鍋爐高溫腐蝕特性測量方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種鍋爐高溫腐蝕特性測量方法和系統，其方法包括步驟：建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型；根據鍋爐的結構特征選取計算域，對所述計算域進行網格劃分得到所述鍋爐的網格模型，并設定所述網格模型的初始邊界條件；根據所述計算模型以及設定了初始邊界條件的網格模型模擬各種工況下所述鍋爐的燃燒過程；在所述模擬的燃燒過程中，測量各種工況下的所述鍋爐內各層燃燒器速度和溫度的分布信息以及各層燃燒器對應的O2和CO的分布信息，得到各種負荷下反應所述鍋爐的腐蝕特性的參數，通過本發明方案可以降低測量難度、降低測量成本、縮短測量周期，同時為改造鍋爐提出指導。
【專利說明】鍋爐高溫腐蝕特性測量方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及鍋爐發電【技術領域】，特別是涉及一種鍋爐高溫腐蝕特性測量方法和系統。
【背景技術】
[0002]能源是國民經濟的重要物質基礎。而煤炭是我國主要能源之一，占能源消耗量的70%左右。我國的電站鍋爐主要以燃煤為主，煤電約占全國總發電量的70%。這種以煤為主的能源結構在今后相當長的時期內都不會改變。根據國家電力公司規劃，到2020年將達到7億千瓦以上。雖然近年來國家加大了對清潔能源的利用，水電、太陽能、風能、地熱以及核電等在電力生產中的比重增加，但到2010年，煤電仍將占我國發電總量的65.5%，燃煤發電在我國的電力生產中仍占據極其重要的地位。
[0003]根據我國的能源政策，我國的動力用煤盡量燃用低品位的劣質煤，因此燃煤質量偏差，含灰量較高。當鍋爐運行時，鍋爐的各受熱面都有不同程度的礦物質沉積現象，導致各受熱面產生磨損、腐蝕、積灰和結渣等一系列問題，使得鍋爐受熱面壽命降低、鍋爐管子爆漏現象頻繁發生。在高溫煙氣作用下，粘結在水冷壁或高溫過熱器上的灰渣會與管壁發生復雜的化學反應，形成高溫腐蝕。發生高溫腐蝕時的平均水冷壁管腐蝕量可達1.8 —
2.6mm/a ο如燃用高硫煤時,腐蝕區受火焰的直接沖刷,其腐蝕速度可達5mm/a以上，運行不當時經常發生爆管停爐。因此，沾污、結渣可看作高溫腐蝕的前兆。高溫腐蝕易造成水冷壁管變薄，從而引起爆管現象。水冷壁泄露爆管是影響鍋爐安全運行的主要原因之一，對電網的穩定運行影響很大。特別是隨著大容量機組的增多，大型電站鍋爐的爆漏帶來的損失也越來越大。由于爆管事故的發生，檢修時需要大量更換管子，其嚴重影響鍋爐機組的安全穩定運行，使設備檢修工作和檢修費用大大增加，有時甚至造成設備的嚴重損壞和人員傷亡。
[0004]目前高溫腐蝕速率測量缺乏行有效、可靠、快速的測量手段，通常采用腐蝕發生后監測的手段進行，即在腐蝕發生后采用目測，割管測量壁厚或超聲波測厚儀測量壁厚的方法進行腐蝕速率的計算。在鍋爐的常規運行條件下，受熱面腐蝕速率一般小于0.25mm/年，采用這種離線的事后監督的方法可以使運行和維修人員能夠在鍋爐計劃檢修停爐時測量并跟蹤鍋爐的腐蝕情況，從而達到腐蝕監控的目的。但隨著低NOx燃燒技術的廣泛應用，高溫腐蝕趨勢明顯增加，而另一方面計劃檢修停爐周期隨電力工業技術的發展呈逐步延長趨勢，這兩個因素的疊加導致人工定期檢查腐蝕的方法失效，由于高溫腐蝕爆管導致的鍋爐停運事故頻發。
[0005]測量鍋爐的高溫腐蝕特性的同時需要對鍋爐做出相應改造，而改造的依據是鍋爐的高溫腐蝕特性，其中工況又特別影響著高溫腐蝕特性及鍋爐的改造，因此，對各種工況下鍋爐高溫腐蝕特性的測量研究迫在眉睫。
【發明內容】
[0006]基于此，本發明的目的在于提供一種鍋爐高溫腐蝕特性測量方法和系統，可以降低測量難度、降低測量成本、縮短測量周期。
[0007]本發明的目的通過如下技術方案實現:
[0008]一種鍋爐高溫腐蝕特性測量方法，包括如下步驟:
[0009]建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型；
[0010]根據鍋爐的結構特征選取計算域，對所述計算域進行網格劃分得到所述鍋爐的網格模型，并設定所述網格模型的初始邊界條件；
