600MW超臨界鍋爐防治氧化皮爆管運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)研究.ppt

1、信智恒久 動(dòng)力生活,神華國(guó)華（北京）電力研究院有限公司,2010年4月,目 錄,1.氧化皮生成剝落特點(diǎn)及其危害 2.超（超）臨界鍋爐氧化皮問(wèn)題治理思路 3.設(shè)備簡(jiǎn)介 4.節(jié)油啟動(dòng)期間鍋爐屏底煙溫的數(shù)值模擬分析 5.熱偏差燃燒調(diào)整試驗(yàn) 6.總結(jié),1.氧化皮生成剝落特點(diǎn)及其危害,氧化皮的生成機(jī)理 1929年，德國(guó)科學(xué)家Schikorr研究發(fā)現(xiàn)，金屬可以在高溫水蒸汽中發(fā)生氧化，氧化所消耗的氧來(lái)源于水蒸汽本身的結(jié)合氧。后來(lái)通過(guò)電子顯微鏡觀察，進(jìn)一步確定了鐵和水蒸汽直接反應(yīng)產(chǎn)生金屬氧化物的事實(shí)，主要反應(yīng)化學(xué)方程式為： 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 2H2O=2H2+ O2 西安熱工院對(duì)鍋爐管樣的金

2、相分析結(jié)果為，鐵素體鋼（T23/T91)蒸汽側(cè)氧化皮微觀結(jié)構(gòu)形貌為雙層結(jié)構(gòu)，外層為Fe3O4和少量Fe2O3，內(nèi)層為（Fe,Cr)3O4。,影響氧化皮生成的主要影響因素,金屬管壁溫度和抗氧化性能,管壁溫度越高，氧化速度越快；抗氧化性能越好，氧化速度越慢。,影響氧化皮脫落的主要因素（一）,線膨脹系數(shù),金屬與氧化皮之間的線膨脹系數(shù)相差越大，越易脫落。,影響氧化皮脫落的主要因素（二）,氧化皮厚度,氧化皮越厚，導(dǎo)致其脫落的所需應(yīng)力越小。管壁金屬與氧化皮溫差越大，應(yīng)力越大。,鐵素體鋼氧化皮厚度超過(guò)0.2mm、不銹鋼氧化皮厚度超過(guò)0.1mm，即易于脫落。,氧化皮的主要危害（一）,蒸汽側(cè)或煙氣側(cè)的強(qiáng)制冷卻產(chǎn)

3、生大量脫落堆積，造成短期超溫爆管。 氧化皮的熱阻效應(yīng)導(dǎo)致金屬壁溫和氧化皮厚度不斷提高，最終造成超溫運(yùn)行、組織老化和氧化皮脫落風(fēng)險(xiǎn)加劇。根據(jù)EPRI研究結(jié)果，致密氧化皮厚度每增加0.025mm，管壁溫度增加約2。,熱負(fù)荷和蒸汽溫度越高，導(dǎo)致金屬超溫運(yùn)行的臨界氧化皮厚度越小(T92/620)。,氧化皮的主要危害（二）,汽輪機(jī)固體顆粒侵蝕。,2.超（超）臨界鍋爐氧化皮問(wèn)題治理思路,在現(xiàn)有材料水平下，超（超）臨界鍋爐的氧化皮生成與剝落不可避免，因此現(xiàn)實(shí)可行的運(yùn)行方面治理技術(shù)路線為： 減緩生成控制剝落加強(qiáng)檢查及時(shí)清理 減緩生成：金屬管壁溫度控制是治理氧化皮問(wèn)題的關(guān)鍵，開(kāi)展燃燒 優(yōu)化調(diào)整降低高溫受熱面屏間

4、熱偏差成為基礎(chǔ)工作。 控制剝落：溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力是導(dǎo)致氧化皮剝落的主要原因， 避免停爐后18h內(nèi)強(qiáng)制通風(fēng)冷卻、降低鍋爐啟動(dòng)速率可以做到 150MW負(fù)荷以內(nèi)不投減溫水。 加強(qiáng)檢查、及時(shí)清理：拍片檢查管內(nèi)堆積情況、氧化皮測(cè)厚、內(nèi)窺 鏡檢查管壁脫落情況、割管清理。,3.設(shè)備簡(jiǎn)介-LNTFS燃燒系統(tǒng),主風(fēng)箱設(shè)有6層煤粉噴嘴，布置有周界風(fēng)，在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴，在主風(fēng)箱上部設(shè)有2層CCOFA噴嘴。此外，在主燃區(qū)上部布置5層可水平擺動(dòng)的SOFA噴嘴。,高溫過(guò)熱器,分為熱段和冷段，每屏12根管，共82屏。管外徑均為38.1mm，每屏中根據(jù)每根管的熱負(fù)荷情況選取不同的內(nèi)徑和材料，通

