對(duì)沖燃燒鍋爐水冷壁內(nèi)貼壁CO控制及調(diào)整實(shí)踐

陳 平，祁青福，趙小兵，李戈輝

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

某電廠#5、6 鍋爐2014 年是超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，型號(hào)為DG1200/25.4-Ⅱ4 型，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)π 型布置，采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、配5臺(tái)中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，其中前墻布置三層燃燒器，后墻布置兩層燃燒器，下兩層燃燒器為對(duì)沖方式，每層同側(cè)布置有四臺(tái)旋流燃燒器。燃燒器上部布置有燃盡風(fēng)(OFA)風(fēng)口，12 只燃盡風(fēng)風(fēng)口分別布置在前后墻上，在煤粉燃燒器的上方前后墻各布置2 層燃燼風(fēng)，上層前后墻各有4 只風(fēng)口，下層前后墻側(cè)燃燼風(fēng)各有2 只風(fēng)口，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。

為有效改善側(cè)墻水冷壁壁面還原性氣氛，緩解水冷壁高溫硫腐蝕。在前后墻靠近側(cè)墻合適位置增設(shè)四層貼壁風(fēng)（風(fēng)量手動(dòng)調(diào)節(jié)），全爐共16 只貼壁風(fēng)噴口。為保證達(dá)到較好的配風(fēng)效果，第三層貼壁風(fēng)（由下往上數(shù)）風(fēng)源引自預(yù)熱器出口的熱一次風(fēng)道，其余各層貼壁風(fēng)風(fēng)源均引自熱二次風(fēng)。熱一次風(fēng)貼壁風(fēng)（共4 個(gè)噴口）采用兩個(gè)主風(fēng)道引風(fēng)（爐左、右各一個(gè)），每個(gè)主風(fēng)道（外徑φ426 mm）為2 個(gè)貼壁風(fēng)噴口供風(fēng)，熱二次風(fēng)貼壁風(fēng)由單獨(dú)風(fēng)道配風(fēng)，就近引自于大風(fēng)箱入口擋板處。

2016 年，在檢修中發(fā)現(xiàn)鍋爐高溫區(qū)水冷壁管道向火側(cè)存在因高溫腐蝕導(dǎo)致的可剝離層。2017 年，鍋爐上層燃燒器至燃盡風(fēng)區(qū)域側(cè)墻出現(xiàn)因高溫腐蝕導(dǎo)致管壁減薄造成的泄漏，2018年～2019年，檢測(cè)鍋爐高溫區(qū)水冷壁管道壁厚存在明顯的減薄現(xiàn)象，需要結(jié)合檢修對(duì)減薄嚴(yán)重的區(qū)域管道進(jìn)行更換。2020 年初，受鍋爐高溫區(qū)水冷壁腐蝕嚴(yán)重的影響，原始厚度7.5 mm 的水冷壁管大面積減薄至2.8～5.0 mm 之間，前后墻局部區(qū)域減薄至1.5 mm 左右，并發(fā)生爆管，導(dǎo)致機(jī)組被迫停止運(yùn)行并對(duì)水冷壁管進(jìn)行大面積的更換。

1 鍋爐高溫腐蝕原因分析

根據(jù)對(duì)鍋爐水冷壁管腐蝕產(chǎn)物的取樣化驗(yàn)結(jié)果分析，高溫腐蝕產(chǎn)物中Fe3O4、FeS、Fe2O3以及復(fù)合型硫酸鹽等的含量較高，可判斷鍋爐水冷壁區(qū)域存在的高溫腐蝕為硫酸鹽和硫化物的復(fù)合型高溫腐蝕。水冷壁外壁腐蝕產(chǎn)物分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 水冷壁外壁腐蝕產(chǎn)物物相定性、定量 wt.%

由于腐蝕產(chǎn)物中Fe3O4和FeS 的合計(jì)總含量超過(guò)了50%，確定硫化物型腐蝕在該兩臺(tái)鍋爐的水冷壁高溫腐蝕中起主導(dǎo)作用。

硫化物型腐蝕的主要機(jī)理為：在還原性氣氛下，燃煤中的FeS2分解為FeS 和[S]，同時(shí)還原性氣氛下形成的H2S和燃煤燃燒后生成的SO2反應(yīng)，也會(huì)生成[S]，而[S]極易與Fe 發(fā)生反應(yīng)形成FeS，F(xiàn)eS 在O2的緩慢氧化下會(huì)形成Fe3O4。因此，控制該兩臺(tái)鍋爐的燃燒區(qū)水冷壁高溫腐蝕的關(guān)鍵，就是控制鍋爐燃燒區(qū)的還原性氣氛問(wèn)題。

鍋爐主燃燒區(qū)的還原性氣氛，主要與燃燒過(guò)程中存在未燃燼碳、氧量不足生成的CO、以及還原性氣氛中生成的H2S等含量有關(guān)。而在三種還原性物質(zhì)中，CO的含量對(duì)還原性氣氛起主導(dǎo)作用。

綜上所述，控制鍋爐主燃燒區(qū)水冷壁管的硫化物型高溫腐蝕，需要控制[S]的生成量，而控制[S]的生成量的關(guān)鍵，在于控制還原性氣氛和H2S 的生成量。還原性氣氛和H2S 的生成量，又與高溫?zé)煔庵蠧O的含量有密切關(guān)系，因此，將鍋爐主燃燒區(qū)的CO含量、尤其是靠近水冷壁管壁的CO 含量控制在較低范圍，理論上可實(shí)現(xiàn)控制鍋爐水冷壁高溫腐蝕的目的。

