一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法及監測系統與流程

本發明涉及一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法及監測系統，屬于電站鍋爐技術領域。

背景技術：

近年來，隨著鍋爐向大容量、高參數發展，鍋爐水冷壁溫度相應提高，導致水冷壁高溫腐蝕問題越趨嚴重；為了降低nox的生成量，目前大多電廠采用分級送風或低氧燃燒，造成水冷壁附近區域易形成還原性氣氛，進而導致水冷壁的高溫腐蝕，水冷壁減薄至一定程度將造成鍋爐爆管事故，對鍋爐機組的安全經濟運行構成嚴重威脅。

鍋爐高溫腐蝕主要分為硫酸鹽型和硫化物型兩種，前者多發生于過熱器和再熱器，后者多發生于爐膛水冷壁。硫化物型高溫腐蝕的主要原因是煤粉在缺氧條件下燃燒產生h2s以及游離態硫[s]，其與管壁鐵金屬以及鐵氧化物發生反應形成鐵的硫化物，進一步腐蝕鍋爐水冷壁并同時使氧化膜疏松、剝裂甚至脫落。

某研究表明，當爐膛水冷壁附近出現還原性氣氛時，燃煤中的硫以h2s氣體的形式釋放出來的比例在75％以上；當co/(co+co2)由8％上升到24％時，h2s氣體濃度則由0.02％上升到0.07％，從而引起水冷壁的強烈腐蝕。

大量的運行分析發現，凡腐蝕嚴重的爐膛水冷壁，都在相應腐蝕區域的煙氣成分中發現還原性氣氛和濃度很高的h2s氣體。h2s氣體具有滲透作用，它可以透過疏松的fe2o3，與較致密的磁性氧化鐵fe3o4中的feo反應生成fes。feo保護膜破壞后，h2s氣體還可以與管壁fe發生反應生成fes和h2。由于腐蝕產物fes與feo結構疏松多孔，不能阻止腐蝕介質的侵入，同時隨著爐膛煙塵的沖刷，使得腐蝕不斷向基體金屬發展，腐蝕由外向內逐漸發展。管壁附近氧化性氣氛與還原性氣氛交替出現，生成的腐蝕產物重新氧化為鐵的氧化物，其又可以繼續與腐蝕介質發生反應，腐蝕不斷加劇。

從水冷壁高溫腐蝕的機理可知，還原性氣氛是發生高溫腐蝕的必要條件。因此，對水冷壁易發生高溫腐蝕的區域進行還原性氣氛監測，有助于運行人員及時發現問題并通過燃燒調整予以解決。但鍋爐水冷壁附近煙氣溫度很高，含有大量粉塵，且需要測量多點，采用常規煙氣取樣分析系統難以保證連續可靠監測。常規的煙氣取樣分析系統如中國專利cn200810195414.9公開的內容，該專利公開了一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統，包括采樣系統和采樣控制與處理系統，所述采樣系統包括煙氣采樣探管，在煙氣采樣探管之后接設置有溫控裝置的煙氣采樣探頭保溫盒，在探頭保溫盒之后連接有電伴熱管、快速冷卻器，之后分為兩個支路，其中一路為煙氣旁路，另一路依次連接樣氣隔斷電磁閥、樣氣采樣泵、標定/采樣三通電磁閥、0.1μm陶瓷過濾器、樣氣調節針閥及流量計和煙氣分析儀表；所述采樣控制與處理系統包括：可控制采樣系統運行的plc；與煙氣分析儀表通過數據線相接的數據采集器；與數據采集器通過數據線相連接的工控機。上述系統過于復雜，不僅成本非常高，而且整個系統運行可靠性不高，尤其閥門、采樣泵等由于內部有活動部件極易受到粉塵的影響。

