CN103528042B - 防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，首先在锅炉高温受热面上增加设置壁温测点，然后通过设置A-A风风箱，并使A-A风的喷口在水平和垂直方向进行摆动，来减弱炉膛内空气气流的残余旋转，减少炉膛出口两侧烟温偏差，并利用优化锅炉吹灰方式、优化锅炉启停机运行方式和优化锅炉给水加氧运行方式来进一步调整锅炉受热面的热偏差。本发明在锅炉效率不改变的情况下，有效控制了锅炉受热面管壁温度及温度变化速度，避免了局部超温，控制了氧化皮大规模脱落的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法。
背景技术
超超临界锅炉在运行时，根据锅炉温度场分布及受热面使用管材情况，容易产生氧化皮剥落现象。
目前高温受热面主要材质为SA-213TP347H和A-213S30432，只有少量的SA-213TP310HCbN。TP347H管材，在高温下运行，由于抗氧化性能差，氧化皮急剧生成，当机组停机时，造成氧化皮严重（全部）脱落；SUP304管材抗氧化性能强于TP347H，氧化皮局部剥落；SA-213TP310HCbN抗氧化性能最好，无氧化皮脱落现象。
锅炉受热面内壁金属温度高于金属适用抗氧化温度是造成锅炉管氧化皮快速生长的最主要因素，温度愈高氧化皮的生长速度愈快。当炉管内壁氧化皮生长到一定厚度后，在机组停机等管外壁较大幅度降温过程中或机组工况大幅变化时，管壁金属与氧化皮之间以及氧化皮（Fe3O4、Fe2O3以及含铬氧化物等）各层之间因膨胀系数差异所产生的过大热应力是导致氧化皮发生剥落的最主要因素。因此氧化皮越厚、温度发生反复或剧烈的变化越剧烈，如锅炉停炉时强制通风快速冷却，都会加速氧化皮的剥落。
目前使用的超超临界锅炉的受热面壁温测点设置存在问题，壁温测点设置偏少，且70%的壁温测点设置在受热面管路的最外圈，由于没有加装节流圈，最外圈管路在整个管屏中的流量是最大的，壁温也处于最低值，因而壁温测点不能很好的监视受热面的状态。锅炉运行存在隐性超温和TP347H和SUP304材料在高温区域抗氧化性不强，导致短期（10000h）内大量生成，并在机组停机后大量剥落。
锅炉在运行过程中，后屏过热器、末级过热器及末级再热器都存在壁温差，呈现左低右高的特性，而较大的壁温差，直接导致在额定汽温工况下。后屏过热器、末级过热器及末级再热器的受热面管屏长期处于隐性超温。为保证锅炉安全稳定运行，锅炉只能被迫降温运行。
受热面左右屏间热偏差，主要是因为逆时针四角切圆在炉膛出口的残余旋转形成。四角切圆燃烧方式由于着火稳定、燃料燃尽程度高等优点得到了广泛的应用。但是随着锅炉容量的增大，炉膛出口的切向动量比锅炉容量更快地增大（炉膛出口的切向动量近似正比与锅炉容量的1．33次方），因此对于660MW机组的锅炉，炉膛出口的残余旋转是非常明显的。
在超超临界锅炉运行过程中，容易产生氧化皮剥落的管圈为后屏过热器、末级过热器及末级再热器，氧化皮剥落后沉积在后屏过热器、末级过热器及末级再热器的底部U型弯头处或受热面入口的节流孔处。氧化皮堵塞造成锅炉超温爆管、主汽门的卡塞、汽轮机冲刷、疏水阀门卡涩，内漏等。为了清理剥落的氧化皮，被迫进行大规模割管来清理氧化皮，造成了人力和资源的极大损耗。
发明内容
本发明提供的一种防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，在锅炉效率不改变的情况下，有效控制了锅炉受热面管壁温度及温度变化速度，避免了局部超温，控制了氧化皮大规模脱落的问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，该工艺方法包含以下步骤：
步骤1、在锅炉高温受热面上增加设置壁温测点；
