Investigation and Analysis of High Temperature Corrosion and Degradation of Marine Boiler Combustion Swirler

The present paper investigated and analyzed swirler material consisting of mild steel which was subjected to service for the period of one year in a 30 MW marine boiler. Due to the presence of high temperatures in the furnace coupled with the corrosive marine environment swirler material showed accelerated degradation and material wastage. An investigation into the feasibility of manufacturing the existing swirler with an alternate material or coating the swirler material with a thermal barrier coating was undertaken. Based on their properties and performance, SS 304 and SS 316 were proposed as the replacement materials for the swirler. The other alternative of coating the existing swirlers with a form thermal barrier coating to observe for any improvement in their performance at elevated temperatures was also tested. Stellite, which is a Ni-Co based coating, was carried out on the MS samples and the same were exposed to same temperatures mentioned above. The performance of the available options was evaluated with respect to the grain structure of the material, the hardness value of the materials and deterioration at elevated temperatures. Investigation showed the proposed materials/ coatings like SS 304, SS 316 and Stellite coating revealed that SS 316 is the material best suited for high temperature application.

某电厂锅炉高温过热器爆管分析

某电厂锅炉高温过热器在运行中发生爆管,为避免类似事件的发生,运用合金分析仪、布氏硬度计、金相显微镜及扫描电子显微镜(SEM)等仪器进行了宏观检验、合金成分分析、硬度测试、金相检验及能谱分析等来探究爆管原因.结果表明:本次爆管原因是管内壁附着较厚的腐蚀产物,引起通流面积减小,传热恶化,炉管在长期超温工况下服役.针对该问题,电厂应加强锅炉受热面管基建安装过程管理,通过做好管口封堵,以及加强运行中壁温监视等措施,提高锅炉运行可靠性.

燃煤锅炉温度场与高温腐蚀气氛场同步在线检测装置开发及应用

燃煤锅炉主燃区燃烧场的经济性、安全性和环保性对于智慧电厂建设具有重要意义。其中,水冷壁近壁面高温腐蚀H_(2)S和CO气体浓度的实时在线监测尤为重要。为实现燃煤锅炉主燃区温度场和高温腐蚀气氛场的同步测量,基于红外热成像原理,采用Optris-PI1M小型红外热成像仪,基于LabVIEW温度实时采集应用软件,在炉膛的观察口对主燃区温度场进行连续监测。以低成本1.5μm附近的通信波段激光器作为测量高温腐蚀气体H_(2)S和CO的激光光源,并结合波长调制光谱技术和频分复用技术,以实现H_(2)S和CO气体浓度的同步检测。线性度实验表明,其线性拟合相关系数为0.9995。将研制的同步检测仪器对某300 MW四角切圆燃煤锅炉的主燃区的温度场和气氛场进行了现场应用试验。现场测试结果表明,锅炉主燃区温度主要分布范围在1300~1400℃,最高温度达到了1500℃;同时得到了锅炉主燃区的H_(2)S和CO浓度分布,H_(2)S浓度在12~125 mg/m^(3)的范围内波动,而CO浓度主要分布在10%~20%之间,最高可达22%;炉内H_(2)S和CO的浓度呈正相关,氧气浓度保持在1%以下,由于厌氧燃烧会导致两种气体的含量增加,从而造成对水冷壁近壁面的高温腐蚀。

某中储式锅炉水冷壁高温腐蚀特征分析

对某中储式制粉系统锅炉的高温腐蚀特点进行了详细分析,包括腐蚀区域、煤粉刷墙情况、煤粉未燃尽情况以及运行人员的习惯运行方式等.研究发现:该锅炉腐蚀最严重区域位于三次风喷口下方,而不是燃尽风喷口下方,这是与直吹式制粉系统锅炉发生高温腐蚀的一个显著区别点.另外,该锅炉腐蚀还有一个特点是沿着一次风逆时针切圆方向,从上游到下游区域,腐蚀在水冷壁管出现的位置依次为向火侧腐蚀、管中间腐蚀、管两侧腐蚀.煤粉大面积刷墙和水冷壁区域的高H2S浓度是严重腐蚀的主要原因.在刷墙处抽烟气获得的未燃尽煤粉燃尽率73.5%~80%,煤粉经炉内高温后,黄铁矿硫基本分解完毕,剩余硫主要以有机硫为主.