技術實現要素：

為了解決現有技術中煙氣取樣分析系統因過于復雜導致的成本高、可靠性低等問題，本發明提供一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法及其系統。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法，從鍋爐水冷壁處抽取貼壁煙氣并采用潔凈空氣以不小于10的高倍率稀釋，在線實時測取稀釋煙氣中co、co2濃度值cco-dgas和cco2-dgas，把cco-dgas/cco2-dgas或cco2-dgas/cco-dgas或cco-dgas/(cco-dgas+cco2-dgas)或cco2-dgas/(cco-dgas+cco2-dgas)作為特征值，表征當前水冷壁高溫腐蝕速率，前述倍率為標準體積倍率。

申請人經研究發現，直接測量貼壁煙氣成份表征水冷壁高溫腐蝕速率面臨著高溫、高粉塵濃度等難以克服的困難，但采用潔凈空氣對煙氣進行高倍率稀釋，并以co和co2濃度的相對高低表征水冷壁高溫腐蝕速率，較為容易實現。理論上，采用不含co和co2的氣體對貼壁煙氣任意比例稀釋，不會改變co和co2濃度的相對高低，兩者任意組成的上述比值能夠反映貼壁煙氣的還原性氣氛強弱，從而為水冷壁高溫腐蝕速率的估算提供依據。

為了簡化系統和節約成本，本申請采用潔凈空氣對貼壁煙氣進行稀釋，但由于空氣中含有少量co2，實測稀釋煙氣中co和co2濃度的相對高低與貼壁煙氣還存在偏差。為了修正上述偏差、提高監測的準確性，同步實時測取潔凈空氣中co2濃度值cco2-air，用于修正稀釋煙氣中co2濃度值cco2-dgas，修正方法為稀釋煙氣中co2濃度實測值減去cco2-air作為修正后co2濃度值cco2-dgas。上述修正方法從數學運算上是一種近似算法，但精準度已能夠滿足工程需要。

為了方便監測，同時保證監測的準確性，優選，貼壁煙氣采用10～100倍標準體積的潔凈空氣稀釋。

上述鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法所用的鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統，包括煙氣稀釋處理支路、支路通斷閥、稀釋煙氣母管、潔凈空氣母管、co濃度測量元件和第一co2濃度測量元件；

煙氣稀釋處理支路一端與水冷壁上的煙氣采樣孔相接、另一端與支路通斷閥、稀釋煙氣母管順序串接；潔凈空氣母管與煙氣稀釋處理支路相通；

co濃度測量元件和第一co2濃度測量元件均安裝在稀釋煙氣母管上，分別用于測量稀釋煙氣母管中co濃度值cco-dgas和co2濃度值cco2-dgas。

為了提高監測的準確性，在潔凈空氣母管上裝設第二co2濃度測量元件，測取潔凈空氣中co2濃度值cco2-air，用于修正稀釋煙氣中co2濃度值cco2-dgas。

優選，co濃度測量元件、第一co2濃度測量元件和第二co2濃度測量元件均采用紅外測量技術。本系統的設計也正是基于現有的紅外測量co、co2濃度的技術比較成熟，其具有使用壽命長、可靠性高、準確度高等優勢。

為延長co濃度測量元件和第一co2濃度測量元件的使用壽命，提高上述系統的可靠性，煙氣稀釋處理支路包括依次相接的高溫除塵段、低溫冷凝段、抽取稀釋段和稀釋煙氣輸送段，鍋爐水冷壁上的煙氣采樣孔、高溫除塵段、低溫冷凝段、抽取稀釋段、稀釋煙氣輸送段、支路通斷閥和稀釋煙氣母管順序相接，潔凈空氣母管與抽取稀釋段相通。這樣可獲得低粉塵、低濕度的低溫稀釋煙氣，為準確可靠測量提供良好條件。

