一种水冷壁管排及包括其的锅炉以及防高温腐蚀的方法

技术领域

本发明属于煤粉锅炉领域，涉及防高温腐蚀的水冷壁，尤其涉及一种水冷壁管排及包括其的煤粉锅炉以及防高温腐蚀的方法。

背景技术

近年来，随着锅炉向大容量、高参数发展，锅炉水冷壁温度相应提高，导致水冷壁高温腐蚀问题越趋严重。为了降低NOx的生成量，目前大多电厂采用分级送风或低氧燃烧，造成水冷壁附近的区域易形成还原性气氛，进而导致水冷壁的高温腐蚀。水冷壁减薄至一定程度将造成锅炉爆管事故，对锅炉机组的安全经济运行构成严重威胁。

煤粉锅炉火电机组水冷壁受热面所处环境恶劣，水冷壁在沉积的煤灰中发生腐蚀是缺氧条件下还原性与腐蚀性气体共同作用下的熔盐腐蚀，占比最多的属于硫化物型腐蚀。受热面管壁外部长期遭受含有大量未燃尽煤粉火焰的冲刷，使受热面产生高温腐蚀，导致管壁有效厚度减薄，有效承载能力下降，使基体不再具有所要求的各种良好的高温机械性能。

CN103712234A公开了一种T型水冷壁间的密封件，由密封鳍片A、密封鳍片B、密封鳍片C和一个半圆弧密封组成，密封鳍片A和密封鳍片B的一端分别连接在半圆弧密封的两端，密封鳍片C的一端则连接在半圆弧密封中部顶端。密封鳍片A和密封鳍片C之间的夹角、密封鳍片B和密封鳍片C之间的夹角为均为90°。半圆弧密封的直径等于水冷壁管的直径。半圆弧密封、密封鳍片A、密封鳍片B、密封鳍片C、水冷壁管、水冷壁管鳍片之间的所有连接为焊接。

CN110030545A公开了一种防腐耐磨膜式水冷壁结构，包括膜式水冷壁本体，所述膜式水冷壁本体由若干个水冷壁管和鳍片并排焊接而成。膜式水冷壁本体的向火侧外表面上由里至外依次涂有可焊金属涂层、防腐耐磨金属涂层和无机封孔剂涂层；所述水冷壁管的向火侧外表面上点焊有使可焊金属涂层紧密结合在水冷壁管和鳍片的向火侧外表面上、以及使防腐耐磨金属涂层紧密结合在可焊金属涂层的外表面上的若干个焊点。

CN212430931U提供了一种喷涂高温耐磨防腐涂层的生物质锅炉膜式水冷壁，包括生物质锅炉膜式水冷壁的本体、喷砂涂层和陶瓷涂层。生物质锅炉膜式水冷壁的本体由水冷壁管和鳍片焊接而成；生物质锅炉膜式水冷壁的本体表面为喷砂涂层，厚度为0.6～0.7mm；喷砂涂层的外侧为陶瓷涂层，陶瓷涂层材料为Si

以上报道的专利中主要采用喷涂等耐腐蚀涂层技术，在管壁表面形成保护层，缺点是维持时间较短，喷涂费用较高，喷涂产生的气体具有毒性，易引起环境污染。因此，如何有效地降低水冷壁的腐蚀、延长使用寿命的同时，简化工艺，提高经济效果，减少环境污染成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种水冷壁管排及包括其的锅炉以及防高温腐蚀的方法，能够有效地降低水冷壁的腐蚀、延长使用寿命，且具有较高的经济效益。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种水冷壁管排，所述的水冷壁管排包括并排设置的至少三个水冷壁管，相邻两个水冷壁管之间通过鳍片连接，所述的鳍片分为S型的第一鳍片和长方形的第二鳍片，所述的第一鳍片与第二鳍片交替设置，所述第二鳍片的外壁设置有挡板，所述的挡板与第二鳍片垂直设置，所述第一鳍片的材料包括合金，所述的水冷壁管的材料包括碳素钢。

本发明提供的一种水冷壁管排中的第一鳍片采用“S”型结构，利于吸收热膨胀量，降低了鳍片与水冷壁管焊缝拉力，增大换热面积。第二鳍片外壁上挡板的设置可以缓解气流对水冷壁的冲刷，降低了发生管壁高温疲劳裂纹和超温的风险。

