CN113624528B - 一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于酸‑灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统及方法，属于能源检测技术领域。本发明充分考虑酸凝结的影响因素以及凝结酸液与灰颗粒的耦合作用机理，设计了模拟锅炉尾部换热设备局部温度的变温系统，形成了多测试元件变壁温诱导酸凝结的粘结性积灰与低温腐蚀的测试方法，建立宏观现象、传热性能以及取样表征测试三层次分析体系，所得结果可为锅炉运行调控优化提供数据支撑。在能源领域可用于生物质、垃圾、固废等不同燃料锅炉的运行调控优化、设备安全可靠性运行等方面，有利于节能减排，因此具有较高推广应用价值和实用性。
Description
技术领域
本发明属于能源检测技术领域，具体涉及一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统及方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着“碳达峰”和“碳中和”发展的不断深入，化石燃料清洁高效利用和清洁能源的利用占比增加至关重要。燃煤锅炉的“超低排放”、“节能改造”以及“灵活性改造”工作，都需要深度降低排烟温度，由于尾部烟道中酸性气体和飞灰颗粒的存在，在低于酸露点时，酸蒸汽会发生凝结，并与飞灰颗粒发生反应，在低温受热面生成粘结性积灰，甚至渗透至金属壁面造成低温腐蚀，恶化换热效果，严重制约换热设备的安全高效运行。同时，增加绿色能源(生物质、垃圾、固废等)使用占比，燃料改变导致燃烧产物发生变化，尾部烟气中的酸性气体种类与含量、含水量、飞灰颗粒特性也都将发生显著变化，进而影响尾部烟道积灰和腐蚀特性。
对于燃煤锅炉，H2SO4凝结是造成尾部烟道粘结性积灰和低温腐蚀的主要原因，引起传热性能显著下降，烟风阻力增大，甚至停炉。与此同时，使用绿色能源(以生物质为例)，燃料成分变化也会导致积灰与腐蚀特性发生显著改变。生物质被广泛认为是一种“CO2零排放”的环境友好型可再生能源，是实现碳中和的重要资源；但是，单纯利用生物质燃料存在能量密度低、易磨性差、灰分问题严重等缺陷。生物质低硫、高氯、高含水量的特性会导致酸露点预测不准。因此，现有酸露点控制烟温的方法不利于“碳达峰、碳中和”背景下各类锅炉运行调控优化的需求。
中国专利CN 20141079114.4公开了一种酸露点测试系统，该测试系统通过水箱控制换热管壁面温度，通过对积灰的观察确定烟道的酸露点。但是该系统存在以下缺点：一是在测量酸露点的过程中，需要不断降低烟气温度，每次实验时间为8小时，一般需要从90℃开始向下实验，假设露点在60℃，需要做7组实验，需要的时间实验时间长。二是将该装置如果作为取灰装置使用，可以获得不同壁面温度下的积灰，用于研究壁面温度对积灰形貌和成分的研究。但是因为每次取灰需要连续积灰8小时，不同管壁温度下取灰的烟道环境可能发生了变化，导致造成积灰变化的因素可能不仅仅是管壁温度，因此使用该装置取灰获得的不同管壁温度条件下的积灰可能不仅仅受到了管壁温度的影响，还可能受到了例如锅炉负荷、燃料成分、运行参数等的影响，无法真实反映管壁温度对积灰的影响。
发明内容
针对上述现有技术的不足，发明人经长期的技术与实践探索，提供一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统及方法。本发明充分考虑酸凝结的影响因素以及凝结酸液与灰颗粒的耦合作用机理，设计了模拟锅炉尾部换热设备局部温度的变温系统，形成了多测试元件变壁温诱导酸凝结的粘结性积灰与低温腐蚀的测试方法，建立宏观现象、传热性能以及取样表征测试三层次分析体系，所得结果可为锅炉运行调控优化提供数据支撑，在能源领域可用于生物质、垃圾、固废等不同燃料锅炉的运行调控优化、设备安全可靠性运行等方面，有利于节能减排，应用潜力巨大。