水冷壁是鍋爐的主要受熱部分，水冷壁上的煙氣采樣孔用于煙氣的采樣檢測；水冷壁上設有保溫層是行內的常識。

為了進一步保證系統的壽命和監測的準確性，高溫除塵段設有粉塵沉降室和耐高溫過濾器，粉塵沉降室和耐高溫過濾器均設在水冷壁保溫層內部，鍋爐水冷壁上的煙氣采樣孔、粉塵沉降室、耐高溫過濾器和低溫冷凝段順序相接。粉塵沉降室和耐高溫過濾器均設在水冷壁保溫層內部，以避免煙氣中的水蒸氣冷凝。

優選，耐高溫過濾器為陶瓷過濾器。

優選，低溫冷凝段設在水冷壁保溫層外，與空氣直接接觸。

為了進一步保證系統的壽命和監測的準確性，鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統，還包括潔凈空氣輸送管，潔凈空氣輸送管一端與潔凈空氣母管相接、另一端與支路通斷閥相接；低溫冷凝段包括冷凝水積存罐和煙氣輸送管，耐高溫過濾器和冷凝水積存罐相接，潔凈空氣輸送管內徑大于煙氣輸送管外徑，煙氣輸送管一端與冷凝水積存罐相接、另一端插入潔凈空氣輸送管內、且不到潔凈空氣輸送管的端部；潔凈空氣輸送管內煙氣輸送管端部前后5～50cm的部分為抽取稀釋段，潔凈空氣輸送管抽取稀釋段下游的部分為稀釋煙氣輸送段。

本申請上游到下游的方向與氣體的流動方向一致。

進一步優選，煙氣輸送管插入潔凈空氣輸送管的部分與潔凈空氣輸送管同心布置、且與水平面垂直。

優選，上述潔凈空氣為經過除塵、除濕的壓縮空氣。當支路通斷閥打開時，內圓管段(煙氣輸送管)在外圓管段(潔凈空氣輸送管)壓縮空氣射流作用下，抽吸貼壁煙氣，同時起到稀釋作用，而冷凝水被吸附在內圓管段內壁面上，重力作用下向下流動；當支路通斷閥關閉時，外圓管段壓縮空氣經內圓管段逆流回爐膛，一方面把高溫除塵段、低溫冷凝段的積灰和積液帶回爐膛，另一方面冷卻煙氣采樣孔，防止煙氣采樣孔處結焦堵塞。

煙氣輸送管插入潔凈空氣輸送管、且低于潔凈空氣輸送管，也即煙氣輸送管一端與冷凝水積存罐連接、一端插入潔凈空氣輸送管內，煙氣輸送管插入潔凈空氣輸送管的一端低于潔凈空氣輸送管，煙氣輸送管內貼壁煙氣被潔凈空氣輸送管內的潔凈空氣冷卻，在與潔凈空氣混合前絕大部分水份可脫除。

當相應支路通斷閥打開時，抽取貼壁煙氣，煙氣中的水份在管路中冷凝，暫存儲在冷凝水積存罐中；待當前支路通斷閥關閉，上述潔凈空氣向爐膛逆流，經冷凝水積存罐時濕度增大，從而逐步把積液以氣態形式帶回爐膛，避免積液直接沖至耐高溫過濾器上造成微孔堵塞。

為了提高控制的準確性和方便性，優選，支路通斷閥為電磁閥。

為了實現煙氣稀釋濃度可調，在潔凈空氣母管上游裝設壓縮空氣調壓閥，通過壓力調整改變煙氣稀釋倍率。

為了延長設備的壽命，煙氣采樣孔開設在易發生高溫腐蝕區域的水冷壁鰭片上，煙氣采樣孔、煙氣稀釋處理支路和支路通斷閥的數量均為兩個以上，每個煙氣采樣孔依次對應連接一路煙氣稀釋處理支路和一路支路通斷閥。

上述系統對若干煙氣采樣孔進行巡測，當巡測某一煙氣采樣孔時，僅打開當前支路上的支路通斷閥，也即其他支路通斷閥全部處于關閉狀態。

優選，煙氣采樣孔在鍋爐水冷壁易發生高溫腐蝕的水冷壁鰭片上呈矩陣布置，相鄰兩煙氣采樣孔的間距為1～3m。

為了提高上述特征值與高溫腐蝕速率的相關性，鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統，還包括監控平臺，監控平臺用于顯示當前系統工作狀態，并顯示各煙氣采樣孔的特征值的大小，對相應位置的高溫腐蝕速率和高溫腐蝕程度進行自動在線評價。

