CN105605563A - 墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置及方法，包括锅炉水冷壁四壁上下设置的多层一次风燃烧器，伴随燃烧器设置的二次风口；所述二次风口设置有两个喷口，一个为固定喷口，另一个为由驱动装置带动的可偏转喷口，可偏转喷口设置有风门挡板用于风量大小的调节；驱动装置用于可偏转喷口偏转角度的调节；在所述锅炉水冷壁四壁上设置有烟气测量取样点，一个控制器接收取样点的测试结果信号并控制可偏转风嘴的驱动装置和风门挡板开度，使在下游水冷壁区域形成一层空气保护膜，阻挡煤粉气流直接冲刷水冷壁，破坏了水冷壁产生高温腐蚀所需要的还原性气氛，有效的抑制了水冷壁壁面高温腐蚀的发生。

Description

墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置及方法。

背景技术

炉膛水冷壁的高温腐蚀首先在高压锅炉水冷壁管中工质温度约为317℃的液态排渣炉上发现，后来在高参数、大容量尤其是燃用贫煤的电站锅炉发现更为严重的水冷壁管腐蚀问题，腐蚀较厉害的锅炉，腐蚀速度高达3.0mm/年，由此引起的锅炉水冷壁爆管等事故的可能性显著增加，会严重影响电力安全生产。在近期投产的超（超）临界机组锅炉中不少采用了墙式切圆锅炉，随着运行时间的不断增加，此类型锅炉大部分出现了水冷壁高温腐蚀现象。华电安徽分公司某电厂660MW机组超（超）临界锅炉、大唐江苏分公司某电厂660MW机组超（超）临界锅炉都出现了水冷壁大范围的高温腐蚀的情况，严重者高温腐蚀现象遍及整个燃烧器区域，严重危害机组安全运行，电厂不得不在检修期间对发生高温腐蚀区域进行大规模的等离子防腐蚀喷涂，花费巨大。因此研究墙式切圆锅炉的高温腐蚀特性与防治技术对保障电站锅炉安全稳定经济运行有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置及方法，通过将锅炉二次风喷口分为固定和可偏转两个部分，其中，可偏转喷口根据相邻侧壁还原性气体浓度的情况，调整偏转的角度向侧壁喷射空气，使在下游水冷壁区域形成一层空气保护膜，阻挡煤粉气流直接冲刷水冷壁，破坏了水冷壁产生高温腐蚀所需要的还原性气氛，有效抑制水冷壁壁面高温腐蚀的发生。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置，包括围绕墙式切圆锅炉四壁上下设置的多层随燃烧器的一次风喷口，在锅炉四壁同时有伴随一次风喷口设置的二次风喷口；其中，所述二次风喷口是两个，一个为固定喷口，另一个为由驱动装置带动的可偏转喷口，可偏转喷口设置有由另一驱动装置带动开度可调的风门挡板；固定喷口垂直于侧壁朝向炉膛中央用于正常的二次风输送，可偏转喷口用于调节向相邻侧壁吹风的偏转角度；在所述锅炉水冷壁四壁上设置有烟气取样点，一个控制器接收取样点的信号并根据测试结果通过驱动装置控制可偏转喷口的偏转角度和风门挡板开度。

方案进一步是：所述相邻侧壁取决于炉内切圆的气流旋转方向，当气流旋转方向是逆时针方向时，所述相邻侧壁是可偏转喷口右侧的侧壁；当气流旋转方向是顺时针方向时，所述相邻侧壁是可偏转喷口左侧的侧壁。

方案进一步是：所述烟气取样点与所述一次风喷口处于同一水平标高位置，并且设置为多个均匀分布。

方案进一步是：所述可偏转喷口与固定喷口水平并排设置。

方案进一步是：所述可偏转喷口从垂直朝向炉膛中央向炉膛侧壁的偏转角度是0度至30度。

方案进一步是：所述风门挡板的开度可调范围是50%至100%。

墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制方法，是基于所述专置的控制方法；其过程是：实时采集接近锅炉水冷壁壁面的烟气，当烟气中还原性气体浓度小于允许设定值时，可偏转喷口不发生偏转，风门挡板开度为最小开度；当还原性气体浓度大于允许设定值时，可偏转喷口向其相邻侧壁水冷壁发生角度偏转，风门挡板从最小向100%开度调整。