水冷壁高温腐蚀原因分析

通过宏观分析、显微组织观察、扫描电镜与能谱成分分析和X射线衍射分析,对某电厂水冷壁向火侧进行高温腐蚀原因分析。结果表明:由于该锅炉采用四角切圆燃烧方式导致水冷壁局部高温;复合空气分级低NO_(x)燃烧系统导致部分燃烧器区域处于贫氧还原性气氛,使烟气中CO+H_(2)S浓度过高;锅炉入炉煤硫份超过设计值较多,形成高浓度的H_(2)S和SO_(2);水冷壁向火侧腐蚀以硫腐蚀为主。针对该锅炉水冷壁高温腐蚀问题,给出以下建议:控制入炉煤硫份,降低煤中的硫元素含量,减少H_(2)S和SO_(2)浓度;燃烧优化调整,采用侧边风技术,向炉膛内通入空气,降低水冷壁高温腐蚀区域的还原性气氛浓度,增加局部含氧量;在高温腐蚀严重的区域,对其水冷壁管进行防高温腐蚀喷涂处理,以增强其抗高温腐蚀性能。

H_(2)S在线监测装置研发及在锅炉水冷壁高温腐蚀防治中的应用

锅炉水冷壁高温腐蚀问题一直是影响锅炉安全运行的难题。为解决锅炉水冷壁高温腐蚀的主要媒介H_(2)S需要连续测量,但当前行业内缺乏能长期运行的H_(2)S在线监测装置问题,研发了基于可调谐二极管吸收光谱TDLAS原理测量锅炉水冷壁H_(2)S的监测装置,并使用装置在某300 MW等级电站锅炉上进行了示范应用,跟踪评估了该装置的性能。结果显示,基于TDLAS原理所研发的仪器在现场投运12个月以来保持稳定运行,装置在线监测结果显示炉内H_(2)S呈现脉冲式波动特点,H_(2)S浓度高时超过1600μL/L。监测中发现,炉内H_(2)S浓度与运行调整存在较密切的关系,在升负荷过程中,由2台磨转为3台磨运行时,前后墙23.60 m平台测点处H_(2)S浓度急剧增加,从46μL/L增至822μL/L,H_(2)S与脱硫塔入口SO_(2)没有显著的关联性。H_(2)S在线监测装置的成功研发可以实现锅炉主燃烧器区域关键参数的在线监测,并作为运行人员调整锅炉运行参数的主要依据,这对于锅炉高温腐蚀监测和锅炉数字化建设具有积极意义。

某700 MW锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及其防治措施

针对某电厂700 MW对冲式燃烧锅炉水冷壁腐蚀严重问题,对该锅炉高温腐蚀产生的原因进行了分析。在现场割取了腐蚀的水冷壁管,对其腐蚀垢层进行了X射线衍射(XRD)、能量色散X射线谱(EDS)和扫描电镜(SEM)分析,结果发现腐蚀产物中主要含有ZnS、FeS、Fe_(7)S_(8)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH,推定此炉主要为硫化物型高温腐蚀,并制定了该锅炉的防治措施。

基于炉膛水冷壁H_(2)S气氛场实时测量的锅炉运行监测与优化研究

为揭示锅炉水冷壁H_(2)S在不同负荷时的浓度分布、H_(2)S与炉膛组分CO和SO_(2)的关系、结焦区域H_(2)S分布情况以及运行调整对H_(2)S和NO_(x)的影响情况,指导锅炉运行,在某300 MW等级电站锅炉上安装了水冷壁气氛在线监测装置,系统研究了炉内近壁面H_(2)S、CO等还原性组分的生成规律及运行调整对炉内氛围的影响。结果表明:(1)在高负荷时炉内H_(2)S、CO整体浓度较高,并且负荷越高,腐蚀倾向越严重。(2)负荷在由高向低下降的过程中,存在一临界负荷(40%BMCR),当降至此临界负荷时,壁面气氛由还原性气氛开始转化为氧化性气氛。该炉易发生高温腐蚀的负荷范围为60%~100%。(3)总体上壁面H_(2)S与CO表现出正相关性,而H_(2)S与SO_(2)呈负相关性,但同时壁面各组分间又呈现出一定的独立性。(4)结焦区域H_(2)S平均浓度比非结焦区域高出537×10^(-6)(体积分数,下同),这与结焦区域水冷壁相较于非结焦区域水冷壁腐蚀更严重的现象一致。(5)关闭燃尽风投运层数、增加运行氧量,可以显著降低H_(2)S浓度,最高降幅可达91.4%,但H_(2)S浓度降低会引起NO_(x)增加,关一层燃尽风,NO_(x)平均上涨109 mg/m^(3)。建议在实际运行中,需要平衡好这对矛盾。

