一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统

本发明涉及城市生活垃圾焚烧，特别涉及一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统。

背景技术：

1、随着我国工业化和城市化进程的加快，城市生活垃圾产生量急剧增加。垃圾焚烧发电因占地少、处理周期长和可回收垃圾焚烧余热等优点，在我国现阶段城市生活垃圾处理中占据重要地位。但垃圾热值和水分变化波动大，焚烧炉长期处于高热负荷区运行，炉膛温度超过1050℃，受垃圾重量波动大的影响，诸多垃圾焚烧炉均出现过热器、蒸发器、甚至省煤器超温的现象。同时，垃圾种类、成分复杂，焚烧产生的烟气中含有大量的hcl和so2，hcl与so2含量分别可以达到1300mg·nm-3和640mg·nm-3，特别是在还原性气氛下so2容易向h2s发生转化，h2s、hcl导致垃圾焚烧炉换热器管壁发生严重的高温腐蚀，腐蚀发生后，受热面管壁减薄，严重威胁机组安全运行。受热面超温、炉内高浓度的腐蚀性气体，是导致受热面高温腐蚀的主要原因。目前大部分垃圾焚烧炉，只有烟气温度测点，未装设受热面壁温测点，同时也未装设腐蚀性气体在线监测装置。

2、对于垃圾焚烧炉的高温腐蚀问题，一般有增设贴壁风、调整燃烧工况、敷设保护涂层、炉内加添加剂等手段进行防治。采用贴壁风系统对入射气流刚度和角度有严格要求，这种方法虽然增强了炉内气流扰动，改善了空气补入口附近的还原性气氛，但垃圾焚烧炉受到热负荷限制，长期补入空气对提高蒸汽参数不利。调整燃烧工况也有此种弊端，如专利cn109611852a通过调整烟气与再热器之间的换热特性来调整再热汽温，虽然响应时间较快，但频繁调节再热汽温对炉内热负荷影响较大，不够经济。而敷设保护涂层和炉内加添加剂虽然不会影响垃圾焚烧炉的燃烧特性，但投资成本大，如专利cn 113369639a在焚烧炉受热面制备高温合金熔覆层进行防腐蚀，这种方法对合金表面清洁度有严格要求，需要长期换管，专利cn1422689a通过向烟道气中投入改性石灰吸收酸性气体，净化烟气环境，但这种方法增加了风机电耗，成本颇高。另外，对于高温腐蚀的检测方法，专利cn112082928a与专利218512277u均提出在焚烧炉壳体外安装检测装置，这种装置通过观察腐蚀样管表面产物是否容易脱离来判断高温腐蚀程度，检测不够系统和全面。

技术实现思路

1、针对上述不足，本发明的目的是提出一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，一是可以在线对换热器管不同区域进行高温腐蚀检测，预测管壁寿命；二是信号实时反馈，可以及时调整燃烧工况减缓高温腐蚀，响应时间快。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，该系统包括垃圾焚烧炉本体、测点群、数据柜、烟气挡板、电动机、一次风喷嘴、二次风喷嘴、脱酸塔、引风机和烟囱；所述垃圾焚烧炉本体包括沿烟气流动方向依次连通的炉膛、一通道、二通道、三通道和水平烟道；所述水平烟道下方布置有冷灰斗，水平烟道内依次布置有蒸发器ⅰ、高温过热器、中温过热器、两级低温过热器、蒸发器ⅱ和三级省煤器；所述水平烟道内还布置有测点群，包括hcl/h2s测点、烟温测点和壁温测点；所述数据柜与测点群、烟气挡板、电动机通过信号线相连；所述一次风喷嘴、二次风喷嘴与电动调节阀门、电动机相连接，一次风喷嘴和二次风喷嘴分别布置在炉膛底部和炉膛后拱区；所述脱酸塔通过风管与水平烟道、烟气挡板、引风机和烟囱相连；所述三烟道底部布置有来自脱酸塔的烟气通道，通过烟气挡板来控制再循环烟气流量；

