專利名稱：大型電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕程度判別方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是火力發(fā)電燃煤鍋爐領域，具體是大型電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕程度判別方法。
背景技術：
近年來，燃煤電站鍋爐受熱面高溫腐蝕現(xiàn)象較為普遍，特別是亞臨界參數(shù)燃用貧煤鍋爐水冷壁高溫腐蝕問題日益突出，有的已多次發(fā)生爆漏事故，嚴重威脅著大型發(fā)電機組的安全經(jīng)濟運行，給火電廠造成了巨大的經(jīng)濟損失。對于大型電站鍋爐水冷壁發(fā)生高溫腐蝕問題后，如何分析其主要影響因素及準確判斷高溫腐蝕程度，正確選擇最佳性價比的設備改造方案是實際解決高溫腐蝕問題的一項關鍵技術。目前，國內(nèi)外涉及燃煤鍋爐水冷壁高溫腐蝕機理的研究已有多篇文章報道，但就高溫腐蝕程度判別方法而言，均是在高溫腐蝕發(fā)生之后，通過測量時間段內(nèi)的腐蝕厚度，由此推算出腐蝕速度及腐蝕程度，而此時鍋爐已嚴重腐蝕，使得維修費用高，維修周期長，有的甚至已發(fā)生安全事故，造成巨大的損失，因此，其最大的問題是具有事后性，不能預測高溫腐蝕的發(fā)生及腐蝕的程度，以及早采取措施，從而降低維修費用，縮短維修工期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是就是針對上述問題而提供一種大型電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕程度判別方法，不但能隨時掌握鍋爐的高溫腐蝕程度，一旦發(fā)生腐蝕，可以及早采取措施，而且還可以為電廠選定最佳性價比的設備改造方案提供依據(jù)，從而使電站鍋爐改造費用少，工期短。
解決本發(fā)明的技術問題所采用的技術方案是(一)、確定影響水冷壁高溫腐蝕的主要因素a、標煤折算硫份Sbarb、壁面附近的co含量c、當量切圓直徑Dsjd、管壁溫度T(二)、確定測量條件，測量各有關參數(shù)，其中(1)爐內(nèi)實際切圓測量位置為最下層一次風煤粉燃燒器中心標高+0～500m的范圍內(nèi)，由此得知當量切圓直徑Dsj；(2)測量高負荷區(qū)域水冷壁附近燃燒氣氛時，試驗負荷必須大于80％額定負荷，爐內(nèi)主燃燒區(qū)域保持合理的氧量，主控室氧量值大于4.5％；(3)測點安裝技術要求在水冷壁高溫腐蝕最嚴重的一面爐墻上安裝測點，在腐蝕集中部位安裝至少7個測點，測點爐內(nèi)取樣口應與水冷壁高溫腐蝕部位平齊，測點總長度大于700mm；(4)按照公式Sbar＝29300×Sar/Qnet.ar對燃煤含硫量進行標煤折算硫分Sbar的換算，其中Sar為鍋爐實際燃用煤種的含硫量，Qnet.ar為鍋爐實際燃用煤種的收到基低位發(fā)熱量；(三)、采用灰色聚類法對水冷壁高溫腐蝕傾向進行綜合評判，其中水冷壁高溫腐蝕傾向及腐蝕速度標準為
(1)腐蝕程度輕微或基本未腐蝕 ＜0.5mm/104h；(2)腐蝕程度中等傾向或腐蝕較明顯 0.5～1.mm/104h；(3)腐蝕程度嚴重 ＞1.mm/104h；根據(jù)上述技術方案，本發(fā)明將水冷壁高溫腐蝕的影響因素確定為標煤折算硫分Sbar、壁面附近CO含量、當量切圓直徑Dsj、管壁溫度T四大影響因素，是通過大量對水冷壁高溫腐蝕情況的調(diào)查研究，綜合分析得出的，全面考慮了各主要影響因素，具有一定的科學性和合理性。測量條件的限定，為準確判定腐蝕情況奠定了基礎。本發(fā)明采用灰色聚類法對水冷壁高溫腐蝕傾向進行綜合評判，并確定了水冷壁高溫腐蝕傾向及腐蝕速度標準，由此可以得到水冷壁高溫腐蝕傾向分級標準，在應用灰色聚類法建立數(shù)學模型時，由于事先確認了研究對象的分類數(shù)和類中心，可以直接得到唯一的聚類結果，且由于分類數(shù)就是級別數(shù)，類中心就是分級標準，因而在得出分類結果的同時，也得出了研究對象所屬的級別。