CN112283741A - 一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置 - Google Patents

一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，包括母管、至少上、下两层气氛调节喷嘴、特殊涂层的防腐耐磨水冷壁。所述母管为水平或竖直布置或任意角度倾斜布置，母管两端分别设置有四通球阀，四通球阀的三个接入端分别与一次风管，再循环烟气管和CaCO3粉末输送管连接，四通球阀的排出端与母管相连。所述气氛调节喷嘴至少为上下两层，前后墙气氛调节喷嘴错落布置。水冷壁由内至外依次为水冷壁管基体，防腐耐磨涂层，纳米无机封孔涂层。所述防腐耐磨涂层采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCr金属陶瓷涂层。本发明主要解决了高硫煤百万机组水冷壁腐蚀问题，减弱了高硫煤引起的硫化物高温腐蚀，延长了水冷壁寿命。

Description

一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置
技术领域
本发明涉及一种预防水冷壁腐蚀的装置，具体为一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置。
背景技术
随着机组容量的增加，百万机组已成为目前火力发电的主要发展方向。高参数、高性能指标的燃煤发电在提高发电效率、节能减排、控制污染物排放方面具有明显的发展优势。然而，如果百万机组燃用高硫煤和采用低NOx燃烧技术，将大大增加锅炉高温腐蚀的速率，降低了锅炉安全性和经济性，直接影响到锅炉的正常运行，成为火力发电安全经济运行的重大隐患，严重时将出现水冷壁爆管，威胁机组安全运行。
随着锅炉大容量高参数后，以及低NOx燃烧技术的应用，特别是以SOFA为代表的低NOx燃烧技术的广泛应用，高温腐蚀问题占据了锅炉燃烧问题的首位。此外，随着我国化石能源的消耗，加上火电厂运行成本的控制，近年以高硫煤为代表的劣质煤逐渐成为火电厂主要用煤。高硫煤相比普通烟煤将带来更为严重的水冷壁高温腐蚀问题，尤其是以H2S为代表的硫化物高温腐蚀是高硫煤燃烧的主要问题之一。
为了解决百万机组燃用高硫煤出现高温腐蚀问题，本发明提出一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，以解决燃用高硫煤百万机组锅炉的高温腐蚀问题。
发明内容
针对以上燃用高硫煤电站百万机组锅炉水冷壁腐蚀的显著问题，本发明提供了一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，包括母管、至少上气氛调节喷嘴和下两层气氛调节喷嘴两层气氛调节喷嘴，以及具有特殊涂层的防腐耐磨水冷壁。
所述母管为任意角度布置。母管两端分别设置有四通球阀，四通球阀的三个接入端分别与一次风管，再循环烟气管和CaCO3粉末输送管连接，四通球阀的排出端与母管相连相连。
优选的，所述四通球阀为一种互不干扰的可以灵活调节的四通球阀，每个阀门均可以根据工况需要任意开度打开或关闭。
进一步的，所述母管至少同一侧墙共用一根母管，也可以根据需要每一层气氛调节喷嘴均设置一个母管。
进一步的，所述气氛调节喷嘴至少为上下两层，两层气氛调节喷嘴主要布置在高温腐蚀较为严重的炉膛出口区域，为了气氛调节喷嘴更为全面地覆盖整个高温腐蚀区域，前后墙气氛调节喷嘴错落布置。
所述气氛调节喷嘴内壁四周安装有可灵活摆动的上遮风板、下遮风板、左遮风板、右遮风板四个遮风板，所述四个遮风板调节角度范围为0-45°。
进一步的，在炉膛高温腐蚀较为严重的区域(如炉膛出口附近、前后墙中心位置区域)可以设置炉膛烟气成分在线监测设备(烟气成分在线监测设备为常用烟气分析仪，位在图上标记)，烟气成分测量结果可以作为灵活调节气氛调节喷嘴和遮风板的依据。
进一步的，当炉膛烟气成分在线监测设备显示炉膛某一区域H2S腐蚀较为严重时，可以增加一次风管的一次风送风量和CaCO3粉末输送管的CaCO3浓度，发生如下反应：
H2S+O2→H2O+SO2
SO2+CaCO3→CaSO3+CO2
CaSO3+O2→CaSO4
可以大幅度吸收H2S高温腐蚀严重区域的H2S浓度，同时，还起到了固定H2S中的S的作用。
