600MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析及处理

摘要：介绍了某600MW超临界锅炉高温腐蚀状况，通过增加锅炉水冷壁贴壁风，通过燃烧试验结果以及锅炉冷热态试验分析得出水冷壁侧墙壁面强还原性氛围得到有效控制，达到降低锅炉水冷壁高温腐蚀目的。

关键词：超临界锅炉;水冷壁;高温腐蚀;燃烧器

一、概述

某电厂600MW超临界锅炉存在严重的水冷壁高温腐蚀问题。2012年7月份，委托西安热工院对#1、2炉进行燃烧调整试验，发现两侧墙水冷壁煤粉气流刷墙情况严重，贴壁呈现强还原性气氛，摸底工况下燃烧器至燃烬风区域侧墙含氧量均小于0.3%，CO含量大于10000ppm，H2S含量大于1200 ppm，NOx排放量小于300 mg/Nm3。

比对同为前后墙对冲燃烧方式的电厂，燃烧系统使用三井巴布科克LNASB燃烧器，多年运行均未出现水冷壁高温腐蚀问题。其燃烧器结构与HT-NR3燃烧器相比，二次风和中心风的通流面积很大，燃烧器区域燃烧较充分，缺氧脱氮深度不及东方日立HT-NR3燃烧器。该厂的NOx排放量大于500 mg/Nm3，但是通过调整二次风挡板开度，NOx的排放量可控制不超过450 mg/Nm³。

鉴于通过运行调节无法降低水冷壁贴壁还原性气氛，需要采取其他措施控制解决。

二、燃烧调整情况介绍

#1锅炉入炉煤质年度平均含硫量为0.6%，在锅炉水冷壁高温腐蚀专项调整试验中，主要针对还原性气氛和煤粉气流刷墙进行，试验中以还原性气体H₂S和CO、壁面附近氧浓度、贴壁面煤粉量为参考指标。

（1）摸底工况，在两侧墙高温腐蚀最严重区域共装设15个测点（即中层燃烧器标高至炉膛下层吹灰器标高），测试表明两侧墙贴壁氧量均在0.1%～0.3%，CO和H₂S浓度较大，大部分已经超过仪器仪表量程（CO 和H₂S量程上限分别为10000ppm和 1203ppm），且抽出气体中含有大量煤粉，两侧墙煤粉气流刷墙严重，NO_x排放量为217mg/Nm³。

（2）外二次风旋流调整试验，在运行氧量不变前提下外二次风开度为100%/50%/30%/30%/50%/100%。将空气由中间压向两侧，然而效果并不明显，主要原因为锅炉设计中燃烬风占二次风总量较高，BMCR工况下达38%，空气分级程度较大，炉内整体还原性气氛浓厚。

（3）燃烬风份额试验，将燃烬风挡板开度分别为100%、70%、50%，降低燃烬风份额，加大主燃区空气供给量，结果显示侧墙附近氧量有所上升，CO和H₂S还原性气体浓度有所减少，大部分测点抽出煤粉量大幅减少，NO_x排放量有小幅增加，燃烬风调整对改善壁面气氛和缓解煤粉刷墙作用较大。然而，在燃烬风开度为50%，由于风箱调节节流作用，导致送风机电流和出口风压大幅增加，说明燃烬风在二次风中所占份额较大，其风门开度变化对送风机相关参数构成很大程度影响，燃烬风开度受风机性能特性影响深度调节有限。

（4）投磨方式试验，由五台磨运行改为六台磨运行后，二次风压降低较为明显，进而其入炉射流刚性变差，气流速度迅速衰减，风包粉效果减弱，煤粉颗粒更易离析，而五台磨运行中虽然还原性气氛没有彻底改善，但煤粉刷墙已明显减弱。

（5）高氧量试验，即提高运行氧量后，水冷壁侧墙附近氧量有所升高，CO浓度依然较大，超出测量仪表量程，抽出煤粉量较大，但H₂S浓度有所降低，说明提高运行氧量对解决煤粉刷墙和根本性降低CO浓度影响不大。