故該方法具有聚類和綜合評判兩種功能，灰色聚類法在確定指標的權重時，只與分級標準有關，而與實際值無關，因而克服了模糊數(shù)學法用實際值確定權重的局限性。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明由于科學合理的確定了影響水冷壁高溫腐蝕的因素及測量條件，并應用灰色聚類法建立了高溫腐蝕程度判別數(shù)學模型，從理論上保證了聚類結果的唯一性和判別結論的準確性。能夠準確判斷鍋爐水冷壁高溫腐蝕程度及發(fā)展趨勢，為選定最佳性價比的設備改造方案提供科學依據(jù)。解決了如何定量判斷腐蝕程度及合理選擇設備改造方案的技術難題。本發(fā)明應用范圍廣、通用性好，通過對多臺鍋爐水冷壁高溫腐蝕情況進行驗證，其判別結論與實際情況均吻合。本發(fā)明實用功能多，現(xiàn)場可操作性強，標煤折算硫分Sbar不但可以統(tǒng)一判斷火電廠燃煤含硫量高低，還可以確認避免水冷壁發(fā)生中等程度腐蝕的燃煤含硫量限制指標，從控制高溫腐蝕的源頭做起，同步采用技術與管理的綜合性措施，達到了標本兼治的目的。
本發(fā)明規(guī)范了水冷壁高溫腐蝕速度標準，符合火電廠實際發(fā)生的腐蝕情況，實現(xiàn)了理論與實踐的統(tǒng)一。
本發(fā)明實際指導作用明顯，判別結論準確，具有實際應用價值。例如判斷石門電廠#2鍋爐水冷壁屬于中等程度腐蝕，符合原實際腐蝕情況；優(yōu)先推薦雙通道燃燒器“楔形體改造技術”，石門電廠認可判別結果，同意采用優(yōu)先推薦的方案且改造效果良好。
經(jīng)濟效益明顯，推薦的最佳性價比設備改造方案——“楔形體改造技術”，改造工期比它方案縮短70％以上，節(jié)省改造費用80～90％，改造工期短、費用低，用戶易于接受；300MW機組故障停機一天直接經(jīng)濟損失高達52萬元，鍋爐水冷壁爆漏事故或者停機更換燃燒器都至少需要5天搶修時間，因此，每減少一次水冷壁爆漏事故可創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益260萬元。
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
具體實施例方式
湖南省石門電廠安裝2×300MW機組，在1999年№1鍋爐大修中，在燃燒器高負荷區(qū)四周水冷壁發(fā)現(xiàn)較為嚴重的高溫腐蝕現(xiàn)象。壁厚測量結果顯示設計規(guī)格為φ63.5×8mm的水冷壁管，腐蝕嚴重處壁厚僅為6.8～7.1mm，已經(jīng)減薄0.9～1.2mm，腐蝕速率約0.7～1.3mm/(104)h。照此速度發(fā)展下去，近年內(nèi)可能會發(fā)生大面積水冷壁爆漏事故。因此，盡快分析研究其高溫腐蝕機理和主要影響因素，尋求解決問題的最佳技術途徑，提高鍋爐受熱面的安全可靠性已迫在眉睫。
首先確定高溫腐蝕的四大影響因素為標煤折算硫份Sbar；壁面附近的co含量；當量切圓直徑Dsj；管壁溫度T。然后對四大影響因素的測定作如下規(guī)定1、當量切圓直徑的測量位置爐內(nèi)實際切圓測量位置是最下層一次風煤粉燃燒器中心標高+0～100m的范圍內(nèi)，有別于常規(guī)冷態(tài)空氣動力場試驗中爐膛充滿度切圓直徑的測量位置，同時，測量時不能產(chǎn)生人為干擾。
2、測試條件測量高負荷區(qū)域水冷壁附近燃燒氣氛時，試驗負荷必須大于80％額定負荷，爐內(nèi)主燃燒區(qū)域保持合理的氧量，主控室氧量值大于4.5％，測量工況不少于三個負荷工況。
3、測試儀器及測量要求測試儀器量程必須符合要求，經(jīng)校驗合格，并在有效期內(nèi)，至少應使用二臺具有同樣功能的不同型號的儀器進行測量，提高測量精度；在每個工況的測試中，每個測點的測量次數(shù)不少于三次，每次測量的穩(wěn)定時間應大于5分鐘，取其測量平均值。
4、測點安裝技術要求
采用優(yōu)選法確定測點安裝的位置和數(shù)量，在水冷壁高溫腐蝕最嚴重的一面爐墻上安裝測點，在腐蝕集中部位安裝7個測點，主要目的是測量腐蝕最嚴重位置的CO含量，測點數(shù)量大大少于常規(guī)試驗的測點數(shù)量。
