600MW超临界锅炉防治氧化皮爆管运行优化技术研究.ppt

1、信智恒久 动力生活,神华国华（北京）电力研究院有限公司,2010年4月,目 录,1.氧化皮生成剥落特点及其危害 2.超（超）临界锅炉氧化皮问题治理思路 3.设备简介 4.节油启动期间锅炉屏底烟温的数值模拟分析 5.热偏差燃烧调整试验 6.总结,1.氧化皮生成剥落特点及其危害,氧化皮的生成机理 1929年，德国科学家Schikorr研究发现，金属可以在高温水蒸汽中发生氧化，氧化所消耗的氧来源于水蒸汽本身的结合氧。后来通过电子显微镜观察，进一步确定了铁和水蒸汽直接反应产生金属氧化物的事实，主要反应化学方程式为： 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 2H2O=2H2+ O2 西安热工院对锅炉管样的金

2、相分析结果为，铁素体钢（T23/T91)蒸汽侧氧化皮微观结构形貌为双层结构，外层为Fe3O4和少量Fe2O3，内层为（Fe,Cr)3O4。,影响氧化皮生成的主要影响因素,金属管壁温度和抗氧化性能,管壁温度越高，氧化速度越快；抗氧化性能越好，氧化速度越慢。,影响氧化皮脱落的主要因素（一）,线膨胀系数,金属与氧化皮之间的线膨胀系数相差越大，越易脱落。,影响氧化皮脱落的主要因素（二）,氧化皮厚度,氧化皮越厚，导致其脱落的所需应力越小。管壁金属与氧化皮温差越大，应力越大。,铁素体钢氧化皮厚度超过0.2mm、不锈钢氧化皮厚度超过0.1mm，即易于脱落。,氧化皮的主要危害（一）,蒸汽侧或烟气侧的强制冷却产

3、生大量脱落堆积，造成短期超温爆管。 氧化皮的热阻效应导致金属壁温和氧化皮厚度不断提高，最终造成超温运行、组织老化和氧化皮脱落风险加剧。根据EPRI研究结果，致密氧化皮厚度每增加0.025mm，管壁温度增加约2。,热负荷和蒸汽温度越高，导致金属超温运行的临界氧化皮厚度越小(T92/620)。,氧化皮的主要危害（二）,汽轮机固体颗粒侵蚀。,2.超（超）临界锅炉氧化皮问题治理思路,在现有材料水平下，超（超）临界锅炉的氧化皮生成与剥落不可避免，因此现实可行的运行方面治理技术路线为： 减缓生成控制剥落加强检查及时清理 减缓生成：金属管壁温度控制是治理氧化皮问题的关键，开展燃烧 优化调整降低高温受热面屏间

4、热偏差成为基础工作。 控制剥落：温度变化产生的热应力是导致氧化皮剥落的主要原因， 避免停炉后18h内强制通风冷却、降低锅炉启动速率可以做到 150MW负荷以内不投减温水。 加强检查、及时清理：拍片检查管内堆积情况、氧化皮测厚、内窥 镜检查管壁脱落情况、割管清理。,3.设备简介-LNTFS燃烧系统,主风箱设有6层煤粉喷嘴，布置有周界风，在每相邻两层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，在主风箱上部设有2层CCOFA喷嘴。此外，在主燃区上部布置5层可水平摆动的SOFA喷嘴。,高温过热器,分为热段和冷段，每屏12根管，共82屏。管外径均为38.1mm，每屏中根据每根管的热负荷情况选取不同的内径和材料，通

5、过调整蒸汽流量的手段控制同屏热偏差。入口集箱采用两只“三通”进汽、出口集箱采用两端引出方式，各屏整体温度分布呈“双驼峰”型。热段最外圈采用TP347（黄色）、26圈采用T91（红色）、712圈采用T23（绿色）和T91。,4.节油启动期间锅炉屏底烟温的数值模拟分析,研究背景 在节油点火方式下，水冷壁吸热的减少使得屏底烟温升高，导致超温风险加剧。 对于超（超）临界锅炉，减温水投用将提前会使得蒸汽温度出现大幅波动，从而导致氧化皮的脱落，引发爆管事故的发生。 因此，解决这一问题的方法包括如下四个方面：常规油枪暖炉、邻炉加热或回收循环水热量，提高炉膛温度和给水温度，可使进入炉内的煤粉火焰保持燃烧和增加

6、蒸发量；提高二次风量，降低屏底烟温；减少进入炉内的煤粉量，即降低锅炉的初始燃烧率，但受到最低煤粉点燃浓度和磨煤机最小给煤量的制约，而采用着火、燃尽特性较好、热值较低的褐煤则有利于问题的解决。,研究方法,由于现有的锅炉烟温探针存在盲区（600MW锅炉炉膛宽度19m左右，而两侧烟温探针长度仅为14m左右），而且安装在炉顶热箱内的受热面金属壁温测点，在管内没有蒸汽流动时不能真实反映炉内金属壁温，节油启动初期阶段的超温现象更易被忽视。因此，通过数值模拟方法对节油启动阶段炉内烟气温度场进行计算，弥补锅炉常规烟温测点之不足，对于分析受热面超温原因和制定安全启动技术措施具有重要意义。 根据同类型锅炉实际节油

7、启动运行参数，将给煤量设定为17t/h，以神华烟煤和宝日希勒褐煤为典型煤种，选取给水温度分别为50、90、120，选取炉膛出口氧量分别为10%、15%，包括燃油启动工况（炉膛出口氧量为10%、给水温度为50、燃油流量为6t/h）在内，总计13个模拟计算工况。,网格划分,特征截面选在炉膛屏式受热面底部位置，与屏底烟气温度探针标高相同，为58.25m。,计算结果,5.热偏差燃烧调整试验,研究背景 对于采用四角切圆燃烧系统的锅炉，在炉膛内组织煤粉和空气形成强烈的切向旋转并螺旋向上的流场模式，对强化风粉混合燃烧是非常有利的，但旋转的流场到炉膛出口会仍然存在，即所谓的残余旋转。残余旋转会导致整个烟气流不

8、均匀的流入水平烟道，而在水平烟道布置的过、再热器以对流吸热为主，因此，烟速不均对吸热量影响较大，从而形成传热偏差。SOFA技术主要作用是减排NOx，但由于它与主燃烧器射流分离，又在炉膛上部区域布置，出口风速较高，射流刚性很强，实际切圆直径较小，这样有可能使SOFA以上至炉膛出口的实际切圆较小，同时旋转减弱，起到明显的消旋作用。,数值模拟计算结果,SOFA喷嘴投入3层、对冲布置，CCOFA喷嘴投入2层，风速53.9m/s。,燃烧调整试验结果,通过SOFA喷口反切15和加大风量，使高温过热器管壁峰值温度降低510。,7.总结,氧化皮的生成速度取决于金属管壁温度，氧化皮的剥落主要取决于氧化皮与金属基体的温差及温度变化速率。 等离子和微油点火技术虽然可以节省大量启动用油，但若运行控制不当则会导致高温受热面超温，并诱发氧化皮爆管事故。采用热值较低的易燃煤种实施节油启动，并适度提高给水温度和入炉风量，或者采用节油启动前使用常规油枪暖炉的方式，在获得可观节油效益的同时，有利于提高锅炉运行的