摘要：某电厂#3锅炉（型号HG-1056/17.5-YM21）是350MW等级、亚临界参数、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、微负压强制循环汽包炉，制粉系统为三台双进双出钢球磨，每台磨供应两层煤粉燃烧器。主要参数是16.7MPa/541℃/541℃。为响应国家超低排放的号召，该电厂于2016年对该机组进行低氮燃烧器改造。改造主要内容：将原垂直浓淡燃烧器全部改成水平浓淡燃烧器，改造后燃烧器分上下两组；上组燃烧器的上部布置四层SOFA风喷嘴。煤粉燃烧器和SOFA风喷嘴均可做垂直方向±30°摆动。此外，SOFA风喷嘴可以水平方向±5°摆动。#3炉改造完成后于2016年12月1日点火启动，并于2016年12月27日正式完成168小时试运行。电厂在2017年5月1日份停炉检修时发现，炉膛水冷壁局部结焦并出现腐蚀减薄的现象。本文作者从燃烧器安装和燃烧调整等角度分析底单燃烧器改造和水冷壁腐蚀减薄的关系。
关键词：低氮燃烧器；改造；水冷壁腐蚀；减薄
一、问题描述
从2016年12月改造启动至2017年3月20日，#3炉负荷随生产需要在180MW~260MW之间波动。自3月20日起至5月1日停炉期间，机组长时间带300MW满负荷运行。本次停炉检查发现水冷壁高温腐蚀及结焦情况。水冷壁管原始壁厚为6.6mm，炉内检查发现四面墙均出现了不同程度的减薄。详细情况如下：（注：炉膛前墙和左墙相接角记为#1角，4个角按顺时针方向标记）
1.前墙右侧F层燃烧器喷嘴高度到最下层SOFA风喷嘴高度的区域存在轻微腐蚀、积灰，测量壁厚约6mm。
2.后墙大面积腐蚀，主要集中在OFA风喷嘴与SOFA风喷嘴中间区域，水冷壁管测量壁厚约6mm。
3.右墙中间位置C层燃烧器喷嘴高度与OFA风喷嘴高度中间区域大面积结焦，腐蚀现象不明显。焦块质地疏松，呈灰白色，用手轻触即掉落。
4.左墙偏#1角一侧E层燃烧器喷嘴至略高出OFA风喷嘴中间区域水冷壁背火侧严重减薄，测量壁厚为约3.4mm；向火侧有轻微结焦，焦层下轻微腐蚀，腐蚀程度与前墙接近。OFA风喷嘴区域向上至SOFA风上层喷嘴与屏底中间位置区域存在大量结焦现象。左墙偏#2角一侧无结焦及水冷壁管减薄现象。
二、水冷壁减薄原因分析
1.#2角一次风速偏低引起火焰射流刷墙
#2角对应水冷壁左墙和后墙连接处。按照锅炉原设计，来自#2角燃烧器的火焰射流与左墙水平方向夹角为37°，与后墙水平方向夹角为53°。表3-1列出了2016年12月燃烧调整期间某试验单位对E层燃烧器测量的热态一次风速数据。由表格可知，最上两层燃烧器#2角一次风速均偏低，同时，#3角一次风速略高于这一层风速的平均值。我们知道，在四角切圆燃烧系统中，某一高度的火焰中心是该高度上四个角的火焰射流共同影响的。在#2角风速偏低、#3角风速偏高的情况下，#2角的火焰射流会向左墙偏斜，即这一层的火焰中心向左墙偏斜，很大可能引起火焰刷墙。
火焰刷墙后，部分熔融状态的煤粉颗粒粘结在壁面上，造成水冷壁高温腐蚀并减薄。但是随着这些煤粉颗粒被水冷壁中的工质冷却，腐蚀的速率逐步降低。我们在测量壁厚时发现，结焦现象往往发生水冷壁的向火面（即直接受到火焰冲刷的一面），同时，被焦块覆盖区域的管壁减薄程度较小。
表3-1 某电厂#3炉E层燃烧器热态一次风速数据
2.#2角粉量偏高造成左墙贴壁还原性气氛偏高
为了控制锅炉出口NOx排放，炉内分级燃烧会使主燃烧区和还原区处于缺氧的还原性氛围，这会加剧水冷壁的高温腐蚀。#3炉在D层燃烧器和E层燃烧器中间区域的水冷壁上装有贴壁气氛侧点，前后墙各四个，左右墙各三个。这里选取350MW工况下的贴壁气氛浓度。
表3-3 350MW工况贴壁气氛测量浓度
从表3-3中，我们可以发现贴近左墙的CO和H2S浓度都明显高于其它几面墙。由于燃烧系统采用均等配风，所以可以排除二次风量分配不均的原因。之后，我们又从煤粉侧找原因。在各煤粉管道取样点等时等距抽取一定量煤粉，用取样煤粉质量类比各粉管煤粉浓度。
图3-1 燃烧器各粉管煤粉浓度
从图3-1中，我们可以看到，D、E、F层燃烧器的#2角煤粉浓度明显高于其它角。即上组燃烧器的#2角煤粉浓度偏高。综合E、F层燃烧器#2角一次风速偏低，这些因素使得上组燃烧器空间靠近左墙区域煤粉燃烧极度不充分，还原性气氛偏高。随着高温烟气逆时针方向旋转上行经过F层燃烧器与下层SOFA风喷嘴之间的无空气补充区，缺氧氛围加剧，水冷壁的高温腐蚀和减薄也更严重。
另外，由于制粉系统分离筛板破旧，煤粉粗细分离能力差，入炉煤的煤粉颗粒总体偏粗。这会导致火焰拖长，使大量煤粉颗粒集中在水冷壁表面附近，冲刷水冷壁并在该区域形成缺氧气氛，导致背火侧管壁腐蚀。
三、.成分复杂的入炉煤在燃烧初期存在抢风的现象
出于经济性考虑，该电厂的入炉煤为多个煤源掺配后得到的与设计煤种工业分析比较接近的混煤。然而，由于煤源过于繁多以及各煤种水分和挥发分等的差异，不同类型的煤粉在炉膛燃烧的过程中存在抢风现象。易燃煤种得到了充分燃烧，可是在总风量一定的条件下，着火特性差的煤在初期得不到充分的空气供应，这不仅加大了炉膛的缺氧氛围，更增大了飞灰和底渣的含碳量，降低锅炉效率。
四、总结
水冷壁管减薄是由水冷壁高温腐蚀和机械吹扫共同作用造成的。其中，高温腐蚀是主要的原因。在低氮燃烧器改造工程中，由于采用分级燃烧方式控制NOx生成，一般情况下，炉膛主燃烧区处于缺氧环境下。为了控制贴壁还原性气氛和高温腐蚀，建议电厂定期做好一次风调平和二次风标定等工作，确保炉膛火焰中心不偏斜，给运行人员运行和监控提供可靠依据。尽量燃用单一煤种，燃用混煤前最好联系锅炉生产厂家询问意见。
论文作者:赵东
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/13
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