CN220669430U - 一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，包括控制单元以及与其连接的采样装置和贴壁风装置；采样装置通过抽风机实时获取水冷壁区域的烟气气氛，并通过成分检测装置对烟气进行分析，控制单元根据分析的腐蚀气氛输出对应的报警信号，同时启动贴壁风装置，将冷一次风通过贴壁风喷嘴输出至水冷壁并形成风幕，进而驱散该区域的腐蚀气氛，避免腐蚀气氛对水冷壁的腐蚀，该系统从贴壁气氛实时在线监测、发出预警信号、调整风门开度、贴壁腐蚀气氛浓度下降和腐蚀预警等级降低，同时形成实时监测、及时预警和有效防治的闭环式治理手段，从而达到防治高温腐蚀目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电技术领域，具体为一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统。
背景技术
在国家节能减排愈加严格的背景下，为了使大型燃煤锅炉达到减少煤耗和超低排放的要求，同时又确保机组安全可靠运行，需要对煤粉锅炉的水冷壁区域高温腐蚀状态进行严格控制。一般而言，煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀可以分为硫酸盐型、硫化物型和氯化物型。大量研究数据表明：对高温腐蚀下来的水冷壁外侧垢样送检，检测结果中硫酸酐占比较高，说明腐蚀类型为硫化物腐蚀，而此类腐蚀主要是由于在强还原性气氛下水冷壁管金属材质Fe被H2S气体流化而引起的。
大多数电厂仅通过科研院所等单位试验期间进行贴壁气氛测试，或停机检修期间测试管壁减薄情况，以反映水冷壁区域真实的腐蚀情况，根据腐蚀情况对机组进行维护，这样虽然能够降低机组的运行风险，但是该方法属于维护补救措施，这样会大大降低机组的运行寿命，增加了发电机组的运行成本，同时腐蚀情况会随着机组运行年限的增加而加剧，这样也增加了机组热态运行过程中水冷壁爆管和大面积换管的风险。
针对上述问题，有必要设计一种火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，实现对水冷壁区域的腐蚀情况实时监测并进行维护。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，对水冷壁的腐蚀气氛实时监测并能够进行有效的防护。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，包括控制单元以及与其连接的采样装置和贴壁风装置；
所述采样装置包括烟气取样孔、过滤装置和成分检测装置；烟气取样孔布置在炉膛水冷壁侧墙上，烟气取样孔通过过滤装置与成分检测装置连接，成分检测装置与控制单元连接；
所述贴壁风装置包括贴壁风喷嘴和贴壁风管路，多个贴壁风喷嘴安装在锅炉内部，用于对水冷壁输出气流，并且该气流的射流方向与水冷壁侧墙平行，贴壁风喷嘴的控制端与控制单元连接；
所述控制单元，用于根据烟气成分控制贴壁风装置的工作状态。
优选的，所述烟气取样孔设置在锅炉的主燃烧器和燃尽风燃烧器之间的区域。
优选的，所述过滤装置包括滤灰装置和干燥装置；
所述烟气取样孔通过取样管与滤灰装置连接，滤灰装置的出口与干燥装置连接，干燥装置通过抽风装置与成分检测装置连接。
优选的，所述抽风装置为抽气泵。
优选的，所述贴壁风管路包括贴壁风母管，以及与其连通的贴壁风支管；
多个贴壁风支管沿贴壁风母管的轴线对称布置在其两侧，每个贴壁风支管的出口均连接一个贴壁风喷嘴，多个贴壁风喷嘴输气的气流在水冷壁侧墙形成风幕。
优选的，所述贴壁风喷嘴包括喷嘴导流片和支撑结构，喷嘴导流片通过支撑结构固定在锅炉炉膛水冷壁侧墙上，喷嘴导流片与水冷壁侧墙之间形成多个出风口，出风口的与水冷壁侧墙平行。
优选的，所述喷嘴导流片为伞面状。
优选的，所述各贴壁风支管上设置有风门执行机构和膨胀节；