进一步的，当炉膛烟气成分在线监测设备显示炉膛某一区域H2S浓度并不是很高时，但该区域却腐蚀严重，可能是存在热偏差引起的局部超温或火焰刷墙行为，此时，可以适当增加再循环烟气管的再循环烟气送风量。
优选的，此处的再循环烟气从脱硫塔后引入，这部分烟气硫氧化物和氮氧化物均较低，温度远低于炉膛出口温度，但又高于常温，引入适量再循环烟气至炉膛高温腐蚀较为严重的区域可以降低局部温度，同时，增强局部扰流，提高了炉膛内部的温度场均匀性，削弱了局部热偏差引起的水冷壁高温腐蚀。
进一步的，一次风管，再循环烟气管和CaCO3粉末输送管所送入的工质浓度可以根据其他工况需要灵活调节。
所述具有特殊涂层的防腐耐磨水冷壁由内至外依次为水冷壁管基体，防腐耐磨涂层，纳米无机封孔涂层。
进一步的，所述防腐耐磨涂层采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCr金属陶瓷涂层。
优选的，所述防腐耐磨涂层选用NiCr-Cr3C2粉末作为喷涂材料，粉末粒度为325～500目，制造工艺为团聚烧结。
由于NiCr-Cr3C2金属陶瓷粉末含Cr量较高，制备的涂层在高温环境中氧化产生致密的Cr2O3，形成的Cr2O3是一种钝化相，其腐蚀电位高，降低腐蚀速率，形成Cr2O3保护层的合金具有优良的耐腐蚀性能，同时Cr3C2陶瓷相能提高涂层抗磨蚀性能。NiCr-Cr3C2涂层150℃至980℃之间的平均热膨胀系数为10.9×10-5/K，热导率为37.2W/(m·k)，与锅炉管用钢的热膨胀系数及热导率相近。
本发明的有益效果是：合理设置了一次风管，再循环烟气管和CaCO3粉末输送管，可以根据炉膛内高温腐蚀区域的分布情况，对这三种工质进行灵活的浓度分配，配合气氛调节喷嘴内部设置的可灵活摆动的遮风板，从而降低燃烧高硫煤带来的硫化物高温腐蚀问题。在上述手段削弱形成高温腐蚀氛围的同时，本发明还通过采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCr金属陶瓷涂层有力提高了水冷壁本身的抗腐蚀性能，延长了水冷壁的寿命。
附图说明
图1为锅炉示意图；
图2为母管布置示意图；
图3为气氛调节喷嘴的上、下遮风板的四种调节工况示意图
图4为气氛调节喷嘴的横向截面图
图5为水冷壁及其涂层示意图
图中，上层气氛调节喷嘴1，母管2，下层气氛调节喷嘴3，遮焰角4，一次风管5，再循环烟气管6，CaCO3粉末输送管7，水冷壁8，四通球阀9，上遮风板3-1，下遮风板3-2，左遮风板3-3，右遮风板3-4，水冷壁管基体8-1，防腐耐磨涂层8-2，纳米无机封孔涂层8-3
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
具体实施方式
一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，包括母管2、至少上气氛调节喷嘴1和下两层气氛调节喷嘴3两层气氛调节喷嘴，以及具有特殊涂层的防腐耐磨水冷壁8。
所述母管2为如图2所示水平布置。母管2两端分别设置有四通球阀9，四通球阀(9)的三个接入端分别与一次风管5，再循环烟气管6和CaCO3粉末输送管7连接，四通球阀9的排出端与母管9相连。
优选的，所述四通球阀9为一种互不干扰的可以灵活调节的四通球阀9，每个阀门均可以根据工况需要任意开度打开或关闭。
进一步的，所述母管9至少同一侧墙共用一根母管9，也可以根据需要每一层气氛调节喷嘴1均设置一个母管9。
进一步的，所述气氛调节喷嘴1至少为上下两层，两层气氛调节喷嘴1主要布置在高温腐蚀较为严重的炉膛出口区域，为了气氛调节喷嘴1更为全面地覆盖整个高温腐蚀区域，前后墙气氛调节喷嘴1错落布置。
所述气氛调节喷嘴内壁四周安装有可灵活摆动的上遮风板3-1、下遮风板3-2、左遮风板3-3、右遮风板3-4四个遮风板，所述四个遮风板调节角度范围为0-45°。
进一步的，在炉膛高温腐蚀较为严重的区域(如炉膛出口附近、前后墙中心位置区域)可以设置炉膛烟气成分在线监测设备(烟气成分在线监测设备为常用烟气分析仪，位在图上标记)，烟气成分测量结果可以作为灵活调节气氛调节喷嘴和遮风板的依据。
进一步的，当炉膛烟气成分在线监测设备显示炉膛某一区域H2S腐蚀较为严重时，可以增加一次风管5的一次风送风量和CaCO3粉末输送管7的CaCO3浓度，发生如下反应：
H2S+O2→H2O+SO2
SO2+CaCO3→CaSO3+CO2
