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
【专利摘要】本发明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，该系统可根据锅炉运行状况的变动实时地对系统进行调节防止水冷壁发生高温腐蚀，不需要运行人员的参与，实现了智能化防止高温腐蚀。它包括与空预器出口热二次风风箱连通的增压管道，增压管道上设有增压风机，增压风机与环绕炉墙的环形风箱连通，环形风箱通过联络风箱与分支风箱连通，分支风箱则与炉墙上的通风槽连通；在增压管道上设有风量调节装置，所述风量调节装置包括隔离挡板、总调节挡板以及风量测量装置、压力传感器，还包括联络风箱的分支调节挡板；智能控制系统根据锅炉运行状态调节所述风量调节装置中各挡板的开合程度，控制风量以实现水冷壁高温腐蚀的防止。
【专利说明】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
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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I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O。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Fe304和少量的Fe0、Fe203，腐蚀产物中含硫量比煤中高，尤其是出现了较高的硫化物。
[0004]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 [Μ].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。
[0005]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。
[0006]通过以上分析可知，锅炉水冷壁管高温腐蚀是一个较为常见的问题，对锅炉有着较强的破坏性，并且影响因素多，目前防止高温腐蚀的方法主要存在以下问题:(I)、控制不能智能化，都需要运行人员自己判断并调整高温腐蚀防止系统；(2)、采用贴壁风这种方式的都存在风压较低，改变水冷壁面气氛的效果不明显。(3)、对水冷壁面的改造量较多，可能对水冷比的水动力状况产生负面影响。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是为解决上述问题，提供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，该系统可根据锅炉运行状况的变动实时地对系统进行调节防止水冷壁发生高温腐蚀，不需要运行人员的参与，实现了智能化防止高温腐蚀。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0009]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，它包括贴壁风增压系统及智能控制系统；其中，
[0010]贴壁风增压系统包括:与空预器出口热二次风风箱连通的增压管道，增压管道上设有增压风机，增压风机与环绕炉墙的环形风箱连通，环形风箱通过联络风箱与分支风箱连通，分支风箱则与炉墙上的通风槽连通，从而在水冷壁壁面形成氧化性气氛，防止高温腐蚀的发生；在增压管道以及联络风箱上设有风量调节装置，所述风量调节装置包括安装在增压风机与空预器出口热二次风风机间增压管道上的隔离挡板、总调节挡板以及增压风机与环形风箱间增压管道上的风量测量装置、压力传感器，还包括安装在联络风箱的分支调节挡板；
[0011]智能控制系统根据锅炉运行状态通过调节所述风量调节装置中各挡板的开合程度，控制风量以实现水冷壁高温腐蚀的防止。
[0012]所述空预器出口热二次风风箱通过飞灰分离器与增压管道连接，飞灰分离器设有放灰锁气器；同时在环形风箱上也布置有放灰锁气器。[0013]所述增压风机与环形风箱间的增压管道上还设有膨胀节。
[0014]所述分支风箱为安装在各炉墙上为通风槽供热风的风道，分支风箱内布置多道具有设定角度的热风喷口 ；所述热风喷口比通风槽稍小，热风喷口的出风角度不能吹水冷壁管。