具体的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统，所述系统包括温度控制模块、测试元件模块和数据采集模块；
上述锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统可以为闭环路水循环系统；
其中，所述温度控制模块用于控制测试元件温度，以仿真换热器的壁面温度；
更具体的，所述温度控制模块采用加热闭式水环路的方式来控制所需测试元件温度，其至少包括循环水泵、恒温水箱、闭式恒温水箱和水冷散热器；
其中，所述水冷散热器用来降低测试元件模块中换热套管出口侧的水温，使之低于恒温水箱的设定温度；
所述测试元件模块包括换热套管，优选为多个(如3个)，测试时，所述换热套管插入待测锅炉尾部烟道取样口处，通过控制各换热套管壁面温度不同，从而形成多测试元件变壁温诱导酸凝结的粘结性积灰与低温腐蚀的测试方法。
所述数据采集模块包括用于测量温度(水温)、流量(水流量)的装置和/或设备，如热电偶、流量计等。
本发明的第二个方面，提供一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测方法，所述方法包括采用上述系统进行检测。
具体的，所述方法包括：
恒温水箱加水，加热至设定温度；
开通阀门和循环泵，低速流入各组件，排除管道内空气；
根据第一换热套管的进出口水温调整流量，使得进出口水温差满足要求；
打开第一闭式恒温水箱和第二闭式恒温水箱，使得其满足第二换热套管和第三换热套管的温度设定要求；
开启水冷散热器，从而对测试元件的出口水进行降温；
待工况参数、机组负荷系统稳定后持续进行检测实验。
本发明的第三个方面，提供上述系统和/或方法在如下任意一种或多种的应用：
a)预测不同换热器温度下积灰与腐蚀特性；
b)优化燃料锅炉运行调控；
c)提高燃料锅炉安全可靠性。
上述一个或多个技术方案的有益技术效果：
1)现有技术中采用烟气酸露点预测积灰与腐蚀，忽略了酸-灰耦合作用，排烟过高，热损失大。上述技术方案在分析酸-灰作用机理的基础上，充分考虑酸凝结的影响因素，协同分析酸-灰作用对积灰和腐蚀的影响，所得结果更适用于工程实际；
2)以壁面温度作为核心控制模块，测试过程密闭性好，体积小，对运行不会产生影响；多测试元件(三个测试元件)建立闭环路同时测量，消除管内流场和锅炉运行工况的影响，测试系统简单便捷，测试准确性高；
3)从宏观和微观全面分析积灰与腐蚀特性，形成全面优化运行调控的数据支撑，因此分析体系更符合“碳达峰、碳中和”背景下锅炉运行调控优化需求，因此具有良好的实际应用之价值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明测试系统示意图；
图2为尾部烟道取样口实物图；
图3是本发明测试系统检测流程图；
其中，1-恒温水箱，2-循环水泵，3-第一换热套管，4-第一闭式恒温水箱，5-第二换热套管，6-第二闭式恒温水箱，7-第三换热套管，8-流量计，9-水冷散热器，10-配电箱。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本文所采用的术语“第一”、“第二”和其它类似的术语并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个构件与另一构件区分开，本文用语“一”、“一种”不表示对数量的限制，而是表示所指的物体有至少一个。另外，应当注意，本文所用的术语“上”和“下”除非另有指明，否则仅是为了便于描述，并不限于任何一个位置或者空间方位。