步骤2、调整锅炉受热面的热偏差；
步骤2.1、设置A-A风风箱，并使A-A风的喷口在水平和垂直方向进行摆动，来减弱炉膛内空气气流的残余旋转，减少炉膛出口两侧烟温偏差；
步骤2.2、优化锅炉吹灰方式；
降低锅炉右侧后屏过热器和末级再热器的受热面的吹灰频率；
步骤2.3、优化锅炉启停机运行方式；
控制锅炉在启停和升降负荷过程中的温度变化率＜2℃/min；
锅炉停炉之后不允许强制通风冷却；
步骤2.4、优化锅炉给水加氧运行方式；
给水溶氧控制在10—20微克/升。
所述的步骤1包含以下步骤：
步骤1.1、在后屏过热器、末级过热器和末级再热器的炉膛的左中右侧的管排整屏增加安装壁温测点，监视高温受热面的同屏热偏差。
步骤1.2、在后屏过热器、末级过热器和末级再热器的炉膛宽度方向根据管屏数量隔排管屏中间壁温较高的管增加安装壁温测点，监视高温受热面的屏间热偏差。
步骤1.3、在后屏过热器和末级过热器的进汽集箱的中部易积存异物的管屏中增加安装壁温测点，监视高温受热面的易堵区域温度。
安装壁温测点的管壁部位应严格除锈及杂物，壁温测点要牢固地压接或熔接在已除锈的壁面上，防止松动或脱落。
壁温测点的保温层要密实、贴牢、无裂纹，且具有足够的厚度，以减少管子向环境的散热。
按照壁温测点温度的范围选择热电偶类型，安装前逐一对热电偶进行校验和选优。
所述的步骤2.1中，A-A风的喷口在水平方向做左右10°的摆动。
所述的步骤2.1中，A-A风的喷口在垂直方向做上下20°的摆动。
所述的步骤2.2中，将机组的长吹吹灰由原来的双日吹灰优化为每月的2、8、14、20、26日进行。
步骤2.1～步骤2.4没有固定的先后顺序。
本发明在锅炉效率不改变的情况下，有效控制了锅炉受热面管壁温度及温度变化速度，避免了局部超温，控制了氧化皮大规模脱落的问题。
附图说明
图1是本发明中A-A风风箱的设置结构示意图；
图2是本发明中A-A风风箱的水平摆动结构示意图；
图3是本发明中A-A风风箱的垂直摆动结构示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图3来说明本发明的较佳实施方式。
本实施例采用4×660MW超超临界机组，锅炉型号为HG-2000/26.15-YM3（超超临界压力直流锅炉），采用П型布置、单炉膛、改进型低NOX PM（Pollution Minimum最小污染）主燃烧器和MACT（Mitsuibishi Advanced Combustion Technology三菱先进燃烧技术）型低NOx分级送风燃烧系统、墙式切圆，炉膛采用内螺纹管垂直水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热。
本发明提供一种防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，该工艺方法包含以下步骤：
步骤1、在锅炉高温受热面上增加设置壁温测点。
步骤1.1、在后屏过热器、末级过热器和末级再热器的炉膛的左中右侧的管排整屏增加安装壁温测点，监视高温受热面的同屏热偏差。
本实施例中，增加设置壁温测点，后屏过热器整屏（9屏、27屏、33屏），每屏19根管；末级过热器整屏（28屏、44屏、53屏），每屏15根管；末级再热器整屏（18屏、52屏、63屏），每屏11根管。
步骤1.2、在后屏过热器、末级过热器和末级再热器的炉膛宽度方向根据管屏数量隔排管屏中间壁温较高的管增加安装壁温测点，监视高温受热面的屏间热偏差。
本实施例中，增加设置壁温测点，后屏过热器沿炉膛宽度方向，每屏的第10根管进行加装；末级过热器沿炉膛宽度方向的双数屏（2、4……56）第7根管进行加装；末级再热器沿炉膛宽度方向的双数屏（2、4……70）第6根管进行加装。
