超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施

2015-06-06孙海元

综合智慧能源 2015年7期

关键词：结焦水冷壁煤粉

孙海元

（华电潍坊发电有限公司，山东潍坊 261204）

超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施

孙海元

（华电潍坊发电有限公司，山东潍坊 261204）

针对某电厂＃4锅炉出现的高温腐蚀和结焦情况，通过分析结焦原因，提出了改造卫燃带、调节制粉系统浓淡分离器浓淡比例、调平一次风、优化低氮燃烧调整措施等改造措施。改造后锅炉运行参数满足技术要求，消除了炉膛结焦问题，保证了锅炉安全、经济运行。

超临界锅炉；高温腐蚀；结焦；卫燃带；燃烧调整

1 机组概况

某电厂＃4锅炉是由上海锅炉有限公司制造的SG-2102／25.4型超临界参数变压运行直流锅炉，单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、露天布置、固态排渣、全悬吊Π型结构，设计燃料为山西晋中地区贫煤。燃烧设备配6台BBD3854型双进双出钢球磨煤机、冷一次风机、正压直吹式制粉系统。采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS），煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。燃烧器采用垂直方向浓淡分级燃烧，主风箱下部布置6层浓煤粉喷嘴，上部布置6层淡煤粉喷嘴，分离燃尽风（SOFA）风箱布置有6层SOFA喷嘴。在6层宽调节比（WR）浓煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。在相邻2层煤粉喷嘴之间布置有2层辅助风（CFS）喷嘴，其中包括1只偏置的预置水平偏角的辅助风喷嘴和1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有2层紧凑燃尽风（CCOFA）喷嘴，下部设有1层火下风（UFA）喷嘴。在燃烧器每根煤粉管道进口处装设1个煤粉浓淡分离装置，进行煤粉浓淡分离燃烧，将分离后的浓煤粉送入炉膛下部燃烧器，淡煤粉送入炉膛上部燃烧器，煤粉和空气从四角送入，从炉顶向下看在炉膛中呈顺时针切圆方式燃烧。6台磨煤机的浓淡比例为：A磨煤机，8∶2；B磨煤机，8∶2；C磨煤机，6∶4；D磨煤机，6∶4；E磨煤机，6∶4；F磨煤机，8∶2。

为达到炉膛稳燃和提高再热汽温的目的，＃4锅炉在水冷壁每面墙布置有2种卫燃带各2片，总计16片。第1种卫燃带标高为24.6～40.7m，宽度为2.0 m，总面积为257 m2，第2种卫燃带标高为21.3～30.4m，总面积为145m2，两种卫燃带共计402m2。

2 低氮燃烧调整后出现的问题及原因分析

2.1 锅炉出现的问题

为保证锅炉达标排放，2012年10月锅炉燃烧调整方式改为二次风分级低氮配风燃烧方式，即减小浓相主燃烧区域二次风量，增加SOFA风量，保证省煤器出口NOx质量浓度＜450mg／m3（原设计为500mg／m3）。2013年5月大修停炉后，发现水冷壁存在高温腐蚀和结焦情况，腐蚀发生位置为标高38000mm处，垂直跨度2.5m，四面墙均存在高温腐蚀情况，后墙＃3角腐蚀区域管壁减薄最大，＃4角腐蚀区域面积最大。

2014年9月，＃4锅炉停炉检查时发现炉膛内高温腐蚀及结焦情况较为严重。高温腐蚀区域主要在＃2，＃3，＃4角的向火侧，标高27379～42400mm，由燃烧器延伸至锅炉中心（炉膛宽18 816mm、深17696mm），卫燃带周围尤为严重；另外，在＃2，＃3，＃4角向火侧F层SOFA燃烧器顶部（标高48 000～51000mm，宽度3m）存在轻微高温腐蚀；淡粉区域向火侧螺旋水冷壁管局部区域管壁减薄2～3mm（管子规格为ø41.3mm×6.78mm，材质为T22）。从炉膛底部21000mm处到40 000mm CCOFA区域卫燃带上都有结焦现象，四面水冷壁淡粉区域卫燃带结焦情况严重（厚度约为500mm），多只淡粉燃烧器喷口烧损。

运行过程中，＃4锅炉存在再热汽温及金属温度偏高的问题，特别是炉膛左侧受热面金属壁温较高。机组过热汽温可以通过煤水比直接调节，因此过热器金属壁温相对较容易控制；再热减温水经常作为调节再热汽温的主要手段，严重影响机组运行的经济性。

2.2 原因分析

（1）锅炉实行低氮燃烧调整措施后，在炉膛总风量不变的情况下，主燃烧区域的氧量减少了20%左右，煤粉浓度及对应负荷下的煤粉量减小，炉膛主燃烧区域缺氧严重，从CCOFA区域测量的CO质量浓度大于10000mg／L，强烈的还原性气氛为结焦和高温腐蚀创造了有利条件。SOFA区域的风量增加了20%，在主燃烧区域未燃尽的煤粉在SOFA区域继续燃烧，使得此区域炉膛温度升高（从测量数据看，70%负荷以上时此区域温度在1 350℃以上）。低氮燃烧调整方式使得炉膛火焰中心上移，由于顺时针四角切圆炉膛火焰中心向左侧炉膛偏斜，使得左侧高温受热面壁温升高，为控制受热面壁温（尤其是再热汽温）只能大量投入减温水，降低了机组的经济性。