[0015]所述联络风箱是将各个分支风箱相互连接，然后在与环形风箱连接的风道；所述通风槽为在水冷壁面上开的条形通风口。
[0016]所述总调节挡板是布置在增压风机入口的电动调节挡板，主要用调节风机出口风压和风量的；所述隔离挡板室布置在增压风机入口的电动闸板门，是全开全关的，主要用来将贴壁风系统与热二次风系统完全隔离；所述分支调节挡板布置在各炉墙上的调节这面墙上贴壁风量。
[0017]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的工作方法，它的步骤为:
[0018]I)智能控制系统采集锅炉负荷D(t/h)，锅炉总送风量Q(NmVh)，锅炉运行氧量02(%)，水冷壁管壁温度T(°C )，SOFA挡板总开度K(%)，入炉煤的含硫量S(%)和煤粉细度R90 (%)，水冷壁表面氧气浓度O2m (%)和一氧化碳浓度CO (%)，增压机出口的压力P (kPa)和风量 Q1 (NmVh)；
[0019]2)对采集的部分数据进行分组处理，即锅炉负荷D (t/h)，锅炉总送风量Q(NmVh)，锅炉运行氧量O2 (%)，水冷壁管壁温度T (°C )，SOFA挡板总开度K (%)，水冷壁表面氧气浓度O2ffl(%)和一氧化碳浓度C0(%)，对于这七类数据分别作为一组，并连续采样，判断每组数据是否全为病态数据，如是，则重新采样，再次判断，直至其中有正常数据为止；然后将病态数据剔除后剩余数据求平均值，Daverage,
`
Qaverage ?〇2average，^average ? ^average ? ^average 矛口 C0average ;
[0020]入炉煤的含硫量S (空气干燥基全硫％)和煤粉细度R9tl (%)、增压风机出口压力P和风量Q1仅进行有效性判断；
[0021]3)根据优先等级从高到低的顺序对风量进行控制:
[0022]3-1)当D〈0.5XDBMCR时，向总调节挡板发出全关指令，并且同时向隔离挡板发出关闭指令，向各分支调节挡板发出全开指令，表示该系统退出；
[0023]3-2)将增压风机出口风量控制在QX0.5%〈Q1〈QX2.5%时，向总调节挡板发出开/关的指令，步长为3%;
[0024]3-3)将增压风机出口压力2.7<P<3.3kPa时，向总调节挡板发出开/关指令，步长为1% ;
[0025]3-4)当COavwage > 0.1时，则向该墙的分支调节挡板发出开的指令，步长为3%，直到全开；C0_rage < 0.1时，该墙的分支调节挡板不动作；
[0026]3-5)当Oaverage < 0.2%时，则向该墙的分支调节挡板发出开的指令，步长为3%，直到全开；0— > 0.2%时，该墙的分支调节挡板不动作；
[0027]3-6)当ζ > %时，则向各墙的分支调节挡板发出开的指令，步长为2%，直到全开K < %，分支调节挡板不动作，反应高温腐蚀程度的无量纲变量(，反映锅炉高温腐蚀程度的无量纲变量的参照值为?0。
[0028]对于锅炉负荷D (t/h)，锅炉总送风量Q (NmVh)，锅炉运行氧量O2 (%)，水冷壁管壁温度T (°C )，SOFA挡板总开度K (%)，水冷壁表面氧气浓度O2m (%)和一氧化碳浓度CO (%)这七类数据进行有效性判断时，按照取样10次的方式，其判据如下:
[0029]0.5Dbmce ≤ D ≤1.15Dbmce (I)
[0030]0.3Qbmce ≤ Q ≤ 1.3Qbmce (2)
[0031]0.5 < O2 < 10 (3)
[0032]ΔΤ = I TC-TC_N I > Tf ； (4)
[0033]10 ≤ K ≤ 400 (5)
[0034]O ≤ O2m ≤ 10 (6)
[0035]O ≤ CO ≤ 4.5 (7)
[0036]上面7个判据中=Dbmcr为锅炉最大处理，t/h ；Qbmce为锅炉最大出力工况下的总风量，Nm3/h ；C为当前采样点；N为每周波采样点数；Tf为水冷壁病态数据判别整定值，°C;Te_N为上个采样周期平均值，°C ; AT为水冷壁温度差值，°C;