本發明鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統具有自動和手動兩種工作狀態，自動狀態下本系統自動完成巡測，手動狀態下使用人員可以選取其中某些煙氣采樣孔進行單測或巡測。燃燒優化調整時，選取自動巡測狀態下發現的高溫腐蝕區域，進行針對性的調整試驗，從而提高工作效率，對于一直未監測到還原性氣氛的水冷壁區域，可以不再進行采樣，以縮短每次巡測的時間。

本發明未提及的技術均參照現有技術。

本發明一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法及其系統，對貼壁煙氣進行高倍率稀釋，經除塵、除濕和抽取等工藝環節后，測量稀釋煙氣中co、co2濃度值，以co和co2濃度的相對高低表征水冷壁高溫腐蝕速率，簡單、可靠；對水冷壁易發生高溫腐蝕區域進行多點巡測，全面了解鍋爐水冷壁高溫腐蝕狀況，為燃燒優化調整提供依據，進而提高電站鍋爐運行的安全性、節約檢修維護費用。

附圖說明

圖1是本發明實施例1鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統的原理圖。

圖2是本發明實施例1中鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測區域的示意圖。

上述各圖中，1為水冷壁，2為鰭片，3為支路通斷閥，4為稀釋煙氣母管，5為潔凈空氣母管，6為調壓閥，7為粉塵沉降室，8為耐高溫過濾器，9為冷凝水積存罐，10為煙氣采樣孔，11為高溫除塵段，12為低溫冷凝段，13為抽取稀釋段，14為稀釋煙氣輸送段，15為易發生高溫腐蝕區域，16為保溫層，17為燃盡風中心線，20為co濃度測量元件，21為第一co2濃度測量元件，22為第二co2濃度測量元件。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法，從鍋爐水冷壁處抽取貼壁煙氣并采用潔凈空氣以10～100的高倍率稀釋，在線實時測取稀釋煙氣中co、co2濃度值cco-dgas和cco2-dgas，把cco-dgas/cco2-dgas或cco2-dgas/cco-dgas或cco-dgas/(cco-dgas+cco2-dgas)或cco2-dgas/(cco-dgas+cco2-dgas)作為特征值，表征當前水冷壁高溫腐蝕速率，前述倍率為標準體積倍率；

同步實時測取潔凈空氣中co2濃度值cco2-air，用于修正稀釋煙氣中co2濃度值cco2-dgas，修正方法為稀釋煙氣中co2濃度實測值減去cco2-air作為修正后co2濃度值cco2-dgas。

上述鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測方法所用的鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統包括：煙氣稀釋處理支路、支路通斷閥、稀釋煙氣母管、潔凈空氣母管、co濃度測量元件、第一co2濃度測量元件和第二co2濃度測量元件；

煙氣稀釋處理支路一端與水冷壁上的煙氣采樣孔相接、另一端與支路通斷閥、稀釋煙氣母管順序串接；潔凈空氣母管與煙氣稀釋處理支路相通；

co濃度測量元件和第一co2濃度測量元件均安裝在稀釋煙氣母管上，分別用于測量稀釋煙氣母管中co濃度值cco-dgas和co2濃度值cco2-dgas；第二co2濃度測量元件安裝在潔凈空氣母管上，測取潔凈空氣中co2濃度值cco2-air，用于修正稀釋煙氣中co2濃度值cco2-dgas；co濃度測量元件、第一co2濃度測量元件和第二co2濃度測量元件均采用紅外測量技術。