2 鍋爐水冷壁內(nèi)貼壁CO控制及調(diào)整實(shí)踐

根據(jù)對(duì)鍋爐水冷壁四面墻區(qū)域的CO 含量及該區(qū)域?qū)?yīng)的氧量數(shù)據(jù)測(cè)量，管壁附近CO 的含量與氧量存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)氧量在1%及以下時(shí)，CO 含量超過(guò)10 000 mg/m3；氧量在1%～2%時(shí)，CO 含量3 000 mg/m3；氧量達(dá)到2%以上時(shí)，CO 含量約在1 000 mg/m3以?xún)?nèi)；氧量達(dá)到10%以上時(shí)，CO 含量基本維持在100 mg/m3左右。因此，控制鍋爐水冷壁內(nèi)壁附近的CO 含量，完全可通過(guò)控制氧量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)表2。

表2 鍋爐燃燒區(qū)水冷壁管附近CO及氧量測(cè)量數(shù)據(jù)表

為降低鍋爐水冷壁內(nèi)部靠近管壁表面的CO 含量，在調(diào)整實(shí)踐中重點(diǎn)從燃燒二次風(fēng)和燃盡風(fēng)的分配比例調(diào)整、以及旋流燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)的分配比例調(diào)整等方面入手，取得了較為明顯的效果。

2.1 燃燒及燃盡二次風(fēng)分配比例調(diào)整

在對(duì)配風(fēng)方式調(diào)整前，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，燃燒器區(qū)域水冷壁管附近煙氣中的氧量在0～2%之間，水冷壁管表面高溫?zé)煔庵械膶?shí)際CO 含量超過(guò)10 000 mg/m3。

通過(guò)將燃盡風(fēng)的擋板開(kāi)度由100%、60%關(guān)小到30%、10%，將燃燒器層擋板開(kāi)度由100%關(guān)小到60%，使鍋爐大風(fēng)箱二次風(fēng)的風(fēng)壓明顯大幅度升高，由原300 Pa提高到550 Pa。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，調(diào)整后鍋爐水冷壁主燃燒區(qū)的氧量明顯提高，前后墻及側(cè)墻靠近角部位置的氧量達(dá)到4%～7%、前后墻中間兩個(gè)燃燒器區(qū)域的氧量達(dá)到2%～5%，僅側(cè)墻水冷壁中間區(qū)域的氧量仍然偏低嚴(yán)重，在0.5%～2.5%之間波動(dòng)。調(diào)整前后配風(fēng)方式見(jiàn)表3。

表3 調(diào)整前后配風(fēng)方式

2.2 貼壁風(fēng)配風(fēng)調(diào)整

為提高鍋爐水冷壁兩側(cè)墻區(qū)域的氧量，首先采取了對(duì)貼壁風(fēng)的風(fēng)壓和擋板開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整的措施，以求通過(guò)增加貼壁風(fēng)的剛度，使延長(zhǎng)貼壁風(fēng)在爐內(nèi)的貼壁時(shí)間，達(dá)到提高水冷壁表面氧量的目的，調(diào)整數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 貼壁風(fēng)調(diào)整前后擋板開(kāi)度及氧量變化

從對(duì)貼壁風(fēng)的調(diào)整效果分析，提高貼壁風(fēng)壓及擋板開(kāi)度后，靠近前后墻的側(cè)墻區(qū)域的氧量有小幅度的上升，但靠近爐中心線的側(cè)墻內(nèi)壁氧量變化不大。

2.3 旋流燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整

為繼續(xù)提高側(cè)墻水冷壁附近的氧量，將每層1、4 號(hào)燃燒器（即靠近兩邊側(cè)墻的燃燒器）的內(nèi)二次風(fēng)擋板開(kāi)度由35%減小至25%、將外二次風(fēng)擋板開(kāi)度由40%加大到60%，調(diào)整前后的氧量變化數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 旋流燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)擋板調(diào)整前后氧量變化表

從對(duì)旋流燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)擋板的調(diào)整測(cè)量數(shù)據(jù)看，將靠近側(cè)墻燃燒器的外二次風(fēng)擋板開(kāi)度由40%左右提高到60%，可使水冷壁側(cè)墻部分區(qū)域的氧量提高2%左右。

3 結(jié)論

（1）控制鍋爐水冷壁區(qū)域的高溫腐蝕，重點(diǎn)是要控制高溫?zé)煔庵械腃O 含量，減輕水冷壁內(nèi)壁所處的還原性氣氛。

（2）控制對(duì)沖燃燒鍋爐水冷壁內(nèi)貼壁高溫區(qū)煙氣中的CO 含量，重點(diǎn)是控制燃燒區(qū)高溫?zé)煔庵醒趿?，該區(qū)域高溫?zé)煔庵蠧O 含量的高低與氧量的高低具有明顯的正相關(guān)關(guān)系。

（3）適當(dāng)降低燃盡風(fēng)的擋板開(kāi)度，提高燃燒區(qū)的氧量，對(duì)降低燃燒區(qū)水冷壁貼壁CO 含量具有顯著的效果。

（4）提高貼壁風(fēng)的壓力及供風(fēng)量，對(duì)側(cè)墻水冷壁靠近貼壁風(fēng)口部位降低CO 含量具有一定效果，但對(duì)距離較遠(yuǎn)部位沒(méi)有明顯效果。

（5）開(kāi)大靠近側(cè)墻旋流燃燒器的外二次風(fēng)擋板開(kāi)度，對(duì)降低燃燒區(qū)水冷壁貼壁CO 含量具有一定效果。

（6）通過(guò)對(duì)對(duì)沖燃燒鍋爐水冷壁內(nèi)貼壁CO 的調(diào)整，使水冷壁貼壁區(qū)域的CO 含量有了明顯下降，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)延緩鍋爐水冷壁高溫腐蝕速率的目標(biāo)。