对冲锅炉水冷壁高温腐蚀运行优化调整

中电神头发电有限责任公司 王 军 朱元涛 王俊山 冯美荣 蒋 华 上海明华电力科技有限公司 范辰浩

1 高温腐蚀

某电厂600MW 超临界机组锅炉为变压直流炉、一次再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、前后墙对冲燃烧方式、全悬吊结构Π 型锅炉。锅炉配有六台HP-1043型中速磨煤机，正常运行时投运五台磨煤机，一台作为备用，五台磨煤机可满足锅炉最大出力。旋流燃烧器分三层布置于锅炉前、后墙。每台磨煤机向同墙、同层的6只燃烧器供粉，共36只燃烧器。在燃烧器上方的前、后墙各布置一层NOx 喷口（燃尽风OFA），共12只NOx 喷口。下层燃烧器采用B&W 公司生产的DRB-XCL 型燃烧器，中、上层燃烧器采用申港锅炉/ABT 公司生产的梅花状喷口燃烧器；锅炉采用环形二次风箱，风箱尺寸为19m×25.5m×21m（高×宽×深）；风箱上部设有隔板将燃烧器区二次风和NOx 喷口(OFA)的供风隔开。

电厂检修人员发现上层燃烧器至燃尽风位置的炉膛左、右侧水冷壁是高温腐蚀高发区域，存在严重粘灰和气流冲刷腐蚀面形成的凹坑[1]，在该区域水冷壁左、右侧墙（标高40m 处）分别加装4个烟气取样孔，由炉前向炉后编号为A1～A4和B1～B4。600MW、450MW、270MW 负荷下测试水冷壁侧墙烟气成分CO 含量，试验采用TESTO 烟气分析仪，配套CO成分40倍稀释功能，测量上限可提高至40万ppm。

由试验结果可知：600MW、450MW、270MW负荷下测试区域的CO 平均值分别为175135ppm、147506ppm、11170ppm。由于引风机出力受限，600MW 负荷下氧量仅能维持2.2%，与设定值2.9%相差较远，测试区域CO 含量平均值17.5万ppm；而水冷壁侧墙CO 含量大于5%就极易发生水冷壁高温腐蚀。对象锅炉长期燃用高硫分煤种，在中高负荷段下水冷壁侧墙区域CO 含量达到14%以上，必然会导致水冷壁高温腐蚀[2-5]。

2 运行调整

2.1 变氧量试验

在450MW 负荷下完成变氧量O2=3.2%、3.5%、4.0%试验。随着锅炉炉膛出口氧量的提高，炉膛水冷壁侧墙烟气CO 含量由145429ppm 降低至136429ppm，空预器出口CO 含量明显降低，由892.7ppm 降至41.5ppm，见图1。适当地提高炉膛氧量可以一定程度缓解水冷壁侧墙高温腐蚀问题；但是过量提高炉膛氧量又会降低机组经济性。

图1 450MW 变氧量工况下CO含量变化趋势

2.2 风粉双介质优化分配

磨煤机可调缩孔调节：保证磨煤机各个风粉管流速不低于22m/s 的前提下，减小各层1号燃烧器（炉膛最右侧）和6号燃烧器（炉膛最左侧）对应的风粉管可调缩孔开度，即降低炉膛宽度方向上两侧墙燃烧器的一次风粉量，实现同层燃烧器中间一次风粉量大、两侧一次风粉量小的“倒碗状”对称分布。根据磨煤机热态一次风速测量结果，综合考虑水冷壁侧墙高温腐蚀以及锅炉两侧左右热偏差等因素，对磨煤机可调缩孔进行调整。

同层燃烧器二次风门偏置：锅炉同层燃烧器各二次风门开度设为同一开度，该运行方式下炉膛中心二次风送风量大、靠侧墙二次风送风量小，导致省煤器出口氧量分布为中间氧量高、两侧墙氧量低；试验结果见图2。在优化磨煤机可调缩孔的基础上，设置在运磨煤机对应靠两侧墙的1号和6号燃烧器二次风门加15%正偏置运行，增加同层两侧墙的燃烧器二次风量，实现中间开度小、两侧开度大的“碗状”配风[4]。550MW 省煤器O2=2.8%相同工况下，烟气CO 含量由优化前的187431ppm 降至154074ppm，下降17.8%。

图2 省煤器出口氧量分布（ 单位/%）

2.3 旋流强度优化设置

对象锅炉仅在上层燃烧器至燃尽风位置的侧墙水冷壁区域发现明显高温腐蚀现象。结合不同燃烧器的结构特征和着火特性，在稳定工况下，分别调整上、中、下层两侧墙燃烧器外二次风旋流强度，测试其对水冷壁侧墙烟气CO 含量，趋势见图5。说明：下层A/D 燃烧器为B&W 公司生产的DRB 型燃烧器，外二次风旋流强度区间为40～80；中层B/E、上层C/F 燃烧器为申港锅炉/ABT 公司生产的梅花状喷口燃烧器，外二次风旋流强度区间为0～28；刻度越小，旋流强度均越大。

由图3a 可知：随着上层燃烧器外二次风旋流强度的降低，上层燃烧器至燃尽风位置的侧墙水冷壁CO 含量先降低后升高，最大差值可到达2.7万ppm。这是因为旋流强度的降低可以提高外二次风的刚性，更好的实现风包粉，从而减弱水冷壁侧墙的还原性气氛[6]；但过大的提高外二次风刚性会导致对冲气流在炉膛中心发生碰撞后冲向侧墙中间区域，火焰中未燃尽的煤粉和飞灰颗粒刷墙现象明显，更容易发生水冷壁高温腐蚀。因此，对于上层燃烧器，存在最佳外二次风旋流强度。

由图3b、c 可知：随着中层和下层燃烧器外二次风旋流强度的增强，上层燃烧器至燃尽风位置的侧墙水冷壁CO 含量逐渐降低。中层燃烧器旋流强度由25增强至19，CO 含量平均降低2.9万ppm；下层燃烧器旋流强度由46增强至40，CO 含量平均降低1.5万ppm。这是因为增强中层、下层燃烧器的外二次旋流强度可以增强该区域高温烟气的卷吸能力，增强煤炭颗粒和CO 气体燃尽率，有利于上层燃烧器区域还原性气氛的缓解[7]。

完成上述工作后，在机组570MW 负荷O2=3.2%工况下测试上层燃烧器至燃尽风位置水冷壁侧墙烟气CO 含量可知：该工况下测试区域的CO平均值为10.65万ppm，与优化前600MW 负荷O2=2.2%工况下的17.5万ppm 相比降低39.2%。

3 总结

对象机组在中高负荷段下，水冷壁侧墙区域CO含量达到14万ppm 以上，特别是炉膛氧量达不到设定氧量值工况时CO 含量达到17.5万ppm，因此必然会造成水冷壁高温腐蚀；提高炉膛氧量运行、炉膛水冷壁侧墙CO 含量逐渐降低，但氧量过高会一定程度降低机组经济性；通过优化磨煤机可调缩孔开度和燃烧器二次风门设置，实现二次风“碗状”分配和一次风粉“倒碗状”分配，形成炉膛宽度方向上的风粉错配，可以有效降低水冷壁侧墙CO 含量；根据对象机组高温腐蚀情况，针对性地优化各层燃烧器外二次风旋流强度，也可以减缓高温腐蚀。综合使用上述运行调整方法，对象机组的水冷壁侧墙CO 含量可降低39.2%，有效缓解水冷壁高温腐蚀问题。