如前所述，现有酸露点控制烟温的方法不利于“碳达峰、碳中和”背景下各类锅炉运行调控优化的需求。
有鉴于此，本发明的一个典型具体实施方式中，提供一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统，所述系统包括温度控制模块、测试元件模块和数据采集模块；
其中，所述温度控制模块用于控制测试元件温度，以仿真换热器的壁面温度；
本发明的又一具体实施方式中，所述温度控制模块采用加热闭式水环路的方式来控制所需测试元件温度，其包括循环水泵、恒温水箱、闭式恒温水箱和水冷散热器。
其中，所述水冷散热器用来降低换热套管(第三换热套管)出口侧的水温，使之低于恒温水箱的设定温度。
本发明的又一具体实施方式中，所述恒温水箱和闭式恒温水箱均设有继电器，用以控制测试元件模块(换热套管)的入口水温稳定在设定值。
本发明的又一具体实施方式中，所述测试元件模块包括换热套管，测试时，所述换热套管插入待测锅炉尾部烟道取样口处。
本发明的又一具体实施方式中，所述换热套管可以为一个或多个，如1个、2个、3个；优选为3个；从而和尾部烟道实际取样口相匹配。
本发明的又一具体实施方式中，所述换热套管外侧设置有卡箍，以此来固定最外层管套，从而便于后续进行腐蚀测试。
本发明的又一具体实施方式中，所述数据采集模块包括用于测量温度(水温)、流量(水流量)的装置和/或设备，如热电偶、流量计等。
本发明的又一具体实施方式中，所述基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统为闭环路水循环系统；
其中，恒温水箱、循环水泵、第一换热套管、第一闭式恒温水箱、第二换热套管、第二闭式恒温水箱、第三换热套管和水冷散热器依次连接，所述水冷散热器继而与所述恒温水箱连接，形成闭环路水循环系统。
工作时，通过设定恒温水箱、第一闭式恒温水箱和第二闭式恒温水箱的温度，从而使得流经第一换热套管、第二换热套管和第三换热套管中的水温温度不同，从而获得可用于模拟锅炉尾部换热设备局部温度的变温系统，形成多测试元件变壁温诱导酸凝结的粘结性积灰与低温腐蚀的测试方法。
所述热电偶、流量计可设置于上述恒温水箱、水冷散热器、第一换热套管、第一闭式恒温水箱、第二换热套管、第二闭式恒温水箱、第三换热套管的进出口处，便于测量数据的获得，所述测量数据可通过数据采集仪进一步传输至电脑中；同时，锅炉尾部烟气侧的温度、流速等运行参数可直接采用工厂中集控室中的在线监测系统读取数据。采用厂内用电、用水和多管同时测量，循环使用，减少实验次数和组件使用，节约了实验成本。且在测试过程中无废气废水的排放，不会对环境造成污染。
本发明的又一具体实施方式中，所述系统还可以包括用于对换热套管管外积灰和腐蚀取样进行微观形貌、元素分布、成分晶体和离子特性等进行测试分析的装置和/或设备，如扫描电子显微镜(SEM)以及用于能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、离子色谱等的相关装置和/或设备，从而在微观层面确定是否形成了粘结性积灰与低温腐蚀。
本发明的又一具体实施方式中，提供一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测方法，所述方法包括采用上述系统进行检测；所述检测方法包括控制各换热套管壁面温度相同或不同。
具体的，所述方法包括：
恒温水箱加水，加热至设定温度；
开通阀门和循环泵，低速流入各组件，排除管道内空气；
根据第一换热套管的进出口水温调整流量，使得进出口水温差满足要求；
打开第一闭式恒温水箱和第二闭式恒温水箱，使得其满足第二换热套管和第三换热套管的温度设定要求；
开启水冷散热器，从而对测试元件(具体为第三换热套管)的出口水进行降温；