600 MW对冲燃烧锅炉贴壁风系统改造

针对某电厂600 MW对冲燃烧锅炉高温腐蚀问题,提出一套侧墙贴壁风改造方案。对锅炉改造前后的速度场、温度场和组分分布进行数值模拟,并开展了侧墙近壁面还原性气氛试验和锅炉热效率测试。结果表明:改造后炉内高速区减小,煤粉停留时间变长有利于煤粉充分燃烧,从而降低侧墙近壁面还原性气体浓度;改造后侧墙燃尽风标高上方温度下降,侧墙近壁面烟温偏差减小;侧墙近壁面O_(2)平均体积分数由0.19%升至2.00%,CO平均体积分数由920×10^(-4)降至150×10^(-4),H_(2)S平均体积分数由200×10^(-6)降至150×10^(-6),还原性气氛破坏有效缓解了侧墙水冷壁的高温腐蚀。改造后300、450和600 MW负荷下锅炉热效率较改造前分别升高了0.69%、0.71%和0.77%。

燃煤锅炉高温腐蚀气体激光在线监测设备研究

燃煤锅炉燃烧场的经济性、安全性和环保性对于智慧电厂建设具有重要意义。H2S和CO是燃煤锅炉燃烧场的两种主要高温腐蚀气体,它们不仅腐蚀锅炉近壁面,尾气对大气环境的危害也极其严重。基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术,结合波长调制光谱技术和频分复用技术,研制了一款无人值守的燃煤锅炉主燃区的H_(2)S和CO气体浓度实时在线监测设备。仿真模拟了6335~6341 cm^(-1)范围内的气体吸收光谱,并选定1.5μm附近的近红外激光器作为激光光源。研制了一套耐高温耐腐蚀的Herriott型多光程池,使激光与气体相互作用的有效光程达15 m;开发了硬件电路及相应的固件程序,实现了H2S和CO吸收光谱信号的二次解调与浓度反演。线性度和Allan方差实验表明,其线性拟合相关系数分别为0.9998和0.9995,在73 s和53 s的积分时间下,H_(2)S和CO的最低检测极限分别为0.2×10^(-6) mol/mol和0.344×10^(-6) mol/mol。最后,将研制的设备在某300 MW电负荷的四角切圆燃煤锅炉主燃区燃烧气氛场进行应用示范,对水冷壁附近的H2S和CO进行同步测量。结果表明,锅炉中H2S和CO的浓度呈正相关,厌氧燃烧会导致两种气体的含量增加,造成对水冷壁的腐蚀。

基于Mask R-CNN的锅炉火焰图像核心高温区域提取

为了提高锅炉火焰核心高温区域特征提取的准确性和稳定性,结合四角切圆燃烧锅炉火焰特点,提出了一种基于Mask R-CNN的火焰核心高温区域轮廓提取方法。通过某330 MW燃煤锅炉工业火焰监控系统获取约10 000帧历史运行工况的火焰图像进行建模,并对升负荷工况的火焰图像进行在线处理验证。结果表明:基于Mask R-CNN模型的核心高温区域检测精准率达到92.35%,相比于传统的阈值分割法、边缘检测法具有更高的稳定性;Mask R-CNN模型能更好地适应变负荷时脉动火焰波动、快速变化的特点,轮廓边缘受其他区域的影响较小,有助于针对火焰核心高温区域轮廓进行火焰几何特征、分布特征的提取计算。

