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

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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

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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