（6）综合治理试验（兼一次风压调整试验），根据上述试验遴选出最优参数，适当调节一次风压，由8.2 kPa降至7.9 kPa，仅个别测点有少量煤粉抽出外，其余测点均无煤粉，表明煤粉刷墙得以解决，H₂S浓度相比五台磨运行时有所减小，但还原性气氛仍然浓厚。

水冷壁高温腐蚀专项试验结果显示，通过诸多调整手段后煤粉刷墙基本得以消除，但炉内还原性气氛未能得到根本的改善，燃烬风占二次风总量份额偏大，对于高温腐蚀乃至锅炉运行长期安全性存在较大影响。

三、改造方案

为了减轻锅炉的高温腐蚀，对燃烧器从以下四方面进行改造调整：

1、增加燃烧器内二次风通流面积

燃烧器内二次风在稳焰环“筋”肋处通流面积较小，通过减少稳焰环“筋”肋数量和通流端面厚度，增加内二次风量。稳焰环改造前后截面形状如下图所示：蓝图为原稳焰环截面形状，红色部分为拟改造的形状。

图1 燃烧器改造示意

改造后主燃烧器区域二次风量增加，弱化炉膛分级燃烧效果，内二次风量增加使着火提前且燃烧更充分，可改善炉内强还原性气氛，缓解水冷壁高温腐蚀。

对于燃烧器改造后带来的NOx排放量增大，需要运行中通过燃烧器二次风量的配比调整，寻求安全运行和环保排放的平衡点，使得壁面氛围得到改善同时又将NOx排放量控制不超过400 mg/Nm3。

2、外二次风导流筒改造

（1）将导流筒扩锥角度从45°调整至35°，降低外二次风的扩散范围和二次风提前混合，使外二次风向燃烧器喷射中心集中;

（2）切割导流筒深度，将燃烧器外二次风导流筒轴向长度减小1/3，旋流外二次风提前对内二次及一次风产生影响。

3、增加贴壁风

在前后墙下层燃烧器标高以下1米距离侧墙1米处开圆形喷口Φ400共6个，类似侧燃烬风，气流前后对冲布置，贴壁风由二次风箱总管引入，确保下层燃烧器停运时贴壁风连续形成。贴壁风覆盖区域较弱时，可在中、上层燃烧器标高以下再布置一层贴壁风，使下游水冷壁区域形成一层覆盖表面的空气膜，防止高温腐蚀产生。

四、改造后冷态试验分析

改造后进行了侧墙壁面水平风速测量。选择测点与侧墙壁面间隔10cm，沿着炉膛深度方向两测点间隔约1m，测量结果见图2，壁面附近水平风速在贴壁风射流喷口较低，随着沿炉膛深度方向，流速呈现增大的趋势，在炉膛中央区域风速能达到5m/s以上，这是因为射流过程中贴壁风气流逐渐扩散引起的。

图2 侧墙壁面水平风速测量结果

五、改造后热态试验分析

600MW负荷下投入5层燃烧器运行，在工况稳定后对水冷壁壁面气氛进行测量。改造后水冷壁不同燃烧器层侧墙中部CO平均浓度为228 mg/m³，H₂S浓度约为8 3mg/m³。与改造前相比，CO浓度降低了两个数量级，H₂S浓度降低到安全范围下，水冷壁侧墙壁面强还原性氛围得到有效控制。试验条件下飞灰含碳量为1.7%，锅炉效率为93.5%，主要运行参数及效率与改造前持平，锅炉总体性能良好。

六、结论

超临界对冲锅炉高温腐蚀问题从燃烧系统改造入手，通过降低锅炉水冷壁壁面还原性气氛达到控制锅炉高温腐蚀。#1锅炉燃烧系统本次通过改造前进行数值模拟计算，结果在定性上与实际运行工况结果吻合较好，通过对燃烧器改造方案和侧边风布置的实施，热态运行参数表明，水冷壁侧墙壁面强还原性气氛得到有效的改善，可为锅炉高温腐蚀防治及燃烧系统优化改造提供参考。

参考文献：

[1]柏江钊.广东粤电靖海发电有限公司#1锅炉贴壁风调整测试方案 东方锅炉股份有限公司

[2]佟晋原.广东粤电靖海发电有限公司#1、#2锅炉高温腐蚀改造初步方案.东方锅炉股份有限公司