5、過(guò)調(diào)整蒸汽流量的手段控制同屏熱偏差。入口集箱采用兩只“三通”進(jìn)汽、出口集箱采用兩端引出方式，各屏整體溫度分布呈“雙駝峰”型。熱段最外圈采用TP347（黃色）、26圈采用T91（紅色）、712圈采用T23（綠色）和T91。,4.節(jié)油啟動(dòng)期間鍋爐屏底煙溫的數(shù)值模擬分析,研究背景 在節(jié)油點(diǎn)火方式下，水冷壁吸熱的減少使得屏底煙溫升高，導(dǎo)致超溫風(fēng)險(xiǎn)加劇。 對(duì)于超（超）臨界鍋爐，減溫水投用將提前會(huì)使得蒸汽溫度出現(xiàn)大幅波動(dòng)，從而導(dǎo)致氧化皮的脫落，引發(fā)爆管事故的發(fā)生。 因此，解決這一問(wèn)題的方法包括如下四個(gè)方面：常規(guī)油槍暖爐、鄰爐加熱或回收循環(huán)水熱量，提高爐膛溫度和給水溫度，可使進(jìn)入爐內(nèi)的煤粉火焰保持燃燒和增加

6、蒸發(fā)量；提高二次風(fēng)量，降低屏底煙溫；減少進(jìn)入爐內(nèi)的煤粉量，即降低鍋爐的初始燃燒率，但受到最低煤粉點(diǎn)燃濃度和磨煤機(jī)最小給煤量的制約，而采用著火、燃盡特性較好、熱值較低的褐煤則有利于問(wèn)題的解決。,研究方法,由于現(xiàn)有的鍋爐煙溫探針存在盲區(qū)（600MW鍋爐爐膛寬度19m左右，而兩側(cè)煙溫探針長(zhǎng)度僅為14m左右），而且安裝在爐頂熱箱內(nèi)的受熱面金屬壁溫測(cè)點(diǎn)，在管內(nèi)沒(méi)有蒸汽流動(dòng)時(shí)不能真實(shí)反映爐內(nèi)金屬壁溫，節(jié)油啟動(dòng)初期階段的超溫現(xiàn)象更易被忽視。因此，通過(guò)數(shù)值模擬方法對(duì)節(jié)油啟動(dòng)階段爐內(nèi)煙氣溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，彌補(bǔ)鍋爐常規(guī)煙溫測(cè)點(diǎn)之不足，對(duì)于分析受熱面超溫原因和制定安全啟動(dòng)技術(shù)措施具有重要意義。 根據(jù)同類型鍋爐實(shí)際節(jié)油

7、啟動(dòng)運(yùn)行參數(shù)，將給煤量設(shè)定為17t/h，以神華煙煤和寶日希勒褐煤為典型煤種，選取給水溫度分別為50、90、120，選取爐膛出口氧量分別為10%、15%，包括燃油啟動(dòng)工況（爐膛出口氧量為10%、給水溫度為50、燃油流量為6t/h）在內(nèi)，總計(jì)13個(gè)模擬計(jì)算工況。,網(wǎng)格劃分,特征截面選在爐膛屏式受熱面底部位置，與屏底煙氣溫度探針標(biāo)高相同，為58.25m。,計(jì)算結(jié)果,5.熱偏差燃燒調(diào)整試驗(yàn),研究背景 對(duì)于采用四角切圓燃燒系統(tǒng)的鍋爐，在爐膛內(nèi)組織煤粉和空氣形成強(qiáng)烈的切向旋轉(zhuǎn)并螺旋向上的流場(chǎng)模式，對(duì)強(qiáng)化風(fēng)粉混合燃燒是非常有利的，但旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)到爐膛出口會(huì)仍然存在，即所謂的殘余旋轉(zhuǎn)。殘余旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)煙氣流不

8、均勻的流入水平煙道，而在水平煙道布置的過(guò)、再熱器以對(duì)流吸熱為主，因此，煙速不均對(duì)吸熱量影響較大，從而形成傳熱偏差。SOFA技術(shù)主要作用是減排NOx，但由于它與主燃燒器射流分離，又在爐膛上部區(qū)域布置，出口風(fēng)速較高，射流剛性很強(qiáng)，實(shí)際切圓直徑較小，這樣有可能使SOFA以上至爐膛出口的實(shí)際切圓較小，同時(shí)旋轉(zhuǎn)減弱，起到明顯的消旋作用。,數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,SOFA噴嘴投入3層、對(duì)沖布置，CCOFA噴嘴投入2層，風(fēng)速53.9m/s。,燃燒調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)SOFA噴口反切15和加大風(fēng)量，使高溫過(guò)熱器管壁峰值溫度降低510。,7.總結(jié),氧化皮的生成速度取決于金屬管壁溫度，氧化皮的剝落主要取決于氧化皮與金屬基體的溫差及溫度變化速率。 等離子和微油點(diǎn)火技術(shù)雖然可以節(jié)省大量啟動(dòng)用油，但若運(yùn)行控制不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致高溫受熱面超溫，并誘發(fā)氧化皮爆管事故。采用熱值較低的易燃煤種實(shí)施節(jié)油啟動(dòng)，并適度提高給水溫度和入爐風(fēng)量，或者采用節(jié)油啟動(dòng)前使用常規(guī)油槍暖爐的方式，在獲得可觀節(jié)油效益的同時(shí)，有利于提高鍋爐運(yùn)行的