待工况参数、机组负荷系统稳定后持续进行检测实验。
优选的，实验时间可控制为6-8h；
实验过程中，可以控制第一换热套管、第二换热套管和第三换热套管的温度相同或不同。具体的，通过控制恒温水箱、第一和第二闭式恒温水箱和水冷散热器，从而使得第一换热套管、第二换热套管和第三换热套管壁面温度不同，具体的，上述换热套管壁面温度范围可以在40-95℃；且三个换热套管之间的壁面温差可以为15-50℃，如15、20、25、30、35、40、45或50℃，例如第一换热套管的壁面温度为55℃，第二换热套管的壁面温度为70℃，第三换热套管的壁面温度为85℃。通过采用上述技术方案，以壁面温度作为核心控制模块，设计模拟锅炉尾部换热设备局部温度的变温系统，形成了多测试元件变壁温诱导酸凝结的粘结性积灰与低温腐蚀的测试方法，协同分析灰沉积与酸凝结的耦合作用，测试元件体积小，测试过程密闭性好，对锅炉运行几乎不会产生影响。
同时，通过水泵和管道阀门调节管内流速，使之满足第一、二、三换热套管进出口水温的温差小于5℃，此时，可认为测试元件壁面温度恒定，为进出口水温的平均值，而这个误差在工程应用中是合理可行的。
本发明的又一具体实施方式中，换热套管与待测锅炉尾部烟道取样口之间填充隔热密封材料，从而保证良好的隔热密封效果。
本发明的又一具体实施方式中，在正式测试前，进行闭式水循环密封性检测，并校核测试元件。
本发明的又一具体实施方式中，所述方法还包括：检测结束后，取出换热套管，观察不同温度测试元件的积灰与腐蚀外观，宏观分析是否会产生明显的粘结性积灰与低温腐蚀；根据数据采集数据，基于测试元件的热力性能分析，计算管外污垢系数和努塞尔数，以换热性能表征管外积灰和腐蚀情况；最后对不同温度下的管外积灰和腐蚀取样进行微观形貌、元素分布、成分晶体和离子特性等测试分析，从微观层面确定是否形成了粘结性积灰与低温腐蚀。基于这些数据，对锅炉运行调控优化，使烟道尾部换热设备的低温段不会发生粘结性积灰和低温腐蚀。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述系统和/或方法在如下任意一种或多种的应用：
a)预测不同换热器温度下积灰与腐蚀特性；
b)优化燃料锅炉运行调控；
c)提高燃料锅炉安全可靠性。
结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。如果实施例中未注明的具体条件，通常按照常规条件，或按照销售公司所推荐的条件；在本发明没有特别限定，均可通过商业途径购买得到。
实施例
如图1所示，本测试系统包括通过管路依次连接的恒温水箱1、循环水泵2、第一换热套管3、第一闭式恒温水箱4、第二换热套管5、第二闭式恒温水箱6、第三换热套管7、流量计8和水冷散热器9，所述水冷散热器9继而通过管路与所述恒温水箱1连接，形成闭环路水循环系统。其中，配电箱10通过电连接方式接入测试系统中，为测试系统供电。
1.系统概述
在锅炉尾部烟道进行现场实验测试前，先按照顺序连接好水侧各组成部分，进行闭式水循环密封性检测，并校核测试元件；在测试期间，尽量选取工况运行相对稳定的阶段，可将3根测试元件(即第一换热套管3、第二换热套管5和第三换热套管7)分别插入尾部烟道的3个取样口(如图2所示)，亦可根据需要插入单根测试元件，将隔热材料牢固地密封在烟道和测试元件之间的连接区域内，保证良好的密封效果。详细实验步骤如图3所示。待实验结束后，保存测试数据，取出三根测试元件，放置于空地用以分析备用；依次关闭恒温水箱1、第一闭式恒温水箱4、第二闭式恒温水箱6、循环水泵2，待温度降低至室温后，关闭水冷散热器9，排空系统内循环水，拆分清理后放置备用。
