摘要：某电厂前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁管存在大面积高温腐蚀现象，根据高温腐蚀机理，分析了产生高温腐蚀的原因，有针对性地提出了防范措施，可为解决此类问题提供参考。
关键词：对冲燃烧锅炉；旋流燃烧器；水冷壁；高温腐蚀
某600MW前后墙对冲燃烧方式的超临界锅炉在大修中发现两侧墙主燃烧器区域的水冷壁发生了较为严重的高温腐蚀，在1.5年的运行时间里最大腐蚀厚度接近1mm，炉膛的前后墙水冷壁也有轻微的高温腐蚀现象。
一、对冲锅炉高温腐蚀的原因
1.煤质原因
对于燃烧劣质煤的锅炉，高温腐蚀还存在以下几方面的诱因：(1)劣质煤的着火温度高，燃烧相对困难，会出现燃烧不完全和火焰拖长的现象，易形成还原性气氛；(2)燃用劣质煤会增加制粉系统的负担，使制粉系统的分离效率下降，导致煤粉颗粒变粗；煤粉越粗，越不易燃尽，导致火焰拖长，进一步燃烧时由于缺氧而形成还原性气氛，影响煤粉的燃尽，未燃尽煤粉颗粒聚集在水冷壁附近，
加剧高温硫腐蚀；(3)灰分越大，对管壁的磨损越大，失去保护层的管壁遭受高温硫腐蚀的可能性也大大增加。
2.水冷壁管壁温度偏高
据统计，2017年1—7月，该机组平均负荷率高达79．2%左右，机组长期在高负荷下运行，高峰负荷常常超出额定负荷。负荷的提高不仅意味着蒸汽流量增大，同时也提高了蒸汽压力，饱和温度随之上升，管壁温度相应提高；同时，锅炉燃烧器区域的热负荷始终处于较高状态，长期运行后，水冷壁遭受高温腐蚀的可能性将进一步增加。
3.设计原因
（1）炉内燃烧工况的原因。该机组燃烧器为前、后墙对冲布置，燃烧器和燃尽风喷口均布置在炉膛的前、后墙上，两侧墙上未布置任何空气补给装置，通过炉内空气动力场的优化调整，只能解决前、后墙水冷壁高温腐蚀问题，对两侧墙水冷壁高温腐蚀的影响并不大。因此，通常情况下，对冲锅炉两侧墙的高温腐蚀相对前、后墙要严重得多。
（2）低氮燃烧改造的原因。随着NOx排放要求的日益提高，低氮燃烧技术在现役锅炉上快速、集中、大量应用。该技术为了降低NOx排放量，不断加强空气分级的程度，降低主燃烧区和还原区氧量，加大燃尽风的比例，在总风量不变的情况下，二次风量减小，导致煤粉缺氧燃烧，一次风与二次风掺混推迟，炉内煤粉燃烧过程拉长，炉膛火焰中心上移。由于炉膛燃尽风下部缺氧燃烧，而上层燃烧器上部与燃尽风下部温度最高，因此容易引起此部位的水冷壁高温腐蚀。
4.运行原因
（1）炉内还原性气氛的影响。按照目前机组的运行方式，上层燃烧器与燃尽风之间区域炉膛温度高、还原性气氛较强；另外，由于高负荷阶段空气预热器堵塞严重，引风机出力不足，运行氧量为1．7%～2．0%，且两侧氧量偏差较大，B侧氧量明显低于A侧，这是B侧墙水冷壁减薄面积比A侧大的原因。通过查看历史运行曲线可知，高负荷阶段，在整体低氧燃烧的情况下，燃尽风风门基本全开，进一步加剧了主燃烧区缺氧的程度。运行氧量过低是该机组水冷壁高温腐蚀的主要原因。
（2）一次风速偏高。由于该机组空气预热器换热面沾污，存在严重堵灰现象，电厂运行人员为了防止堵管而提高一次风速，前、后墙对冲的一次风以较大的速度碰撞，导致炉内气流在两侧墙中部区域产生较大的回流，使煤粉火焰刷墙，并且该区域墙壁附近的烟气温度也较高，因此，水冷壁产生高温腐蚀有一定的必然性。此外，磨煤机出口一次风速普遍偏高，风煤比偏高，缩短了煤粉在炉膛中的燃烧时间，影响煤粉颗粒的着火。
二、防止对冲锅炉水冷壁高温腐蚀的对策
1.更换腐蚀的水冷壁管
对水冷壁进行全面清污、检查。对管壁减薄量较大、壁厚不满足要求的水冷壁管进行更换，对腐蚀较重区域的水冷壁管进行热喷涂处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆热喷涂应合理选择热喷涂方法和适宜的喷涂材料，考虑部分高温腐蚀区域靠近吹灰器，喷涂材料除应具备良好的防高温腐蚀性能之外，还应有一定的耐磨性。
