華潤電力（菏澤）有限公司 劉瑞敬 王愛軍 西安熱工研究院有限公司 朱晉永 梅振鋒

華潤電力（菏澤）有限公司裝設(shè)兩臺645 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，鍋爐為超超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的P型直流爐。鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，5層燃燒器采用前3后2布置。機組自投產(chǎn)以來，多次發(fā)現(xiàn)側(cè)墻區(qū)域出現(xiàn)較為嚴(yán)重的水冷壁高溫腐蝕問題，嚴(yán)重影響鍋爐運行[1]，因此進(jìn)行了大面積的換管處理。為緩解對沖燃燒鍋爐側(cè)墻水冷壁高溫腐蝕問題，進(jìn)行熱二次風(fēng)系統(tǒng)流場優(yōu)化技術(shù)研究[2]。

1 優(yōu)化內(nèi)容

圖1為現(xiàn)有二次風(fēng)系統(tǒng)布置示意圖。二次風(fēng)系統(tǒng)沿鍋爐中心線布置，圖中僅示出一半。表1為現(xiàn)有風(fēng)道布置下的燃燒器及OFA噴口風(fēng)量結(jié)果統(tǒng)計。數(shù)值模擬結(jié)果表明，燃燒器區(qū)爐膛寬度方向上，靠側(cè)墻的二次風(fēng)流量明顯低于爐膛中間的二次風(fēng)流量，平均偏低5.5%，預(yù)計滿負(fù)荷時，當(dāng)爐膛中間氧量為2.5%時靠側(cè)墻的氧量約為1.6%。熱態(tài)下，尤其要注意靠側(cè)墻區(qū)域的煤粉不完全燃燒和水冷壁高溫腐蝕；燃盡風(fēng)區(qū)爐膛寬度方向上，靠側(cè)墻的二次風(fēng)流量明顯低于爐膛中間的二次風(fēng)流量，平均偏低4.6%，尤其要注意靠側(cè)墻區(qū)域的CO不完全燃燒。

圖1 現(xiàn)有二次風(fēng)道及風(fēng)箱布置示意圖

表1 現(xiàn)有風(fēng)道布置下的燃燒器及OFA噴口風(fēng)量統(tǒng)計

為解決靠側(cè)墻區(qū)域燃燒缺風(fēng)問題，進(jìn)行二次風(fēng)流場優(yōu)化，通過靠側(cè)墻燃燒器及燃盡風(fēng)內(nèi)、外二次風(fēng)環(huán)形進(jìn)風(fēng)改造，提升靠側(cè)墻區(qū)域的整體風(fēng)量，加強靠側(cè)墻燃燒器的煤粉燃燒，減少煤粉顆粒對側(cè)墻水冷壁的沖刷，控制側(cè)墻水冷壁近壁處還原性氣氛，控制靠兩側(cè)區(qū)域的CO排放濃度。表2為二次風(fēng)流場優(yōu)化后的燃燒器及OFA噴口風(fēng)量結(jié)果統(tǒng)計。數(shù)值模擬結(jié)果表明，優(yōu)化后燃燒器區(qū)爐膛寬度方向上，靠側(cè)墻的二次風(fēng)流量明顯提高，與爐膛中間的二次風(fēng)流量的比值從94.5%提升至112.0%；燃盡風(fēng)區(qū)爐膛寬度方向上，靠側(cè)墻的OFA風(fēng)流量也得到了明顯提升，與爐膛中間的二次風(fēng)流量的比值從95.4%提升至113.6%。

表2 優(yōu)化后風(fēng)道布置下的燃燒器及OFA噴口風(fēng)量統(tǒng)計

2 應(yīng)用效果

現(xiàn)場實施改造后，依據(jù)等截面網(wǎng)格的原則[3-4]進(jìn)行了冷態(tài)下燃燒器及燃盡風(fēng)噴口風(fēng)速測試（表3）。測試結(jié)果表明，優(yōu)化后，相同拉桿位置狀態(tài)下二次風(fēng)風(fēng)量分配總體為中間低、兩邊高，主燃區(qū)靠兩側(cè)二次風(fēng)量比中間高出18.1%，燃盡風(fēng)區(qū)靠兩側(cè)二次風(fēng)量比中間高出11.6%，風(fēng)量分配相對合理。

表3 燃燒器及燃盡風(fēng)內(nèi)、外二次風(fēng)風(fēng)速冷態(tài)測試結(jié)果

熱態(tài)下，對省煤器出口CO分布及側(cè)墻水冷壁還原性氣氛進(jìn)行了測試。圖2所示為改造后630MW負(fù)荷工況省煤器出口O2和CO分布?？煽吹礁脑旌笫∶浩鞒隹诳總?cè)邊缺風(fēng)問題得到明顯改善，截面平均氧量為3.5%，側(cè)邊氧量最低值提升至3.3%以上，截面CO濃度平均值控制在107μL/L以下，側(cè)邊CO濃度最高值控制在200μL/L以下。入爐煤種平均含硫量為0.7%，表盤運行氧量控制在3.0%。改造前僅在上層燃燒器標(biāo)高區(qū)域設(shè)置了側(cè)墻水冷壁還原性氣氛測孔。對比結(jié)果表明，630MW負(fù)荷工況改造前CO和H2S濃度分別為47000μL/L和224μL/L；改造后濃度顯著下降，CO濃度降低至29000μL/L，降幅為38%，H2S濃度降低至147μL/L，降幅為34%。

圖2 改造后630MW負(fù)荷省煤器出口O2和CO分布

表4 改造前側(cè)墻水冷壁還原性氣氛測試結(jié)果(630MW)

表5 改造后側(cè)墻水冷壁還原性氣氛測試結(jié)果(630MW)

綜上，熱二次風(fēng)系統(tǒng)流場優(yōu)化技術(shù)能有效解決對沖鍋爐靠側(cè)墻區(qū)域燃燒缺風(fēng)問題，改善側(cè)墻水冷壁還原性氣氛，緩解高溫腐蝕。