探究600MW超臨界鍋爐防止高溫腐蝕技術(shù)改造和運(yùn)行調(diào)整

蔡偉

摘要：本文主要探究600MW超臨界鍋爐防止高溫腐蝕技術(shù)改造和運(yùn)行調(diào)整。研究過程中，以某600MW超臨界旋流燃燒鍋爐為例，分析其高溫腐蝕原因在于H2S濃度及CO濃度較高，以此為研究基礎(chǔ)，從燃燒器與前后墻兩方面進(jìn)行技術(shù)改造，做好運(yùn)行調(diào)整措施，以期為相關(guān)工作者提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：超臨界鍋爐;高溫腐蝕;技術(shù)改造;運(yùn)行調(diào)整

前言：

隨著國家對于環(huán)保提出了更高要求，為控制NOx生成，鍋爐通常應(yīng)用爐后煙氣脫硝結(jié)合爐內(nèi)脫硝的改造模式，采取低氮燃燒器技術(shù)，由于主燃燒器運(yùn)行于欠氧位置，增強(qiáng)水冷壁近壁位置還原性氣氛，導(dǎo)致水冷壁受到高溫腐蝕，消減了水冷壁管厚度，易造成爆管。因此，以600MW超臨界鍋爐為例，積極優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，改善不足之處，提升整體運(yùn)行生產(chǎn)效率，避免高溫腐蝕，以確保電站能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

一、高溫腐蝕原因分析

某600MW超臨界旋流燃燒鍋爐應(yīng)用前后墻對沖燃燒模式，鍋爐為平衡通風(fēng)、單爐膛、固態(tài)排渣，配置相應(yīng)濕式排渣系統(tǒng)，HT-NR3型低NOx燃燒器，前后墻對稱設(shè)置，且不知燃盡風(fēng)噴嘴，采取東勝煤為燃燒用煤。鍋爐主要參數(shù)為爐膛寬度22.1662m，深度為15.845m，蒸發(fā)量為1940t/h，燃燒器水平中心距離3037mm，側(cè)墻中心與燃燒器距離3450mm[1]。在600MW運(yùn)行負(fù)荷及2.31%常規(guī)運(yùn)行氧量下，測量H2S、CO、煙氣帶粉量，可知CO濃度超過10000μL/L，H2S濃度則超過260μL/L。水冷壁在強(qiáng)還原性氛圍內(nèi)，在高溫?zé)煔庀绿岣吡吮诿鏈囟?，火焰與爐墻相接近后，鄰近壁面區(qū)域構(gòu)成還原性氣氛，將灰的熔點(diǎn)溫度降低，提高了結(jié)渣過程，導(dǎo)致管表面出現(xiàn)高溫腐蝕。H2S濃度在100μL/L以上同樣會造成高溫腐蝕。

二、超臨界鍋爐防止高溫腐蝕技術(shù)改造

1.確定改造目標(biāo)

鍋爐原本設(shè)計(jì)中應(yīng)用主燃燒區(qū)化學(xué)當(dāng)量比較小，且注重控制助燃器分級燃燒，在將排放NOx濃度降低下，也造成了水冷壁側(cè)墻還原性氣氛導(dǎo)致高溫腐蝕，技術(shù)改造中需對該情況高度關(guān)注，保證鍋爐運(yùn)行安全性，兼顧降低排放的NOx濃度[2]。所以，改造中側(cè)重于側(cè)墻燃燒系統(tǒng)，以免改造整體燃燒系統(tǒng)影響NOx的減排。具體改造目標(biāo)如下：

（1）鍋爐水冷壁墻壁面兩側(cè)改善腐蝕性氣氛，C體積分?jǐn)?shù)在0.2%以下，H2S體積分?jǐn)?shù)在100μL/L以下，為爐膛水冷壁運(yùn)行提供長期保障。