步骤1.3、在后屏过热器和末级过热器的进汽集箱的中部易积存异物的管屏中增加安装壁温测点，监视高温受热面的易堵区域温度。
本实施例中，增加设置壁温测点，后屏过热器集箱中部易积存异物管排14-20屏的下部管圈，第6-13根管，加装49点；末级过热器集箱中部易积存异物管排25-32屏的第4-11根管，加装49点。
安装壁温测点的管壁部位应严格除锈及杂物，壁温测点要牢固地压接或熔接在已除锈的壁面上，防止松动或脱落。
壁温测点的保温层要密实、贴牢、无裂纹，且具有足够的厚度，以尽可能减少管子向环境的散热。
按照壁温测点温度的范围选择合适的热电偶类型，安装前逐一对热电偶进行校验和选优。
步骤2、调整锅炉受热面的热偏差；
步骤2.1、设置A-A风风箱，并使A-A风的喷口在水平和垂直方向进行摆动，来减弱炉膛内空气气流的残余旋转，减少炉膛出口两侧烟温偏差；
如图1所示，在锅炉主燃烧器上方炉膛的四角布置四个A-A风风箱1。
如图2和图3所示，每一个A-A风风箱包含从上至下排列的4个风室11、12、13、14，每个风室内上下设置上喷口1101（1201、1301、1401）和下喷口1102（1202、1302、1402）。
如图2所示，在每个A-A风风箱的高度方向分别设置4只手动的水平摆动机构3，每个风室内的上喷口和下喷口组成一组，绕其内部转轴通过水平摆动连杆2连接到外部手动的水平摆动机构3，在水平摆动机构3的带动下，可沿水平方向做左右10°的摆动。
如图3所示，在每个A-A风风箱的高度方向分别设置4个带内曲拐的外摆动机构4，每个外摆动机构4通过垂直摆动连杆5连接每个风室内的一组上喷口和下喷口，4个带内曲拐的外摆动机构4再通过一根端部带铰链的外连杆6连接摆动驱动气缸7。
每个A-A风风箱的最上端风室的下喷口与其它三个风室的全部喷口一起，在摆动驱动气缸7的带动下，可沿垂直方向做上下20°的摆动，而每个A-A风风箱的最上端风室的上喷口则通过手动调节垂直摆动，可视燃烧工况来调整喷嘴的摆动角度，但调整范围不得超过设计值。
本实施例中，做A-A风风箱的A-A风的喷口水平摆动的试验，试验前的锅炉工况为：负荷600MW，B-F制粉系统运行。主加热器的汽温583/587℃，汽温偏差为5℃；再热器的汽温582/589℃，汽温偏差为8℃，过热器和再热器均未使用减温水。
试验时，四个A-A风风箱的喷口的水平摆角全部开到最大的反切位置，即向右10°摆动（顺时针方向），反切后，水冷壁最高温度为457℃，后屏过热器的最高壁温为601℃，末级过热器的最高壁温为612℃，末级再热器的最高壁温为629℃，CO排放浓度保持不变，NOx排放浓度维持在300mg/m3左右，排烟温度和飞灰可燃物含量保持稳定，锅炉热效率保持不变。
再继续做A-A风风箱的A-A风的喷口垂直摆动的试验：选取锅炉的负荷为660MW，分别对炉膛内单个角的A-A风风箱进行大开度摆动试验，每个工况试验稳定1个小时，对每个工况下的水冷壁、后屏过热器、末级过热器和末级再热器的最高壁温及壁温偏差进行记录。
由于各项组合十分复杂繁琐，采取如下策略进行逐步优化选择：
表5
| AA风 | 1#角 | 2#角 | 3#角 | 4#角 |
| T-1 | 20% | 50% | 50% | 50% |
| T-2 | 70% | 50% | 50% | 50% |
| T-3 | 50% | 20% | 50% | 50% |
| T-4 | 50% | 70% | 50% | 50% |
| T-5 | 50% | 50% | 20% | 50% |
| T-6 | 50% | 50% | 70% | 50% |
| T-7 | 50% | 50% | 50% | 20% |
| T-8 | 50% | 50% | 50% | 70% |
| T-9 | 80% | 50% | 50% | 20% |