CaSO3+O2→CaSO4
可以大幅度吸收H2S高温腐蚀严重区域的H2S浓度，同时，还起到了固定H2S中的S的作用。
进一步的，当炉膛烟气成分在线监测设备显示炉膛某一区域H2S浓度并不是很高时，但该区域却腐蚀严重，可能是存在热偏差引起的局部超温或火焰刷墙行为，此时，可以适当增加再循环烟气管6的再循环烟气送风量。
优选的，此处的再循环烟气从脱硫塔后引入，这部分烟气硫氧化物和氮氧化物均较低，温度远低于炉膛出口温度，但又高于常温，引入适量再循环烟气至炉膛高温腐蚀较为严重的区域可以降低局部温度，同时，增强局部扰流，提高了炉膛内部的温度场均匀性，削弱了局部热偏差引起的水冷壁高温腐蚀。
进一步的，一次风管5，再循环烟气管6和CaCO3粉末输送管7所送入的工质浓度可以根据其他工况需要灵活调节。
进一步的，在增加一次风管5的一次风送风量和CaCO3粉末输送管7的CaCO3浓度后，为了更进一步达到精准控制硫化物高温腐蚀，可以分别采取以下措施：
当高温腐蚀区域位于气氛调节喷嘴1的出口上方区域时，则可以将气氛调节喷嘴1的内壁设置的四个遮风板3按照图3中第一种开度设置。
当高温腐蚀区域位于气氛调节喷嘴1的出口邻近大范围区域时，则可以将气氛调节喷嘴1的内壁设置的四个遮风板3按照图3中第二种开度设置。
当高温腐蚀区域位于气氛调节喷嘴1的出口小区域时，则可以将气氛调节喷嘴1的内壁设置的四个遮风板3按照图3中第三种开度设置，这样气氛调节喷嘴1出口射流刚度增强，在缓解出口高温腐蚀的同时，还可以增强炉膛内烟气的扰流。
当高温腐蚀区域位于气氛调节喷嘴1的出口下方区域时，则可以将气氛调节喷嘴1的内壁设置的四个遮风板3按照图3中第四种开度设置。
进一步的，当高温腐蚀区域出现在炉膛其他区域时，也可以按照上述逻辑进行合理设置。
进一步的，具体的遮风板3的倾斜角度可以根据具体的高温腐蚀地点做进一步详细计算。
进一步的，所述具有特殊涂层的防腐耐磨水冷壁8由内至外依次为水冷壁管基体8-1，防腐耐磨涂层8-2，纳米无机封孔涂层8-3。
进一步的，所述防腐耐磨涂层8-2采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCr金属陶瓷涂层。
优选的，所述防腐耐磨涂层8-2选用NiCr-Cr3C2粉末作为喷涂材料，粉末粒度为325～500目，制造工艺为团聚烧结。
由于NiCr-Cr3C2金属陶瓷粉末含Cr量较高，制备的涂层在高温环境中氧化产生致密的Cr2O3，形成的Cr2O3是一种钝化相，其腐蚀电位高，降低腐蚀速率，形成Cr2O3保护层的合金具有优良的耐腐蚀性能，同时Cr3C2陶瓷相能提高涂层抗磨蚀性能。NiCr-Cr3C2涂层150℃至980℃之间的平均热膨胀系数为10.9×10-5/K，热导率为37.2W/(m·k)，与锅炉管用钢的热膨胀系数及热导率相近。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，包括母管、至少上、下两层气氛调节喷嘴、具有特殊涂层的防腐耐磨水冷壁，其特征在于，所述母管为任意角度布置，母管两端分别设置有四通球阀，四通球阀的三个接入端分别与一次风管，再循环烟气管和CaCO3粉末输送管连接，四通球阀的排出端与母管相连，母管至少同一侧墙共用一根母管。
2.根据权利要求1所述的一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，其特征在于，所述气氛调节喷嘴至少为上下两层，前后墙气氛调节喷嘴错落布置。
3.根据权利要求1所述的一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，其特征在于，所述气氛调节喷嘴内壁四周安装有可灵活摆动的上、下、左、右四个遮风板，遮风板调节角度范围为0-45°。
4.根据权利要求1所述的一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，其特征在于，具有特殊涂层的防腐耐磨水冷壁由内至外依次为水冷壁管基体，防腐耐磨涂层，纳米无机封孔涂层。
5.根据权利要求1所述的一种用于高硫煤百万机组锅炉水冷壁腐蚀的预防护装置，其特征在于，所述防腐耐磨涂层采用超音速火焰喷涂技术制备的NiCr金属陶瓷涂层。
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