600MW超臨界鍋爐防治氧化皮爆管運行優(yōu)化技術研究.ppt

1、信智恒久 動力生活,神華國華（北京）電力研究院有限公司,2010年4月,目 錄,1.氧化皮生成剝落特點及其危害 2.超（超）臨界鍋爐氧化皮問題治理思路 3.設備簡介 4.節(jié)油啟動期間鍋爐屏底煙溫的數(shù)值模擬分析 5.熱偏差燃燒調整試驗 6.總結,1.氧化皮生成剝落特點及其危害,氧化皮的生成機理 1929年，德國科學家Schikorr研究發(fā)現(xiàn)，金屬可以在高溫水蒸汽中發(fā)生氧化，氧化所消耗的氧來源于水蒸汽本身的結合氧。后來通過電子顯微鏡觀察，進一步確定了鐵和水蒸汽直接反應產生金屬氧化物的事實，主要反應化學方程式為： 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 2H2O=2H2+ O2 西安熱工院對鍋爐管樣的金

2、相分析結果為，鐵素體鋼（T23/T91)蒸汽側氧化皮微觀結構形貌為雙層結構，外層為Fe3O4和少量Fe2O3，內層為（Fe,Cr)3O4。,影響氧化皮生成的主要影響因素,金屬管壁溫度和抗氧化性能,管壁溫度越高，氧化速度越快；抗氧化性能越好，氧化速度越慢。,影響氧化皮脫落的主要因素（一）,線膨脹系數(shù),金屬與氧化皮之間的線膨脹系數(shù)相差越大，越易脫落。,影響氧化皮脫落的主要因素（二）,氧化皮厚度,氧化皮越厚，導致其脫落的所需應力越小。管壁金屬與氧化皮溫差越大，應力越大。,鐵素體鋼氧化皮厚度超過0.2mm、不銹鋼氧化皮厚度超過0.1mm，即易于脫落。,氧化皮的主要危害（一）,蒸汽側或煙氣側的強制冷卻產

3、生大量脫落堆積，造成短期超溫爆管。 氧化皮的熱阻效應導致金屬壁溫和氧化皮厚度不斷提高，最終造成超溫運行、組織老化和氧化皮脫落風險加劇。根據(jù)EPRI研究結果，致密氧化皮厚度每增加0.025mm，管壁溫度增加約2。,熱負荷和蒸汽溫度越高，導致金屬超溫運行的臨界氧化皮厚度越小(T92/620)。,氧化皮的主要危害（二）,汽輪機固體顆粒侵蝕。,2.超（超）臨界鍋爐氧化皮問題治理思路,在現(xiàn)有材料水平下，超（超）臨界鍋爐的氧化皮生成與剝落不可避免，因此現(xiàn)實可行的運行方面治理技術路線為： 減緩生成控制剝落加強檢查及時清理 減緩生成：金屬管壁溫度控制是治理氧化皮問題的關鍵，開展燃燒 優(yōu)化調整降低高溫受熱面屏間

4、熱偏差成為基礎工作。 控制剝落：溫度變化產生的熱應力是導致氧化皮剝落的主要原因， 避免停爐后18h內強制通風冷卻、降低鍋爐啟動速率可以做到 150MW負荷以內不投減溫水。 加強檢查、及時清理：拍片檢查管內堆積情況、氧化皮測厚、內窺 鏡檢查管壁脫落情況、割管清理。,3.設備簡介-LNTFS燃燒系統(tǒng),主風箱設有6層煤粉噴嘴，布置有周界風，在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風噴嘴，在主風箱上部設有2層CCOFA噴嘴。此外，在主燃區(qū)上部布置5層可水平擺動的SOFA噴嘴。,高溫過熱器,分為熱段和冷段，每屏12根管，共82屏。管外徑均為38.1mm，每屏中根據(jù)每根管的熱負荷情況選取不同的內徑和材料，通