（2）不產(chǎn)生大面積燃燒器燒損或大面積結(jié)渣情況。

（3）排放NOx濃度在400mg/m3以下。

（4）鍋爐受熱面管壁溫度在范圍內(nèi)，熱效率與運(yùn)行參數(shù)在改造之前，鍋爐出力，且對整體鍋爐性能無影響。

2.具體改造內(nèi)容

在改造過程中，根據(jù)600MW鍋爐情況，分別進(jìn)行燃燒器與后墻改造。其中，燃燒器改造主要是改造同側(cè)靠墻燃燒器，墻前后有12個燃燒器，約為總數(shù)1/3，通過加強(qiáng)風(fēng)包粉流場結(jié)構(gòu)及燃燒強(qiáng)度，將側(cè)墻燃燒器火焰還原度減少。主要措施是改造外二次風(fēng)導(dǎo)流筒擴(kuò)散角，從遺忘的45°轉(zhuǎn)變?yōu)?5堵，且增加水冷壁擴(kuò)錐35°，基于原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)將一次二次風(fēng)提前混合，減少擴(kuò)散外二次風(fēng)范圍，進(jìn)而將單體燃燒器分級燃燒度弱化，避免過度還原氣氛[3]。并且，改造整體燃燒器穩(wěn)焰環(huán)，將二次風(fēng)同流面積增加10%，加強(qiáng)風(fēng)包粉效果，將二次風(fēng)導(dǎo)流筒長度切下1/3長度，使其能夠提前對一次風(fēng)機(jī)內(nèi)二次風(fēng)進(jìn)行影響，提前著火，使得鍋爐燃燒愈發(fā)充分;在前后墻改造中，與側(cè)墻相距815mm位置貼上壁風(fēng)噴口，共貼直徑為D430mm的12個，布置各支管管路手動對非金屬膨脹節(jié)與蝶閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，以二次風(fēng)箱母管為風(fēng)源，保證無論何種工況均滿足側(cè)墻氧氣需求。

在完成改造優(yōu)化后，相較于原本設(shè)計(jì)，內(nèi)二次風(fēng)噴口同流面積增加10%，貼壁風(fēng)率7.62%，設(shè)計(jì)貼壁風(fēng)噴口流速55.m/s，送風(fēng)機(jī)出口壓力1.2kPa，環(huán)境20℃溫度下，貼壁風(fēng)噴口流速在23m/s左右，且流速噴射后逐漸衰減，可滿足鍋爐運(yùn)行要求。

三、超臨界鍋爐防止高溫腐蝕運(yùn)行調(diào)整

1.燃盡風(fēng)開度調(diào)整

燃盡風(fēng)開度從70%向50%調(diào)整，不同高度近壁區(qū)大幅度降低了還原性氣體體積分?jǐn)?shù)，降低CO體積分?jǐn)?shù)31%，降低H2S體積分?jǐn)?shù)30%，O2體積分?jǐn)?shù)提高，可知在總風(fēng)量不變下，將燃燒器區(qū)氧量增加，燃盡風(fēng)率降低，即可有效減少水冷壁還原性氣體，避免水冷壁產(chǎn)生高溫腐蝕，促進(jìn)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

2.運(yùn)行氧量調(diào)整

運(yùn)行中氧量從2.3%提升至2.8%，增加運(yùn)行氧量后，降低CO體積分?jǐn)?shù)15.4%，降低H2S體積分?jǐn)?shù)26%，O2體積分?jǐn)?shù)提高，可知運(yùn)行氧量整體提高能夠減少水冷壁還原性氣體，促進(jìn)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

總結(jié)：

綜上所述，600MW超臨界鍋爐運(yùn)行中，由于自身性質(zhì)問題，易出現(xiàn)燃燒區(qū)兩側(cè)水冷壁產(chǎn)生大面積高溫腐蝕，構(gòu)成安全隱患。因此，可結(jié)合實(shí)際情況，分析高溫腐蝕原因進(jìn)行技術(shù)改造，且動態(tài)調(diào)整燃盡風(fēng)開度與運(yùn)行氧量，避免水冷壁高溫腐蝕，從而為機(jī)組運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂當(dāng)振，賓誼沅，李文軍，蔣森年，曾俊，劉帥，陳文，謝國鴻.600MW超臨界機(jī)組鍋爐軸流風(fēng)機(jī)并列與過程控制技術(shù)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2020，40（17）：5574-5583.

[2]黃宣，陳輝，戴維葆，蔡培.600MW超臨界前后對沖鍋爐降低水冷壁高溫腐蝕影響試驗(yàn)研究[J].電力科技與環(huán)保，2020，36（01）：44-49.

[3]孫俊威，戴維葆，陳國慶，張強(qiáng).600 MW超臨界對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整[J].熱能動力工程，2019，34（06）：178-183.