測點爐內(nèi)取樣口與水冷壁高溫腐蝕部位平齊，即h＝1/2φ，h＝34mm，測點總長度大于760mm，主要考慮取樣管在爐外部分對取樣煙氣的冷卻效果，測點安裝見

圖1。其中1-水冷壁管，2-鰭片，3-水冷壁管腐蝕部位，4-腐蝕區(qū)域燃燒氣氛測點。且測點取樣管采用φ8×1.5的不銹鋼管。
5、對燃煤全硫含量的化驗結果按照下列公式進行標煤折算硫分Sbar的換算，方可進行腐蝕程度的準確判別。
Sbar＝29300×Sar/Qnet.ar其中Sar為鍋爐實際燃用煤種的含硫量，Qnet.ar為鍋爐實際燃用煤種的收到基低位發(fā)熱量。
石門電廠高溫腐蝕四大影響因素具體數(shù)值及分級標準如表1所示，由此得到高溫腐蝕指標計算值及分級標準處理值如表2所示。
表1水冷壁高溫腐蝕傾向分級標準
表2高溫腐蝕指標計算值及分級標準值

水冷壁高溫腐蝕傾向及腐蝕速度標準為(1)腐蝕程度輕微或基本未腐蝕 ＜0.5mm/104h；(2)腐蝕程度中等傾向或腐蝕較明0.5～1.5mm/104h；(3)腐蝕程度嚴重 ＞1.5mm/104h；下面采用灰色聚類法對水冷壁高溫腐蝕傾向進行綜合評判，具體步驟如下(1)、建立聚類因子集將影響評判對象的各因素組成集合X＝{x1，x2，Λ，xj}，j＝1，2，Λ，p，p為因子個數(shù)。將其主要原因概括為四大影響因素標煤折算硫分Sbar、壁面附近CO含量、當量切圓直徑Dsj、管壁溫度T。
(2)、確定評判等級將被評判對象可能作出的各種評判等級組成集合V，將腐蝕傾向規(guī)定為三個程度等級輕微、中等、嚴重。
(3)、規(guī)定聚類權根據(jù)不同的評判等級，確定相應級別各因子的相對權重，可按下式計算ηjk=(1/λjk)/Σj=1p(1/λjk),]]>其中，λjk為分級標準值，j＝1，2，Λ，p，p為因子個數(shù)，k＝1，2，Λ，m，m為等級數(shù)。
(4)、規(guī)定白化函數(shù)對設定的評判等級規(guī)定白化函數(shù)，將評判等級分為3種等級(m＝3)。
(5)、計算聚類系數(shù)δk求解某一樣品對不同等級的聚類權重δk=Σj=1pfjk(λjk)ηjk,]]>其中，j＝1，2，Λ，p，p為因子個數(shù)；k＝1，2，Λ，m，m為等級數(shù)；λjk為分級標準值。
(6)、按最大原則確定傾向級別及置信度確定各種白化函數(shù)值fk，函數(shù)值按上述白化函數(shù)作線性內(nèi)插，最大值為1。確定聚類系數(shù)ηk，第k類的系數(shù)，δk=Σj=14fjk(λjk)ηjk,]]>其中k＝1，2，3。
按照上述計算方法，通過編制計算軟件，計算得到石門電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕的聚類系數(shù)δk輕微腐蝕的聚類系數(shù)為δ1＝0.309；中等腐蝕的聚類系數(shù)為δ2＝0.632；嚴重腐蝕的聚類系數(shù)為δ3＝0.05；構造聚類向量，按向量最大原則確定歸類石門電廠的聚類行向量為δk＝(0.309，0.632，0.05)，其中δ2＝0.632為最大，因而判定為中等程度的高溫腐蝕。
對聚類行向量進行歸一化處理，為了比較水冷壁高溫腐蝕程度傾向，需對聚類行向量作歸一化處理，即用δ1+δ2+δ3的總和通除各項，得到δk＝(0.312，0.638，0.05)，因此，石門電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕傾向為中等，置信度為0.638，即為63.8％，故判定為中等程度高溫腐蝕。原腐蝕速度為0.7～1.3mm/104h在中等腐蝕程度區(qū)間內(nèi)，與鍋爐原實際腐蝕情況吻合。
根據(jù)上述判別結論，推薦石門電廠優(yōu)先采取現(xiàn)場改造工作量較小的設備改造方案——雙通道燃燒器“楔形體改造技術”，在冷態(tài)空氣動力場試驗中，測試了加裝楔形體后燃燒器出口的冷態(tài)流場，采用德國產(chǎn)風速計測速及長飄帶觀察氣流運動軌跡，結果表明一次風出口速度提高，氣流衰減和偏轉特性明顯改善，一次風沿主氣流方向旋轉，未發(fā)現(xiàn)刷墻現(xiàn)象；在熱態(tài)機組電負荷270MW，省煤器出口煙氣含氧量＞4.5～5％時，高負荷區(qū)域水冷壁附近燃燒氣氛O2＝2.1～5.5％、CO＝580～915ppm，基本不存在還原性氣氛，實施后效果良好。