所述风门执行机构、膨胀节和贴壁风喷嘴依次设置在管路上，风门执行机构与控制单元连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型提供的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，利用气体分析仪对贴壁腐蚀性气氛进行实时监测，当腐蚀性气体达到一定浓度后，发出预警信号，指导运行调整贴壁风开度，降低贴壁腐蚀性气氛浓度，针对不同燃烧方式均可适应，无论是机组稳态运行还是升降负荷，均可指导运行人员及时调整、了解当前腐蚀状况，贴壁风喷嘴独特的设计结构，避免了传统贴壁风吹扫存在盲区，防止了机组运行过程中发生爆管、停机检修期间大面积换管等事故的发生。该腐蚀监测防治系统解决了水冷壁区域高温腐蚀监测不及时、预警机制不健全、传统贴壁风覆盖盲区等难题，其系统简单、改造工程量低、技术成熟，为机组水冷壁高温腐蚀防治提供了借鉴。该系统不仅能够实现机组稳态运行或升降负荷时高温腐蚀防治要求，同时适应于入炉高、中、低硫分燃煤及多种燃烧方式。
进一步，贴壁风喷嘴采用独特的风帽结构设计，适用于墙式对冲燃烧、四角切圆燃烧、W火焰燃烧方式，针对腐蚀位置的不同，加装贴壁风喷嘴，具有针对性强、防治效果好、施工安装简易等优点。
附图说明
图1为本实用新型火力发电机组水冷壁高温腐蚀智能监测系统的结构示意图；
图2为本实用新型贴壁喷嘴的结构示意图；
其中，a图为贴壁喷嘴的主视图；b图为贴壁喷嘴的侧视图。
图中：锅炉炉膛水冷壁侧墙1，主燃烧器2，燃尽风燃烧器3，冷一次风4，贴壁风母管5，贴壁风支管6，烟气取样孔7，仪表取样管8，滤灰装置9，干燥装置10，控制柜11，抽气泵12，气体成分分析仪13，数据传输装置14，DCS预警平台15，风门执行机构16，膨胀节17，贴壁风喷嘴18，吹扫区域19，加固筋20，喷嘴导流片21。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
参与图1和2，一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，包括控制单元以及与其连接的采样装置和贴壁风装置；
所述采样装置包括烟气取样孔7、过滤装置、抽气装置和检测装置，烟气取样孔7布置在炉膛水冷壁侧墙上，烟气取样孔7与过滤装置连接，过滤装置通过抽气装置与成分检测装置连接，成分检测装置与控制单元连接；
所述贴壁风装置包括贴壁风喷嘴18和贴壁风管路，多个贴壁风喷嘴18安装在锅炉内部，用于对水冷壁输出气流，并且该气流的射流方向与水冷壁侧墙平行，贴壁风喷嘴18的控制端与控制单元连接。
所述控制单元，用于获取成分检测装置输入的烟气成分，并根据烟气成分控制贴壁风装置的工作状态。
所述过滤装置包括滤灰装置9和干燥装置10，上述烟气取样孔7设置在锅炉的主燃烧器2和燃尽风燃烧器3之间的区域，烟气取样孔7通过仪表取样管8与滤灰装置9连接，滤灰装置9的出口与干燥装置10连接，干燥装置10与抽气装置连接，抽气装置与检测装置连接，通过滤灰装置9和干燥装置10能够有效去除采集的烟气中灰渣、未燃碳及水分，保证被测气体成分的干燥和洁净。
抽气装置为抽气泵12，也可以是任何可以产生负压吸力的装置；检测装置为气体成分分析仪13，其能够对多种介质组分进行检测，分别是O2、CO、H2S，且O2组分采用电化学法、CO组分采用红外窄带吸收法、H2S组分采用紫外线光谱吸收法，并对测试精度和量程做出调整。
所述贴壁风管路包括贴壁风母管5，以及与其连通的贴壁风支管6，多个贴壁风支管6沿贴壁风母管5的轴线对称布置在其两侧，每个贴壁风支管6的出口均连接一个贴壁风喷嘴18，贴壁风母管5的入口接冷一次风4，冷一次风4进入贴壁风母管5后分流至各贴壁风支管6中，最后通过贴壁风母管5输出至贴壁风喷嘴18，贴壁风喷嘴18使冷一次风沿水冷壁侧墙平行射出，在锅炉炉膛水冷壁侧墙1的吹扫区域19形成风幕，降低水冷壁侧墙1的腐蚀性气体浓度。
所述贴壁风喷嘴18包括喷嘴导流片21和支撑结构，喷嘴导流片21通过支撑结构固定在锅炉炉膛水冷壁侧墙1上，喷嘴导流片21与水冷壁侧墙之间形成多个出风口，出风口的与水冷壁侧墙平行。
所述喷嘴导流片21为伞面状，即锥面形状，支撑结构包括多个圆周的均布的加固筋20，加固筋20的一侧固定在水冷壁侧墙上，喷嘴导流片21固定在加固筋20的另一侧，支撑结构的中心与贴壁风支管6连接，相邻两个加固筋之间形成一个气流通道，冷一次风通过各个气流通道射出，在水冷壁侧墙形成风幕，并向四周扩散，对靠近水冷壁侧墙的腐蚀气氛进行吹扫，以降低腐蚀气氛的浓度。加固筋20用于连接贴壁风支管6和喷嘴导流片21，其保证强度的同时，减小对贴壁风阻力及射流方向的影响。