[0037]进行有效性判断时，如某组10个数据全部为病态数据，则给出图文报警，给出这个该数据出错的信息，然后再进行下一组10个数据的采集，如这组数据有正常数据，则继续进行下一步运算，如10个数据全部为病态数据，则给出第二次图文报警，在进行下一组的10个数据采集，如这组数据有正常数据，则继续进行下一步运算，如10个数据全部为病态数据则再次给出图文报警，高温腐蚀防止系统保持当前运行状态，不再进行调整动作。
[0038]入炉煤的含硫量S (%)和煤粉细度R9tl (%)的有效性判断判据为:
[0039]0.5 < S < 4(8)
[0040]R90-1O < R90 < R90d+IO (9)
[0041 ] 式(9)中的R9qd为电厂的设计煤粉细度；
[0042]当煤质数据S或R9tl超出上述范围时，给出图文报警，该系统保持当前运行状态，不再进行调整动作；
[0043]增压风机出口压力P和风量Q1的有效性判据为:
[0044]2.0 < P < 3.5 (10)
[0045]QX0.2% < Q1 < QX3.0%
[0046]当压力P或风量Q1数据超出上述范围时，给出图文报警，该系统保持当前运行状态，不再进行调整动作；
[0047]根据获取的数据，计算反应高温腐蚀程度的无量纲变量ζ，
【权利要求】
1.一种适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统，其特征是，它包括贴壁风增压系统及智能控制系统；其中， 贴壁风增压系统包括:与空预器出口热二次风风箱连通的增压管道，增压管道上设有增压风机，增压风机与环绕炉墙的环形风箱连通，环形风箱通过联络风箱与分支风箱连通，分支风箱则与炉墙上的通风槽连通，从而在水冷壁壁面形成氧化性气氛，防止高温腐蚀的发生；在增压管道以及联络风箱上设有风量调节装置，所述风量调节装置包括安装在增压风机与空预器出口热二次风风机间增压管道上的隔离挡板、总调节挡板以及增压风机与环形风箱间增压管道上的风量测量装置、压力传感器，还包括安装在联络风箱的分支调节挡板； 智能控制系统根据锅炉运行状态通过调节所述风量调节装置中各挡板的开合程度，控制风量以实现水冷壁高温腐蚀的防止。
2.如权利要求1所述的适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统，其特征是，所述空预器出口热二次风风箱通过飞灰分离器与增压管道连接，飞灰分离器设有放灰锁气器；同时在环形风箱上也布置有放灰锁气器。
3.如权利要求1所述的适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统，其特征是，所述增压风机与环形风箱间的增压管道上还设有膨胀节。
4.如权利要求1所述的适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统，其特征是，所述分支风箱为安装在各炉墙上为通风槽供热风的风道，分支风箱内布置多道具有设定角度的热风喷口 ；所述热风喷口比通风槽稍小，热风喷口的出风角度不能吹水冷壁管。
5.如权利要求1所述的适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统，其特征是，所述联络风箱是将各个分支风箱相互连接，然后在与环形风箱连接的风道；所述通风槽为在水冷壁面上开的条形通风口。
6.如权利要求1所述的适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统，其特征是，所述总调节挡板是布置在增压风机入口的电动调节挡板，主要用调节风机出口风压和风量的；所述隔离挡板室布置在增压风机入口的电动闸板门，是全开全关的，主要用来将贴壁风系统与热二次风系统完全隔离；所述分支调节挡板布置在各炉墙上的调节这面墙上贴壁风量。
7.—种权利要求1所述的适用于大型电站锅炉智能型水冷壁高温腐蚀防止系统的工作方法，其特征是，它的步骤为: O智能控制系统采集锅炉负荷D (t/h)，锅炉总送风量Q(NmVh)，锅炉运行氧量02(%)，水冷壁管壁温度T (°C )，SOFA挡板总开度K (%)，入炉煤的含硫量S (%)和煤粉细度R9tl (%)，水冷壁表面氧气浓度O2m (%)和一氧化碳浓度CO (%)，增压机出口的压力P (kPa)和风量Q1 (Nm3/h)； 2)对采集的部分数据进行分组处理，即锅炉负荷D (t/h)，锅炉总送风量Q (NmVh)，锅炉运行氧量02(%)，水冷壁管壁温度T(°C )，S0FA挡板总开度K(%)，水冷壁表面氧气浓度02m(%)和一氧化碳浓度CO (%)，对于这七类数据分别作为一组，并连续采样，判断每组数据是否全为病态数据，如是，则重新采样，再次判断，直至其中有正常数据为止；然后将病态数据剔除^东彳余数据干均值，Daverage? Qaverage ? ^2average? ^average ? ^average ? ^average 和 COaverage ； 入炉煤的含硫量S (空气干燥基全硫％)和煤粉细度R90 (%)、增压风机出口压力P和风量Q1仅进行有效性判断； . 