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1000 MW超超临界锅炉低氮燃烧改造后水冷壁腐蚀及其防治的研究

许尧  
【摘要】:燃煤电厂NOx排放控制和低NOx燃烧技术的应用客观上导致国内超临界、超超临界机组锅炉普遍出现水冷壁严重腐蚀,而为适应NOx排放特别是超低排放控制的锅炉深度低氮燃烧改造使这一问题更加突出,严重影响机组运行的安全性和可用率。因此,探索低氮燃烧后水冷壁腐蚀和腐蚀速度快的主要原因及腐蚀机理,进而提出有效的控制水冷壁腐蚀及防止腐蚀的措施是十分重要和必要的。论文的研究针对某1000 MW超超临界燃煤机组锅炉在低氮改造后出现了水冷壁严重腐蚀的问题,对低氮燃烧锅炉水冷壁腐蚀机理进行了详细的分析和综述;基于锅炉现场试验对锅炉水冷壁近壁区烟气条件的测量、锅炉排放烟气成分和水冷壁壁温的运行历史数据分析,并结合计算流体力学数值模拟方法,对影响锅炉水冷壁腐蚀的原因及影响因素进行系统的分析和研究,探索深度低氮燃烧改造后发生严重腐蚀的主要原因;在此基础上,通过燃烧优化调整试验方法,探索针对性地通过燃烧优化改善水冷壁近壁区烟气条件以减轻和防治腐蚀的技术措施。基于锅炉运行历史数据和检修测量的结果,对改造后锅炉出现的水冷壁腐蚀及CO排放浓度问题的分析表明,解决CO排放浓度高的问题和腐蚀问题的要求是一致的。CO浓度主要受运行氧量和二次风配风方式等影响,因此可通过氧量控制、合理配风、燃烧优化控制CO排放浓度和减轻水冷壁的腐蚀。通过对水冷壁腐蚀的原因和影响因素的分析表明,水冷壁壁温、管外腐蚀性烟气条件(还原性性气氛或还原性/氧化性交替气氛)是影响腐蚀的重要因素,但由于空气动力场和煤粉燃烧过程特性因素,煤粉燃烧气流冲刷导致的FeS沉积物的存在也是腐蚀发生的必要条件。燃烧优化调整试验研究表明,受限于深度低氮燃烧锅炉下炉膛过低的过量空气系数,采用正宝塔配风方式可在不影响NOx排放浓度的条件下,同时降低CO的排放,但对壁面附近的腐蚀性气氛影响小;关小SOFA风的风门可改善水冷壁壁面附近气氛而减轻腐蚀倾向和有效控制锅炉出口的CO排放浓度,而且还可一定程度上提高锅炉燃烧效率,但NOx浓度会所有上升,有违采用大量燃尽风实现深度低氮燃烧的设计目的,采用这一运行调整措施防治水冷壁腐蚀,可能需要通过系统的技术经济分析和燃烧运行优化来实现;改变同层二次风配风方式的燃烧调整,不仅可明显改善水冷壁附近区域特别是易腐蚀区域的还原性气氛,而且有利于降低和控制锅炉CO排放浓度,并一定程度上降低锅炉NOx排放和提高燃烧效率;而增加上三层煤粉燃烧器周界风不能改善腐蚀区水冷壁附近还原性气氛。长期运行后易腐蚀区域壁厚的检测结果表明,腐蚀速度明显降低,证明所采用的燃烧调整和燃烧优化运行等防腐措施是有效的,但是易腐蚀区域的腐蚀速度仍较高,需要进一步研究和开发有效的防腐技术和方法。


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