[0011]根據所述計算模型以及設定了初始邊界條件的網格模型模擬各種工況下所述鍋爐的燃燒過程；
[0012]在所述模擬的燃燒過程中，測量各種工況下的所述鍋爐內各層燃燒器速度和溫度的分布信息以及各層燃燒器對應的O2和CO的分布信息，得到各種負荷下反應所述鍋爐的腐蝕特性的參數。
[0013]一種鍋爐高溫腐蝕特性測量系統，包括如下步驟:
[0014]建立模塊，用于建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型；
[0015]劃分模塊，用于根據鍋爐的結構特征選取計算域，對所述計算域進行網格劃分得到所述鍋爐的網格模型，并設定所述網格模型的初始邊界條件；
[0016]模擬模塊，用于根據所述計算模型以及設定了初始邊界條件的網格模型模擬各種工況下所述鍋爐的燃燒過程；
[0017]處理模塊，用于在模擬模塊模擬的燃燒過程中，測量各種工況下的所述鍋爐內各層燃燒器速度和溫度的分布信息以及各層燃燒器對應的O2和CO的分布信息，得到各種負荷下反應所述鍋爐的腐蝕特性的參數。
[0018]依據上述本發明的方案，其是建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型，并根據鍋爐的結構特征選取計算域，對所述計算域進行網格劃分得到所述鍋爐的網格模型，并設定所述網格模型的初始邊界條件，根據所述計算模型以及設定了初始邊界條件的網格模型模擬各種工況下所述鍋爐的燃燒過程，通過所模擬的燃燒過程，測量各種工況下的所述鍋爐內各層燃燒器速度和溫度的分布信息以及各層燃燒器對應的O2和CO的分布信息，得到各種負荷下所述鍋爐的腐蝕特性，由于建立了模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型，可以在對計算域進行網格劃分得到所述鍋爐的網格模型后，根據所述計算模型以及網格模型模擬各種工況下所述鍋爐的燃燒過程，得到各種負荷下所述鍋爐的腐蝕特性，通過改變工況，可得出不同工況下鍋爐的腐蝕特性，對指導鍋爐改造提供了依據，且不需要進行現場試驗，省去了試驗裝置開支，相比傳統的試驗方法降低了測量成本，降低了測量難度，縮短了測量周期。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的鍋爐高溫腐蝕特性測量方法實施例的流程示意圖；
[0020]圖2為本發明實施例中計算域的示意圖；
[0021]圖3為與圖2所示的計算域對應的網格模型的示意圖；
[0022]圖4為各工況下第一層燃燒器剖面速度分布示意圖；
[0023]圖5為各工況下第二層燃燒器剖面速度分布示意圖；
[0024]圖6為各工況下第一層燃燒器剖面溫度分布示意圖；[0025]圖7為各工況下第二層燃燒器剖面溫度分布示意圖；
[0026]圖8為各工況下第一層燃燒器剖面O2分布示意圖；
[0027]圖9為各工況下第二層燃燒器剖面O2分布示意圖；
[0028]圖10為各工況下第一層燃燒器剖面⑶分布示意圖；
[0029]圖11為各工況下第二層燃燒器剖面⑶分布示意圖；
[0030]圖12為本發明的鍋爐高溫腐蝕特性測量系統實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步闡述，但本發明的實現方式不限于此。
[0032]參見圖1所示，為本發明的鍋爐高溫腐蝕特性測量方法實施例的流程示意圖。如圖1所示，本實施例中的鍋爐高溫腐蝕特性測量方法包括如下步驟:
[0033]步驟SlOl:建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型；
[0034]鍋爐高溫腐蝕與低NOx燃燒技術有著密切關系，可以在研究二者之間的關系基礎上找出能有效防止高溫腐蝕的方法，進而確定改造鍋爐的方法；
[0035]考慮到計算模型的可靠性和工程應用的可行性，在其中一個實施例中，可以建立鍋爐的爐膛內部的流動湍流模型、揮發分析出模型、氣相燃燒模型以及輻射熱換模型；
[0036]其中，爐膛內部的流動是一個復雜的湍流流動，在其中一個具體的實施例中，可以選用標準k- ε湍流雙方程模型來模擬爐膛內部的流動狀況，即流動湍流模型采用標準k- ε湍流雙方程模型，在直角坐標系下，等溫、不可壓流場基本控制微分方程可以表示如下:
【權利要求】
