1 设备概况
某电厂700MW超临界机组锅炉由上海锅炉有限公司设计制造，锅炉型号为SG2102/25.4-M959。锅炉为超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型炉。燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS），煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。主风箱设有6层强化着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上下2只偏置的CFS喷嘴，1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有2层CCOFA（Closed-coupled OFA，紧凑燃尽风）喷嘴，在主风箱下部设有1层UFA（Underfire Air，火下风）喷嘴。
2 锅炉运行现状及存在的问题
2.1 存在严重的高温腐蚀
该厂实际燃煤来源较杂，其中部分燃煤硫分很高（St>1.6%）。运行中入炉煤平均含硫量在0.8%~1.0%左右，采用分磨掺烧方式。
2015年3月该厂#6炉发生水冷壁高温腐蚀导致的爆管，在停炉检查过程中发现未爆管的水冷壁也存在大范围高温腐蚀及壁管减薄的问题；2015年6月再次停炉对#6炉前墙及左墙部分减薄水冷壁进行更换，减薄区域主要为上一次风到SOFA风之间的还原区，减薄位置主要位于炉侧螺旋水冷壁管的上半部分；2016年1月停炉检查发现#6炉还原区仍出现少量水冷壁管发生0.8mm左右减薄。2015年4月#5炉停炉检修期间对炉膛检查发现四面墙的水冷壁管存在不同程度的减薄问题。
2015年~2016年，西安热工研究院有限公司进行了该厂5号锅炉炉膛水冷壁贴壁气氛测试和6号炉高温腐蚀治理燃烧调整试验，试验结果显示，5、6号锅炉燃烧器区域局部还原性较强，H2S含量较高，炉内均存在严重的高温腐蚀隐患。具体情况如下：
2016年5月西安热工研究院对该厂6号炉进行了燃烧器切圆测量工作，测量结果表明，各层外燃烧器切圆均小于或接近设计值（1、3号角切圆直径1715mm；2、4号切圆直径2108mm）。存在的问题是，大部分二号角切圆直径偏小，且同层切圆偏差较大（尤其是A、B层燃烧器），容易导致燃烧切圆偏斜，火焰刷墙。
综合整理2015年以来5、6号锅炉炉膛水冷壁高温腐蚀情况，腐蚀区域主要集中在最上层燃烧器喷口至最上层燃尽风喷口之间的还原区和燃尽区，标高约32000mm~46000mm，主要由于还原区和燃尽区水冷壁近壁处处于强还原性气氛，腐蚀性气体浓度过高造成的；6号炉下层燃烧器区域也存在因高温腐蚀导致的水冷壁减薄现象，主要是由于燃烧器切圆偏大且安装尺寸不合格导致煤粉刷墙造成的。
当炉内燃烧工况不良、配风不合理时，水冷壁附近烟气中氧量较低、形成局部还原性气氛时，煤中硫会生成大量的H2S。H2S可以与金属铁与氧化铁反应生成硫化铁，硫化铁再与纯金属反应生成低熔点的共晶体而发生腐蚀。反应方程式如下：
H2S+Fe→FeS+H2
H2S+FeO→FeS+H2O
H2S气体主要存在于还原性气氛环境，按国内电厂运行的一般经验认为高温腐蚀判据如下：
贴壁烟气中O2含量小于0.5%以及CO大于5000ppm即可判定存在还原性气氛；
贴壁烟气中H2S含量大于200ppm即可判定炉内存在高温腐蚀条件、大于500ppm即可判定有发生严重高温腐蚀的条件。
2.2 NOx生成量偏高
该厂5、6号锅炉采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS），设计SCR入口NOx生成浓度为400 mg/m3，燃用现煤种时SCR入口实际NOx浓度280 mg/m3~300 mg/m3，仍处于较高水平，长期运行将增加SCR脱硝剂耗量、降低催化剂使用寿命，影响机组环保指标和环保经济性。
在不改造燃烧器的前提下，由于炉膛水冷壁高温腐蚀的限制无法通过控制锅炉运行氧量的方法进一步控制NOx生成量。
3.改造方案
为实现锅炉长期燃用较高硫分煤种的安全性与经济性，改造方案如下：
3.1高温还原区增设贴壁风系统
最上层燃烧器至SOFA之间的燃烧还原区为炉膛高温区，也是高温腐蚀倾向最为严重的区域，在此区域进行贴壁风改造。
具体改造方案如下:
在最上层燃烧器与燃尽风之间共增加2层共八只非对称布置高速贴壁风喷口,风源取自热一次风，贴壁风风率4.0%，风速80m/s
3.2 一、二次风切圆调整
根据设计参数在一、二次风燃烧器喷口处加装导流板,减小假想切圆直径500mm,并将CFS二次风偏置角度由22°调整至19°;
4.改造后效果及结论
1）水冷壁高温腐蚀情况
通过在还原区加装两层贴壁风，减小燃烧切圆以后，一次射流偏转明显推迟，射流刚性增强，从而保证了煤粉不刷墙，解决了一次风刷墙、水冷壁高温腐蚀和结渣的问题。在氧量不小于2.0%时，H2S含量小于200ppm，保证了水冷壁近壁处呈氧化性气氛，大幅度降低了炉膛水冷壁高温腐蚀的风险。
2）NOX降低情况
由于高温腐蚀情况得到了良好的控制，运行中采取适当降低氧量的运行方式，SCR入口NOx浓度实际控制在260 mg/m3左右，降低了液氨的使用量，同时降低了引风机的用电量。
3）煤种适应情况
改造前由于高温腐蚀的影响，锅炉最高仅可燃用St,ar=1.05%左右的混煤，改造和调试后，St,ar可提高到1.6%左右，锅炉燃煤适应性显著提高。
4）存在的问题
加贴壁风及燃烧系统优化后，锅炉汽水、烟风等运行参数变化不大，但氮氧化物稍有升高，燃尽性略有降低，可通过进一步调整燃尽风偏转角度及后期的燃烧调整试验来达到最佳的燃烧效果。
5.结束语
通过在SOFA风喷嘴处增加贴壁风和减小锅炉切圆，使锅炉的高温腐蚀降低，锅炉爆管的风险大幅度降低，虽然#6炉贴壁风改迼后还没有停炉进行过受热面检查，但从目前H2S测量的数据可以认为，基本达到了改造前的预计，此次改造总计费用约200万元，按锅炉5年一次大面积换管3000万元，改造后增加锅炉受热面寿命一年，即可节约成本600万元，因此贴壁风在四角切圆锅炉的应用是值得大力推广的。
论文作者:黄闻岳
论文发表刊物:《科技新时代》2018年1期
论文发表时间:2018/3/27
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