方案进一步是：所述还原性气体浓度由CO代表，所述允许浓度设定值是1000ppm，所述风门挡板最小开度是50%，所述可偏转喷口最大偏转角度是30度。

方案进一步是：所述还原性气体浓度由CO代表，

当CO＝1000ppm时，可偏转喷口偏转角度5°，风门挡板开度为60%；

或者：

当CO＝3000ppm时，可偏转喷口偏转角度10°，风门挡板开度为65%；

或者：

当CO＝5000ppm时，可偏转喷口偏转角度15°，风门挡板开度为70%；

或者：

当CO＝7000ppm时，可偏转喷口偏转角度20°，风门挡板开度为75%；

或者：

当CO＝9000ppm时，可偏转喷口偏转角度25°，风门挡板开度为100%。本发明的有益效果：

1、通过偏转部分二次风喷口的角度，使在下游水冷壁区域形成一层空气保护膜，阻挡煤粉气流直接冲刷水冷壁，破坏了水冷壁产生高温腐蚀所需要的还原性气氛，有效的抑制了水冷壁壁面高温腐蚀的发生。

2、部分可偏转二次风不但有益于防止水冷壁高温腐蚀现象的发生，同时加深了锅炉燃烧器区域的径向分级燃烧，对抑制NOx的生成有益，同时，采用的是部分偏转二次风而不是全部偏转二次风也是考虑到锅炉燃烧经济性的原因，如二次风喷口全部偏转对高温腐蚀及NOx生成都有抑制作用，但是二次风全部偏转后与一次风煤粉的混合延迟导致煤粉燃烧时间减少，飞灰和炉渣含碳量增加，锅炉效率降低。可见本发明专利不但有利于抑制高温腐蚀的发生，同时还兼顾了锅炉环保排放及燃烧经济性，三者达到了和谐的统一，效益不言而喻。

下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明墙式切圆锅炉一个水冷壁的一次风、二次风及烟气采样点布局结构示意图；

图2为本发明炉体内气流旋转方向是逆时针方向时的二次风喷口工作形象示意图；

图3为本发明控制电路示意图；

图4是H2S浓度随着CO浓度变化关系图。

具体实施方式

水冷壁高温腐蚀主要是硫化物型高温腐蚀。试验分析发现，凡腐蚀严重的锅炉水冷壁，都在相应腐蚀区域的烟气成分中发现还原性气氛和含量很高的H2S气体。资料表明，腐蚀速度与烟气中的H2S浓度几乎成正比例。高温腐蚀发生的机理是，当炉内为还原性气氛时，煤中的S除了生成SO2、SO3外，还会由于缺氧而生成H2S，同时SO2、SO3也会转变成H2S，H2S可直接与水冷壁中纯金属反应FeS：H2S+Fe→FeS+H2，也会与水冷壁表面的Fe3O4氧化层中所复合的FeO(Fe3O4=Fe2O3+FeO)反应生成FeS，其熔点为1195℃，在温度较低的腐蚀前沿可以稳定存在。当沾灰层温度较高时，FeS又会再次与介质中的氧作用，转变为Fe3O4，从而使腐蚀进一步进行。公认发生高温腐蚀的条件为：O22%，CO>0.5%，H2S>0.01%。因此，如果可以在水冷壁区域形成一层空气保护膜，阻挡煤粉气流直接冲刷水冷壁，破坏了水冷壁产生高温腐蚀所需要的还原性气氛，就可有效的抑制了水冷壁壁面高温腐蚀的发生。为此有了如下的实施例。

实施例1：

一种墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置，如图1、图2和图3所示，墙式切圆锅炉是一种炉膛1横截面为方形的锅炉，炉膛四个面从下至上分别设置有多层随燃烧器的一次风喷口2，在锅炉四壁同时有伴随一次风喷口之上或之下设置的二次风喷口3，一次风喷口和二次喷口偏离炉膛侧面壁垂直中心线设置，从炉膛四个面二次喷口垂直于膛侧面、吹进的二次风303在炉膛中间裹住一次喷口喷入的燃料形成一个旋转的助燃风圈101。其中，所述二次喷口是两个喷口，一个为固定喷口301，另一个为由驱动装置带动的可偏转喷口302，可偏转喷口设置有由另一驱动装置带动开度可调的风门挡板302-1；固定喷口垂直于侧壁朝向炉膛中央用于正常的二次风201输送，可偏转喷口用于调节向相邻侧壁吹风的偏转角度；在所述锅炉水冷壁四壁上设置有烟气取样点口4，一个控制器5接收取样点口的信号并根据测试结果通过驱动装置6控制可偏转喷口的偏转角度，以及通过另一个驱动装置7控制风门挡板开度。