| T-10 | 20% | 50% | 50% | 20% |
| T-11 | 80% | 80% | 50% | 20% |
| T-12 | 80% | 20% | 50% | 20% |
| T-13 | 80% | 80% | 80% | 20% |
| T-14 | 80% | 80% | 20% | 20% |
如表5中的T-1至T-8为摸索工况，通过实验，得出T-7工况对最高点的壁温影响最为明显。选取T-7工况为继续实验工况，再进行T-9和T-10进行试验，优选为T-9为继续实验工况，再继续进行T-11和T-12进行试验，优选为T-11为继续实验工况，继续进行T-13和T-14进行试验，最终选择T-13为最佳工况。得出最佳扰动工况后，可以进行最小变动试验，但从实验结果看，相对于水平位置30%为最佳摆动位置。
T-13试验后，过热器的汽温593/594℃，汽温偏差为1℃，过热器减温水为28T/H。再热器的汽温594/594℃，汽温偏差为0℃，再热器的减温水关闭。而过热汽器的温和再热器的汽温分别比原先提高8℃和9℃。从高温受热面壁温分析来看，热偏差调整后，后屏受热面中间受热面的壁温提高至570℃-580℃附近，末级过热器受热面左侧壁温升高至590℃附近，而右侧最高点壁温始终在620℃以下。末级再热器受热面左侧壁温升高至590℃，最高点壁温控制在620℃以下。末级再热器出口汽温两侧偏差为0℃，末级再热器左右两侧屏间只存在20℃左右的热偏差。水冷壁最高温度为462℃。后屏过热器、末级再热器和末级过热器的受热面最高壁温控制在620℃之内。CO排放浓度保持不变，NOx排放浓度维持在240 mg/m3，排烟温度和飞灰可燃物含量保持稳定，锅炉热效率未出现降低。并且在严格控制壁温的要求下，主、再热汽温各提高约8℃左右，燃烧调整取得了相当成功的效果。
步骤2.2、优化锅炉吹灰方式；
降低锅炉右侧后屏过热器和末级再热器的受热面的吹灰频率。将机组的长吹吹灰由原来的双日吹灰优化为每月的2、8、14、20、26日进行。
通过适当积灰，降低锅炉右侧高温受热面的换热效率，从而平衡左右两侧偏差。
优化吹灰顺序如下：
当定期工作为长吹时，做如下优化措施：管R2、R3、R4、R8、R9、R10中任选1根进行吹灰，其余5根进行旁路。每次吹灰时进行切换。例如：第1次只吹R2、第2次只吹R3、第3次只吹R4、第4次只吹R8、第5次只吹R8、第6次只吹R10、第7次和第一次相同。
从实施例中，经过吹灰方式优化后，锅炉两侧温度最高点偏差从原来的40℃左右，降低到20℃之内。
步骤2.3、优化锅炉启停机运行方式；
控制锅炉在启停和升降负荷过程中的温度变化率＜2℃/min。
锅炉停炉之后不允许强制通风冷却。
步骤2.4、优化锅炉给水加氧运行方式；
给水溶氧控制在10—20微克/升。
给水加氧是否得当与氧化皮的脱落可能会存在一定的关系，在锅炉给水由全挥发处理工况改变为加氧处理工况前，综合分析评估过热器和再热器内壁的状态，在管子内壁原生氧化物已经很厚的情况下应慎重对待给水处理工况的改变问题，否则即使加氧运行也很难形成致密的氧化膜，而且还有造成氧化皮剥落的风险，另外，蒸汽侧氧浓度过高就会造成Fe2O3的含量相对增大，增加了氧化皮脱落的危险性，另外，蒸汽中的溶解氧和水中的溶解氧对金属材质中的铬有腐蚀作用，在高温高压条件下过量氧会造成铬的析出，同时引起给水和蒸汽的氢导升高，在汽侧如果发生铬析出后，会造成金属基体表面形成空穴，促进了氧化皮的脱落。但是也不能控制过低，某些厂给水溶氧控制在30μg/l以下也是不合理的，一方面不符合导则的要求，另一方面也形不成致密的氧化膜，达不到加氧的效果。目前来看，蒸汽溶解氧正常控制在10—20微克/升左右是比较适宜的。
