生物质锅炉高温腐蚀研究分析报告--中国期刊网

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生物质锅炉高温腐蚀研究分析报告

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：张苏安

[导读] 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。

        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.