实施例中：所述相邻侧壁取决于炉内切圆的气流旋转方向，当气流旋转方向是逆时针方向时，所述相邻侧壁是可偏转喷口右侧的侧壁；当气流旋转方向是顺时针方向时，所述相邻侧壁是可偏转喷口左侧的侧壁，图2示意的是一种逆时针方向。

实施例中：所述烟气取样点伴随燃烧器一次风喷口设置在所述锅炉四壁上，烟气取样点与所述一次风喷口处于同一水平标高位置设置，并且为多个均匀分布。

实施例中：所述可偏转喷口与固定喷口水平并排设置。

实施例中：所述可偏转喷口从垂直朝向炉膛中央向炉膛侧壁的偏转角度a是0度至30度。

实施例中：所述风门挡板的开度可调范围是50%至100%。

上述实施例中：可偏转喷口是在常规二次风喷口基础上把二次风喷口分为固定部分和可偏转两个部分，固定喷口部分为向火侧，可偏转喷口部分为背火侧，可偏转喷口可以通过炉外的执行机构进行水平方向上的角度调节，同时可以通过单独的风门挡板调节进入可偏转喷口的二次风量，这样可在其下游水冷壁壁面附近形成一层空气保护膜，有效破坏了产生高温腐蚀的条件；水冷壁壁面气氛监测烟气取样点实时对四面水冷壁壁面附近区域的烟气成分进行测量，并将测量数据传送到控制器的集控DCS系统，为调整可偏转喷口提供数据支持；而反馈控制则根据壁面气氛的检测结果调整可偏转二次风喷口的偏转角度和风门挡板开度，使水冷壁面附近的烟气成分(氧量、CO等)维持在较安全的数值。由此可以有效减缓墙式切圆烧锅炉水冷壁壁面高温腐蚀现象的发生，保证锅炉的安全稳定运行。

上述实施例可以将监测的水冷壁壁面区域划分的多个子区域，所划分的多个子区域及布置在每一个子区域水冷壁鳍片上的烟气抽取点，所述不同子区域的水冷壁壁面烟气被抽取出进入烟气分析仪，所述烟气分析仪将分析出的烟气成分数据传送到运行的控制器DCS系统，DCS系统对数据进行分析判断，向所对应子区域的调整可偏转喷口发出水平偏转及风门挡板动作指令，所述调整可偏转喷口发生偏转后，所喷射的空气流方向改变，在所对应的子区域水冷壁壁面附近形成空气保护层，破坏高温腐蚀发生的条件，从而缓解墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀。

所述调整可偏转喷口可沿其相邻的固定喷口截面法线正向水平右偏转一定角度

（0°—30°）。

所述所有调整可偏转喷口的二次风量来自于二次风风箱，且所有调整可偏转喷口均有小风门挡板进行独自风量调节。

本实施例中的层次为6层，以所有6层一次风喷口中心点标高为基准点，可把四面水冷壁区域均匀划分成24个子区域。

在四面水冷壁壁面鳍片上开设烟气抽取点，分为6层，烟气取样点的标高位置与一次风喷口中心点标高一致。开设的烟气取样点均焊接不锈钢管引出到炉外。

设置多台烟气分析仪对应24个子区域，由计算机设置好每台烟气分析仪对应的编号，烟气分析仪抽取水冷壁壁面烟气进行成分分析并传输给计算机，计算机记录好每台烟气分析仪的分析结果，按编号把数据传输给集控DCS系统，DCS对各编号烟气分析仪的数据进行分析判断然后自动进行下一步操作。

实施例2：

一种墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制方法，是基于实施例1所述装置的控制方法；实施例1中的内容也应是本实施例中的内容。

所述方法是：通过设置的烟气取样点实时采集接近锅炉水冷壁壁面的烟气，即：通过布置在水冷壁鳍片上的烟气抽取点采集水冷壁壁面烟气，并送入到烟气分析仪中进行成分分析，把分析数据传送到运行的控制器DCS系统中；可偏转喷口根据所对应水冷壁壁面区域还原性气氛的强弱自动调整水平偏转的角度和风量，使水冷壁壁面附近形成一层空气保护层，破坏高温腐蚀发生的条件，从而防止墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀；当烟气中还原性气体浓度小于允许设定值时，可偏转喷口不发生偏转，可偏转喷口垂直朝向炉膛中央，偏转角度是0度，风门挡板开度为最小开度；当还原性气体浓度大于允许设定值时，可偏转喷口向其相邻侧壁水冷壁发生角度偏转，风门挡板从最小向100%开度调整。

本实施例中：根据图4所示，所述还原性气体浓度由CO代表，所述允许设定值是1000ppm，所述风门挡板最小开度是50%，其中：不允许设定值是11000ppm，所述可偏转喷口最大偏转角度是30度。