防止因氧化皮产生及脱落关键在于有效控制受热面管壁温度及温度变化速度。首先要根据炉型优化壁温测点的数量及位置，以便全面监控受热面壁温。锅炉运行要控制同屏及屏间热偏差现象。通过采取A-A风燃烧调整和吹灰优化，摸索出最佳燃烧工况和吹灰方案，严格控制启停机的温度变化率，进行精细加氧。新建机组从设计阶段就应考虑选用抗高温蒸汽氧化能力强的材料，如内表面喷丸处理的细晶奥氏体不锈钢或更高等级材料。受热面结构设计要合理，各部分受热面吸热量要均衡，最大程度地减小热偏差，避免局部超温。受热面管屏尽量采用弯曲半径较大的弯头。检修要加强对高温受热面不锈钢管弯头部位脱落氧化皮堆积量的检测并及时割管清理，加强对联箱、节流孔圈的检查，避免氧化皮堵塞所造成的过热爆管。采取以上综合措施，氧化皮大规模剥落的问题是可以控制的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，该工艺方法包含以下步骤：
步骤1、在锅炉高温受热面上增加设置壁温测点；
步骤2、调整锅炉受热面的热偏差；
步骤2.1、设置A-A风风箱，并使A-A风的喷口在水平和垂直方向进行摆动，来减弱炉膛内空气气流的残余旋转，减少炉膛出口两侧烟温偏差；
步骤2.2、优化锅炉吹灰方式；
降低锅炉右侧后屏过热器和末级再热器的受热面的吹灰频率；
步骤2.3、优化锅炉启停机运行方式；
控制锅炉在启停和升降负荷过程中的温度变化率＜2℃/min；
锅炉停炉之后不允许强制通风冷却；
步骤2.4、优化锅炉给水加氧运行方式；
给水溶氧控制在10—20微克/升；
所述的步骤1包含以下步骤：
步骤1.1、在后屏过热器、末级过热器和末级再热器的炉膛的左中右侧的管排整屏增加安装壁温测点，监视高温受热面的同屏热偏差；
步骤1.2、在后屏过热器、末级过热器和末级再热器的炉膛宽度方向根据管屏数量隔排管屏中间壁温较高的管增加安装壁温测点，监视高温受热面的屏间热偏差；
步骤1.3、在后屏过热器和末级过热器的进汽集箱的中部易积存异物的管屏中增加安装壁温测点，监视高温受热面的易堵区域温度。
2.如权利要求1所述的防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，安装壁温测点的管壁部位应严格除锈及杂物，壁温测点要牢固地压接或熔接在已除锈的壁面上，防止松动或脱落。
3.如权利要求1所述的防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，壁温测点的保温层要密实、贴牢、无裂纹，且具有足够的厚度，以减少管子向环境的散热。
4.如权利要求1所述的防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，按照壁温测点温度的范围选择热电偶类型，安装前逐一对热电偶进行校验和选优。
5.如权利要求1所述的防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，所述的步骤2.1中，A-A风的喷口在水平方向做左右10°的摆动。
6.如权利要求1所述的防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，所述的步骤2.1中，A-A风的喷口在垂直方向做上下20°的摆动。
7.如权利要求1所述的防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，所述的步骤2.2中，将机组的长吹吹灰由原来的双日吹灰优化为每月的2、8、14、20、26日进行。
8.如权利要求1-7中任意一个所述的防止超超临界锅炉中氧化皮产生及脱落的工艺方法，其特征在于，所述的步骤2中，步骤2.1～步骤2.4没有固定的先后顺序。
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