1 000 MW超超临界双切圆燃烧锅炉结焦与高温腐蚀防控研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21125

发电技术 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 171-182.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.21125

1 000 MW超超临界双切圆燃烧锅炉结焦与高温腐蚀防控研究

刘胜利¹, 张海军², 程建², 钟毓秀³, 徐俊³, 江龙³, 汪一³, 苏胜³, 胡松³, 向军³

^1.国家能源集团长源电力股份有限公司, 湖北省武汉市 430077
^2.国能长源汉川发电有限公司, 湖北省汉川市 431614
^3.华中科技大学煤燃烧国家重点实验室, 湖北省武汉市 430074

收稿日期:2022-01-01 出版日期:2023-04-30 发布日期:2023-04-28
作者简介:刘胜利(1967)，男，高级工程师，研究方向为热能工程与动力机械，shengli.liu.q@chnenergy.com.cn；
张海军(1976)，男，高级工程师，研究方向为热能工程，12070053@chnenergy.com.cn；
程建(1987)，男，硕士，工程师，研究方向为火电厂锅炉检修与管理，695770979@qq.com；
钟毓秀(1998)，男，硕士研究生，研究方向为燃煤电厂SO3及其衍生物控制方法，503097841@qq.com；
徐俊(1991)，男，博士，讲师，研究方向为煤/生物质结构与反应性煤质在线检测技术的开发，xujun_sklcc@hust.edu.cn；
江龙(1985)，男，博士，讲师，研究方向为生物质废弃物高效洁净转化制氢，本文通信作者，jianglong@hust.edu.cn；
汪一(1984)，男，博士，副教授，研究方向为传统化石能源高效洁净反应机理及应用技术，alenwang@hust.edu.cn；
向军(1968)，男，博士，教授，研究方向为锅炉高效低污染燃烧技术、新型动力循环系统、污染物生成机理与排放控制等，xiangjun@mail.hust.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U20A20303);国家能源集团重点科技项目(HCYF-SCGC-2021-086)

Research on Slagging and High Temperature Corrosion Prevention and Control of a 1 000 MW Ultra Supercritical Double Tangentially Fired Boiler

Shengli LIU¹, Haijun ZHANG², Jian CHENG², Yuxiu ZHONG³, Jun XU³, Long JIANG³, Yi WANG³, Sheng SU³, Song HU³, Jun XIANG³

^1.CHN Energy Changyuan Electric Power Co. , Ltd. , Wuhan 430077, Hubei Province, China
^2.CHN Energy Hanchuan Power Generation Co. , Ltd. , Hanchuan 431614, Hubei Province, China
^3.State Key Laboratory of Coal Combustion, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China

Received:2022-01-01 Published:2023-04-30 Online:2023-04-28
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U20A20303);Key Science and Technology Project of CHN Energy(HCYF-SCGC-2021-086)

摘要/Abstract

摘要：

针对一台1 000 MW超超临界双切圆锅炉结焦及水冷壁高温腐蚀问题，采用X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)和X射线荧光光谱(X-ray fluorescence，XRF)表征分析了锅炉结焦及高温腐蚀机理，结果表明：煤中钠、钙的赋存降低了煤的灰熔点，造成锅炉结焦；硫化物型高温腐蚀是该锅炉高温腐蚀的主要类型。通过配煤掺烧及配风调整对入炉煤质、燃烧器配风方式的优化发现，选用低硫低结焦性煤进行混配，能够有效缓解炉内结焦问题。同时，锅炉总风量的提高与燃烧器二次配风的合理调整能有效降低炉内还原性气氛浓度，缓解炉内高温腐蚀问题。通过数值模拟方法对锅炉腐蚀倾向的预测结果表明，炉内热角区域需要通过加设贴壁风或水冷壁喷涂等方式进一步预防高温腐蚀。

关键词: 煤粉锅炉, 双切圆燃烧, 结焦, 高温腐蚀, 还原性气氛

Abstract:

