一种防止水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统及调整方法技术方案

本发明专利技术公开了一种防止水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统及调整方法。该燃烧优化系统包括风粉调整装置、二次风风量分配调节装置、水冷壁近壁区烟气组分测量装置、辅助燃尽风喷口、温度场测量装置和省煤器出口烟气氧量场测量装置；各燃烧器对应的一次风煤粉管道上分别设有对应的风粉调整装置；各二次风风箱内分别设有对应的二次风量分配调节装置；水冷壁近壁区烟气组分测量装置为两个，分别安装在锅炉两侧墙水冷壁处；辅助燃尽风喷口为多个，分别设置在燃尽风喷口下方；温度场测量装置设于炉膛内、屏式过热器下方；省煤器出口烟气氧量场测量装置设于省煤器出口烟道处。采用本发明专利技术燃烧优化系统能够有效缓解对冲旋流燃烧锅炉的水冷壁高温腐蚀。

Combustion optimization system and method for preventing high temperature corrosion of water wall

The invention discloses a combustion optimization system and a method for preventing the high temperature corrosion of a water wall. The combustion optimization system including wind powder adjusting device, two air distribution adjusting device, the water wall near the wall of flue gas measuring device, auxiliary overfire air nozzle, temperature measuring device and economizer outlet flue gas oxygen measurement device; the wind adjusting device of primary air powder coal powder pipe corresponding to each burner are respectively provided with the corresponding two air distribution; two times each in the air box are respectively provided with the corresponding adjusting device; the water wall near the wall of flue gas measuring device for two, were installed in the wall on both sides of the boiler; auxiliary burned air nozzle is more than one, are set below the overfire air nozzle; below the temperature measurement device is arranged inside the furnace, superheater; economizer outlet flue gas oxygen content measurement device is arranged at the outlet of the economizer flue. The combustion optimization system of the invention can effectively alleviate the high temperature corrosion of the water wall of a counter flow swirl combustion boiler.

