華能應(yīng)城熱電有限責(zé)任公司 王 強(qiáng) 肖青云 王 偉

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，燃煤鍋爐都配有低氮燃燒器；隨著煤價(jià)的不斷上漲，摻燒高硫煤也成為必然趨勢(shì)。無論低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用還是高硫煤的摻燒，都使受熱面高溫腐蝕成為了燃煤鍋爐不可避免的共性難題。董琨、艾晨輝等分析了鍋爐燃用高硫煤的高溫腐蝕問題[1-2]；張翔等對(duì)鍋爐水冷壁高溫腐蝕進(jìn)行探討探討[3]；應(yīng)冬軍、童家麟等分析了摻燒高硫煤對(duì)鍋爐的影響及運(yùn)行優(yōu)化[4-5]；目前研究的水冷壁高溫腐蝕多位于高負(fù)荷區(qū)，水冷壁大面積普遍腐蝕。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某電廠350MW鍋爐螺旋水冷壁高溫腐蝕多集中在水冷壁爐膛吹灰器附近區(qū)域且位于水冷壁管上部的特點(diǎn)，分析了高溫腐蝕的原因并提出相應(yīng)改造方案及對(duì)策，為鍋爐的實(shí)際改造提出可行性建議，降低因螺旋水冷壁高溫腐蝕而停爐的安全隱患。

1 設(shè)備概況

某電廠350MW機(jī)組為東方電氣股份有限公司生產(chǎn)的DG1130/25.4-II2超臨界對(duì)沖燃燒直流爐，燃燒器采用東方鍋爐股份有限公司自行設(shè)計(jì)的外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器，爐膛水冷壁分上下兩部分，下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏，上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏，螺旋段水冷壁盤繞管圈的傾角為15.7041°，管子節(jié)距為55mm，采用六頭上升角60°的內(nèi)螺紋管，管子規(guī)格Φ38.1×7.5，材質(zhì)為SA-213T2。

該鍋爐檢修中發(fā)現(xiàn)，燃燒器層兩側(cè)墻中部水冷壁存在著不同程度的高溫腐蝕，爐膛吹灰器能夠吹掃到之處尤為嚴(yán)重，其管壁減薄非常明顯，已臨近最小計(jì)算壁厚，而該腐蝕與常見的腐蝕略有不同，該處高溫腐蝕發(fā)生在鍋爐螺旋上升水冷壁的每個(gè)水冷壁管的上部，其下部及表面只是非常輕微甚至無高溫腐蝕發(fā)生（圖1）。

2 導(dǎo)致高溫腐蝕的要素

根據(jù)燃煤鍋爐水冷壁發(fā)生高溫腐蝕的案例，其腐蝕原理基本為還原性氣氛下的硫化物產(chǎn)生高溫腐蝕。導(dǎo)致腐蝕的因素主要有水冷壁壁溫、入爐煤質(zhì)成分、水冷壁壁面區(qū)域的還原性氣氛等條件[6]。

金屬壁溫。水冷壁壁溫與硫化氫腐蝕速度成正比，在水冷壁溫度為410～480℃的范圍內(nèi)時(shí)，溫度每升高10℃時(shí)腐蝕速率平均增加0.4～0.5g/(m2·h)。若因水冷壁管內(nèi)部結(jié)垢或其他原因?qū)е滤浔诠軐?dǎo)熱降低，均會(huì)使水冷壁壁溫升高，加快水冷壁高溫腐蝕[7]。