4、通过hcl/h2s测点实时监测烟气中的腐蚀h2s、hcl浓度，通过壁温测点实时监测蒸发器ⅰ、高温过热器、中温过热器、两级低温过热器、蒸发器ⅱ和三级省煤器各换热器受热面壁温；当壁温超温时，数据柜开启烟气再循环，通过调节来自脱酸塔脱酸处理后的烟气量补入三通道，调节受热面入口处烟气温度，进而调节壁温，同时还能调节易腐蚀区域的h2s、hcl浓度；此外，数据柜还通过电动机和电动调节阀门调节一次风喷嘴和二次风喷嘴的开度调节一、二次风比例来调整炉膛内高温烟气的分布，进而调节受热面入口处烟气温度。

5、所述系统的hcl/h2s测点、烟温测点和壁温测点为直径8～12mm的圆形测点；hcl/h2s测点布置在水平烟道入口处，壁温测点布置在蒸发器ⅰ、高温过热器、中温过热器、两级低温过热器、蒸发器ⅱ和三级省煤器各换热器受热面表面，烟温测点布置在水平烟道内各换热器与炉体的间隙处，hcl/h2s测点布置有h2s、hcl同步在线监测装置。

6、所述hcl/h2s测点、烟温测点和壁温测点为直径8～12mm的圆形测点。

7、所述在线监测和预防系统可以在线预测蒸发器ⅰ、高温过热器、中温过热器、两级低温过热器、蒸发器ⅱ和三级省煤器各换热器受热面管壁的剩余壁厚，用原始管壁厚度减去腐蚀厚度，即为剩余壁厚；管壁腐蚀厚度计算模型，采用如下公式：

8、

9、其中：gs为管壁减薄值即腐蚀厚度，a1、a2分别为hcl腐蚀厚度修正值和h2s腐蚀厚度修正值，chcl与ch2s分别为h2s/hcl测点24所测得的hcl、h2s浓度，t为根据烟气温度和管壁温度耦合的温度值，t为腐蚀时间。

10、所述系统的三烟道底部可以引入来自脱酸塔的烟气，通过烟气挡板来控制再循环烟气流量，再循环烟气量占总烟气量的0-30％。

11、所述系统的燃烧工况调整通过炉膛内炉排高度与分别布置在炉膛底部和炉膛后拱处的一次风喷口、二次风喷口来实现。

12、本发明的核心思想是：通过调节易腐蚀区域的烟气温度和腐蚀性气体浓度来治理高温腐蚀。具体而言，在易腐蚀的受热面区域，加装h2s、hcl在线监测装置，实时监测烟气中的腐蚀h2s、hcl浓度。加装受热面壁温测点，实时监测过热器、蒸发管等受热面壁温。当发现壁温超温时，开启烟气再循环，通过调节来自脱酸塔脱酸处理后的烟气量(温度较低)补入三通道，调节受热面入口处烟气温度，进而调节壁温，同时还能调节易腐蚀区域的h2s、hcl浓度(由于再循环烟气是经过脱酸处理，再循环后，受热面入口烟气收到稀释作用，腐蚀性介质浓度变低)。此外，除烟气再循环外，还可以通过调节一、二次风比例来调整炉膛内高温烟气的分布，进而调节受热面入口处烟气温度。当受热面不超温，仅仅是h2s、hcl浓度超标时，通过调整垃圾池的原料配比，改善入炉垃圾的硫、氯元素含量，进而减小易腐蚀区域h2s、hcl浓度。

13、本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①本发明通过在水平烟道内布置测点群，将hcl、h2s浓度、烟温和壁温信号传递给数据柜进而预测管壁剩余壁厚，可以实现高温腐蚀的在线监测。②如遇管壁超温，本发明同时可以将脱酸塔尾部的烟气引入三通道底部，调整一二次风配比和炉排高度来调整燃烧工况，进而解决超温现象。由于本发明的数据柜可用于高温腐蚀的在线监测，可以对管壁寿命进行实时预测和反馈，能够很大程度上预防管壁高温腐蚀和爆管事故的发生。