【技术实现步骤摘要】
一种防止水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统及调整方法
本专利技术属于火力发电设备领域，具体涉及一种能够有效防止前后墙对冲旋流燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀的燃烧优化调整方法及系统，尤其适用于采用对冲旋流燃烧锅炉的燃煤发电机组。
技术介绍
作为电站锅炉三大主要燃烧方式之一的前后墙对冲旋流燃烧锅炉，因燃烧设备和受热面布置方面的优势，成为国内超临界和超超临界锅炉主要采用的燃烧方式之一，在国内在役火电机组中占有很大的份额。为了实现高效、经济、环保运行，该类炉型通常采用空气分级燃烧+低氮燃烧器的方式控制NOx排放。采用低氮燃烧技术所形成的炉内强还原区虽可降低NOx的排放，但给锅炉的安全运行带来一些列问题。首先，还原区气体中含有大量强腐蚀性气体，如H2S。该气体在一定条件下极易破坏水冷壁表面的氧化铁保护膜，从而导致水冷壁出现严重的硫化物型高温腐蚀。其次，炉内还原性气氛增强，煤的灰熔融温度也将大幅度降低，这不仅会造成该区域水冷壁严重结渣，而且还会加速受热面的高温腐蚀。随着NOx排放要求的日益提高，电厂为了进一步降低NOx排量，不断增强空气分级的程度，降低主燃区和还原区氧量，加大燃尽风的比例，但该做法使得水冷壁高温腐蚀问题更加突出。水冷壁发生高温腐蚀后，壁厚减薄，强度降低，极易发生爆管，造成机组非停，已成为困扰我国大型燃煤电站锅炉特别是对冲旋流燃烧锅炉采用低氮燃烧技术后的痼疾。对于冲旋流燃烧锅炉来说，由于炉内燃烧组织方式和炉膛结构特殊，水冷壁高温腐蚀主要发生在主燃区和还原区的左右两侧墙上。为了缓解或解决对冲旋流燃烧锅炉两侧墙水冷壁高温腐蚀，目前常用的方法主要有以下几种：1、水冷壁表面喷涂处理。采用耐腐蚀的材料对水冷壁表面进行喷涂防腐处理。目前，该技术应用最为广泛，但存在费用高，防护周期短等问题，不能从根本上解决水冷壁高温腐蚀问题。2、实施贴壁风改造。在水冷壁高温腐蚀严重区域通过开孔或设置喷口，将少量二次风送入炉膛，保证送入炉膛内的空气沿着壁面流动，从而提高水冷壁近壁区氧量，阻止水冷壁高温腐蚀的发生。但是从已改造机组的运行结果表明，侧墙水冷壁开孔或设置喷口并无法在水冷壁表面形成稳定的风膜，对水冷壁高温腐蚀的防护作用有限，且影响锅炉燃烧效率，氮氧化物排放浓度，甚至造成炉内严重结焦。3、燃烧优化调整。通过运行上的优化调整，提高两侧墙水冷壁近壁区烟气中氧含量，从而阻止高温腐蚀反应的发生。目前，燃煤发电机组锅炉燃烧优化调整一般都是从配风上着手，对冲旋流燃烧锅炉都采用所谓的“碗式配风”的方式，即从两侧至中间燃烧器风门开度逐渐减小，提高两侧墙水冷壁近壁区氧量，但经过实际运行发现存在以下问题：（1）提高两侧墙水冷壁近壁区氧量的效果并不明显。经大量试验和实际运行发现，试验中将中间燃烧器二次风风门关至15~20%，靠近侧墙燃烧器二次风门全开，两侧墙水冷壁近壁区氧量略有升高，但在实际运行中，将燃烧器二次风风门开度调整过小运行存在安全隐患，将燃烧器二次风风门开度调整过大影响煤粉着火和燃尽，配风优化调整提高两侧墙水冷壁近壁区氧量的效果并不明显。（2）风量与旋流强度无法有效匹配，影响燃烧效率和稳定性。对冲旋流燃烧锅炉采用的燃烧器为旋流燃烧器。该燃烧器通过旋流叶片在距喷口一定距离处形成回流区卷吸高温烟气点燃煤粉，具有极强的稳燃特性。旋流叶片同时也是控制燃烧器二次风进风量的风门。在调整时，靠近侧墙燃烧器的风门开度过大虽然能增加风量，但降低了旋流强度，不利于煤粉及时着火，影响煤粉燃尽。中间区域的燃烧器风门过小虽能降低风量，但增大了旋流强度，会导致着火提前、烧喷嘴、刷墙等问题。（3）热偏差大，减温水量高，机组经济性下降。