入爐煤質(zhì)成分。入爐煤質(zhì)的好壞是導(dǎo)致高溫腐蝕的主要因素，煤質(zhì)成分中若揮發(fā)分低，就會(huì)導(dǎo)致著火和穩(wěn)燃困難，燃盡度差，使煤粉火焰延長(zhǎng)。部分煤粉在一、二次風(fēng)的攜帶下，會(huì)在整個(gè)爐膛水冷壁壁面附近開始燃燒，水冷壁壁面附近的煤粉燃燒時(shí)形成欠氧區(qū)，因而在水冷壁附近會(huì)形成還原性氣氛以及較高濃度的H2S，產(chǎn)生高溫腐蝕[8]。研究表明[9]，入爐煤含硫量越高高溫腐蝕越嚴(yán)重，煤質(zhì)含硫量越高、燃燒產(chǎn)生的游離態(tài)硫及帶有腐蝕性的H2S含量越高，高溫腐蝕越嚴(yán)重。

水冷壁區(qū)域還原性氣氛。爐膛主燃燒器層欠氧燃燒形成以CO為主的還原性氣氛，而還原性氣氛往往會(huì)導(dǎo)致高溫腐蝕，隨著還原性氣體CO增加，腐蝕性氣體H2S的含量也相應(yīng)迅速增加，加快高溫腐蝕[10]。

3 螺旋水冷壁高溫腐蝕原因分析

3.1 電廠實(shí)際燃用煤質(zhì)分析

原鍋爐設(shè)計(jì)煤種為70%華亭煙煤與30%鄭州貧煤的混煤，近年來受煤炭市場(chǎng)及公司能源政策的影響，該鍋爐開始摻燒高硫貧煤，其與設(shè)計(jì)煤種的煤質(zhì)對(duì)比分析為：全水份（Mt）5.02%、12.72%，空氣干燥基水份（Mad）0.42%、7.60%，收到基灰分（Aar）32.79%、17.67%，可燃基揮發(fā)分（Vdaf）19.4%7、33.02%，收到基含硫量（St,ar）3.13%、0.93%。與設(shè)計(jì)煤種相比，摻燒煤種的水分和揮發(fā)分較低，但灰分和硫分較高，硫分高達(dá)3.13%。摻燒高硫煤加快了水冷壁高溫腐蝕。

3.2 電廠水冷壁高溫腐蝕外觀檢查分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，該廠燃燒器層側(cè)墻吹灰器區(qū)域水冷壁存在著較為嚴(yán)重的高溫腐蝕現(xiàn)象，其腐蝕處特點(diǎn)非常明顯，即在水冷壁與鰭片焊接處呈現(xiàn)明顯的條形帶狀。很顯然，這種被腐蝕的條形帶是由未燃盡焦炭顆粒集落在該處后（圖2），其未完全燃燒反應(yīng)持續(xù)發(fā)生所生成的H2S等腐蝕性氣體所引發(fā)的，集落在水冷壁上的焦炭顆粒的可燃物含量越高、硫含量越高，高溫腐蝕就會(huì)越嚴(yán)重。

該鍋爐目前通常選2～3套制粉系統(tǒng)摻燒貧煤，其與煙煤的摻燒方式為爐前摻混方式，煤煙與貧煤的摻混比例為1.5：1或2：1，進(jìn)入爐內(nèi)后，煙煤搶先燃燒并消耗掉絕大部分氧量，使貧煤煤粉顆粒在燃燒初期處于未完全燃燒狀況，其燃盡過程非常遲緩，導(dǎo)致其焦炭顆?？扇嘉锖扛哂趩翁字品巯到y(tǒng)的燃燒器單純?nèi)紵毭簳r(shí)的焦炭顆粒的可燃物含量。這種焦炭顆粒集落到螺旋水冷壁上繼續(xù)燃燒，引發(fā)的高溫腐蝕及其速率將大于單純?nèi)加秘毭簳r(shí)焦炭顆粒所引發(fā)的高溫腐蝕及其速率。

