探究600MW超临界锅炉防止高温腐蚀技术改造和运行调整

蔡伟

摘要：本文主要探究600MW超临界锅炉防止高温腐蚀技术改造和运行调整。研究过程中，以某600MW超临界旋流燃烧锅炉为例，分析其高温腐蚀原因在于H2S浓度及CO浓度较高，以此为研究基础，从燃烧器与前后墙两方面进行技术改造，做好运行调整措施，以期为相关工作者提供有益借鉴。

关键词：超临界锅炉;高温腐蚀;技术改造;运行调整

前言：

随着国家对于环保提出了更高要求，为控制NOx生成，锅炉通常应用炉后烟气脱硝结合炉内脱硝的改造模式，采取低氮燃烧器技术，由于主燃烧器运行于欠氧位置，增强水冷壁近壁位置还原性气氛，导致水冷壁受到高温腐蚀，消减了水冷壁管厚度，易造成爆管。因此，以600MW超临界锅炉为例，积极优化其结构，改善不足之处，提升整体运行生产效率，避免高温腐蚀，以确保电站能够稳定运行。

一、高温腐蚀原因分析

某600MW超临界旋流燃烧锅炉应用前后墙对冲燃烧模式，锅炉为平衡通风、单炉膛、固态排渣，配置相应湿式排渣系统，HT-NR3型低NOx燃烧器，前后墙对称设置，且不知燃尽风喷嘴，采取东胜煤为燃烧用煤。锅炉主要参数为炉膛宽度22.1662m，深度为15.845m，蒸发量为1940t/h，燃烧器水平中心距离3037mm，侧墙中心与燃烧器距离3450mm[1]。在600MW运行负荷及2.31%常规运行氧量下，测量H2S、CO、烟气带粉量，可知CO浓度超过10000µL/L，H2S浓度则超过260µL/L。水冷壁在强还原性氛围内，在高温烟气下提高了壁面温度，火焰与炉墙相接近后，邻近壁面区域构成还原性气氛，将灰的熔点温度降低，提高了结渣过程，导致管表面出现高温腐蚀。H2S浓度在100µL/L以上同样会造成高温腐蚀。

二、超临界锅炉防止高温腐蚀技术改造

1.确定改造目标

锅炉原本设计中应用主燃烧区化学当量比较小，且注重控制助燃器分级燃烧，在将排放NOx浓度降低下，也造成了水冷壁侧墙还原性气氛导致高温腐蚀，技术改造中需对该情况高度关注，保证锅炉运行安全性，兼顾降低排放的NOx浓度[2]。所以，改造中侧重于侧墙燃烧系统，以免改造整体燃烧系统影响NOx的减排。具体改造目标如下：

（1）锅炉水冷壁墙壁面两侧改善腐蚀性气氛，C体积分数在0.2%以下，H2S体积分数在100µL/L以下，为炉膛水冷壁运行提供长期保障。

（2）不產生大面积燃烧器烧损或大面积结渣情况。

（3）排放NOx浓度在400mg/m³以下。

（4）锅炉受热面管壁温度在范围内，热效率与运行参数在改造之前，锅炉出力，且对整体锅炉性能无影响。

2.具体改造内容

在改造过程中，根据600MW锅炉情况，分别进行燃烧器与后墙改造。其中，燃烧器改造主要是改造同侧靠墙燃烧器，墙前后有12个燃烧器，约为总数1/3，通过加强风包粉流场结构及燃烧强度，将侧墙燃烧器火焰还原度减少。主要措施是改造外二次风导流筒扩散角，从遗忘的45°转变为35堵，且增加水冷壁扩锥35°，基于原设计基础将一次二次风提前混合，减少扩散外二次风范围，进而将单体燃烧器分级燃烧度弱化，避免过度还原气氛[3]。并且，改造整体燃烧器稳焰环，将二次风同流面积增加10%，加强风包粉效果，将二次风导流筒长度切下1/3长度，使其能够提前对一次风机内二次风进行影响，提前着火，使得锅炉燃烧愈发充分;在前后墙改造中，与侧墙相距815mm位置贴上壁风喷口，共贴直径为D430mm的12个，布置各支管管路手动对非金属膨胀节与蝶阀进行调节，以二次风箱母管为风源，保证无论何种工况均满足侧墙氧气需求。

在完成改造优化后，相较于原本设计，内二次风喷口同流面积增加10%，贴壁风率7.62%，设计贴壁风喷口流速55.m/s，送风机出口压力1.2kPa，环境20℃温度下，贴壁风喷口流速在23m/s左右，且流速喷射后逐渐衰减，可满足锅炉运行要求。

三、超临界锅炉防止高温腐蚀运行调整

1.燃尽风开度调整

燃尽风开度从70%向50%调整，不同高度近壁区大幅度降低了还原性气体体积分数，降低CO体积分数31%，降低H2S体积分数30%，O2体积分数提高，可知在总风量不变下，将燃烧器区氧量增加，燃尽风率降低，即可有效减少水冷壁还原性气体，避免水冷壁产生高温腐蚀，促进机组稳定运行。

2.运行氧量调整

运行中氧量从2.3%提升至2.8%，增加运行氧量后，降低CO体积分数15.4%，降低H2S体积分数26%，O2体积分数提高，可知运行氧量整体提高能够减少水冷壁还原性气体，促进机组稳定运行。

总结：

综上所述，600MW超临界锅炉运行中，由于自身性质问题，易出现燃烧区两侧水冷壁产生大面积高温腐蚀，构成安全隐患。因此，可结合实际情况，分析高温腐蚀原因进行技术改造，且动态调整燃尽风开度与运行氧量，避免水冷壁高温腐蚀，从而为机组运行提供保障。

参考文献：

[1]吕当振，宾谊沅，李文军，蒋森年，曾俊，刘帅，陈文，谢国鸿.600MW超临界机组锅炉轴流风机并列与过程控制技术[J].中国电机工程学报，2020，40（17）：5574-5583.

[2]黄宣，陈辉，戴维葆，蔡培.600MW超临界前后对冲锅炉降低水冷壁高温腐蚀影响试验研究[J].电力科技与环保，2020，36（01）：44-49.

[3]孙俊威，戴维葆，陈国庆，张强.600 MW超临界对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀运行优化调整[J].热能动力工程，2019，34（06）：178-183.