实验完成后，首先观察不同温度测试元件的积灰与腐蚀外观，宏观分析是否会产生明显的粘结性积灰与低温腐蚀；根据数据采集数据，基于测试元件的热力性能分析，计算管外污垢系数和努塞尔数，以换热性能表征管外积灰和腐蚀情况；最后采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、离子色谱等表征分析方式对不同温度下的管外积灰和腐蚀取样进行微观形貌、元素分布、成分晶体和离子特性等测试分析，从微观层面确定是否形成了粘结性积灰与低温腐蚀。基于这些数据，对锅炉运行调控优化，使尾部换热设备的低温段不会发生粘结性积灰和低温腐蚀。
2.温度控制模块
本系统采用加热闭式水环路的方式来控制所需测试元件温度，以仿真换热器的壁面温度。温度控制模块主要由循环水泵2、恒温水箱1、第一闭式恒温水箱4、第二闭式恒温水箱6和水冷散热器9组成。其中，水冷散热器9用来降低第三换热套管7出口侧的水温，使之低于恒温水箱1的设定温度，以此来保证第一换热套管3的入口水温不受第三换热套管7出口温度的影响。恒温水箱1和第一闭式恒温水箱4、第二闭式恒温水箱6均设有继电器，用以控制第一、二、三测试元件的入口水温稳定在设定值，使得第一换热套管3的壁面温度为55℃，第二换热套管5的壁面温度为70℃，第三换热套管7的壁面温度为85℃。
3.测试元件模块
在本测试系统中，通过循环水泵2和管道阀门调节管内流速，使之满足第一、二、三测试元件(即第一换热套管3、第二换热套管5和第三换热套管7)进出口水温的温差小于5℃，此时，可认为测试元件壁面温度恒定，为进出口水温的平均值，而这个误差在工程应用中是合理可行的。同时，为了使测试元件外壁面温度的恒定，本发明采用套管结构保证测试元件壁面温度恒定，套管外侧设有卡箍以此来固定最外层管套，进行腐蚀测试。详细结构和具体参数如下所示：
表1测试元件结构参数表
该测试系统的特点是同时具有三个测试元件(即第一换热套管3、第二换热套管5和第三换热套管7)和三个控温水箱(即恒温水箱1、第一闭式恒温水箱4和第二闭式恒温水箱6)，第一换热套管3与第二换热套管5连接有第一闭式恒温水箱4，并且第二换热套管5与第三换热套管7之间连接有第二闭式恒温水箱6，通过恒温水箱1、第一闭式恒温水箱4和第二闭式恒温水箱6对水温进行控制，可以实现伸入烟道的三个测试元件具有可控的不同壁面温度，能够同时观察低温烟气在换热器壁面温度不同时在换热器表面的积灰特性。
4.数据采集模块
采用电脑的控制和数据采集系统用来记录温度和流量等参数。其中，温度采用T型热电偶(测定量程为－40-350℃，精度为±0.5℃)；分别安装在第一换热套管3、第二换热套管5、第三换热套管7、水冷散热器9、恒温水箱1和第一闭式恒温水箱4、第二闭式恒温水箱6的进出口处。Agilent 34970A连接到电脑用于传递测试结果，每隔30s进行记录一组数据。采用电磁流量计HZ-FF测试水侧流量。试验测量参数采用的设备和测量精度如下表所示。烟气侧的温度、流速等运行参数均采用电厂集控室中的在线监测系统读取数据。
表2测试元件精度汇总表
为了更准确地预测粘结性积灰与低温腐蚀特性，建立了积灰-腐蚀特性、传热特性与取样表征测试的三层次分析体系，从虑宏观现象和微观机理全面分析积灰与腐蚀特性以达到准确预测粘结性积灰和低温腐蚀的效果。
5.理论设计计算
不同壁面温度下，酸凝结特性不同，导致测试元件表面的积灰与腐蚀特性有所不同，测试元件的污垢热组也随之发生改变。由于尾部换热设备的积灰与腐蚀情况难以测量其积灰、腐蚀厚度和积灰量等数据，所以难以用积灰-腐蚀层厚度或者量值等参数来表示积灰与腐蚀程度。本作品基于积灰与腐蚀程度不同对换热性能的影响效果不同，采用测试元件换热性能来表征管外积灰和腐蚀程度，可以相对准确地根据测量数据计算来表示测试元件的换热性能。详细计算过程如下所示。
测试元件的整体传热量Q可以按下式计算：
Q＝C·ρ·Gv·ΔT，ΔT＝Tout-Tin