5、過調整蒸汽流量的手段控制同屏熱偏差。入口集箱采用兩只“三通”進汽、出口集箱采用兩端引出方式，各屏整體溫度分布呈“雙駝峰”型。熱段最外圈采用TP347（黃色）、26圈采用T91（紅色）、712圈采用T23（綠色）和T91。,4.節(jié)油啟動期間鍋爐屏底煙溫的數(shù)值模擬分析,研究背景 在節(jié)油點火方式下，水冷壁吸熱的減少使得屏底煙溫升高，導致超溫風險加劇。 對于超（超）臨界鍋爐，減溫水投用將提前會使得蒸汽溫度出現(xiàn)大幅波動，從而導致氧化皮的脫落，引發(fā)爆管事故的發(fā)生。 因此，解決這一問題的方法包括如下四個方面：常規(guī)油槍暖爐、鄰爐加熱或回收循環(huán)水熱量，提高爐膛溫度和給水溫度，可使進入爐內的煤粉火焰保持燃燒和增加

6、蒸發(fā)量；提高二次風量，降低屏底煙溫；減少進入爐內的煤粉量，即降低鍋爐的初始燃燒率，但受到最低煤粉點燃濃度和磨煤機最小給煤量的制約，而采用著火、燃盡特性較好、熱值較低的褐煤則有利于問題的解決。,研究方法,由于現(xiàn)有的鍋爐煙溫探針存在盲區(qū)（600MW鍋爐爐膛寬度19m左右，而兩側煙溫探針長度僅為14m左右），而且安裝在爐頂熱箱內的受熱面金屬壁溫測點，在管內沒有蒸汽流動時不能真實反映爐內金屬壁溫，節(jié)油啟動初期階段的超溫現(xiàn)象更易被忽視。因此，通過數(shù)值模擬方法對節(jié)油啟動階段爐內煙氣溫度場進行計算，彌補鍋爐常規(guī)煙溫測點之不足，對于分析受熱面超溫原因和制定安全啟動技術措施具有重要意義。 根據(jù)同類型鍋爐實際節(jié)油

7、啟動運行參數(shù)，將給煤量設定為17t/h，以神華煙煤和寶日希勒褐煤為典型煤種，選取給水溫度分別為50、90、120，選取爐膛出口氧量分別為10%、15%，包括燃油啟動工況（爐膛出口氧量為10%、給水溫度為50、燃油流量為6t/h）在內，總計13個模擬計算工況。,網(wǎng)格劃分,特征截面選在爐膛屏式受熱面底部位置，與屏底煙氣溫度探針標高相同，為58.25m。,計算結果,5.熱偏差燃燒調整試驗,研究背景 對于采用四角切圓燃燒系統(tǒng)的鍋爐，在爐膛內組織煤粉和空氣形成強烈的切向旋轉并螺旋向上的流場模式，對強化風粉混合燃燒是非常有利的，但旋轉的流場到爐膛出口會仍然存在，即所謂的殘余旋轉。殘余旋轉會導致整個煙氣流不

8、均勻的流入水平煙道，而在水平煙道布置的過、再熱器以對流吸熱為主，因此，煙速不均對吸熱量影響較大，從而形成傳熱偏差。SOFA技術主要作用是減排NOx，但由于它與主燃燒器射流分離，又在爐膛上部區(qū)域布置，出口風速較高，射流剛性很強，實際切圓直徑較小，這樣有可能使SOFA以上至爐膛出口的實際切圓較小，同時旋轉減弱，起到明顯的消旋作用。,數(shù)值模擬計算結果,SOFA噴嘴投入3層、對沖布置，CCOFA噴嘴投入2層，風速53.9m/s。,燃燒調整試驗結果,通過SOFA噴口反切15和加大風量，使高溫過熱器管壁峰值溫度降低510。,7.總結,氧化皮的生成速度取決于金屬管壁溫度，氧化皮的剝落主要取決于氧化皮與金屬基體的溫差及溫度變化速率。 等離子和微油點火技術雖然可以節(jié)省大量啟動用油，但若運行控制不當則會導致高溫受熱面超溫，并誘發(fā)氧化皮爆管事故。采用熱值較低的易燃煤種實施節(jié)油啟動，并適度提高給水溫度和入爐風量，或者采用節(jié)油啟動前使用常規(guī)油槍暖爐的方式，在獲得可觀節(jié)油效益的同時，有利于提高鍋爐運行的