（2）＃4锅炉燃用煤种为贫煤，挥发分低且燃尽时间长，对炉膛燃烧器区域的温度要求较高，卫燃带能有效提高卫燃带附近的烟气温度，满足各种负荷条件下的燃烧温度。但煤炭市场发生变化后，锅炉掺烧烟煤比例较大，卫燃带附近较高的烟气温度不仅为结焦提供了有利的条件，还为高温腐蚀提供了条件。从测量数据看，90%以上负荷时，炉膛主燃烧区域温度在1 300℃以上，CCOFA区域最高温度为1450℃。卫燃带结焦后也影响了一次、二次风射流的刚性，造成炉内燃烧紊乱，气流贴壁。

（3）A／B制粉系统的浓淡分离器比例不合适。A／B制粉系统浓淡比例为8∶2，浓相粉管出粉量较大，实行低氮燃烧后此燃烧区域风粉配比失调，不但会导致未燃尽的煤粉上移火焰拉长，还会使炉膛火焰中心上移。缺氧燃烧会使主燃烧区域还原性气体增加，加剧了炉膛结焦和受热面高温腐蚀。

（4）2014年9月，＃4锅炉停炉后发现多只燃烧器的一次、二次风喷口烧损变形（如图1所示），不但导致一次风粉的浓淡比例出现失调，还使得喷口出来的风粉气流发生偏转，扩大了炉膛中心的火焰，加剧了对四周水冷壁的冲刷，同时导致水冷壁结焦加剧。

3 技术改造措施

为解决锅炉水冷壁高温腐蚀和炉膛结焦问题，公司组织专家和技术人员进行了深入分析并制订了以下技术方案和运行措施。

（1）去除标高31.000～40.728m范围内的卫燃带，销钉高度磨至10mm以下，去除的卫燃带面积为155m2，提高炉膛有效辐射吸热面积，降低燃烧器区域烟气温度水平。

图1 烧损的喷燃器

采用Alstom计算程序进行计算，燃用设计煤种条件下卫燃带的辐射吸热有效系数为0.2，光管水冷壁辐射吸热有效系数为0.4，计算时考虑实际运行中再热减温水量约为15 t／h，如果要维持额定再热汽温，可计算再热减温水量与实际的差值，然后通过热平衡计算得到有效降低的再热汽温值。减少炉膛卫燃带面积相当于提高炉膛有效辐射吸热面积，减少155m2的卫燃带相当于增加80m2的水冷壁。由于卫燃带敲除后销钉无法完全磨光，因此增加的辐射面积理论上要比80 m2小，炉膛的尺寸为17.696m×18.816m，相当于水冷壁加高1.08m。从改造计算结果可以看出，不同负荷下，分隔屏入口至低温再热器出口各段烟气温度下降20～50℃，末级再热器入口汽温可下降9℃，出口汽温维持额定值时，基本不需要投减温水，能有效控制再热器金属壁温。

（2）将A，B，F制粉系统的浓淡分离器比例由8∶2调整为6∶4，目的是减少浓相喷燃器区域煤粉量，使风粉配比合适，降低底部燃烧区域火焰温度。上层煤粉浓度加大后，可在SOFA区域更好地组织燃烧，抵消卫燃带打掉后对再热汽温的影响。

（3）进行制粉系统冷态一次风调平试验及动力场试验。冷态一次风调平试验目的是在冷态工况下调平一次风速，减少气流的不平衡，防止出现刷墙现象，减少结焦的可能性。动力场试验目的是修正炉膛的假想切圆和处理贴壁风速高的问题，防止因为贴壁风速高而引起炉膛结焦。

（4）优化低氮燃烧运行措施，减小对受热面的危害。

1）机组正常运行时，维持一次风速在20～28 m／s，同层4个角风速尽量保持一致。

2）偏置风门开度要求。机组负荷小于450 MW时，偏置风门开度维持在5%～10%；机组负荷

（3）改造后锅炉高温受热面处烟气温度下降30～50℃，烟气分布更均匀，避免了烟气集中通过受热面使管道超温，提高了受热面的安全系数。过热蒸汽温度与设计值相比无明显变化，再热蒸汽温度比设计值低2～3℃，对机组经济性影响较小。表2为设计参数与卫燃带改造后参数对比，表中BMCR为锅炉最大连续蒸发量。在450～550MW时，偏置风门开度维持在10%～20%；机组负荷大于550MW时，偏置风门开度维持在20%～30%；机组负荷大于600MW时，偏置风的开度需不小于30%。

3）CCOFA风门和BCL风门的开度应大于20%。

4）SOFA风门左右摆角要求：A，B层在直吹0位；C，D，E，F层调至反切最大10°位置。