以有效地防止高溫腐蝕的發(fā)生,而對(duì)鍋爐的燃燒效率沒有影響.3.2 側(cè)邊風(fēng)技術(shù)所謂側(cè)邊

14、風(fēng)就是在高溫腐蝕區(qū)域的上游水冷壁或在高溫腐蝕區(qū)域水冷壁上安裝噴口,向爐膛內(nèi)通入空氣.采用側(cè)邊風(fēng)的主要目的是改變水冷壁高溫腐蝕區(qū)域的還原性氣氛,增加局部含氧量.一般情況下以二次風(fēng)作為側(cè)邊風(fēng)的風(fēng)源. 側(cè)圖2 一次風(fēng)反切示意圖邊風(fēng)技術(shù)是防止水冷壁高溫腐蝕的有效措施之一,該技術(shù)對(duì)爐內(nèi)燃燒過程沒有任何副作用,由于二次風(fēng)分級(jí),因此同時(shí)可以降低氮氧化物5.3.3 運(yùn)行上的改進(jìn)措施采用增大過?？諝庀禂?shù)、多臺(tái)磨煤機(jī)不同時(shí)投運(yùn)、空預(yù)器堵漏和防止堵灰、降低煤粉細(xì)度等措施.參考文獻(xiàn)1焦慶豐.300M W火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整技術(shù).中國電力,1999,32(9:27312岑可法.鍋爐和熱交換的積灰、結(jié)渣和腐蝕的防止原理與計(jì)算.北京:科學(xué)出版社,1995.3Richard W,Bry ers.F ireside Slag ging,Fouling,andHig h temperatur e corrosio n of Heat transfer