3)根据优先等级从高到低的顺序对风量进行控制: .3-1)当D〈0.5XDBMCR时，向总调节挡板发出全关指令，并且同时向隔离挡板发出关闭指令，向各分支调节挡板发出全开指令，表示该系统退出； .3-2)将增压风机出口风量控制在QX0.5%〈Q1〈QX2.5%时，向总调节挡板发出开/关的指令，步长为3%; .3-3)将增压风机出口压力2.7<P<3.3kPa时，向总调节挡板发出开/关指令，步长为.1% ； .3-4)当CO— > 0.1时，则向该墙的分支调节挡板发出开的指令，步长为3%，直到全开；COavOTage < 0.1时，该墙的分支调节挡板不动作； . 3-5)当O— < 0.2%时，则向该墙的分支调节挡板发出开的指令，步长为3%，直到全开；OavOTage > 0.2%时，该墙的分支调节挡板不动作； .3-6)当ζ > ζ C1时，则向各墙的分支调节挡板发出开的指令，步长为2%，直到全开；ζ<ζ，分支调节挡板不动作，反应高温腐蚀程度的无量纲变量(，反映锅炉高温腐蚀程度的无量纲变量的参照值为Co。
8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是，对于锅炉负荷D(t/h)，锅炉总送风量Q (NmVh)，锅炉运行氧量O2 (%)，水冷壁管壁温度T (°C )，SOFA挡板总开度K (%)，水冷壁表面氧气浓度02m(%)和一氧化碳浓度CO (%)这七类数据进行有效性判断时，按照取样10次的方式，其判据如下:
. 0.5Dbmce ≤ D ≤ 1.15Dbmce (I) . O-≤3Qbmce≤1.3Qbmce (2) . 0.5 < O2 < 10 (3)
ΔΤ = I Tc-Tc-N I >Tf;(4)
.10 ≤ K ≤ 400 (5)
.0 ≤ O2m ≤10 (6)
0≤ CO ≤ 4.5 (7) 上面7个判据中:D順为锅炉最大处理，t/h ；Qbmce为锅炉最大出力工况下的总风量，Nm3/h ；C为当前采样点；N为每周波采样点数；Tf为水冷壁病态数据判别整定值，V ；TC_N为上个采样周期平均值，°C ; AT为水冷壁温度差值，°C; 进行有效性判断时，如某组10个数据全部为病态数据，则给出图文报警，给出这个该数据出错的信息，然后再进行下一组10个数据的采集，如这组数据有正常数据，则继续进行下一步运算，如10个数据全部为病态数据，则给出第二次图文报警，在进行下一组的10个数据采集，如这组数据有正常数据，则继续进行下一步运算，如10个数据全部为病态数据则再次给出图文报警，高温腐蚀防止系统保持当前运行状态，不再进行调整动作。
9.如权利要求7所述的工作方法，其特征是，入炉煤的含硫量S(%)和煤粉细度R9Q(%)的有效性判断判据为: . 0.5 < S < 4(8)
R9O-1O < R90 < R9cid+IO (9) 式(9)中的R9cid为电厂的设计煤粉细度；当煤质数据S或R9tl超出上述范围时，给出图文报警，该系统保持当前运行状态，不再进行调整动作； 增压风机出口压力P和风量Q1的有效性判据为: . 2.0 < P < 3.5 (10) . QX0.2% < Q1 < QX3.0% 当压力P或风量Q1数据超出上述范围时，给出图文报警，该系统保持当前运行状态，不再进行调整动作； 根据获取的数据，计算反应高温腐蚀程度的无量纲变量?，
【文档编号】F23M5/08GK103712233SQ201410001607
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】董信光, 郝卫东, 胡志宏, 董建 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院