镍基合金263、282在超700℃燃煤锅炉烟气中腐蚀行为研究

研究商用镍基合金材料263和282在700~800℃模拟燃煤锅炉烟气环境中的腐蚀行为。计算腐蚀前后镍基合金的质量变化,采用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)分析腐蚀合金的微观形貌。结果表明:镍基合金的腐蚀行为包括氧化腐蚀、硫化腐蚀和硫酸盐腐蚀3种机制;腐蚀速率主要受硫酸盐腐蚀控制,熔融的硫酸盐共熔体对镍基合金造成全面腐蚀,合金基体以近似恒定的速率持续被溶解,合金的失重量随温度升高呈现先增加后降低的趋势;同时,硫元素向基体内部扩散并引起局部硫化,低熔点金属硫化物发生熔融,可能导致合金内裂纹的生成和生长;温度升高显著加剧了镍基合金的硫化腐蚀。

锅炉运行参数对前后墙布置贴壁风功效的影响

以某1000 MW对冲旋流燃烧锅炉前后墙布置贴壁风为研究对象,对比分析了贴壁风对锅炉两侧墙水冷壁贴壁气氛的影响,考察了锅炉运行参数对贴壁风功效的影响。试验结果表明,加装前后墙对冲布置贴壁风可有效改善对冲旋流燃烧锅炉两侧墙局部区域贴壁烟气还原性气氛,但受贴壁风射流刚性不足影响,侧墙中间区域仍存在高温腐蚀风险。提高总风量、降低燃尽风风量,可以增强贴壁风喷口射流刚性,改善侧墙中间局部区域烟气还原性气氛。改变二次风配风方式、提高一次风风压对贴壁风的效果影响并不明显。

基于CFD的燃煤锅炉末级过热器壁温分布特性研究

针对燃煤锅炉高温受热面易发生超温和爆管事故的问题,综合考虑炉内烟气侧与管内蒸汽侧对受热面管壁温度的影响,基于数值模拟的方法简化了炉内煤粉气流的燃烧过程并构建了炉内烟—汽耦合换热模型,实现了对末级过热器沿程壁温的快速计算。在此基础上,探究了不同工况下该级受热面壁温分布特点及壁温峰值位置变化规律等。结果表明:受管外烟气与管内蒸汽的耦合影响,末级过热器沿程壁温基本呈双峰分布;随着负荷上升,烟道内不同管屏的沿程壁温分布曲线差异变小,烟道两侧管屏壁温峰值位置出现不同程度的下移。

锅炉水冷壁壁面高温腐蚀及壁管横向裂纹泄漏试验研究

考虑到锅炉水冷壁壁面高温腐蚀会导致壁管产生裂纹而出现泄漏事故,为了得到影响锅炉水冷壁壁面高温腐蚀的因素,提出锅炉水冷壁壁面高温腐蚀及壁管横向裂纹泄漏试验研究。针对锅炉水冷壁高温腐蚀区存在的横向裂纹进行失效分析,通过宏观观察,材质分析和无损检测,研究分析锅炉水冷壁管横向裂纹的产生原因,再根据锅炉水冷壁壁面高温腐蚀实验原理,确定气氛条件,通过试样块的制备,设计了锅炉水冷壁壁面高温腐蚀实验方案,测试了气氛条件和温度对锅炉水冷壁壁面高温腐蚀的影响。结果表明,锅炉烟气的H_(2)S含量越多、温度越高,壁温波动导致的热疲劳应力和高温的共同作用下,锅炉水冷壁的壁面腐蚀越严重,从而使壁管产生横向裂纹而发生泄漏。

锅炉高温过热器管爆裂失效分析

某食品加工企业锅炉高温过热器管于2022年进行更换,在2023年检验过程中,发现更换后的过热器管束中有一只管道的弯头处出现爆管失效,为了探明该过热器弯管爆管原因,采用利用超声波测厚仪、直读光谱仪、扫描电镜、显微硬度仪、金相显微镜等仪器设备对失效的过热器管进行分析。分析结果表明:过热器管的化学成分正常,金相检测发现组织内部存在大量的滑移线,表明管道在经过冷弯成型后,并未进行热处理,导致了加工硬化,同时使用扫描电镜分析显示,断口呈脆性断裂。由此可知,冷弯加工导致弯管材质硬化,在高温高压环境下,弯管最终发生脆性断裂。

燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀形成原因及防治措施

近年来,电厂为降低成本大量掺烧经济煤种,导致锅炉水冷壁高温腐蚀问题日趋严重,随着锅炉机组参数不断提高,部分机组出现了严重腐蚀,加大了治理的困难。时而发生的停机事故严重影响了锅炉的安全稳定运行,频繁的停机检修与建材更换造成了各电厂的严重经济损失,迫切需要研究切实可行的锅炉水冷壁高温腐蚀防治措施。本文系统分析了锅炉水冷壁严重高温腐蚀形成的原因及影响因素,并总结了一些当前较为先进的锅炉水冷壁高温腐蚀的防治措施及其存在的问题,以期为各电厂解决锅炉水冷壁高温腐蚀问题提供技术思路。

高温受热面壁温智能调节系统开发及应用

大容量、高参数的对冲燃烧煤粉锅炉常因高温受热面壁温分布不均影响运行安全性和经济性。针对该问题,通常需开展制粉系统或燃尽风的优化调整,但由于壁温分布可能随锅炉运行工况变化,单次优化调整结论无法适应所有工况。基于壁温调节原理设计了燃尽风智能调节策略,优化了燃尽风装置的进风结构并配备电动执行器,开发了一套高温受热面壁温智能调节系统,旨在实现燃尽风优化调整的自动化和智能化。在某1000 MW机组开展了高温受热面壁温智能调节系统的实炉测试,对比了不同负荷下未投用和投用该系统后高温过热器出口的壁温分布及高温过热器、屏式过热器出口汽温与最高壁温的偏差随时间的变化趋势,统计了不同负荷段未投用和投用该系统后高温过热器、屏式过热器出口汽温与最高壁温的平均偏差。结果表明,不同负荷下,高温受热面壁温智能调节系统均可根据受热面实时壁温分布,自动调整各燃尽风的开度和摆角,使受热面沿炉宽方向壁温分布趋于平均。不同负荷下,高温受热面壁温智能调节系统均可显著降低壁温偏差,屏过出口壁温偏差由50℃降至20~30℃,高过出口壁温偏差由20℃降至12℃。投用高温受热面壁温智能调节系统可显著降低因负荷变化而增大的壁温偏差。高温受热面壁温智能调节系统可在调平壁温的同时调平氧量。

基于层次分析法的高参数垃圾电站防腐蚀系统模糊综合评价

垃圾电站锅炉高参数化后管壁腐蚀加剧,企业面临优选防护方法的迫切问题。介绍了适合于高参数垃圾锅炉的5种基材(20G、12Cr1Mo VG、15Cr Mo、TP310S、TP347H等)及5种当前主流涂层防护技术(堆焊、感应熔焊、复合感应熔焊、超声速火焰喷涂、热固化陶瓷等),共设计了13种典型的防腐蚀方案。选择高性价比与高经济性两种评价模型,将换热性、热膨胀性、结合强度、孔隙率、稀释率、服役寿命、经济性、生产效率等参数作为评价高温防腐蚀方案的主要性能指标。通过层次分析法分别确定两组权重系数,并采用模糊综合评价法进行定量分析,形成高参数条件下高温防护方案的综合评价技术排名。评价结果说明,该技术效果显著且实用可行。

四角切圆锅炉的二次风喷口结构优化及应用

300 MW发电机组配备的四角切圆锅炉在深度调峰工况下存在脱硝入口NOx值居高不下、锅炉两侧汽温偏差大、在高负荷工况下水冷壁存在较严重的高温腐蚀等一系列问题,经分析四角切圆锅炉结构特点及左右两侧屏式过热器、屏式再热器的壁温偏差及低负荷时二次风与炉膛压差等运行参数,判断为锅炉二次风配风性能差导致锅炉燃烧动力场偏离设计值。将部分二次风喷口面积局部缩小且辅助风喷口沿炉膛切圆方向偏转7.5°后,锅炉在深度调峰工况下主热、再热汽温分别提升13℃、9℃,左右两侧脱硝入口NOx值平均下降162 mg/m^(3),空预器入口氧量未发生降低,这表明优化的二次风喷口结构可有效提升锅炉性能。