技术特征：

1.一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，其特征在于：该系统包括垃圾焚烧炉本体、测点群、数据柜(17)、烟气挡板(18)、电动机(19)、一次风喷嘴(21)、二次风喷嘴(22)、脱酸塔(14)、引风机(15)和烟囱(16)；所述垃圾焚烧炉本体包括沿烟气流动方向依次连通的炉膛(2)、一通道(3)、二通道(4)、三通道(5)和水平烟道(6)；所述水平烟道(6)下方布置有冷灰斗(13)，水平烟道(6)内依次布置有蒸发器ⅰ(7)、高温过热器(8)、中温过热器(9)、两级低温过热器(10)、蒸发器ⅱ(11)和三级省煤器(12)；所述水平烟道(6)内还布置有测点群，包括hcl/h2s测点(24)、烟温测点(25)和壁温测点(26)；所述数据柜(17)与测点群、烟气挡板(18)、电动机(19)通过信号线相连；所述一次风喷嘴(21)、二次风喷嘴(22)与电动调节阀门(20)、电动机(19)相连接，一次风喷嘴(21)和二次风喷嘴(22)分别布置在炉膛(2)底部和炉膛(2)后拱区；所述脱酸塔(14)通过风管与水平烟道(6)、烟气挡板(18)、引风机(15)和烟囱(16)相连；所述三烟道(5)底部布置有来自脱酸塔(14)的烟气通道，通过烟气挡板(18)来控制再循环烟气流量；

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，其特征在于：所述hcl/h2s测点(24)布置在水平烟道(6)入口处；所述壁温测点(26)布置在蒸发器ⅰ(7)、高温过热器(8)、中温过热器(9)、两级低温过热器(10)、蒸发器ⅱ(11)和三级省煤器(12)各换热器受热面表面；所述烟温测点(25)布置在水平烟道(6)内各换热器与炉体的间隙处。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，其特征在于：所述hcl/h2s测点(24)、烟温测点(25)和壁温测点(26)为直径8～12mm的圆形测点；hcl/h2s测点(24)布置有h2s、hcl同步在线监测装置。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，其特征在于：所述在线监测和预防系统能够在线预测蒸发器ⅰ(7)、高温过热器(8)、中温过热器(9)、两级低温过热器(10)、蒸发器ⅱ(11)和三级省煤器(12)各换热器受热面管壁的剩余壁厚，用原始管壁厚度减去腐蚀厚度，即为剩余壁厚；管壁腐蚀厚度计算模型，采用如下公式：

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，其特征在于：来自脱酸塔(14)的再循环烟气量占总烟气量的0-30％。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，其特征在于：燃烧工况调整通过炉膛(2)内炉排(23)高度和分别布置在炉膛(2)底部和后拱处的一次风喷口(21)、二次风喷口(22)来实现。

7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，其特征在于：当各换热器受热面不超温，仅仅是h2s、hcl浓度超标时，通过调整垃圾池的原料配比，改善入炉垃圾的硫、氯元素含量，进而减小易腐蚀区域h2s、hcl浓度。

技术总结本发明公开了一种垃圾焚烧炉受热面高温腐蚀在线监测和预防系统，该系统包括垃圾焚烧炉本体、测点群、数据柜、烟气挡板、电动机、一次风喷嘴、二次风喷嘴、脱酸塔、引风机和烟囱组成。所述垃圾焚烧炉本体包括炉膛、一通道、二通道、三通道和水平烟道；所述水平烟道下方布置有冷灰斗，水平烟道内依次布置有蒸发器Ⅰ、高温过热器、中温过热器、两级低温过热器、蒸发器Ⅱ和三级省煤器；所述水平烟道内还布置有测点群，包括HCl/H<subgt;2</subgt;S测点、烟温测点和壁温测点；所述数据柜与测点群、烟气挡板、电动机通过信号线相连；所述一次风喷嘴、二次风喷嘴与电动调节阀门、电动机相连接，分别布置在炉膛底部和炉膛后拱区；所述脱酸塔通过风管与水平烟道、烟气挡板、引风机和烟囱相连。本发明通过数据柜将测点信号转化为管壁减薄值，可以用于预测换热器管壁寿命，具有可在线监测，实时反馈等优点，能够有效预防垃圾焚烧炉爆管事故。技术研发人员：熊小鹤,周寅聪,阮仁晖,谭厚章受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12