专利名称：大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别方法
技术领域：
本发明涉及的是火力发电燃煤锅炉领域，具体是大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别方法。
背景技术：
近年来，燃煤电站锅炉受热面高温腐蚀现象较为普遍，特别是亚临界参数燃用贫煤锅炉水冷壁高温腐蚀问题日益突出，有的已多次发生爆漏事故，严重威胁着大型发电机组的安全经济运行，给火电厂造成了巨大的经济损失。对于大型电站锅炉水冷壁发生高温腐蚀问题后，如何分析其主要影响因素及准确判断高温腐蚀程度，正确选择最佳性价比的设备改造方案是实际解决高温腐蚀问题的一项关键技术。目前，国内外涉及燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀机理的研究已有多篇文章报道，但就高温腐蚀程度判别方法而言，均是在高温腐蚀发生之后，通过测量时间段内的腐蚀厚度，由此推算出腐蚀速度及腐蚀程度，而此时锅炉已严重腐蚀，使得维修费用高，维修周期长，有的甚至已发生安全事故，造成巨大的损失，因此，其最大的问题是具有事后性，不能预测高温腐蚀的发生及腐蚀的程度，以及早采取措施，从而降低维修费用，缩短维修工期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是就是针对上述问题而提供一种大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别方法，不但能随时掌握锅炉的高温腐蚀程度，一旦发生腐蚀，可以及早采取措施，而且还可以为电厂选定最佳性价比的设备改造方案提供依据，从而使电站锅炉改造费用少，工期短。
解决本发明的技术问题所采用的技术方案是(一)、确定影响水冷壁高温腐蚀的主要因素a、标煤折算硫份Sbarb、壁面附近的co含量c、当量切圆直径Dsjd、管壁温度T(二)、确定测量条件，测量各有关参数，其中(1)炉内实际切圆测量位置为最下层一次风煤粉燃烧器中心标高+0～500m的范围内，由此得知当量切圆直径Dsj；(2)测量高负荷区域水冷壁附近燃烧气氛时，试验负荷必须大于80％额定负荷，炉内主燃烧区域保持合理的氧量，主控室氧量值大于4.5％；(3)测点安装技术要求在水冷壁高温腐蚀最严重的一面炉墙上安装测点，在腐蚀集中部位安装至少7个测点，测点炉内取样口应与水冷壁高温腐蚀部位平齐，测点总长度大于700mm；(4)按照公式Sbar＝29300×Sar/Qnet.ar对燃煤含硫量进行标煤折算硫分Sbar的换算，其中Sar为锅炉实际燃用煤种的含硫量，Qnet.ar为锅炉实际燃用煤种的收到基低位发热量；(三)、采用灰色聚类法对水冷壁高温腐蚀倾向进行综合评判，其中水冷壁高温腐蚀倾向及腐蚀速度标准为
(1)腐蚀程度轻微或基本未腐蚀 ＜0.5mm/104h；(2)腐蚀程度中等倾向或腐蚀较明显 0.5～1.mm/104h；(3)腐蚀程度严重 ＞1.mm/104h；根据上述技术方案，本发明将水冷壁高温腐蚀的影响因素确定为标煤折算硫分Sbar、壁面附近CO含量、当量切圆直径Dsj、管壁温度T四大影响因素，是通过大量对水冷壁高温腐蚀情况的调查研究，综合分析得出的，全面考虑了各主要影响因素，具有一定的科学性和合理性。测量条件的限定，为准确判定腐蚀情况奠定了基础。本发明采用灰色聚类法对水冷壁高温腐蚀倾向进行综合评判，并确定了水冷壁高温腐蚀倾向及腐蚀速度标准，由此可以得到水冷壁高温腐蚀倾向分级标准，在应用灰色聚类法建立数学模型时，由于事先确认了研究对象的分类数和类中心，可以直接得到唯一的聚类结果，且由于分类数就是级别数，类中心就是分级标准，因而在得出分类结果的同时，也得出了研究对象所属的级别。故该方法具有聚类和综合评判两种功能，灰色聚类法在确定指标的权重时，只与分级标准有关，而与实际值无关，因而克服了模糊数学法用实际值确定权重的局限性。