由上述分析進(jìn)一步推論，鍋爐在燃用高揮發(fā)分煙煤時(shí)，燃燒初期即可達(dá)到90%以上的燃盡率，貧煤卻只有60%左右的燃盡率，當(dāng)貧煤與煙煤摻燒時(shí)其燃盡率更低，低于50%。顯而易見，高燃盡率的煙煤焦炭顆粒即便集落在水冷壁上，其引發(fā)的腐蝕速率將遠(yuǎn)小于燃用含硫量相同的貧煤焦炭顆粒集落在水冷壁上所引發(fā)的腐蝕速率，該鍋爐螺旋水冷壁高溫腐蝕與摻燒高硫貧煤關(guān)系較大。

3.3 爐膛吹灰對(duì)水冷壁高溫腐蝕的分析

由上述特點(diǎn)及分析可知，該鍋爐的高溫腐蝕主要是由未燃盡焦炭顆粒集落在水冷壁上造成的，當(dāng)腐蝕層形成后，對(duì)高溫腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展有一定的阻礙作用，其腐蝕速度應(yīng)小于金屬材料直接暴露在腐蝕氣氛中的腐蝕速度。但當(dāng)腐蝕層被吹灰蒸汽吹掃后，新的金屬壁面又直接與腐蝕氣氛接觸，如此反復(fù)其腐蝕速度遠(yuǎn)大于未吹掃處，這就是吹灰器附近水冷壁管壁減薄非常明顯的主要原因。

4 防范措施

根據(jù)水冷壁高溫腐蝕的形成因素，該鍋爐摻燒的貧煤盡量為低硫貧煤?？煽紤]采用某套制粉系統(tǒng)單獨(dú)分倉(cāng)磨制貧煤，這樣可提高貧煤煤粉顆粒初期的燃盡程度，進(jìn)而可減輕因未燃盡焦炭集落在水冷壁上而引發(fā)的高溫腐蝕的腐蝕速率。

在有高溫腐蝕發(fā)生的條形帶的鰭片上加裝特殊的小風(fēng)帽沿高溫腐蝕條形帶進(jìn)行吹掃（無需像貼壁風(fēng)那樣對(duì)水冷壁區(qū)域進(jìn)行全面的吹掃），以改善其壁面氣氛，防止高溫腐蝕。此外，如能吹掃攜帶走集落在水冷壁壁面上的焦炭顆粒，則可徹底消除該處的高溫腐蝕。與目前通用的小風(fēng)帽貼壁風(fēng)技術(shù)相比，采取這種特殊的小風(fēng)帽技術(shù)可大大減少小風(fēng)帽的數(shù)量及改造的工作量，使其具有較強(qiáng)的可操作性，同時(shí)可大大減少入爐的無組織風(fēng)量，將小風(fēng)帽技術(shù)預(yù)防高溫腐蝕的代價(jià)降到最低；對(duì)高溫腐蝕條形帶進(jìn)行防腐噴涂，即只沿高溫腐蝕的條形帶上進(jìn)行噴涂，噴涂的條形帶覆蓋住高溫腐蝕的條形帶即可，無需進(jìn)行整個(gè)水冷壁管壁的全面噴涂。

可考慮進(jìn)行該鍋爐的專項(xiàng)試驗(yàn)研究：研究適度降低燃盡風(fēng)率的可行性，以提高煤粉燃燒初期的燃盡程度，進(jìn)而減輕高溫腐蝕的程度；研究降低一次風(fēng)率的可行性，以降低鍋爐的NOx排放，抵消燃盡風(fēng)風(fēng)率降低后對(duì)NOx排放的影響；研究單套制粉系統(tǒng)單獨(dú)燃用貧煤（包括高硫貧煤）的可行性，增加貧煤燃燒初期的燃盡率，進(jìn)而減輕因其焦炭顆粒集落在水冷壁上引發(fā)的高溫腐蝕；在不影響爐膛結(jié)渣情況的條件下，研究降低吹灰頻次的可行性。最終通過試驗(yàn)研究結(jié)果得出能夠減輕爐內(nèi)高溫腐蝕、結(jié)渣及減排增效的更適用于該鍋爐的運(yùn)行方式。