楊福強，梁五洲，侯麗萍

（1.山西漳電蒲洲熱電有限公司，山西 永濟(jì) 044550；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；3.山西華仁通電力科技有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

山西某電廠2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)超臨界直流鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)設(shè)計的超臨界鍋爐。鍋爐爐型是HG-1205/25.4-YM1型[1]，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣的∏型鍋爐。燃燒器采用前后墻對沖燃燒方式，采用5臺中速磨煤機，前墻布置3層煤粉燃燒器，后墻布置2層煤粉燃燒器，每層各有4只低NOx旋流燃燒器，共20只燃燒器。在最上層煤粉燃燒器上方，前后墻各布置2層燃燼風(fēng)燃燒器，前后墻各8只，共16只燃燼風(fēng)燃燒器。燃燒器中的空氣分為4股，即中心風(fēng)、一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)。一次風(fēng)攜帶煤粉通過一次風(fēng)入口彎頭進(jìn)入旋流煤粉燃燒器，再經(jīng)帶濃縮結(jié)構(gòu)的一次風(fēng)管進(jìn)入爐膛。燃燒器分內(nèi)層和外層調(diào)風(fēng)器，少量的內(nèi)層二次風(fēng)作引燃煤粉用，而大量的外層二次風(fēng)用來補充已燃燒煤粉燃燼所需的空氣。內(nèi)、外層二次風(fēng)具有相同的旋轉(zhuǎn)方向。內(nèi)二次風(fēng)旋流拉桿調(diào)節(jié)范圍0～260 mm，刻度越小，旋流強度越強；外二次風(fēng)旋流葉片調(diào)節(jié)范圍0～60°，開度越大，旋流強度越強；內(nèi)、外二次風(fēng)分配拉桿范圍為0～260 mm，刻度越小，內(nèi)二次風(fēng)量越小。采用這種分級送風(fēng)的方式，不僅有利于煤粉的著火和穩(wěn)燃，同時也有利于控制火焰中NOx的生成。

由于煤源緊張、煤價上漲，該電廠2018年初開始燃用劣質(zhì)煤及摻燒煤泥，運行約4個月后，鍋爐右墻燃燒區(qū)域大面積結(jié)焦，結(jié)焦厚度達(dá)3 m左右，掉焦砸漏水冷壁管造成鍋爐停機事故。停機檢修期間發(fā)現(xiàn)左、右墻水冷壁大面積高溫腐蝕，更換水冷壁管約3 000 m。水冷壁結(jié)焦和高溫腐蝕嚴(yán)重影響了機組的正常運行，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會影響。

1 側(cè)墻水冷壁結(jié)焦及高溫腐蝕的原因分析

亞臨界以上參數(shù)的大型電站鍋爐水冷壁溫較高,低NOx分級燃燒技術(shù)的應(yīng)用使主燃燒區(qū)域處于貧氧狀態(tài)，往往導(dǎo)致嚴(yán)重的高溫腐蝕。分析哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)設(shè)計的2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)超臨界直流鍋爐，其側(cè)墻水冷壁結(jié)焦及高溫腐蝕的原因如下。

第一，發(fā)生水冷壁結(jié)焦和高溫腐蝕的內(nèi)因條件是燃用劣質(zhì)高硫煤和煤泥。高硫煤是指含硫量大于3%的煤。煤燃燒時產(chǎn)生的SO2，在正常情況下大約0.5%～1%會氧化成SO3，如果溫度足夠低，SO3吸附在飛灰上易使水冷壁結(jié)焦。該電廠燃用劣質(zhì)高硫煤是造成水冷壁高溫腐蝕的主要因素。煤泥是原煤生產(chǎn)過程中的附屬物，由于煤泥成本低，摻燒煤泥可降低煤粉鍋爐的發(fā)電成本，其實摻燒煤泥對鍋爐的經(jīng)濟(jì)性及安全性影響很大。另外，煤泥的堿性氧化物含量高，高溫、缺氧狀態(tài)下使灰熔點降低，這是水冷壁結(jié)焦的主要因素。

第二，燃燒器配風(fēng)不均，側(cè)墻水冷壁附近區(qū)域為還原性氣氛，這是造成水冷壁結(jié)焦和高溫腐蝕的外因條件。在分級配風(fēng)低氮燃燒方式下，燃燼風(fēng)比例占總風(fēng)量的21%左右，燃燒器區(qū)域粉多風(fēng)少，氧的體積分?jǐn)?shù)平均在1%左右[2]。若燃燒器配風(fēng)不均勻，必然使局部區(qū)域缺氧燃燒狀態(tài)，導(dǎo)致局部形成強還原性氣氛。試驗證明，燃用高硫煤時，當(dāng)氧的體積分?jǐn)?shù)低于1%，H2S含量就會急劇增加，當(dāng)H2S的體積分?jǐn)?shù)大于0.01%時，就會對水冷壁產(chǎn)生腐蝕。另外，煤灰的堿性氧化物對灰熔點的影響還與煙氣的性質(zhì)有關(guān)，還原性氣氛中，灰熔點隨堿性成分的增加而迅速下降。

冷態(tài)通風(fēng)試驗結(jié)果顯示，前后墻布置對沖燃燒方式的大風(fēng)箱，風(fēng)箱和爐膛差壓中間大兩端小，造成中間燃燒器配風(fēng)量大，兩端燃燒器配風(fēng)量小，燃燒過程中容易在側(cè)墻水冷壁附近形成還原性氣氛。同層4只燃燒器二次風(fēng)流速如圖1所示。

