生物质锅炉高温腐蚀研究分析报告论文_张苏安

摘要:本项目针对某生物质焚烧发电厂锅炉腐蚀问题进行研究,通过化学分析、现状测试等方法,确认高温腐蚀主要原因,通过热态调整试验、风量配比优化试验达到减弱腐蚀区域还原性气氛,减缓S、Cl腐蚀速率的目的;并给出合理化建议。

关键词:高温腐蚀;还原性气氛;风量配比优化

该生物质焚烧发电厂锅炉是采用国外先进的生物燃料燃烧技术的130t/h水冷振动炉排锅炉。锅炉为高温、高压参数自然循环炉,单锅筒、单炉膛、平衡通风、室外布置、固态排渣、全钢构架、底部支撑结构型锅炉。锅炉设计燃料为水稻秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆、小麦秸秆等。

该厂于2015年10月份检修期间发现高温腐蚀情况,并组织相关人员分析及提出相应处理措施,但效果并不理想,如表5所示。

表 5 锅炉高温腐蚀情况

3.3 现状试验

2017年6月10日至6月11日对锅炉正常运行时,监测炉内腐蚀严重区域的水冷壁贴壁烟气成分(以1#、2#点位为测试点)。

1).试验过程:

正式试验前,进行预备性试验,调节工况至额定工况,燃烧稳定2h后,使用自制取样装置对烟气进行采样(见图6);采样过程为20min;自动分析过程为5min;随后按照试验方案对#1、#2孔进行正式取样。贴壁烟气中O2含量(以下O2含量均指该测点贴壁烟气中O2含量)、CO含量、SO2含量、NOx含量通过自动烟尘测试仪(3012H)在线监测记录;H2S含量、HCl含量通过烟气采样器(TH-600C)用醋酸锌、NaOH做吸收液采集带回实验室分析。

图 6 自制烟气取样装置

2).试验结果:

表 8 高温烟气监测结果统计表

表9 炉排振动时高温烟气监测结果

从表8~9可见,腐蚀严重区域,贴壁烟气中存在浓度较高的HCl等腐蚀物,含氧量低,CO等还原性气体浓度较大,有利于加速S、Cl的腐蚀速率[1]。炉排振动过程中燃料与空气混合较充分,燃烧改善,一氧化碳(CO)含量较大幅度下降、烟气含氧量大幅度上升[2]。

由此可见,日常运行工况下,侧墙区域炉内燃烧状况严重(恶化)偏离设计状态。

4.热态调整试验方法

4.1 试验内容

1.一次风配风方式的调整

1)试验过程

6月22日调节一次风各支管的挡板,调整见下表10:

表10 工况调节状况表

其中:

1.工况1,初始运行工况;

2.工况1-1,降低一次风中端风量,增加一次风高端、低端风量,达到增加前后拱下方燃烧室内氧量、降低还原性气体浓度的目的;

3.工况1-2,给料不变,增加一次风总量,使燃烧室内氧量增加、降低还原性气体浓度。

2)试验结果

图7 各工况下贴壁烟气中成分对比

2.一次风率的调整

1)试验过程

6月24日~6月25日保持送风机总风量不变,调节一次风率,共做7个工况,依据试验方案选取典型工况制成表11。

表11 工况调节状况表

其中:

1.工况1,原始运行工况;

2.工况1-2,此次调整方案中一次风率最大工况;给料量等其余条件不变;

3.工况3-4,此次调整方案中一次风率最小工况;给料量等其余条件不变。

2)试验结果

图 8 CO含量及O2含量(水冷壁贴壁烟气含氧量)随一次风率变化趋势

3.二次风分配方式的调整

1)试验过程

6月25日~6月27日保持一次风率基本不变,调节二次风分配方式,共做5个工况,依据试验方案选取典型工况制成表12。

表12 工况调节状况表

其中:

1.工况4,原始运行工况;

2.工况4-1、4-2,前墙风量增加,增加风的穿透力;

3.工况4-3、4-4,后墙风量增加,增加风的穿透力。

2)试验结果

图 10 CO含量及O2含量(水冷壁贴壁烟气含氧量)随一次风率变化趋势

6.结论

6.1结论

通过风量标定、风门特性试验以及空气动力场试验,可以确定风量显示正确、风门特性良好,炉排面一次风速度场较均匀

1)燃料变化较大

从表4燃料的元素分析可以看出,试验期间燃料较设计燃料相比,C、H元素含量变高,S、Cl含量较低。

2)锅炉机组运行时,一、二次风风率分别为40%、60%(设计一、二次风风率分别为30%、70%)偏离设计值较多,炉内动力工况失稳,致使锅炉燃烧工况恶化,燃烧效率低(一氧化碳含量很高),在这样高浓度还原性气氛下,含量较高的SO2、H2S、HCl气体,在高温下,以气相的形式,强烈的腐蚀金属受热面,致使水冷壁管壁快速减薄[3]。

3)燃料特性变化大,导致不合理的运行方式,进而引起锅炉水冷壁严重腐蚀。推论:由于炉排机械负荷增大(或其它原因),一次风率30%时,炉排因过负荷而不能振动;一次风率提高至40%时,增加了燃料的浮力,炉排才能振动起来,但牺牲了锅炉燃烧效率。所以,每次当炉排振动时,炉膛内氧量突然增加,可燃性气体急速燃烧、膨胀,使得炉膛负压波动很大。

4)增加前墙二次风量,即提高其风速,使射流更远,能够显著降低后拱下部的还原性气体浓度,从而改善该区域高温腐蚀情况。

参考文献:

[1]周昕.火力发电厂锅炉受热面失效分析与防护[M].北京:中国电力出版社,2004.

[2]宋邵伟等.420t/h锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及预防对策[J].热力发电,2007,(3):45-46.

[3]王准.生物质燃烧过程中受热面高温腐蚀特性研究[D].浙江大学,2015.

论文作者:张苏安

论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期

论文发表时间:2020/3/3

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