测试元件的总换热系数K也可以表示为：
洁净测试元件的总热阻1/Kclean可用来表示冷热流体间的单位热阻：
管内水的对流换热系数hwater可根据努塞尔特数Nu计算，针对圆管内流动，Nu可按下式计算：
针对净烟气，圆管外努塞尔特数Nu可表示为：
管壁热阻Rwall可按下式计算：
烟气中含有飞灰，因此本测试元件外有积灰层，测试元件的整体热阻1/K可表示为：
在试验过程中，管内采用去离子水，并且每次试验前后都换水，并对闭式水循环进行排污处理，可忽略管内水垢热阻Rfurring。因此，测试元件的污垢系数ε可等同于管外积灰层热阻Rfouling，可按下式计算：
用来表示测试元件传热特性的努塞尔特数Nu可表示为：
6.工作原理及性能分析
为了准确预测换热表面粘结性积灰与低温腐蚀的形成与发展过程，大量学者的研究发现酸蒸汽凝结及其与灰颗粒的相互作用是造成粘结性积灰的主要原因，自然也是造成壁面腐蚀的症结所在，低温壁面酸腐蚀和粘结性积灰几乎同时发生。目前对尾部粘结性积灰和低温腐蚀的研究，从影响因素的宏观分析逐渐向综合考虑酸-灰作用机理探索方面发展。超细颗粒更容易积灰，并与凝结酸液反应，生成硫酸盐作为粘合剂，粘结在换热表面，形成粘结性积灰层。许多学者针对不同壁面温度下的粘结性积灰和低温腐蚀进行了一系列研究发现，随着温度降低，凝结增加导致腐蚀加强；除H2SO4(g)凝结外HCl(g)凝结对金属的腐蚀作用也不可忽视。
基于上述分析可知，壁面温度是影响酸凝结的首要因素，自然也是导致积灰和腐蚀特性发生改变的关键。因此，本发明通过改变测试元件的壁面温度(温度范围可达40-95℃)，在烟道内进行积灰与腐蚀实验，并建立三层次的测试分析体系，从虑宏观现象和微观机理全面分析积灰与腐蚀特性，达到准确预测粘结性积灰与低温腐蚀的效果。
(1)积灰-腐蚀特性
疏松干燥积灰层的取样与烟气中飞灰颗粒的外貌形态一致，灰白色疏松干燥灰颗粒不均匀沉积在测试元件背风侧，很易去除；迎风侧基本没有飞灰颗粒沉积。粘附性潮湿积灰层是薄而致密的灰黑色颗粒，主要沉积在测试元件迎风侧，比较潮湿，较难去除；背风侧有相对较少的疏松干燥灰颗粒沉积，积灰层绕圆管呈环形。粘结性积灰层整体很厚，主要沉积在测试元件迎风侧，呈楔形；背风侧也有薄而致密的积灰层，很难去除，积灰层与壁面粘结在一起；可分为三层(最内致密层、中间板结层、最外粘附层)，最外层积灰是浮灰，偏灰白色，易去除；中间层积灰层比最外层积灰厚而致密，偏灰色；最内层积灰层，薄而致密，紧贴中间积灰层和测试元件壁面，分布不均匀，呈红褐色或红棕色。
(2)传热特性
从85℃测定至55℃，入口水温Tin对测试元件污垢系数的影响规律如下：当入口水温Tin高于75℃或者低于70℃时，污垢系数ε、管外努塞尔特数Nugas和进回水温差ΔT波动很小；而当Tin从75℃降低至70℃时，ε明显增加，Nugas大幅降低了。随着入口水温的降低，可分为三个阶段：Tin>75℃，疏松干灰高效传热区；75℃>Tin>70℃，疏松干灰向粘附性或粘结性湿灰转化区；Tin<70℃，粘附性或粘结性湿灰低效传热区。
(3)微观表征分析
通过不同壁温下的表征测试分析结果可知，疏松干燥积灰取样与烟气中的飞灰物性参数相似；粘附性湿灰有明显的亚微米灰颗粒团聚和S元素含量增加；粘结性湿灰可以分为三层：最内致密层、中间板结层、最外粘附层。随着壁面温度的降低，硫酸凝结量增加，凝结酸液中含有除H2SO4外的HCl和HF，壁面积灰与混合酸液发生作用，凝结酸液向壁面积灰层渗透，由于总酸凝结量大于积灰层的吸附能力，整个积灰层粘性增加，壁面沉积飞灰颗粒难以剥离，导致粘结性积灰层越来越厚。