Aiming at the problems of slagging and high temperature corrosion of water wall in a 1 000 MW ultra-supercritical double tangential boiler, the mechanism of slagging and high temperature corrosion of boiler was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF).The results show that the presence of sodium and calcium in coal reduces the ash melting point of coal, causing boiler slagging. Sulfide-type high temperature corrosion is the main type of high temperature corrosion of the boiler. Through coal blending optimization and air distribution adjustment, the coal quality feeding into the furnace and the air distribution mode of the burner were optimized. The results show that selecting low-sulfur and low-slagging coal for blending can effectively alleviate the problem of slagging in the furnace. The increase of the total air volume of the boiler and the reasonable adjustment of the secondary air distribution of the burner can effectively reduce the concentration of the reducing atmosphere in the furnace, and alleviate the problem of high temperature corrosion in the furnace. The prediction results of boiler corrosion tendency by numerical simulation method show that the high-temperature corrosion should be further prevented in the hot corner area of the furnace by adding adherent wind or water wall spraying.

Key words: pulverized coal boiler, double tangential combustion, slagging, high temperature corrosion, reducing atmosphere

中图分类号:

TK 224

刘胜利, 张海军, 程建, 钟毓秀, 徐俊, 江龙, 汪一, 苏胜, 胡松, 向军. 1 000 MW超超临界双切圆燃烧锅炉结焦与高温腐蚀防控研究[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 171-182.

Shengli LIU, Haijun ZHANG, Jian CHENG, Yuxiu ZHONG, Jun XU, Long JIANG, Yi WANG, Sheng SU, Song HU, Jun XIANG. Research on Slagging and High Temperature Corrosion Prevention and Control of a 1 000 MW Ultra Supercritical Double Tangentially Fired Boiler[J]. Power Generation Technology, 2023, 44(2): 171-182.