煙氣稀釋處理支路包括依次相接的高溫除塵段、低溫冷凝段、抽取稀釋段和稀釋煙氣輸送段，鍋爐水冷壁上的煙氣采樣孔、高溫除塵段、低溫冷凝段、抽取稀釋段、稀釋煙氣輸送段、支路通斷閥和稀釋煙氣母管順序相接，潔凈空氣母管與抽取稀釋段相通；

高溫除塵段設有粉塵沉降室和耐高溫過濾器，粉塵沉降室和耐高溫過濾器均設在水冷壁保溫層內部，鍋爐水冷壁上的煙氣采樣孔、粉塵沉降室、耐高溫過濾器和低溫冷凝段順序相接；耐高溫過濾器為陶瓷過濾器；

低溫冷凝段設在水冷壁保溫層外，與空氣直接接觸。鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統，還包括潔凈空氣輸送管，潔凈空氣輸送管一端與潔凈空氣母管相接、另一端與支路通斷閥相接；低溫冷凝段包括冷凝水積存罐和煙氣輸送管，耐高溫過濾器和冷凝水積存罐相接，潔凈空氣輸送管內徑大于煙氣輸送管外徑，煙氣輸送管一端與冷凝水積存罐相接、另一端插入潔凈空氣輸送管內、且不到潔凈空氣輸送管的端部；潔凈空氣輸送管內煙氣輸送管端部前后30cm的部分為抽取稀釋段，潔凈空氣輸送管抽取稀釋段下游的部分為稀釋煙氣輸送段；煙氣輸送管插入潔凈空氣輸送管的部分與潔凈空氣輸送管同心布置、且與水平面垂直。

上述支路通斷閥為電磁閥。潔凈空氣母管上游裝設有壓縮空氣調壓閥，通過壓力調整改變煙氣稀釋倍率。

煙氣采樣孔開設在易發生高溫腐蝕區域的水冷壁鰭片上，煙氣采樣孔、煙氣稀釋處理支路和支路通斷閥的數量均為兩個以上，每個煙氣采樣孔依次對應連接一路煙氣稀釋處理支路和一路支路通斷閥；煙氣采樣孔在鍋爐水冷壁易發生高溫腐蝕的水冷壁鰭片上呈矩陣布置，相鄰兩煙氣采樣孔的間距為1～3m。

660mw超超臨界燃煤機組鍋爐采用前后墻對沖的燃燒方式，在兩側墻中間部位、燃盡風中心線標高位置附近及上方6米范圍內易產生高溫腐蝕，水冷壁管減薄速率達2mm/年，嚴重威脅機組的安全運行。根據檢修期間檢查情況，劃定兩側墻易發生高溫腐蝕的區域，總寬度為10m，總高度為12.5m，兩側墻對稱。為了縮短連接管路，同時縮短巡測周期，每面側墻安裝一套本發明的鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統；每面側墻布置25個煙氣采樣孔，水平方向間距2m，豎直方向間距2.5m。本系統的原理圖見圖1，所監測區域的示意圖見圖2。

鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統投入后，共監測到16個煙氣采樣孔處co與co2濃度比值cco-dgas/cco2-dgas超過0.5，說明相應區域還原性較強，通過燃燒優化調整，最終實現所有煙氣采樣點處的co與co2濃度比值小于0.5，其中超過90％小于0.2，從而基本消除了水冷壁強還原性氣氛區域，達到了大幅減緩水冷壁高溫腐蝕速率的目的。

實施例2

與實施例1基本相同，所不同的是：安裝于300mw亞臨界燃煤機組，鍋爐采用四角切圓燃燒方式，水冷壁四面墻均布置煙氣采樣孔，對角安裝兩套本發明的鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統。

實施例3

與實施例1基本相同，所不同的是：鍋爐水冷壁高溫腐蝕在線監測系統，還包括監控平臺，監控平臺用于顯示當前系統工作狀態，并顯示各煙氣采樣孔的特征值的大小，對相應位置的高溫腐蝕速率和高溫腐蝕程度進行自動在線評價。