本发明的有益效果是本发明由于科学合理的确定了影响水冷壁高温腐蚀的因素及测量条件，并应用灰色聚类法建立了高温腐蚀程度判别数学模型，从理论上保证了聚类结果的唯一性和判别结论的准确性。能够准确判断锅炉水冷壁高温腐蚀程度及发展趋势，为选定最佳性价比的设备改造方案提供科学依据。解决了如何定量判断腐蚀程度及合理选择设备改造方案的技术难题。本发明应用范围广、通用性好，通过对多台锅炉水冷壁高温腐蚀情况进行验证，其判别结论与实际情况均吻合。本发明实用功能多，现场可操作性强，标煤折算硫分Sbar不但可以统一判断火电厂燃煤含硫量高低，还可以确认避免水冷壁发生中等程度腐蚀的燃煤含硫量限制指标，从控制高温腐蚀的源头做起，同步采用技术与管理的综合性措施，达到了标本兼治的目的。
本发明规范了水冷壁高温腐蚀速度标准，符合火电厂实际发生的腐蚀情况，实现了理论与实践的统一。
本发明实际指导作用明显，判别结论准确，具有实际应用价值。例如判断石门电厂#2锅炉水冷壁属于中等程度腐蚀，符合原实际腐蚀情况；优先推荐双通道燃烧器“楔形体改造技术”，石门电厂认可判别结果，同意采用优先推荐的方案且改造效果良好。
经济效益明显，推荐的最佳性价比设备改造方案——“楔形体改造技术”，改造工期比它方案缩短70％以上，节省改造费用80～90％，改造工期短、费用低，用户易于接受；300MW机组故障停机一天直接经济损失高达52万元，锅炉水冷壁爆漏事故或者停机更换燃烧器都至少需要5天抢修时间，因此，每减少一次水冷壁爆漏事故可创造直接经济效益260万元。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
具体实施例方式
湖南省石门电厂安装2×300MW机组，在1999年№1锅炉大修中，在燃烧器高负荷区四周水冷壁发现较为严重的高温腐蚀现象。壁厚测量结果显示设计规格为φ63.5×8mm的水冷壁管，腐蚀严重处壁厚仅为6.8～7.1mm，已经减薄0.9～1.2mm，腐蚀速率约0.7～1.3mm/(104)h。照此速度发展下去，近年内可能会发生大面积水冷壁爆漏事故。因此，尽快分析研究其高温腐蚀机理和主要影响因素，寻求解决问题的最佳技术途径，提高锅炉受热面的安全可靠性已迫在眉睫。
首先确定高温腐蚀的四大影响因素为标煤折算硫份Sbar；壁面附近的co含量；当量切圆直径Dsj；管壁温度T。然后对四大影响因素的测定作如下规定1、当量切圆直径的测量位置炉内实际切圆测量位置是最下层一次风煤粉燃烧器中心标高+0～100m的范围内，有别于常规冷态空气动力场试验中炉膛充满度切圆直径的测量位置，同时，测量时不能产生人为干扰。
2、测试条件测量高负荷区域水冷壁附近燃烧气氛时，试验负荷必须大于80％额定负荷，炉内主燃烧区域保持合理的氧量，主控室氧量值大于4.5％，测量工况不少于三个负荷工况。
3、测试仪器及测量要求测试仪器量程必须符合要求，经校验合格，并在有效期内，至少应使用二台具有同样功能的不同型号的仪器进行测量，提高测量精度；在每个工况的测试中，每个测点的测量次数不少于三次，每次测量的稳定时间应大于5分钟，取其测量平均值。
4、测点安装技术要求
采用优选法确定测点安装的位置和数量，在水冷壁高温腐蚀最严重的一面炉墙上安装测点，在腐蚀集中部位安装7个测点，主要目的是测量腐蚀最严重位置的CO含量，测点数量大大少于常规试验的测点数量。