作为本发明一个优选技术方案，所述第一鳍片的合金材料包括铝合金、锌合金、铟合金、钛合金或镉合金中的任一种或至少两种的组合。

作为本发明一个优选技术方案，所述第一鳍片的厚度为5～10mm，例如可以是5mm、5.5mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.5mm、6.8mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、8.8mm、9mm、9.2mm、9.5mm或10mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的第一鳍片为一体成型结构。

需要说明的是，本发明中提供的第一鳍片的材质可根据具体工况，第一鳍片的材质可采用不同金属的合金。示例性地，第一鳍片全部采用同一种金属合金，或者第一鳍片的部分采用一种金属的合金，另外一部分采用另一种金属的合金的形式。

作为本发明一个优选技术方案，所述第二鳍片的材料包括碳素钢。

优选地，所述第二鳍片的厚度为5～10mm，例如可以是5mm、5.5mm、5.8mm、6mm、6.2mm、6.5mm、6.8mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、8.8mm、9mm、9.2mm、9.5mm或10mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一个优选技术方案，所述挡板的材料包括碳素钢。

优选地，所述挡板的厚度为3～6mm，例如可以是3mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.5mm、4.8mm、5mm、5.3mm、5.5mm、5.7mm或6mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一个优选技术方案，相邻两个所述水冷壁管之间的距离为10～15mm，例如可以是10mm、10.5mm、10.8mm、11mm、11.2mm、11.5mm、11.8mm、12mm、12.5mm、13mm、13.5mm、13.8mm、14mm、14.2mm、14.5mm或15mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

第二方面，本发明提供了一种包括第一方面所述水冷壁管排的锅炉，所述的锅炉包括炉体，所述炉体的至少部分表面设置有水冷壁管排，所述第二鳍片受热面侧的外壁设置有挡板，所述水冷壁管排的表面沉积有煤灰。

本发明提供的锅炉的炉体至少部分表面上设置水冷壁管排，其中水冷壁管和鳍片无缝连接，增大了换热面积，第二鳍片上的挡板能够缓解气流对水冷壁的冲刷，耐受炉膛高温及炉膛负压波动引起的应力，减小爆管事故发生概率。

需要说明的是，本发明中提供的锅炉中的挡板垂直设置于第二鳍片的受热面侧，其中，受热面是指接触火焰或烟气一侧的用于进行锅炉的热交换的金属表面，即本发明提供的挡板设置于靠近锅炉表面的一侧。挡板的设置可以缓解气流对水冷壁的冲刷，降低发生管壁高温疲劳裂纹和超温的风险。

作为本发明一个优选技术方案，所述的煤灰包括熔盐。

作为本发明一个优选技术方案，所述的熔盐包括硫酸盐、硅酸盐或钠盐中的任一种或至少两种的组合。

需要说明的是，本发明提供的锅炉中可在重点易腐蚀区域表面布置水冷壁管排，或者全炉膛均布置冷壁管排，均可起到保护作用。锅炉中煤粉燃烧时，烟气中夹带的熔化或半熔化的煤粉颗粒碰撞，凝结后沉积下来，煤灰中包括硫酸盐、硅酸盐或钠盐等具有低熔点的盐类。

第三方面，本发明提供了一种第二方面所述锅炉的防高温腐蚀的方法，所述的方法包括：

第一鳍片与相邻的水冷壁管之间形成原电池效应，其中，第一鳍片作为阳极发生腐蚀，水冷壁管作为阴极被保护，水冷壁管排表面沉积的熔盐作为原电池反应的电解质。

本发明提供的锅炉的防高温腐蚀的方法，由于第一鳍片采用的合金材料的活泼性高于碳素钢材质的水冷壁管道，且第一鳍片与水冷壁管无缝紧密焊接，以管壁上沉积的熔盐作为电解质，相当于形成了大量原电池效应。其中水冷壁管作为阴极得到保护，而第一鳍片作为阳极被腐蚀逐渐减薄。

需要说明的是，本发明中合金材料的活泼性顺序的判断依据为金属在中性溶液中的反应的标准电极电势大小，标准电极电势越小，表明活动性越强，与其他物质反应越容易。本发明提供的第一鳍片中采用的合金材料相比于水冷壁管的碳素钢材料，活泼性较高，因此更容易发生反应。