图/表 18

参考文献 25

1	李文华，吴贤豪，陈彪，等．超低排放燃煤机组SO₃和NH₃生成及迁移规律研究[J]．浙江电力，2021，40(8)：91-95． doi:10.19585/j.zjdl.202108014
	LI W H， WU X H， CHEN B，et al ．Research on the formation and migration characteristics of SO₃ and NH₃ in ultra-low emission coal-fired units[J]．Zhejiang Electric Power，2021，40(8)：91-95． doi:10.19585/j.zjdl.202108014
2	冯前伟，朱仁涵，徐思达，等．1 000 MW燃煤机组SCR超低排放关键参数性能评估与分析[J]．发电技术，2022，43(1)：168-174． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20030
	FENG Q W， ZHU R H， XU S D，et al ．Performance evaluation and analysis of key parameters of SCR ultra-low emission for 1 000 MW coal-fired unit[J]．Power Generation Technology，2022，43(1)：168-174． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20030
3	程晓磊．低氮燃烧技术在煤粉工业锅炉上的应用[J]．洁净煤技术，2018，24(4)：109-113．
	CHENG X L ．Application of low-NO _x combustion technology on pulverized coal industrial boiler[J]．Clean Coal Technology，2018，24(4)：109-113．
4	SIMMS N J， KILGALLON P J， OAKEY J E ．Fireside issues in advanced power generation systems[J]．Energy Materials，2007，2(3)：154-161． doi:10.1179/174892408x373509
5	YU X H， GONG B G， GAO Q，et al ．Investigation of fireside corrosion at water-cooled wall from a coal-fired power plant in China[J]．Applied Thermal Engineering，2017，127：1164-1171． doi:10.1016/j.applthermaleng.2017.08.053
6	李广伟，孙俊威，黄启龙．600 MW对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及对策[J]．华电技术，2016，38(6)：43-46．
	LI G W， SUN J W， HUANG Q L ．600 MW opposed firing boiler water wall high temperature corrosion causes analysis and treatment[J]．Huadian Technology，2016，38(6)：43-46．
7	RONDRIGUEZ J A， CHATURVEDI S， KUHN M，et al ．Reaction of H₂S and S₂ with metal/oxide surfaces：band-gap size and chemical reactivity[J]．The Journal of Physical Chemistry B，1998，102(28)：5511-5519． doi:10.1021/jp9815208
8	吕洪坤，童家麟，刘建忠，等．1 000 MW超超临界锅炉高温腐蚀分析及对策[J]．北京工业大学学报，2017，43(3)：481-488．
	LV H K， TONG J L， LIU J Z，et al ．Analysis and solution of high-temperature corrosion for a 1 000 MW ultra-supercritical boiler[J]．Journal of Beijing University of Technology，2017，43(3)：481-488．
9	徐力刚，黄亚继，王健，等．还原性气氛下水冷壁材料15 CrMoG的高温腐蚀特性[J]．浙江大学学报(工学版)，2018，52(8)：1535-1541．
	XU L G， HUANG Y J， WANG J，et al ．High-temperature corrosion properties of water wall material 15 CrMoG under reducing atmosphere[J]．Journal of Zhejiang University (Engineering Science)，2018，52(8)：1535-1541．
10	欧阳朱峰．低氮燃烧锅炉水冷壁防护涂层抗高温腐蚀机理与性能研究[D]．武汉：华中科技大学，2019．
	OUYANG Z F ．Study on high temperature corrosion resistance and mechanism of protective coatings for water-cooled wall of low-NO _x combustion boiler[D]．Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2019．
11	敖翔．超超临界锅炉螺旋式上升水冷壁的高温腐蚀研究[D]．杭州：浙江大学，2017．
	AO X ．Analysis of high temperature corrosion of spiral waterwall tubes in a coal-fired (ultra) supercritical boiler[D]．Hangzhou：Zhejiang University，2017．
12	王志强．煤种性质对煤粉工业锅炉结焦的影响[J]．洁净煤技术，2020，26(2)：137-144．
	WANG Z Q ．Influence of coal properties on coking of pulverized coal industrial boiler[J]．Clean Coal Technology，2020，26(2)：137-144．
13	吴英，毛晓飞．600 MW四墙切圆燃烧超临界锅炉结焦防治技术[J]．中国电力，2013，46(5)：1-5．
	WU Y， MAO X F ．Research on slagging prevention in 600 MW supercritical boilers with four-wall tangential firing[J]．Electric Power，2013，46(5)：1-5．
14	DYK J C V， BENSON S A， LAUMB M L ．Coal and coal ash characteristics to understand mineral transformations and slag formation[J]．Fuel，2009，88(6)：1057-1063． doi:10.1016/j.fuel.2008.11.034
15	熊斐．煤粉燃烧时煤中硫铁矿的转变和结渣的防治[D]．南京：东南大学，2000．
	XIONG F ．Transformation of pyrites and slagging prevention during caol combustion[D]．Nanjing：Southeast University，2000．
16	陈志国，华永明，盛昌栋，等．硫铁矿颗粒在炉内运动数值模拟及对结渣的影响[J]．燃烧科学与技术，2001，7(2)：132-134． doi:10.3321/j.issn:1006-8740.2001.02.007
	CHEN Z G， HUA Y M， SHENG C D，et al ．Studies on motion of pyrite particle in furnace and effect on slag deposit by numerical simulation[J]．Journal of Combustion Science and Technology，2001，7(2)：132-134． doi:10.3321/j.issn:1006-8740.2001.02.007
17	章琪．燃煤锅炉炉内燃烧及结焦特性研究[D]．上海：上海电力学院，2018．
	ZHANG Q ．Research on combustion and slagging characteristic of coal-fired boiler[D]．Shanghai：Shanghai University of Electric Power，2018．
18	李敏，丘纪华，向军．锅炉水冷壁高温腐蚀运行工况的防腐模拟[J]．中国电机工程学报，2002，22(7)：150-154． doi:10.3321/j.issn:0258-8013.2002.07.031
	LI M， QIU J H， XIANG J ．An anti-corrosion simulation for the high temperature corrosion on boiler water-wall during different operation[J]．Proceedings of the CSEE，2002，22(7)：150-154． doi:10.3321/j.issn:0258-8013.2002.07.031
19	毛晓飞，左志雄，汪正海，等．燃用高硫煤四角切圆锅炉水冷壁高温腐蚀治理[J]．热力发电，2019，48(4)：96-103．
	MAO X F， ZUO Z X， WANG Z H，et al ．High temperature corrosion control for water wall of a tangentially-fired boiler firing high sulfur coal[J]．Thermal Power Generation，2019，48(4)：96-103．
20	谢召祥，凌鹏，湛芳，等．分离燃尽风对贫煤锅炉CO和H₂S生成特性的影响[J]．动力工程学报，2021，41(9)：729-735．
	XIE Z X， LING P， ZHAN F，et al ．Influence of separated over fire air on CO and H₂S formation characteristic of a lean coal-fired boiler[J]．Journal of Chinese Society of Power Engineering，2021，41(9)：729-735．
21	陈广伟，黄建平，徐鹏志．兰炭在 600 MW 无烟煤“W”火焰锅炉上的掺烧应用研究[J]．发电技术，2021，42(2)：267-272． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20029
	CHEN G W， HUANG J P， XU P Z ．Application research of semi-coke blending on a 600 MW anthracite “W” flame boiler[J]．Power Generation Technology，2021，42(2)：267-272． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20029
22	郭利．层燃锅炉煤结焦特性判别指数研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017．
	GUO L ．Study on the disciminant index of coking characristic for coal combustion in stoker-fired boiler[D]．Harbin：Harbin Institute of Technology，2017．
23	SU S， POHL J H， HOLCOMBE D，et al ．Slagging propensities of blended coals[J]．Fuel，2001，80(9)： 1351-1360． doi:10.1016/s0016-2361(00)00214-3
24	马国伟．宁夏地区电站锅炉混煤燃烧特性研究与应用[D]．南京：东南大学，2019．
	MA G W ．Study and application of mixed coal combustion characteristics of power station boilers in Ningxia[D]．Nanjing：Southeast University，2019．
25	WANG Y B， LI L Y Z， WANG M，et al ．Effect of ZnS/PbS deposites on high temperature corrosion control of waterwall tubes in reducing atmosphere[J]．Fuel Processing Technology，2021，216：106793． doi:10.1016/j.fuproc.2021.106793