测点炉内取样口与水冷壁高温腐蚀部位平齐，即h＝1/2φ，h＝34mm，测点总长度大于760mm，主要考虑取样管在炉外部分对取样烟气的冷却效果，测点安装见
图1。其中1-水冷壁管，2-鳍片，3-水冷壁管腐蚀部位，4-腐蚀区域燃烧气氛测点。且测点取样管采用φ8×1.5的不锈钢管。
5、对燃煤全硫含量的化验结果按照下列公式进行标煤折算硫分Sbar的换算，方可进行腐蚀程度的准确判别。
Sbar＝29300×Sar/Qnet.ar其中Sar为锅炉实际燃用煤种的含硫量，Qnet.ar为锅炉实际燃用煤种的收到基低位发热量。
石门电厂高温腐蚀四大影响因素具体数值及分级标准如表1所示，由此得到高温腐蚀指标计算值及分级标准处理值如表2所示。
表1水冷壁高温腐蚀倾向分级标准
表2高温腐蚀指标计算值及分级标准值
水冷壁高温腐蚀倾向及腐蚀速度标准为(1)腐蚀程度轻微或基本未腐蚀 ＜0.5mm/104h；(2)腐蚀程度中等倾向或腐蚀较明0.5～1.5mm/104h；(3)腐蚀程度严重 ＞1.5mm/104h；下面采用灰色聚类法对水冷壁高温腐蚀倾向进行综合评判，具体步骤如下(1)、建立聚类因子集将影响评判对象的各因素组成集合X＝{x1，x2，Λ，xj}，j＝1，2，Λ，p，p为因子个数。将其主要原因概括为四大影响因素标煤折算硫分Sbar、壁面附近CO含量、当量切圆直径Dsj、管壁温度T。
(2)、确定评判等级将被评判对象可能作出的各种评判等级组成集合V，将腐蚀倾向规定为三个程度等级轻微、中等、严重。
(3)、规定聚类权根据不同的评判等级，确定相应级别各因子的相对权重，可按下式计算ηjk=(1/λjk)/Σj=1p(1/λjk),]]>其中，λjk为分级标准值，j＝1，2，Λ，p，p为因子个数，k＝1，2，Λ，m，m为等级数。
(4)、规定白化函数对设定的评判等级规定白化函数，将评判等级分为3种等级(m＝3)。
(5)、计算聚类系数δk求解某一样品对不同等级的聚类权重δk=Σj=1pfjk(λjk)ηjk,]]>其中，j＝1，2，Λ，p，p为因子个数；k＝1，2，Λ，m，m为等级数；λjk为分级标准值。
(6)、按最大原则确定倾向级别及置信度确定各种白化函数值fk，函数值按上述白化函数作线性内插，最大值为1。确定聚类系数ηk，第k类的系数，δk=Σj=14fjk(λjk)ηjk,]]>其中k＝1，2，3。
按照上述计算方法，通过编制计算软件，计算得到石门电厂锅炉水冷壁高温腐蚀的聚类系数δk轻微腐蚀的聚类系数为δ1＝0.309；中等腐蚀的聚类系数为δ2＝0.632；严重腐蚀的聚类系数为δ3＝0.05；构造聚类向量，按向量最大原则确定归类石门电厂的聚类行向量为δk＝(0.309，0.632，0.05)，其中δ2＝0.632为最大，因而判定为中等程度的高温腐蚀。
对聚类行向量进行归一化处理，为了比较水冷壁高温腐蚀程度倾向，需对聚类行向量作归一化处理，即用δ1+δ2+δ3的总和通除各项，得到δk＝(0.312，0.638，0.05)，因此，石门电厂锅炉水冷壁高温腐蚀倾向为中等，置信度为0.638，即为63.8％，故判定为中等程度高温腐蚀。原腐蚀速度为0.7～1.3mm/104h在中等腐蚀程度区间内，与锅炉原实际腐蚀情况吻合。
根据上述判别结论，推荐石门电厂优先采取现场改造工作量较小的设备改造方案——双通道燃烧器“楔形体改造技术”，在冷态空气动力场试验中，测试了加装楔形体后燃烧器出口的冷态流场，采用德国产风速计测速及长飘带观察气流运动轨迹，结果表明一次风出口速度提高，气流衰减和偏转特性明显改善，一次风沿主气流方向旋转，未发现刷墙现象；在热态机组电负荷270MW，省煤器出口烟气含氧量＞4.5～5％时，高负荷区域水冷壁附近燃烧气氛O2＝2.1～5.5％、CO＝580～915ppm，基本不存在还原性气氛，实施后效果良好。
