1.設(shè)備概況

    某電廠3號(hào)鍋爐為武漢股份有限公司生產(chǎn)的WGZ1165/17.5-2型亞臨界壓力、自然循環(huán)、汽包鍋爐。燃燒器四角布置、切向燃燒，每臺(tái)燃燒器配有22個(gè)噴口，其中一次風(fēng)噴口5層（最下層為微油點(diǎn)火燃燒器），17層二次風(fēng)噴口，SOFA燃燒器每角分為兩組，每組設(shè)置3層二次風(fēng)噴口。除布置了周界風(fēng)外，每角還布置了8層CFS噴口 。

    鍋爐采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配5套北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的ZGM95G-Ⅱ型中速磨煤機(jī)，制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，實(shí)際燃料消耗141.09t/h。

    2.投產(chǎn)以來水冷壁高溫腐蝕換管情況

    該電廠3號(hào)爐于2015年06月移交生產(chǎn)，2016年06月、09月兩次停爐水冷壁共換管221根（最低壁厚3.5 mm,換管壁厚6.0mm）；2017年11月3號(hào)爐停爐水冷壁共換管135根（最低壁厚4.7 mm,換管壁厚5.8mm）。上次高溫腐蝕區(qū)域更換直管管壁減薄速率均小于0.5mm/a。

    從數(shù)據(jù)可看出，3號(hào)爐水冷壁換管數(shù)量由2016年221根減少至2017年135根同比減少了86根，減少了38.9%。如果考慮本次換管壁厚為5.8mm，上次換管壁厚為6.0mm以及本次有78根水冷壁管為未更換原始管的話，則本次換管數(shù)量將大大減少，說明分廠在前期煤質(zhì)、燃燒調(diào)整及制粉系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)整方面管控較好。

    3. 高溫腐蝕原因分析

    3.1原煤硫份較高

    從圖1、圖2可知，2015年06月～2016年06月煤中硫份平均值2.36%，2016年10月～2017年10月煤中硫份平均值1.69%，硫份呈下降趨勢(shì)，說明分廠燃煤硫份管控有成效，但燃煤硫份仍超過設(shè)計(jì)值0.98%，約72%。

    圖1 2015.06～2016.06原煤硫份統(tǒng)計(jì)

    圖2 2016.10～2017.10原煤硫份統(tǒng)計(jì)

    眾所周知，煤種含硫量較高是發(fā)生鍋爐水冷壁高溫腐蝕的重要因素，上鍋設(shè)計(jì)處高工張翔認(rèn)為，水冷壁外壁高溫腐蝕主要判斷依據(jù)是：a.燃料硫份Sar≥1%，b.煤粉氣流沖刷水冷壁管，c.水冷壁管壁溫度＞350℃，d.水冷壁附近O2≤2%。

    從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量來看，水冷壁壁面氣氛均處于強(qiáng)還原性氣氛中，CO含量均＞0.5%（儀表滿量程），需要指出的是CO并不直接參與水冷壁高溫腐蝕，而僅是還原性氣氛的指示劑。300MW等級(jí)亞臨界鍋爐蒸汽飽和溫度可達(dá)到350℃，水冷壁管壁外部溫度至少在400℃以上；從上述依據(jù)來看，該電廠3號(hào)爐水冷壁完全具備發(fā)生高溫腐蝕的條件。

    從多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際來看，在保證鍋爐正常燃燒狀況下，維持水冷壁壁面附近一定氧氣，達(dá)到破壞還原性氣氛，就可有效減緩甚至避免水冷壁發(fā)生高溫腐蝕。

    3.2燃燒器CFS風(fēng)門開度不合理

    機(jī)組投產(chǎn)后，燃燒器CFS風(fēng)門開度和主二次風(fēng)風(fēng)門開度，機(jī)組投產(chǎn)后一直維持同步開度在30～45%之間， 一次風(fēng)速維持在30 m/s左右，這種配風(fēng)方式容易導(dǎo)致火焰偏斜，因?yàn)樗慕侨紵骶O(shè)計(jì)有8個(gè)CFS噴口，該噴口設(shè)計(jì)角度為沿水冷壁方向與主氣流正切22?，設(shè)計(jì)意圖為風(fēng)包粉保護(hù)水冷壁；但從實(shí)際來看，當(dāng)該風(fēng)門開度較大時(shí)，容易造成煤粉氣流貼壁，這點(diǎn)從冷態(tài)空氣動(dòng)力工況測(cè)量可以得到驗(yàn)證。也就是說鍋爐熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，CFS開度較大起不到應(yīng)有設(shè)計(jì)意圖，反而可能會(huì)導(dǎo)致煤粉氣流刷墻，引起爐膛水冷壁結(jié)渣及高溫腐蝕。上述觀點(diǎn)，從2016年停爐檢查發(fā)現(xiàn)爐膛四壁掛焦嚴(yán)重，尤其是爐右墻掛焦較多，且右墻水冷壁換管207根，即可得到證實(shí)。

    鑒于3號(hào)爐高溫腐蝕嚴(yán)重情況，科室會(huì)同運(yùn)管科進(jìn)行了分析，改變輔助風(fēng)和CFS風(fēng)門均等開度為CFS風(fēng)門不大于25%，輔助風(fēng)根據(jù)負(fù)荷為30～45%開度的調(diào)整思路，以改善煤粉氣流貼壁現(xiàn)象；并專門下發(fā)了№：TSYC 2016002派遣單，要求分廠重點(diǎn)進(jìn)行制粉系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)整，同樣是為了起到改善一次風(fēng)煤粉氣流和二次風(fēng)良好混合、燃燒充分，改善火焰偏斜現(xiàn)象。