编辑推荐 0

Metrics

阅读次数

全文

772

HTML			PDF

最新录用	在线预览	正式出版	最新录用	在线预览	正式出版
0	0	112	0	0	660

来源	本网站	其他网站

次数	213	559
比例	28%	72%

摘要

231

最新录用	在线预览	正式出版

0	0	231

来源	本网站	其他网站

次数	72	159
比例	31%	69%

暴露面		基体结合面
元素组成	质量分数/%	元素组成	质量分数/%
Al	33.50	Al	4.83
Si	38.29	Si	3.74
S	12.03	S	22.57
Fe	12.65	Fe	68.21
Mn	0.25	Mn	0.43
Ti	1.32	Cu	0.08
K	1.96	Cr	0.14
Fe/S	1.05	Fe/S	3.02

暴露面		基体结合面
元素组成	质量分数/%	元素组成	质量分数/%
Al	33.50	Al	4.83
Si	38.29	Si	3.74
S	12.03	S	22.57
Fe	12.65	Fe	68.21
Mn	0.25	Mn	0.43
Ti	1.32	Cu	0.08
K	1.96	Cr	0.14
Fe/S	1.05	Fe/S	3.02

煤质特性		设计煤种	备选煤种编号
煤质特性		设计煤种	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
元素分析	w(C)/%	53.41	69.29	59.15	55.51	63.18	55.92	44.50	45.31	51.86	53.75	61.08
	w(H)/%	3.16	3.17	3.11	2.99	3.66	3.17	2.94	3.13	2.41	3.20	3.21
	w(N)/%	0.65	1.10	0.89	1.09	1.03	0.76	0.88	0.64	0.68	0.58	1.04
	w(S)/%	1.20	1.63	1.99	0.62	0.60	2.26	1.01	0.33	1.50	1.10	2.33
	w(O)/%	6.21	1.65	0.63	4.08	3.62	5.33	4.79	10.62	1.70	6.83	1.43
工业分析	M_ar/%	6.05	6.08	5.70	13.20	6.21	3.94	14.29	8.52	8.81	12.08	5.83
	A_ar/%	29.32	17.08	28.53	22.51	21.70	28.62	31.61	31.45	33.04	22.46	25.08
	V_ar/%	21.20	7.38	7.18	10.70	27.07	9.84	20.10	28.33	7.77	22.55	7.39
	F_Car/%	43.43	69.46	58.59	53.59	45.02	57.60	34.00	31.70	50.38	42.91	61.70
高位发热量/(MJ/kg)		20.78	26.98	22.32	21.97	23.61	16.27	17.60	16.66	18.96	20.70	24.11
低位发热量/(MJ/kg)		20.02	26.11	21.50	20.97	22.63	15.23	16.60	15.74	18.20	19.68	23.25

