CN112610945B - 一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中h2s含量的确定方法和设备 - Google Patents
一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中h2s含量的确定方法和设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法和设备，该方法包括：基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量，从而避免只根据CO含量确定H2S含量，提高了确定燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的准确性，进而对水冷壁高温腐蚀进行准确监测。
Description
技术领域
本申请涉及锅炉运行控制领域，更具体地，涉及一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法和设备。
背景技术
随着国内燃煤锅炉排放氮氧化物控制要求的不断提高，绝大多数燃煤锅炉均采用了深度空气分级的低氮燃烧技术，以实现低NOx排放。但是在低氮燃烧条件下，水冷壁近壁处氧量很低、CO浓度很高，整体呈还原性气氛，同时水冷壁近壁处存在大量腐蚀性气体(还原性气氛下主要是H2S气体)，造成锅炉水冷壁普遍出现严重的高温腐蚀现象，使水冷壁管壁快速腐蚀减薄乃至爆管，严重影响锅炉运行的安全性。因此低氮燃烧条件下在锅炉水冷壁的受热面上发生的高温腐蚀通常是硫化物型、硫化氢型和还原性气氛引起的高温腐蚀。
对硫化物型高温腐蚀，引起腐蚀的原因主要是管壁附近区域的烟气中有大量游离态的硫和硫化物(H2S)并且处于还原性气氛，分析其腐蚀产物的组成主要是硫化物以及铁的氧化物，而硫酸盐含量较少。硫化物腐蚀主要是由煤中FeS2高温分解产生的活性[S]引起，活性[S]沿晶界扩散穿过氧化层与基体反应生成FeS，生成的FeS同时被氧化(3FeS+2O2→Fe3O4+3S)，释放出的[S] 继续向内部扩散渗透，重新形成硫化物。发生硫化物腐蚀时，合金所处温度较低且服役气氛以还原性气氛为主。在锅炉主要受热面中水冷壁所处温度较低，其服役环境中含有大量的游离态活性硫原子和H2S气体，同时低氮燃烧技术加速了还原性气体的产生。
对硫化氢型高温腐蚀，煤粉在缺氧条件下燃烧时生成的硫化氢会腐蚀受热面管壁金属。硫化氢气体能够穿透氧化铁与碰性氧化铁层中的FeO发生反应：
FeO+H2S→FeS+H2O
当保护膜受到破坏后，金属基体暴露在腐蚀性介质中：
Fe+H2S→FeS+H2
S2-在还原性气氛条件下能持续存在，当还原性气氛碱弱时，则会与氧反应成单质硫：
2FeS+O2→2FeO+2[S]
此时，生成的单质硫会继续对金属管壁产生腐蚀。
对还原性气氛引起的高温腐蚀，当煤粉在锅炉内燃烧时，在一定的区域内由于煤粉浓度过高，氧气含量不足，煤粉不能完全燃饶，造成一定的还原性气氛，还原性气体的含量会升高，这些还原性气体会破坏管壁表面生成的保护膜，以CO为例：
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO→3FeO+CO2
3FeO+5CO→Fe3C+4CO2
Fe3C→3Fe+C
Fe+CO→FeO+C
同时，当保护膜被还原成疏松多孔状时，其他腐蚀性介质能够更加渗透进氧化膜，大大加快腐蚀速度。
现有技术中一般认为CO含量与H2S含量成正比，CO含量越高，H2S 含量越高，越容易产生高温腐蚀，通过监测CO含量可确定H2S含量，然而，申请人发现，在某些情况下，烟气中CO含量与H2S含量的相关性较低，单纯通过监测CO含量并不能准确的确定H2S含量，进而造成不能准确判定水冷壁高温腐蚀的情况。
因此，如何提高确定燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的准确性，是目前有待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法，用以解决现有技术中不能准确确定燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的技术问题。
该方法包括：
基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；
基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；
若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量。
在本申请一些实施例中，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量，具体为：
判断所述当前锅炉负荷是否高于预设负荷；
若是，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量；
若否，根据所述O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量；
其中，所述第一预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下CO含量和H2S 含量的对应关系确定的，所述第二预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下O2含量和H2S含量的对应关系确定的。
在本申请一些实施例中，所述方法还包括：若所述含硫量不高于所述第一预设阈值，或所述O2含量不低于所述第二预设阈值，根据预设含量确定所述H2S含量，其中，H2S在所述预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。
在本申请一些实施例中，所述预设负荷为锅炉在超临界状态或超超临界状态下的负荷。
在本申请一些实施例中，所述预设区域为预先基于锅炉燃烧试验或历史检修数据确定的高温腐蚀易发生区域。
相应的，本发明还提出了一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定设备，所述设备包括：
第一采样模块，用于基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；
第二采样模块，基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；
第一确定模块，用于若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中 H2S含量。
在本申请一些实施例中，所述第一确定模块具体用于：
判断所述当前锅炉负荷是否高于预设负荷；
若是，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量；
若否，根据所述O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量；
其中，所述第一预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下CO含量和H2S 含量的对应关系确定的，所述第二预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下O2含量和H2S含量的对应关系确定的。
在本申请一些实施例中，所述设备还包括第二确定模块，用于：
若所述含硫量不高于所述第一预设阈值，或所述O2含量不低于所述第二预设阈值，根据预设含量确定所述H2S含量，其中，H2S在所述预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。
在本申请一些实施例中，所述预设负荷为锅炉在超临界状态或超超临界状态下的负荷。