还需要说明的是，本发明提供的水冷壁管排上的第一鳍片与第二鳍片交替设置，其中，第一鳍片与相邻的两个水冷壁管之间形成原电池效应，起到保护水冷壁管的作用。而第二鳍片与水冷壁管采用相同的材料，因此不发生反应，保证第一鳍片仅与相连的两端的水冷壁管发生反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种水冷壁管排及包括其的锅炉以及防高温腐蚀的方法，由于合金材料的第一鳍片与水冷壁管无缝紧密焊接，且合金材料的活泼性高于碳素钢，在管壁沉积熔盐的条件下，会产生大量的原电池效应，作为阴极的水冷壁管受到保护而不被腐蚀。鳍片有利于吸收热膨胀量，增大换热面积。挡板的设置可以缓解气流对水冷壁的冲刷，降低了发生管壁高温疲劳裂纹和超温的风险。运行一定时间的反应后，鳍片减薄，寿命完结，此时只需更换受损的鳍片，而不必更换承受高压的水冷壁管，简化了维修工作。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式中提供的水冷壁管排的结构俯视图。

其中，1-水冷壁管；2-第一鳍片；3-第二鳍片；4-挡板。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：

在一个具体实施方式中，本发明提供给了一种水冷壁管排，如图1所示，所述的水冷壁管排包括并排设置的至少三个水冷壁管1，相邻两个水冷壁管1之间通过鳍片连接。鳍片分为S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3，第一鳍片2和第二鳍片3交替设置。水冷壁管1的材料包括碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为10～15mm。第一鳍片2为一体成型结构，材料包括铝、锌、铟、钛或镉中的任一种或至少两种的组合，第一鳍片2的厚度为5～10mm。第二鳍片3的材料包括碳素钢，厚度为5～10mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为3～6mm。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种包括一个具体实施方式提供的水冷壁管排的锅炉，所述的锅炉包括炉体，其中炉体至少部分表面设置有水冷壁管排。水冷壁管排相邻的两个水冷壁管1之间交替布置有第一鳍片2和第二鳍片3，第二鳍片3的受热面侧的外壁垂直设置有挡板4。水冷壁管排的表面沉积有煤灰，煤灰成分包括硫酸盐、硅酸盐或钠盐中的任一种或至少两种的组合的熔盐。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种一个具体实施方式提供的锅炉的防高温腐蚀的方法，具体包括：

通过采用不同材质的第一鳍片2与水冷壁管1，第一鳍片2与相邻的水冷壁管1之间形成闭合回路原电池，其中，第一鳍片2作为阳极发生腐蚀，水冷壁管1作为阴极被保护，水冷壁管排表面沉积的熔盐作为原电池反应的电解质。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为15mm。第一鳍片2全部采用铝合金，厚度为5mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为5mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为6mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为14mm。第一鳍片2全部采用锌合金，厚度为6mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为6mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为5mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为13mm。第一鳍片2全部采用铟合金，厚度为7mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为7mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为4mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为12mm。第一鳍片2全部采用钛合金，厚度为8mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为8mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为4mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为10mm。第一鳍片2全部采用镉合金，厚度为10mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为10mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为3mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为15mm。第一鳍片2全部采用铝钛合金，厚度为5mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为5mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为6mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为14mm。第一鳍片2全部采用铝锌合金，厚度为6mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为6mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为5mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为15mm。其中两个第一鳍片2采用铝合金，其余采用锌合金，厚度均为5mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为5mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为6mm。

本实施例中提供了一种水冷壁管排，包括并排设置的九个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为15mm。其中两个第一鳍片2为锌合金，其余采用钛合金，厚度均为5mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为5mm。第二鳍片3的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为6mm。

本实施例中提供了一种锅炉，其炉体的重点易腐蚀区域布置着水冷壁管排。其中水冷壁管排包括并排设置的十三个水冷壁管1，相邻的两个水冷壁管1之间交替的布置有S型的第一鳍片2和长方形的第二鳍片3。水冷壁管排的表面沉积有硫酸盐。水冷壁管1采用碳素钢，相邻两个所述水冷壁管1之间的距离为15mm。第一鳍片2采用铝合金，厚度为5mm。第二鳍片3采用碳素钢，厚度为5mm。第二鳍片3的受热面侧的外壁垂直设置有碳素钢材质的挡板4，厚度为6mm。

本发明提供的水冷壁管排及包括其的锅炉以及防高温腐蚀的方法，由于不同材质的第一鳍片2与水冷壁管1无缝紧密焊接，且合金材料的活泼性高于碳素钢，在管壁沉积熔盐的条件下，会产生大量的原电池效应，作为阴极的水冷壁管1受到保护而不被腐蚀。挡板4的设置可以缓解气流对水冷壁管1的冲刷，降低了发生管壁高温疲劳裂纹和超温的风险。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。