实践结果表明，在设备改造的基础上，通过采取配套的锅炉运行优化调整及燃料品质控制措施，基本解决了石门电厂#2锅炉水冷壁高温腐蚀问题。
权利要求
1，一种大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别方法，其特征是(一)、确定影响水冷壁高温腐蚀的主要因素a、标煤折算硫份Sbarb、壁面附近的co含量c、当量切圆直径Dsjd、管壁温度T(二)、确定测量条件，测量各有关参数其中(1)炉内实际切圆测量位置为最下层一次风煤粉燃烧器中心标高+0～500m的范围内，由此得知当量切圆直径Dsj；(2)测量高负荷区域水冷壁附近燃烧气氛时，试验负荷必须大于80％额定负荷，炉内主燃烧区域保持合理的氧量，主控室氧量值大于4.5％；(3)测点安装技术要求在水冷壁高温腐蚀最严重的一面炉墙上安装测点，在腐蚀集中部位安装至少5个测点，测点炉内取样口应与水冷壁高温腐蚀部位平齐，测点总长度大于700mm；(4)按照公式Sbar＝29300×Sar/Qnet.ar对燃煤含硫量进行标煤折算硫分Sbar的换算；其中Sar为锅炉实际燃用煤种的含硫量，Qnct.ar为锅炉实际燃用煤种的收到基低位发热量；(三)、采用灰色聚类法对水冷壁高温腐蚀倾向进行综合评判，其中水冷壁高温腐蚀倾向及腐蚀速度标准为(1)腐蚀程度轻微或基本未腐蚀 ＜0.5mm/104h；(2)腐蚀程度中等倾向或腐蚀较明显 0.5～1.5mm/104h；(3)腐蚀程度严重 ＞1.5mm/104h。
2.根据权利要求1所述的大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别方法，其特征是对水冷壁高温腐蚀倾向进行综合评判的灰色聚类法的具体步骤是(1)、建立聚类因子集将影响评判对象的各因素组成集合X＝{x1，x2，Λ，xj}，j＝1，2，Λ，p，p为因子个数；(2)、确定评判等级将被评判对象可能作出的各种评判等级组成集合V；(3)、规定聚类权根据不同的评判等级，确定相应级别各因子的相对权重，可按下式计算ηjk=(1/λjk)/Σj=1p(1/λjk),]]>其中，λjk为分级标准值，j＝1，2，Λ，p，p为因子个数，k＝1，2，Λ，m，m为等级数；(4)、规定白化函数对设定的评判等级规定白化函数，将评判等级分为3种等级(m＝3)；(5)、计算聚类系数δk求解某一样品对不同等级的聚类权重δk=Σj=1pfjk(λjk)ηjk,]]>其中，j＝1，2，Λ，p，p为因子个数；k＝1，2，Λ，m，m为等级数；λjk为分级标准值；(6)、按最大原则确定倾向级别及置信度。
全文摘要
本发明涉及的是火力发电燃煤锅炉领域，具体是大型电站锅炉水冷壁高温腐蚀程度判别方法，其特征是首先确定影响水冷壁高温腐蚀的主要因素；然后确定测量条件，测量各有关参数；最后采用灰色聚类法对水冷壁高温腐蚀倾向进行综合评判。本发明不但能随时掌握锅炉的高温腐蚀程度，一旦发生腐蚀，可以及早采取措施，而且还可以为电厂选定最佳性价比的设备改造方案提供依据，从而使电站锅炉改造费用少，工期短。
文档编号F23M5/08GK1506616SQ0213980
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年12月6日
发明者焦庆丰, 姚斌, 程刚 申请人:湖南省电力试验研究所