所述各贴壁风支管6上设置有风门执行机构16和膨胀节17，风门执行机构16、膨胀节17和贴壁风喷嘴18依次设置在管路上，风门执行机构16通过数据传输装置14与控制单元连接。
贴壁风喷嘴安装位置不受限于燃烧方式，无论是墙式对冲、四角切圆或W燃烧方式，均有很好的适应性，加固筋20和喷嘴导流片21采用耐磨耐热钢，不限于ZG30Cr25Ni14Si2，ZG30Cr25Ni14Si2Mn3NRe材质。贴壁风风源取自冷一次风4，不仅能够进入炉内的贴壁风具有足够的刚性，刚性强吹扫区域广，而且能够起到冷却贴壁风喷嘴的目的。
控制单元为DCS预警平台15，其内部预设了多级腐蚀等级判断参数，根据被测气体成分浓度，输出不同的报警信号。
在本实施例中根据被测气体成分浓度，将腐蚀等级分为四级：Ⅰ级(严重腐蚀)、Ⅱ级(中等腐蚀)、Ⅲ级(轻微腐蚀)、Ⅳ级(几乎没有腐蚀)，发出相对应的红、橙、黄、蓝四种预警信号，运行人员根据预警信号做出是否投运贴壁风装置判断。
腐蚀等级Ⅰ级，腐蚀严重，评判标准O2＜2％、CO＞3％且H2S＞0.02％，预警信号红色。
腐蚀等级Ⅱ级，中等腐蚀，评判标准O2＜2％、0.1％＜CO≤3％或0.01％＜H2S＜0.02％，预警信号橙色。
腐蚀等级Ⅲ级，轻微腐蚀，评判标准O2≤0.1％或H2S＜0.01％，预警信号黄色。
DCS预警平台15，腐蚀等级Ⅳ级，没有腐蚀，评判标准O2＞2％，预警信号蓝色。
下面对本实用新型提供的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统的方法进行详细说明。
机组热态运行时，抽汽泵12启动，由位于主燃烧器2与燃尽风燃烧器3之间安装在炉膛水冷壁侧墙1上烟气取样孔7抽取贴壁气氛，贴壁烟气由仪表取样管8先进入滤灰装置9，除去烟气中灰、渣及未燃碳颗粒等固体杂质，再经仪表取样管8进入干燥装置10，干燥烟气中水分后，洁净、干燥的烟气经仪表取样管8进入控制柜11中抽气泵12，测量当前烟气流量，再进入气体成分分析仪13，气体成分分析仪13测量O2浓度、CO浓度、H2S浓度，由数据传输装置14将测量数据传递给DCS预警平台15，DCS预警平台15根据被检测气体浓度值大小，做出腐蚀程度判断为Ⅰ级、Ⅱ级级、Ⅲ级、Ⅳ级，发出红、橙、黄、蓝四种预警信号，运行人员根据预警信号判断是否投运贴壁风系统。
当DCS预警平台15判断腐蚀程度为Ⅰ级、Ⅱ级级或Ⅲ级，根据腐蚀等级启动防治单元并控制器功率，水冷壁管存在发生高温腐蚀风险，发出投运防治单元指令，指令经数据传输装置14传递给风门执行机构16，风门投运至指定开度，经膨胀节17，由贴壁风喷嘴18进入炉膛水冷壁侧墙1表面，贴壁风喷嘴向四周吹扫区域19，形成一道风幕，水冷壁表面还原性、腐蚀性气氛下降后，当DCS预警平台15发出预警信号由红或橙转变为黄或蓝时，表明目前风门开度能够有效降低贴壁腐蚀性气氛，维持风门开度保持不动，保证预警信号始终处于黄或蓝预警状态，水冷壁区域呈现没有或轻微的腐蚀速率，能够有效减缓高温腐蚀风险改善贴壁处气氛，有效缓解高温腐蚀的发生。
本实用新型提供的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治方法，根据腐蚀严重程度分为四个等级，从预警等级可以看出，Ⅲ级和Ⅳ级发生腐蚀风险较低，Ⅰ级和Ⅱ级发生腐蚀的风险较高，防治措施主要改变贴壁气氛浓度，即改变贴壁处O2、CO、H2S浓度，在易发生高温腐蚀区域加装针对型贴壁风喷嘴，通过选择合适喷射角度和尺寸，使得水冷壁形成一道风幕，贴壁风取自冷一次风，一般占总风量5％。针对型贴壁风喷嘴与传统矩形喷嘴不同，其原理、结构与循环流化床风帽类似，通过独特的喷口设计，当贴壁气氛浓度发出预警信号后，运行人员调整报警区域对应或邻近的贴壁风风门开度，贴壁风射流角度与水冷壁侧墙平行，形成一道风幕，并保证有足够的覆盖面积，始终将腐蚀性气氛保持在较低浓度，从而达到防治高温腐蚀目的。