实施例中：

当CO＝1000ppm时，可偏转喷口偏转角度5°，风门挡板开度为60%；

或者：

当CO＝3000ppm时，可偏转喷口偏转角度10°，风门挡板开度为65%；

或者：

当CO＝5000ppm时，可偏转喷口偏转角度15°，风门挡板开度为70%；

或者：

当CO＝7000ppm时，可偏转喷口偏转角度20°，风门挡板开度为75%；

或者：

当CO＝9000ppm时，可偏转喷口偏转角度25°，风门挡板开度为100%。

上述方法通过偏转部分可偏转喷口的角度，使在下游水冷壁区域形成一层空气保护膜，阻挡煤粉气流直接冲刷水冷壁，破坏了水冷壁产生高温腐蚀所需要的还原性气氛，有效的抑制了水冷壁壁面高温腐蚀的发生。

部分可偏转二次风不但有益于防止水冷壁高温腐蚀现象的发生，同时加深了锅炉燃烧器区域的径向分级燃烧，对抑制NOx的生成有益，同时，采用的是部分偏转二次风而不是全部偏转二次风也是考虑到锅炉燃烧经济性的原因，如二次风喷口全部偏转对高温腐蚀及NOx生成都有抑制作用，但是二次风全部偏转后与一次风煤粉的混合延迟导致煤粉燃烧时间减少，飞灰和炉渣含碳量增加，锅炉效率降低。可见本发明专利不但有利于抑制高温腐蚀的发生，同时还兼顾了锅炉环保排放及燃烧经济性，三者达到了和谐的统一，效益不言而喻。

Claims (9)

1.墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制装置，包括围绕墙式切圆锅炉四壁上下设置的多层随燃烧器的一次风喷口，在锅炉四壁同时有伴随一次风喷口设置的二次风喷口；其特征在于，所述二次风喷口是两个，一个为固定喷口，另一个为由驱动装置带动的可偏转喷口，可偏转喷口设置有由另一驱动装置带动开度可调的风门挡板；固定喷口垂直于侧壁朝向炉膛中央用于正常的二次风输送，可偏转喷口用于调节向相邻侧壁吹风的偏转角度；在所述锅炉水冷壁四壁上设置有烟气取样点，一个控制器接收取样点的信号并根据测试结果通过驱动装置控制可偏转喷口的偏转角度和风门挡板开度。

2.根据权利要求1所述的监测控制装置，其特征在于，所述相邻侧壁取决于炉内切圆的气流旋转方向，当气流旋转方向是逆时针方向时，所述相邻侧壁是可偏转喷口右侧的侧壁；当气流旋转方向是顺时针方向时，所述相邻侧壁是可偏转喷口左侧的侧壁。

3.根据权利要求1所述的监测控制装置，其特征在于，所述烟气取样点与所述一次风喷口处于同一水平标高位置，并且设置为多个均匀分布。

4.根据权利要求1所述的监测控制装置，其特征在于，所述可偏转喷口与固定喷口水平并排设置。

5.根据权利要求1所述的监测控制装置，其特征在于，所述可偏转喷口从垂直朝向炉膛中央向炉膛侧壁的偏转角度是0度至30度。

6.根据权利要求1所述的监测控制装置，其特征在于，所述风门挡板的开度可调范围是50%至100%。

7.墙式切圆锅炉水冷壁高温腐蚀监测控制方法，是基于权利要求1所述专置的控制方法；其特征在于，实时采集接近锅炉水冷壁壁面的烟气，当烟气中还原性气体浓度小于允许设定值时，可偏转喷口不发生偏转，风门挡板开度为最小开度；当还原性气体浓度大于允许设定值时，可偏转喷口向其相邻侧壁水冷壁发生角度偏转，风门挡板从最小向100%开度调整。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述还原性气体浓度由CO代表，所述允许浓度设定值是1000ppm，所述风门挡板最小开度是50%，所述可偏转喷口最大偏转角度是30度。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述还原性气体浓度由CO代表，

当CO＝1000ppm时，可偏转喷口偏转角度5°，风门挡板开度为60%；

或者：

当CO＝3000ppm时，可偏转喷口偏转角度10°，风门挡板开度为65%；

或者：

当CO＝5000ppm时，可偏转喷口偏转角度15°，风门挡板开度为70%；

或者：

当CO＝7000ppm时，可偏转喷口偏转角度20°，风门挡板开度为75%；

或者：

当CO＝9000ppm时，可偏转喷口偏转角度25°，风门挡板开度为100%。