在本申请一些实施例中，所述预设区域为预先基于锅炉燃烧试验或历史检修数据确定的高温腐蚀易发生区域。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
本发明公开了一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法和设备，该方法包括：基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；若所述含硫量高于第一预设阈值且所述 O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量，从而避免只根据CO含量确定H2S含量，提高了确定燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的准确性，进而对水冷壁高温腐蚀进行准确监测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提出的一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例提出的一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定设备的结构示意图；
图3示出了本发明另一实施例提出的一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S 含量的确定方法的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如背景技术所述，现有技术中通过监测CO含量确定H2S含量，进而确定判定水冷壁高温腐蚀的情况，然而由于影响H2S含量的因素是多方面的，有时烟气中CO含量与H2S含量的相关性较低，单纯通过监测CO含量并不能准确的确定H2S含量，进而造成不能准确判定水冷壁高温腐蚀的情况。
本发明实施例提供一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101，基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量。
本实施例中，通过对入炉煤煤质进行工业分析确定入炉煤的含硫量，可从入炉煤在线监测系统确定该含硫量，煤质分析的分析数据包括：Sr，Mr， Vr，FCr，Ar。根据煤质分析的历史数据，结合分析误差等，采用式(1)和式 (2)作为判据。
Sr<0.5或Sr>5 (2)
其中，xi为煤工业分析成分，％；Sr为煤中的含硫量，％。
步骤S102，基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量。
由于烟气中H2S含量远远低于O2含量和CO含量，一般低于1％，直接对H2S含量进行监测造成的误差较大，本实施例中，贴壁烟气的采样分析中不包括对H2S含量进行分析，而是对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样, 然后经烟气分析装置分析后确定水冷壁局部环境的烟气气氛，该烟气气氛包括O2含量和CO含量。
为了更加准确的监测水冷壁高温腐蚀，在本申请优选的实施例中，所述预设区域为预先基于锅炉燃烧试验或历史检修数据确定的高温腐蚀易发生区域。
本实施例中，预先根据锅炉燃烧试验或历史检修数据确定高温腐蚀易发生区域，将该高温腐蚀易发生区域作为预设区域，预设区域可以为多个区域。
步骤S103，若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量。
本步骤中，先判断含硫量是否高于第一预设阈值，O2含量是否低于第二预设阈值，若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，说明水冷壁附近可能产生H2S，再根据当前锅炉负荷和烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量。
为了准确的确定水冷壁局部环境中H2S含量，在本申请一些实施例中，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量，具体为：
判断所述当前锅炉负荷是否高于预设负荷；
若是，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量；
若否，根据所述O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量；
其中，所述第一预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下CO含量和H2S 含量的对应关系确定的，所述第一预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下O2含量和H2S含量的对应关系确定的。
本实施例中，分如下两种情况确定H2S含量：
若当前锅炉负荷高于预设负荷，此时锅炉负荷较高，虽然O2含量低于第二预设阈值，O2含量较低，但可以使大部分的CO、H2S及H2发生氧化反应，生成CO2、H2O及S2O等，使烟气呈中性或弱氧化性气氛，因此，此时O2含量与H2S含量的相关性较低，CO含量与H2S含量的相关性较高，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量。
若当前锅炉负荷不高于预设负荷，此时锅炉负荷较低，O2含量较低，此时由于供氧不足，烟气呈强烈的还原性，存在大量的未燃尽煤粉颗粒及CO、 H2S等还原性气体成分，O2含量与H2S含量的相关性较高，可根据O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量。
本实施例中，第一预设关系表是根据当前锅炉负荷下CO含量和H2S含量的对应关系确定的，所述第二预设关系表是根据当前锅炉负荷下O2含量和 H2S含量的对应关系确定的。
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据当前锅炉负荷和烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量的方式均属于本申请的保护范围。
为了准确的确定水冷壁局部环境中H2S含量，在本申请一些实施例中，所述预设负荷为锅炉在超临界状态或超超临界状态下的负荷。
本实施例中，在超临界状态或超超临界状态下燃烧时，虽然氧量不能完全满足燃烧的要求，可以使大部分的CO、H2S及H2发生氧化反应，生成CO2、 H2O及S2O等，使烟气呈中性或弱氧化性气氛。
为了准确的确定水冷壁局部环境中H2S含量，在本申请一些实施例中，若所述含硫量不高于所述第一预设阈值，或所述O2含量不低于所述第二预设阈值，根据预设含量确定所述H2S含量，其中，H2S在所述预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。
本实施例中，若所述含硫量不高于所述第一预设阈值，或所述O2含量不低于所述第二预设阈值，说明此时不容易生成H2S，将一个较低的预设含量作为所述H2S含量，H2S在该预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。由于因H2S含量发生高温腐蚀的可能性比较小，因此后续可以不对锅炉燃烧进行调整。
可选的，第一预设阈值可以为0.7％，第二预设阈值可以为1.8％。
通过应用以上技术方案，基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量，从而避免只根据CO含量确定H2S含量，提高了确定燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的准确性，进而对水冷壁高温腐蚀进行准确监测。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