对冲旋流燃烧锅炉炉内横向混合效果极差，采用非均等配风燃烧必然会导致炉内温度场和烟气流场的分布不均，这种不均从主燃区一直会延续到省煤器出口，由此导致屏过、高过、高再等受热面受热不均，存在热偏差，进而导致减温水流量增加，机组经济性下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够有效缓解水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种防止水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统，该燃烧优化系统用于对冲旋流燃烧锅炉；包括风粉调整装置、二次风风量分配调节装置、水冷壁近壁区烟气组分测量装置、辅助燃尽风喷口、温度场测量装置和省煤器出口烟气氧量场测量装置；风粉调整装置为多个，对冲旋流燃烧锅炉内的各燃烧器对应的一次风煤粉管道上分别设有对应的风粉调整装置；二次风量分配调节装置为多个，对冲旋流燃烧锅炉内的各二次风风箱内分别设有对应的二次风量分配调节装置；每个二次风量分配调节装置均包括多个挡板结构，各挡板结构角度可调节地设于对应的二次风风箱内；水冷壁近壁区烟气组分测量装置为两个，分别安装在对冲旋流燃烧锅炉炉膛的两侧墙水冷壁处；辅助燃尽风喷口为多个，分别设置在对冲旋流燃烧锅炉内燃尽风喷口下方；温度场测量装置设于炉膛内、屏式过热器下方；省煤器出口烟气氧量场测量装置设于省煤器出口烟道处。组成每个二次风量分配调节装置的挡板结构数量为对应二次风风箱内燃烧器数量减2；二次风风箱内设有的燃烧器分为两端燃烧器和中间燃烧器；两端燃烧器为两个，分别位于二次风风箱的两端入口处；中间燃烧器位于两个两端燃烧器中间；各挡板结构分别设于对应的中间燃烧器的入风口端。其中，各挡板结构均包括三块挡板，分别通过电动转轴可转动地设置在二次风风箱对应的不同内壁处，且三个电动转轴位于同一纵截面上；当挡板结构的三块挡板与对应的内壁均呈90度时，挡板结构的遮挡面积为二次风风箱纵截面面积的30~50%。挡板呈梯形，下底为该挡板与二次风风箱内壁相接处边长的80~90%，上底为下底的70~80%，高度为与相接处边长垂直的另一边边长的10~15%。当对冲旋流燃烧锅炉为300MW等级时，辅助燃尽风喷口为4个，呈墙式切圆布置；当对冲旋流燃烧锅炉为600MW或1000MW等级时，辅助燃尽风喷口为8个，呈双切圆布置。辅助燃尽风喷口设于燃尽风喷口下方1-2m处。本专利技术燃烧优化系统还包括控制单元；控制单元分别与风粉调整装置、二次风量分配调节装置、水冷壁近壁区烟气组分测量装置、辅助燃尽风喷口、温度场测量装置和省煤器出口烟气氧量场测量装置相连。本专利技术还提供了采用上述燃烧优化系统进行燃烧优化调整的方法，该方法通过所述水冷壁近壁区烟气组分测量装置对水冷壁近壁区O2、CO和H2S浓度进行实时测量，通过风粉调整装置和二次风量分配调节装置分别调控进入各燃烧器内的煤粉质量流率和二次风风量，使位于同一个二次风风箱内的各燃烧器煤粉质量流率分布由中间至两侧逐渐减小、二次风风量由中间至两侧逐渐增加，并使得水冷壁近壁区O2、CO和H2S浓度同时满足：O2≥1.5%、H2S≤100ppm、CO≤2000ppm；通过温度场测量装置监测屏式过热器下部炉膛截面的温度场，通过省煤器出口烟气氧量场测量装置监测省煤器出口烟道的氧量场，控制燃尽风喷口和辅助燃尽风喷口的出口风量，使屏式过热器下部炉膛截面的温度场均匀，省煤器出口烟道的氧量场的烟气氧量场均匀。当所述烟气组分测量装置测得的水冷壁近壁区O2、CO和H2S实时浓度：O2＜1.5%、H2S＞100ppm、或CO＞2000ppm时，风粉调整装置和二次风量分配调节装置的具体调节方式为：增加靠近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统，其特征在于：包括风粉调整装置、二次风风量分配调节装置、水冷壁近壁区烟气组分测量装置、辅助燃尽风喷口、温度场测量装置和省煤器出口烟气氧量场测量装置；所述风粉调整装置为多个，对冲旋流燃烧锅炉内的各燃烧器对应的一次风煤粉管道上分别设有对应的风粉调整装置；所述二次风量分配调节装置为多个，对冲旋流燃烧锅炉内的各二次风风箱内分别设有对应的二次风量分配调节装置；每个二次风量分配调节装置均包括多个挡板结构，各挡板结构角度可调节地设于对应的二次风风箱内；所述水冷壁近壁区烟气组分测量装置为两个，分别安装在对冲旋流燃烧锅炉炉膛的两侧墙水冷壁处；所述辅助燃尽风喷口为多个，分别设置在对冲旋流燃烧锅炉内燃尽风喷口下方；所述温度场测量装置设于炉膛内、屏式过热器下方；所述省煤器出口烟气氧量场测量装置设于省煤器出口烟道处。