實踐結果表明，在設備改造的基礎上，通過采取配套的鍋爐運行優(yōu)化調(diào)整及燃料品質(zhì)控制措施，基本解決了石門電廠#2鍋爐水冷壁高溫腐蝕問題。
權利要求
1，一種大型電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕程度判別方法，其特征是(一)、確定影響水冷壁高溫腐蝕的主要因素a、標煤折算硫份Sbarb、壁面附近的co含量c、當量切圓直徑Dsjd、管壁溫度T(二)、確定測量條件，測量各有關參數(shù)其中(1)爐內(nèi)實際切圓測量位置為最下層一次風煤粉燃燒器中心標高+0～500m的范圍內(nèi)，由此得知當量切圓直徑Dsj；(2)測量高負荷區(qū)域水冷壁附近燃燒氣氛時，試驗負荷必須大于80％額定負荷，爐內(nèi)主燃燒區(qū)域保持合理的氧量，主控室氧量值大于4.5％；(3)測點安裝技術要求在水冷壁高溫腐蝕最嚴重的一面爐墻上安裝測點，在腐蝕集中部位安裝至少5個測點，測點爐內(nèi)取樣口應與水冷壁高溫腐蝕部位平齊，測點總長度大于700mm；(4)按照公式Sbar＝29300×Sar/Qnet.ar對燃煤含硫量進行標煤折算硫分Sbar的換算；其中Sar為鍋爐實際燃用煤種的含硫量，Qnct.ar為鍋爐實際燃用煤種的收到基低位發(fā)熱量；(三)、采用灰色聚類法對水冷壁高溫腐蝕傾向進行綜合評判，其中水冷壁高溫腐蝕傾向及腐蝕速度標準為(1)腐蝕程度輕微或基本未腐蝕 ＜0.5mm/104h；(2)腐蝕程度中等傾向或腐蝕較明顯 0.5～1.5mm/104h；(3)腐蝕程度嚴重 ＞1.5mm/104h。
2.根據(jù)權利要求1所述的大型電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕程度判別方法，其特征是對水冷壁高溫腐蝕傾向進行綜合評判的灰色聚類法的具體步驟是(1)、建立聚類因子集將影響評判對象的各因素組成集合X＝{x1，x2，Λ，xj}，j＝1，2，Λ，p，p為因子個數(shù)；(2)、確定評判等級將被評判對象可能作出的各種評判等級組成集合V；(3)、規(guī)定聚類權根據(jù)不同的評判等級，確定相應級別各因子的相對權重，可按下式計算ηjk=(1/λjk)/Σj=1p(1/λjk),]]>其中，λjk為分級標準值，j＝1，2，Λ，p，p為因子個數(shù)，k＝1，2，Λ，m，m為等級數(shù)；(4)、規(guī)定白化函數(shù)對設定的評判等級規(guī)定白化函數(shù)，將評判等級分為3種等級(m＝3)；(5)、計算聚類系數(shù)δk求解某一樣品對不同等級的聚類權重δk=Σj=1pfjk(λjk)ηjk,]]>其中，j＝1，2，Λ，p，p為因子個數(shù)；k＝1，2，Λ，m，m為等級數(shù)；λjk為分級標準值；(6)、按最大原則確定傾向級別及置信度。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是火力發(fā)電燃煤鍋爐領域，具體是大型電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕程度判別方法，其特征是首先確定影響水冷壁高溫腐蝕的主要因素；然后確定測量條件，測量各有關參數(shù)；最后采用灰色聚類法對水冷壁高溫腐蝕傾向進行綜合評判。本發(fā)明不但能隨時掌握鍋爐的高溫腐蝕程度，一旦發(fā)生腐蝕，可以及早采取措施，而且還可以為電廠選定最佳性價比的設備改造方案提供依據(jù)，從而使電站鍋爐改造費用少，工期短。
文檔編號F23M5/08GK1506616SQ0213980
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權日2002年12月6日
發(fā)明者焦慶豐, 姚斌, 程剛 申請人:湖南省電力試驗研究所