圖1 同層4只燃燒器風(fēng)速曲線

第三，鍋爐設(shè)計煤種為煙煤，改為燃用劣質(zhì)煤并摻燒煤泥后，燃燒條件發(fā)生較大變化，煤粉燃燒器在及時著火方面已經(jīng)不能滿足要求。特別是靠近側(cè)墻的燃燒器處于燃燒區(qū)域邊緣，煙氣溫度偏低，燃用劣質(zhì)煤容易造成著火時間推遲，燃燒的碳顆粒沖刷壁面形成高溫、缺氧氣氛，使水冷壁發(fā)生結(jié)焦和高溫腐蝕。

第四，其他方面。一是一次風(fēng)管道布置可能不合理，彎頭角度過大；二是燃燼區(qū)域積灰太多；三是燃燒器之間存在無組織漏風(fēng)現(xiàn)象；四是燃燒器噴口可能有磨損。這些都有可能造成側(cè)墻水冷壁結(jié)焦及高溫腐蝕。

2 側(cè)墻水冷壁結(jié)焦及高溫腐蝕的解決措施

2.1 實現(xiàn)同層燃燒器均等配風(fēng)

將中間2只燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口封堵6%截面積，增加進(jìn)風(fēng)沿程阻力，實現(xiàn)同層燃燒器均等配風(fēng)，緩解側(cè)墻水冷壁附近缺氧狀態(tài)。同樣試驗條件下，測量改造后同層4只燃燒器二次風(fēng)速，結(jié)果如圖2所示。

圖2 改造后同層4只燃燒器風(fēng)速曲線

經(jīng)過改造中間2只燃燒器二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)通流面積，增加其流動沿程阻力后，有效抵消了風(fēng)箱沿寬度方向上的靜壓差，達(dá)到了同層2只噴燃器配風(fēng)量基本平衡的目的。

2.2 改進(jìn)靠近側(cè)墻的燃燒器

改進(jìn)靠近側(cè)墻的燃燒器，使其有利于劣質(zhì)煤的著火和燃燼。工程上對A1、A4、B1、B4、C1、C4、D1、D4、E1、E4等10只燃燒器進(jìn)行了改進(jìn)，主要有以下幾個方面。一是增大內(nèi)、外二次風(fēng)噴口擴(kuò)角，可增大回流區(qū)的煙氣回流質(zhì)量，推遲二次風(fēng)與煤粉的匯合點，有利于煤粉的提前著火和燃燼。二是前移內(nèi)二次風(fēng)旋流葉片0點位置，增強內(nèi)二次風(fēng)的旋流強度。三是前移煤粉濃縮器位置，使?jié)饪s后的煤粉行進(jìn)時不會再次擴(kuò)散。四是改變穩(wěn)燃齒的位置及形狀。之前的穩(wěn)燃齒安裝在稀煤粉側(cè)，改至濃煤粉側(cè)更有利于煤粉著火；形狀改為45°角的漸變形狀，不會使?jié)饷悍圩矒艉蟀l(fā)散[3]。

3 設(shè)備改造后的應(yīng)用效果

3.1 側(cè)墻水冷壁氧量對比

數(shù)據(jù)顯示，燃燒器改造前，側(cè)墻水冷壁附近氧的體積分?jǐn)?shù)約為0.1%，屬于強還原性氣氛，容易造成灰熔點下降，進(jìn)而使水冷壁結(jié)焦。在強還原性氣氛的煙氣中，還會促使H2S氣體增加，H2S是水冷壁高溫腐蝕的主要因素。燃燒器改造后，水冷壁側(cè)墻區(qū)域煙氣中氧的體積分?jǐn)?shù)量提高到了1%左右（氧化性氣氛測試結(jié)果如表1所示）。長周期運行后檢查結(jié)果顯示，水冷壁沒有發(fā)生結(jié)焦和高溫腐蝕的情況。

表1 鍋爐改造后水冷壁附近氧化性氣氛測試結(jié)果

3.2 水冷壁金屬壁溫對比

靠近側(cè)墻的燃燒器改進(jìn)前后水冷壁金屬壁溫對比情況如圖3—圖6所示。

圖3 330 MW改造前后左墻水冷壁金屬壁溫對比

圖4 330 MW改造前后右墻水冷壁金屬壁溫對比

圖5 330 MW改造前后前墻水冷壁金屬壁溫對比

圖6 330 MW改造前后后墻水冷壁金屬壁溫對比

由圖3—圖6可以看出，改造后各水冷壁金屬溫度趨于均勻，緩解了水冷壁局部高溫的情況，有效避免了水冷壁結(jié)焦和高溫腐蝕。

3.3 各負(fù)荷下過熱蒸汽溫度及減溫水用量對比

通過對比發(fā)現(xiàn)，改造后過熱器兩側(cè)汽溫偏差有了很大改善，減溫水用量也減少了很多，不僅提高了機組效率，而且延長了過熱器的使用壽命。改造前后各負(fù)荷下過熱蒸汽溫度及減溫水用量如表2、表3所示。

表2 改造前各負(fù)荷下過熱蒸汽溫度及減溫水用量

表3 改造后各負(fù)荷下過熱蒸汽溫度及減溫水用量

4 結(jié)束語

經(jīng)過減小中間2只燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口面積，實現(xiàn)同層燃燒器均等配風(fēng)，并且對A1、A4、B1、B4、C1、C4、D1、D4、E1、E4等10只靠近側(cè)墻的燃燒器進(jìn)行技術(shù)升級，使其更適用于劣質(zhì)煤的燃燒。項目實施后，鍋爐水冷壁的結(jié)焦和高溫腐蝕得到顯著改善，達(dá)到了預(yù)期效果。