煤质特性		设计煤种	备选煤种编号
煤质特性		设计煤种	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
元素分析	w(C)/%	53.41	69.29	59.15	55.51	63.18	55.92	44.50	45.31	51.86	53.75	61.08
	w(H)/%	3.16	3.17	3.11	2.99	3.66	3.17	2.94	3.13	2.41	3.20	3.21
	w(N)/%	0.65	1.10	0.89	1.09	1.03	0.76	0.88	0.64	0.68	0.58	1.04
	w(S)/%	1.20	1.63	1.99	0.62	0.60	2.26	1.01	0.33	1.50	1.10	2.33
	w(O)/%	6.21	1.65	0.63	4.08	3.62	5.33	4.79	10.62	1.70	6.83	1.43
工业分析	M_ar/%	6.05	6.08	5.70	13.20	6.21	3.94	14.29	8.52	8.81	12.08	5.83
	A_ar/%	29.32	17.08	28.53	22.51	21.70	28.62	31.61	31.45	33.04	22.46	25.08
	V_ar/%	21.20	7.38	7.18	10.70	27.07	9.84	20.10	28.33	7.77	22.55	7.39
	F_Car/%	43.43	69.46	58.59	53.59	45.02	57.60	34.00	31.70	50.38	42.91	61.70
高位发热量/(MJ/kg)		20.78	26.98	22.32	21.97	23.61	16.27	17.60	16.66	18.96	20.70	24.11
低位发热量/(MJ/kg)		20.02	26.11	21.50	20.97	22.63	15.23	16.60	15.74	18.20	19.68	23.25

指标	结焦倾向
指标	轻微	中等	严重
酸碱比(B/A)	<0.206	0.206~0.400	>0.400
硅比(G)	>78.8	78.8~66.1	<66.1
硅铝比(X)	<1.87	1.87~2.65	>2.65
铁钙比(Y)	<0.3或>3.0	0.3~3.0	接近1.0
综合指数(R)	<1.5	1.5~2.5	>2.5

1 000 MW超超临界双切圆燃烧锅炉结焦与高温腐蚀防控研究

Research on Slagging and High Temperature Corrosion Prevention and Control of a 1 000 MW Ultra Supercritical Double Tangentially Fired Boiler

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

图/表 18

参考文献 25

相关文章 1

编辑推荐 0

Metrics

性能	煤种编号
性能	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
w(C)/w(H)	21.89	19.05	18.58	17.24	17.62	15.15	14.48	21.52	16.82	19.11
F_Car/V_ar	9.41	8.16	5.01	1.66	5.85	1.69	1.12	6.48	1.90	8.35
变形温度D_T/℃	>1 500	1 360	1 240	1 170	>1 500	1 390	1 180	>1 500	1 200	1 440
软化温度S_T/℃	>1 500	1 410	1 420	1 220	>1 500	1 430	1 290	>1 500	1 250	1 490
煤挥发分V_daf/%	9.61	10.91	16.64	37.55	14.59	37.16	47.2	13.36	34.46	10.69
煤种分类	无烟煤	烟煤	烟煤	烟煤	烟煤	烟煤	褐煤	烟煤	烟煤	烟煤
酸碱比(B/A)	0.12	0.16	0.13	0.43	0.11	0.13	0.17	0.14	0.19	0.18
硅比(G)	84.52	82.87	85.22	61.49	84.57	84.76	82.93	86.08	81.77	78.92
硅铝比(X)	1.58	1.83	1.84	2.10	1.28	1.89	2.32	1.82	2.59	1.78
铁钙比(Y)	0.23	0.85	1.11	0.34	3.91	0.72	1.29	3.74	2.74	0.47
综合指数(R)	1.40	1.73	1.63	2.93	1.31	1.64	2.12	1.46	2.33	1.67
结焦倾向	轻微	中等	中等	严重	轻微	中等	中等	轻微	中等	中等