通过本发明的测试结果对燃煤锅炉进行运行优化，以年有效工作时间5500h，发电为33万kW·h的600MW燃煤机组为例，若优化运行工况实现深度余热利用，可提高锅炉效率2％，可节煤2.2余万t，CO2减排1.65余万t，节能减排效果显著。在能源领域可用于生物质、垃圾、固废等不同燃料锅炉的运行调控优化、设备安全可靠性运行等方面，促进节能减排，具有较高推广应用价值和实用性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统，其特征在于，所述系统包括温度控制模块、测试元件模块和数据采集模块；
其中，所述温度控制模块用于控制测试元件温度，以仿真换热器的壁面温度；
所述数据采集模块用于测量和采集温度、流量；
所述测试元件模块包括换热套管，测试时，所述换热套管插入待测锅炉尾部烟道取样口处；
所述换热套管为第一换热套管、第二换热套管和第三换热套管；
所述温度控制模块采用加热闭式水环路的方式来控制所需测试元件温度；
所述温度控制模块包括循环水泵、恒温水箱、闭式恒温水箱和水冷散热器；
所述闭式恒温水箱为第一闭式恒温水箱和第二闭式恒温水箱；
所述水冷散热器用来降低换热套管出口侧的水温，使之低于恒温水箱的设定温度；
所述恒温水箱和闭式恒温水箱均设有继电器，用以控制测试元件模块的入口水温稳定在设定值；
所述基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测系统为闭环路水循环系统；
具体的，恒温水箱、循环水泵、第一换热套管、第一闭式恒温水箱、第二换热套管、第二闭式恒温水箱、第三换热套管和水冷散热器依次连接，所述水冷散热器继而与所述恒温水箱连接，形成闭环路水循环系统。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热套管外侧设置有卡箍。
3.一种基于酸-灰耦合作用机理的锅炉尾部积灰与腐蚀预测方法，其特征在于，所述方法包括采用权利要求1-2任一项所述系统进行检测；所述预测方法包括控制各换热套管壁面温度相同或不同。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法包括：
恒温水箱加水，加热至设定温度；
开通阀门和循环泵，低速流入各组件，排除管道内空气；
根据第一换热套管的进出口水温调整流量，使得进出口水温差满足要求；
打开第一闭式恒温水箱和第二闭式恒温水箱，使得其满足第二换热套管和第三换热套管的温度设定要求；
开启水冷散热器，从而对测试元件的出口水进行降温；
待工况参数、机组负荷系统稳定后持续进行检测实验。
5.如权利要求3所述方法，其特征在于，
实验过程中，控制第一换热套管、第二换热套管和第三换热套管的温度相同或不同；
换热套管壁面温度范围在40-95℃；且三个换热套管之间的壁面温差为15-50℃；
换热套管与待测锅炉尾部烟道取样口之间填充隔热密封材料。
6.如权利要求3所述方法，其特征在于，在正式测试前，进行闭式水循环密封性检测，并校核测试元件。
7.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法还包括：检测结束后，取出换热套管，观察不同温度测试元件的积灰与腐蚀外观，宏观分析是否会产生明显的粘结性积灰与低温腐蚀；根据数据采集数据，基于测试元件的热力性能分析，计算管外污垢系数和努塞尔数，以换热性能表征管外积灰和腐蚀情况；最后对不同温度下的管外积灰和腐蚀取样进行微观形貌、元素分布、成分晶体和离子特性等测试分析，从微观层面确定是否形成了粘结性积灰与低温腐蚀。
8.权利要求1-2任一项所述系统和/或权利要求3-7任一项所述方法在如下任意一种或多种的应用：
a）预测不同换热器温度下积灰与腐蚀特性；
b）优化燃料锅炉运行调控；
c）提高燃料锅炉安全可靠性。
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