2.防止高温腐蚀的措施
（1）煤质管理。加大对入厂煤、入炉煤的管理力度，进一步优化进煤结构；强化入炉煤掺配掺烧等各项工作，控制入炉煤的含硫量。对于含硫量特别高的煤种，在煤中或在燃烧过程中喷入石灰石，可大幅降低SO3的形成，减少SO3的排放，防止硫酸盐型的腐蚀。
（2）合理吹灰和加强化学监督。合理进行受热面吹灰，优化吹灰频次，尽量做到按需吹灰；严格控制给水品质，避免因水冷壁管内结垢而影响换热，从而导致水冷壁管壁温度增加。
（3）设备维护和升级改造。对燃烧器的内、外调风装置进行全面调整，保证各燃烧器内、外调风叶片和挡板开度的一致性；对空气预热器换热元件进行冲洗或更换，减少空气预热器烟气阻力，在引风机未改造的条件下，炉膛风量能适当增加；进行引增合一改造，提高引风机出力，优化高负荷阶段炉膛氧量。
（4）加装烟气壁面氛围测点。在易产生高温腐蚀的区域，安装新型隙缝式烟气壁面氛围测点，主要是在水冷壁管之间的鳍片上开小孔安装测点，检测该区域的烟气成分(O2，CO，SO3，SO2，H2S等)，以指导运行人员进行燃烧调整。
（5）运行调整。大修结束后进行一次风调平试验，以保证各层一次风速偏差在5%以内。在保证不堵管的前提下，适当降低一次风速。根据不同的煤质参数调整煤粉细度，尽可能使各燃烧器之间的煤粉质量浓度分布均匀，并优化磨煤机组合方式。在NOx排放达标的情况下，适当提高氧量，高负荷阶段炉膛出口氧量控制在2．8%～3．2%；同时，适当将燃尽风风门关小，主燃烧器二次风门开度适当开大。
（6）优化热工自动控制。将送风调节自动改为跟踪氧量，重新制订给煤量－风量曲线，并在各负荷阶段设定不同的比例系数；对二次风风门的自动控制增加微分前馈，以起到超调作用，提高变负荷工况下的跟踪速率，使风量调节能够迅速响应。
（7）两侧墙上加装贴壁风。加装贴壁风可有效防止因一次风碰撞而导致烟气在水冷壁附近产生回流，起到减轻或消除一次风煤粉火焰对两侧墙水冷壁造成的冲刷，同时也降低了水冷壁面附近的烟气温度，因此，从机理上来说，该方法对于防止或减缓水冷壁的高温腐蚀应该是比较有效的。
结论
(1)火电厂的锅炉水冷壁腐蚀与多种因素有关，包括燃用煤种、炉型及结构参数、燃烧方式、运行管理等。入炉煤煤质下降、含硫量偏高和水冷壁贴壁处还原性气氛是造成目前水冷壁高温腐蚀的主要原因。
(2)燃烧调整对减缓水冷壁高温腐蚀是非常必要的，应建立常用煤种的数据库，根据实际燃用煤种，及时调整炉内燃烧工况。当煤质发生较大变化时，一般需近两个月的优化调整，才能摸索出环保排放指标和经济指标兼顾的规律，因此持续燃烧优化调整是必不可少的。
(3)低NOx燃烧和抑制炉内还原性气氛是一对矛盾，应根据煤种和负荷的变化及时采取相应措施，找到一个最佳的结合点。
(4)热工控制优化是一种低氮燃烧器改造后容易被忽视但很有效的优化方法。
(5)加装贴壁风是从燃烧方面寻求解决水冷壁高温腐蚀的方法，是最经济、最有效的方法之一。
(6)注重锅炉辅机的检修，合理组织配风，保证运行氧量，优化煤粉细度，可减缓水冷壁高温腐蚀的发展。
(7)合理投运吹灰器并加强化学监督，从表面积灰和管内结垢两方面控制受热面金属壁温，遏制高温腐蚀。
该电厂机组经过一系列优化调整后，锅炉启炉后运行正常，炉膛高温腐蚀状况控制得较好，证明所采取的措施是有效的，经济效益良好。
参考文献
[1]周新刚，苗长信.电站锅炉高温腐蚀产生的原因及防范措施[J].华电技术，2010，32(1):49－50，53.
[2]余建飞，张明，刘忠秀.600MW机组锅炉水冷壁高温腐蚀及原因分析[J].湖北电力，2014，38(8):49－52.
论文作者:杨超贵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/22
标签：水冷论文; 高温论文; 炉膛论文; 锅炉论文; 煤粉论文; 管壁论文; 燃烧器论文; 《电力设备》2018年第15期论文;