1.一種鍋爐高溫腐蝕特性測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型； 根據鍋爐的結構特征選取計算域，對所述計算域進行網格劃分得到所述鍋爐的網格模型，并設定所述網格模型的初始邊界條件； 根據所述計算模型以及設定了初始邊界條件的網格模型模擬各種工況下所述鍋爐的燃燒過程； 在所述模擬的燃燒過程中，測量各種工況下的所述鍋爐內各層燃燒器速度和溫度的分布信息以及各層燃燒器對應的O2和CO的分布信息，得到各種負荷下反應所述鍋爐的腐蝕特性的參數。
2.根據權利要求1所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量方法，其特征在于，所述工況包括改造前的運行方式對應的原始工況、在所述原始工況的基礎上在所述鍋爐的底層燃燒器側墻增加一層貼避風對應的第一工況、在所述原始工況的基礎上在所述鍋爐的底層燃燒器側墻增加兩層貼避風且偏轉側墻燃燒器的角度并增加外二次風擴推對應的第二工況。
3.根據權利要求1所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量方法，其特征在于，所述建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型的步驟包括: 建立鍋爐的爐膛內部的流動湍流模型、揮發分析出模型、氣相燃燒模型以及輻射熱換模型。
4.根據權利要求3所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量方法，其特征在于: 所述流動湍流模型為標準k- ε湍流雙方程模型，揮發份析出模型為雙步競爭模型，氣相燃燒模型為混合分數-概率密 度函數計算模型，輻射換熱模型為p-ι模型。
5.根據權利要求1所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量方法，其特征在于，還包括步驟:通過對比各種工況下所述鍋爐的腐蝕特性的差異，根據所述差異對所述鍋爐進行改造。
6.一種鍋爐高溫腐蝕特性測量系統，其特征在于，包括如下步驟: 建立模塊，用于建立用于模擬鍋爐的燃燒狀況的計算模型； 劃分模塊，用于根據鍋爐的結構特征選取計算域，對所述計算域進行網格劃分得到所述鍋爐的網格模型，并設定所述網格模型的初始邊界條件； 模擬模塊，用于根據所述計算模型以及設定了初始邊界條件的網格模型模擬各種工況下所述鍋爐的燃燒過程； 處理模塊，用于在模擬模塊模擬的燃燒過程中，測量各種工況下的所述鍋爐內各層燃燒器速度和溫度的分布信息以及各層燃燒器對應的O2和CO的分布信息，得到各種負荷下反應所述鍋爐的腐蝕特性的參數。
7.根據權利要求6所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量系統，其特征在于，所述工況包括改造前的運行方式對應的原始工況、在所述原始工況的基礎上在所述鍋爐的底層燃燒器側墻增加一層貼避風對應的第一工況、在所述原始工況的基礎上在所述鍋爐的底層燃燒器側墻增加兩層貼避風且偏轉側墻燃燒器的角度并增加外二次風擴推對應的第二工況。
8.根據權利要求6所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量系統，其特征在于，所述建立模塊建立鍋爐的爐膛內部的流動湍流模型、揮發分析出模型、氣相燃燒模型以及輻射熱換模型。
9.根據權利要求8所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量系統，其特征在于: 所述流動湍流模型為標準k- ε湍流雙方程模型，揮發份析出模型為雙步競爭模型，氣相燃燒模型為混合分數-概率密度函數計算模型，輻射換熱模型為P-1模型。
10.根據權利要求6所述的鍋爐高溫腐蝕特性測量系統，其特征在于，還包括改造模塊，用于通過對比各種工況下所述鍋爐的腐蝕特性的差異，根據所述差異對所述鍋爐進行改造。`
【文檔編號】G01N17/00GK103884638SQ201310436963
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】李德波 申請人:廣東電網公司電力科學研究院