本发明实施例提供一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S301，确定入炉煤的含硫量。
基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量。
步骤S302，确定O2含量和CO含量。
基于对水冷壁的高温腐蚀易发生区域的贴壁烟气进行采样确定O2含量和CO含量。
步骤S303，确定锅炉当前负荷。
步骤S304，含硫量是否高于第一预设阈值。
判断含硫量是否高于第一预设阈值，若是执行步骤S306，否则执行步骤 S305。
步骤S305，根据预设含量确定所述H2S含量，其中，H2S在该预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。
步骤S306，判断O2含量是否低于第二预设阈值，若是执行步骤S307，否则执行步骤S305。
步骤S307，判断所述当前锅炉负荷是否处于超临界或超超临界状态，若是执行步骤S308，否则执行步骤S309。
步骤S308，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量。
步骤S309，根据所述O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量。
与本申请实施例中的一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法相对应，本申请实施例还提出了一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定设备，如图2所示，所述设备包括：
第一采样模块201，用于基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；
第二采样模块202，基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；
第一确定模块203，用于若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量。
在本申请具体的应用场景中，所述第一确定模块203，具体用于：
判断所述当前锅炉负荷是否高于预设负荷；
若是，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量；
若否，根据所述O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量；
其中，所述第一预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下CO含量和H2S 含量的对应关系确定的，所述第二预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下O2含量和H2S含量的对应关系确定的。
在本申请具体的应用场景中，所述设备还包括第二确定模块，用于：
若所述含硫量不高于所述第一预设阈值，或所述O2含量不低于所述第二预设阈值，根据预设含量确定所述H2S含量，其中，H2S在所述预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。
在本申请具体的应用场景中，所述预设负荷为锅炉在超临界状态或超超临界状态下的负荷。
在本申请具体的应用场景中，所述预设区域为预先基于锅炉燃烧试验或历史检修数据确定的高温腐蚀易发生区域。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；
基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；
若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量；
其中，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量，具体为：
判断所述当前锅炉负荷是否高于预设负荷；
若是，此时烟气呈中性或弱氧化性气氛，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量；
若否，此时烟气呈强还原性气氛，根据所述O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量；
其中，所述第一预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下CO含量和H2S含量的对应关系确定的，所述第二预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下O2含量和H2S含量的对应关系确定的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述含硫量不高于所述第一预设阈值，或所述O2含量不低于所述第二预设阈值，根据预设含量确定所述H2S含量，其中，H2S在所述预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设负荷为锅炉在超临界状态或超超临界状态下的负荷。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设区域为预先基于锅炉燃烧试验或历史检修数据确定的高温腐蚀易发生区域。
5.一种燃煤锅炉水冷壁局部环境中H2S含量的确定设备，其特征在于，所述设备包括：
第一采样模块，用于基于对入炉煤煤质进行采样确定入炉煤的含硫量；
第二采样模块，基于对水冷壁的预设区域的贴壁烟气进行采样确定水冷壁局部环境的烟气气氛，所述烟气气氛包括O2含量和CO含量；
第一确定模块，用于若所述含硫量高于第一预设阈值且所述O2含量低于第二预设阈值，根据当前锅炉负荷和所述烟气气氛确定水冷壁局部环境中H2S含量；
其中，所述第一确定模块具体用于：
判断所述当前锅炉负荷是否高于预设负荷；
若是，此时烟气呈中性或弱氧化性气氛，根据所述CO含量查询第一预设关系表并确定所述H2S含量；
若否，此时烟气呈强还原性气氛，根据所述O2含量查询第二预设关系表并确定所述H2S含量；
其中，所述第一预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下CO含量和H2S含量的对应关系确定的，所述第二预设关系表是根据所述当前锅炉负荷下O2含量和H2S含量的对应关系确定的。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二确定模块，用于：
若所述含硫量不高于所述第一预设阈值，或所述O2含量不低于所述第二预设阈值，根据预设含量确定所述H2S含量，其中，H2S在所述预设含量下不会对水冷壁造成高温腐蚀。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述预设负荷为锅炉在超临界状态或超超临界状态下的负荷。
8.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述预设区域为预先基于锅炉燃烧试验或历史检修数据确定的高温腐蚀易发生区域。
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| CN112610945A CN112610945A (zh) | 2021-04-06 |
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2020
- 2020-12-04 CN CN202011410526.9A patent/CN112610945B/zh active Active
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