机组热态运行过程中，水冷壁贴壁处烟气成分复杂且燃烧工况恶劣，其中影响水冷壁区域发生高温腐蚀主要成分O2、CO、H2S，研究表明多种混合气氛H2S+CO+O2协同腐蚀是单一因素腐蚀速率的2.5～67倍，是H2S单一腐蚀速率的2.5倍以上，是CO单一腐蚀速率的67倍以上，对于O2、CO、H2S三种气氛在线监测非常必要，本实用新型的火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，为了更为精准恶化实时了解水冷壁的贴壁气氛分布情况，O2测量选用电化学法，量程为0～25％Vol，分辨率0.01％，精度±0.1％；CO测量选用红外窄带吸收法，选用高量程范围，量程为0～100000ppm，分辨率1ppm，精度±10ppm；H2S具有易吸附、腐蚀性强、溶于水、含量低等特点，一般情况水冷壁区域含量在0.0001～0.2％，采用紫外线光谱吸收法来测量H2S浓度，通过更精准的测试方法，可真实反映出水冷壁区域贴壁气氛，量程为0～5000ppm，分别率1ppm，精度±5ppm。该方法依据各气体组分特点，采用更为精准的测试方法，结合可视化的预警信号，可让运行人员实时掌握水冷壁区域腐蚀程度，通过DCS预警平台，对贴壁气体浓度进行腐蚀等级分类，并根据不同腐蚀等级发出相对应预警信号。实现从贴壁气氛实时在线监测、发出预警信号、调整风门开度、贴壁腐蚀气氛浓度下降和腐蚀预警等级降低，形成实时监测、及时预警和有效防治的闭环式治理手段，从而达到防治高温腐蚀目的。在一个检修周期内，测量水冷壁区域管壁壁厚，建立预警等级累计时长-腐蚀速率的关系，有助于“四管”防磨防爆档案的建立和健全。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，包括控制单元以及与其连接的采样装置和贴壁风装置；
所述采样装置包括烟气取样孔(7)、过滤装置和成分检测装置；烟气取样孔(7)布置在炉膛水冷壁侧墙上，烟气取样孔(7)通过过滤装置与成分检测装置连接，成分检测装置与控制单元连接；
所述贴壁风装置包括贴壁风喷嘴(18)和贴壁风管路，多个贴壁风喷嘴(18)安装在锅炉内部，用于对水冷壁输出气流，并且该气流的射流方向与水冷壁侧墙平行，贴壁风喷嘴(18)的控制端与控制单元连接，所述控制单元用于根据烟气成分控制贴壁风装置的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，所述烟气取样孔(7)设置在锅炉的主燃烧器(2)和燃尽风燃烧器(3)之间的区域。
3.根据权利要求1所述的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，所述过滤装置包括滤灰装置(9)和干燥装置(10)；
所述烟气取样孔(7)通过取样管与滤灰装置(9)连接，滤灰装置(9)的出口与干燥装置(10)连接，干燥装置(10)通过抽风装置与成分检测装置连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，所述抽风装置为抽气泵。
5.根据权利要求1所述的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，所述贴壁风管路包括贴壁风母管(5)，以及与其连通的贴壁风支管(6)；
多个贴壁风支管(6)沿贴壁风母管(5)的轴线对称布置在其两侧，每个贴壁风支管(6)的出口均连接一个贴壁风喷嘴(18)，多个贴壁风喷嘴(18)输气的气流在水冷壁侧墙形成风幕。
6.根据权利要求1所述的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，所述贴壁风喷嘴(18)包括喷嘴导流片(21)和支撑结构，喷嘴导流片(21)通过支撑结构固定在锅炉炉膛水冷壁侧墙(1)上，喷嘴导流片(21)与水冷壁侧墙之间形成多个出风口，出风口与水冷壁侧墙平行。
7.根据权利要求6所述的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，所述喷嘴导流片(21)为伞面状。
8.根据权利要求5所述的一种用于火力发电机组水冷壁高温腐蚀监测防治系统，其特征在于，所述各贴壁风支管(6)上设置有风门执行机构(16)和膨胀节(17)；
所述风门执行机构(16)、膨胀节(17)和贴壁风喷嘴(18)依次设置在管路上，风门执行机构(16)与控制单元连接。
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