    該電廠3號(hào)爐燃燒調(diào)整后，于2017年11月停爐檢查發(fā)現(xiàn)爐膛結(jié)焦情況得到了明顯減輕，同時(shí)換管數(shù)量大大減少也定量驗(yàn)證了前期調(diào)整思路的正確性。

    3.3燃燒區(qū)域局部缺氧燃燒

    受各粉管阻力不一和煤粉分配器分離特性影響，即使風(fēng)量調(diào)平也存在粉量不平情況。一般來說，采用良好性能動(dòng)態(tài)分離器的煤粉管道粉量偏差可在10%左右，但采用靜態(tài)分離器的煤粉管道粉量偏差，最高甚至高達(dá)30%以上；而二次風(fēng)量一般保持同層一致，這樣在總風(fēng)量不變情況下，部分燃燒器出現(xiàn)缺氧燃燒，另一部分燃燒器出現(xiàn)富氧燃燒，這樣以來部分水冷壁區(qū)域會(huì)處于還原性氣氛中，在導(dǎo)致結(jié)渣的同時(shí)也往往伴隨著高溫腐蝕的出現(xiàn)。2016年06、09月份停爐檢查發(fā)現(xiàn)右墻水冷壁結(jié)渣較多、換管數(shù)量較多，也說明粉量偏差大，存在火焰偏斜沖刷水冷壁現(xiàn)象。

    從2016年06月冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)和2016年08月制粉熱態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)來看，3號(hào)爐部分磨煤機(jī)出口一次風(fēng)管冷態(tài)、熱態(tài)均存在風(fēng)速不平現(xiàn)象，且一般前墻風(fēng)速高于后墻。當(dāng)前墻兩角風(fēng)速高于后墻，往往會(huì)導(dǎo)致火焰中心偏向右墻，從而引起水冷壁管高溫腐蝕，在2016年07月底08月初利用西安熱工院在2號(hào)爐做熱力試驗(yàn)機(jī)會(huì)，借用該院設(shè)備進(jìn)行了制粉熱態(tài)測(cè)量并進(jìn)行四角粉管熱態(tài)調(diào)整，盡管有個(gè)別粉管縮孔卡澀，但從2017年11月停爐檢查結(jié)果來看，該調(diào)整對(duì)減緩水冷壁高溫腐蝕也取得了積極效果。

    3.4燃燼風(fēng)量設(shè)計(jì)較大

    3號(hào)爐設(shè)計(jì)有6層燃燼風(fēng)，燃燼風(fēng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出鍋爐低氮燃燒實(shí)際需要。BMCR工況燃燼風(fēng)率3號(hào)爐設(shè)計(jì)值40%，而同類型機(jī)組東鍋燃燼風(fēng)率設(shè)計(jì)值28%，華西能源鍋爐燃燼風(fēng)率設(shè)計(jì)值24%，可見該電廠鍋爐燃燼風(fēng)率設(shè)計(jì)值明顯偏大，主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)僅為0.65，很容易導(dǎo)致主燃燒區(qū)缺風(fēng)、燃燼風(fēng)富氧燃燒，直接后果就是加劇了主燃燒區(qū)水冷壁還原性氣氛；眾所周知，該工況恰恰為水冷壁高溫腐蝕創(chuàng)造了良好的內(nèi)部條件，很容易導(dǎo)致水冷壁區(qū)域發(fā)生大面積高溫腐蝕。針對(duì)燃燼風(fēng)設(shè)計(jì)偏大狀況，解決的總體思路為在保證NOx達(dá)標(biāo)排放情況下，盡量少開上三層SOFA風(fēng)，適當(dāng)提高輔助風(fēng)剛性，維持良好的爐膛火焰切圓，減少火焰貼壁概率。

    4.減輕高溫腐蝕的措施

    4.1繼續(xù)執(zhí)行“制粉系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)整派遣單”要求內(nèi)容，做到勤、細(xì)調(diào)整，并繼續(xù)加強(qiáng)原煤硫份管控。

    4.2 保持合理的輔助風(fēng)和CFS風(fēng)配比，CFS風(fēng)門開度建議不超過30%。

    4.3維持一次風(fēng)速在30m/s以下，適當(dāng)開大周界風(fēng)，減輕水冷壁面還原性氣氛。

    4.4定期校驗(yàn)DCS一次風(fēng)速值，偏差較大時(shí)進(jìn)行制粉熱態(tài)調(diào)整，盡量保證四角風(fēng)粉平衡。

    4.5機(jī)組正常運(yùn)行中二次風(fēng)箱/爐膛壓差不允許低于0.2KPa，以保證燃燒器良好的空氣動(dòng)力工況。

    4.6鍋爐運(yùn)行中高負(fù)荷氧量維持應(yīng)不低于3.0%，適當(dāng)提高主燃燒區(qū)氧量，控制燃燼風(fēng)率小于設(shè)計(jì)值。

    4.7提高水冷壁管噴涂質(zhì)量，同時(shí)修補(bǔ)發(fā)生腐蝕的耐磨涂層。

    4.8鑒于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)一次風(fēng)縮孔卡澀現(xiàn)象，建議每次大修均對(duì)縮孔進(jìn)行治理，確保靈活好用。

    5.結(jié)論

    SOFA、輔助風(fēng)和CFS風(fēng)門開度不合理、燃燒配風(fēng)不佳以及煤質(zhì)硫份較高是導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕的主要原因，水冷壁噴涂質(zhì)量差也是導(dǎo)致高溫腐蝕的一個(gè)重要原因。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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