【技术特征摘要】
1.一种防止水冷壁高温腐蚀的燃烧优化系统，其特征在于：包括风粉调整装置、二次风风量分配调节装置、水冷壁近壁区烟气组分测量装置、辅助燃尽风喷口、温度场测量装置和省煤器出口烟气氧量场测量装置；所述风粉调整装置为多个，对冲旋流燃烧锅炉内的各燃烧器对应的一次风煤粉管道上分别设有对应的风粉调整装置；所述二次风量分配调节装置为多个，对冲旋流燃烧锅炉内的各二次风风箱内分别设有对应的二次风量分配调节装置；每个二次风量分配调节装置均包括多个挡板结构，各挡板结构角度可调节地设于对应的二次风风箱内；所述水冷壁近壁区烟气组分测量装置为两个，分别安装在对冲旋流燃烧锅炉炉膛的两侧墙水冷壁处；所述辅助燃尽风喷口为多个，分别设置在对冲旋流燃烧锅炉内燃尽风喷口下方；所述温度场测量装置设于炉膛内、屏式过热器下方；所述省煤器出口烟气氧量场测量装置设于省煤器出口烟道处。2.根据权利要求1所述的燃烧优化系统，其特征在于：组成每个二次风量分配调节装置的挡板结构数量为对应二次风风箱内燃烧器数量减2；所述二次风风箱内设有的燃烧器分为两端燃烧器和中间燃烧器；所述两端燃烧器为两个，分别位于二次风风箱的两端入口处；所述中间燃烧器位于两个两端燃烧器中间；各挡板结构分别设于对应的中间燃烧器的入风口端。3.根据权利要求2所述的燃烧优化系统，其特征在于：所述挡板结构包括三块挡板，分别通过电动转轴可转动地设置在二次风风箱对应的不同内壁处，且三个电动转轴位于同一纵截面上；当所述挡板结构的三块挡板与对应的内壁均呈90度时，挡板结构的遮挡面积为二次风风箱纵截面面积的30~50%。4.根据权利要求3所述的燃烧优化系统，其特征在于：所述挡板呈梯形，下底为该挡板与二次风风箱内壁相接处边长的80~90%，上底为下底的70~80%，高度为与相接处边长垂直的另一边边长的10~15%。5.根据权利要求1至4任一所述的燃烧优化系统，其特征在于：当对冲旋流燃烧锅炉为300MW等级时，所述辅助燃尽风喷口为4个，呈墙式切圆布置；当对冲旋流燃烧锅炉为600MW或1000MW等级时，所述辅助燃尽风喷口为8个，呈双切圆布置。6.根据权利要求5所述的燃烧优化系统，其特征在于：所述辅助燃尽风喷口设于燃尽风喷口下方1-2m处。7.根据权利要求6所述的燃烧优化系统，其特征在于：所述燃烧优化系统还包括控制单元；所述控制单元分别与所述风粉调整装置、二次风量分配调节装置、水冷壁近壁区烟气组分测量装置、辅助燃尽风喷口、温度场测量装置和省煤器出口烟气氧量场测量装置相连。8.采用权利要求1所述燃烧优化系统进行燃烧优化调整的方法，其特征在于：该方法通过所述水冷壁近壁区烟气组分测量装置对水冷壁近壁区O2、CO和H2S浓度进行实时测量，通过风粉调整装置和二次风量分配调节装置分别调控进入各燃烧器内的煤粉质量流率和二次风风量，使位于同一个二次风风箱内的各燃烧器煤粉质量流率分布由中间至两侧逐渐减小、二次风风量由中间至两侧逐渐增加，并使得水冷壁近壁区O2、CO和H2S浓度同时满足：O2≥1.5%、H2S≤100ppm、CO≤2000ppm；通过温度场测量装置监测屏式过热器下部炉膛截面的温度场，通过省煤器出口烟气氧量场测量装置监测省煤器出口烟道的氧量场，控制燃尽风喷口和辅助燃尽风喷口的出口风量，使屏式过热器下部...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国庆，刘建民，李永生，黄启龙，刘铭媛，时伟，孙俊威，
申请(专利权)人：国电科学技术研究院，南京电力设备质量性能检验中心，
类型：发明
国别省市：江苏,32