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超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因分析及改造措施

文檔作者：孫海元文檔來源：華電濰坊發電有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年12月15日
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第37卷第7期
2015年7月
華電技術
Huadian Technology
Vo1．37 No．7
Ju1．2015
超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因
分析及改造措施
孫海元
(華電濰坊發電有限公司，山東濰坊261204)
摘要：針對某電廠 4鍋爐出現的高溫腐蝕和結焦情況，通過分析結焦原因，提出了改造衛燃帶、調節制粉系統濃淡分
離器濃淡比例、調平一次風、優化低氮燃燒調整措施等改造措施。改造后鍋爐運行參數滿足技術要求，消除了爐膛結焦
問題，保證了鍋爐安全、經濟運行。
關鍵詞：超臨界鍋爐；高溫腐蝕；結焦；衛燃帶；燃燒調整
中圖分類號：TK224．9 文獻標志碼：B 文章編號：1674—1951(2015)07—0029—03
1 機組概況
某電廠 4鍋爐是由上海鍋爐有限公司制造的
SG一2102／25．4型超臨界參數變壓運行直流鍋爐，
單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、平衡通風、露天布
置、固態排渣、全懸吊Ⅱ 型結構，設計燃料為山西晉
中地區貧煤。燃燒設備配6臺BBD3854型雙進雙
出鋼球磨煤機、冷一次風機、正壓直吹式制粉系統。
采用低NO 同軸燃燒系統(LNCFS)，煤粉燃燒器為
四角布置、切向燃燒、擺動式燃燒器。燃燒器采用垂
直方向濃淡分級燃燒，主風箱下部布置6層濃煤粉
噴嘴，上部布置6層淡煤粉噴嘴，分離燃盡風(sO—
FA)風箱布置有6層SOFA噴嘴。在6層寬調節比
(WR)濃煤粉噴嘴四周布置有燃料風(周界風)。在
相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有2層輔助風(CFS)噴
嘴，其中包括1只偏置的預置水平偏角的輔助風噴
嘴和1只直吹風噴嘴。在主風箱上部設有2層緊湊
燃盡風(CCOFA)噴嘴，下部設有1層火下風(UFA)
噴嘴。在燃燒器每根煤粉管道進口處裝設1個煤粉
濃淡分離裝置，進行煤粉濃淡分離燃燒，將分離后的
濃煤粉送人爐膛下部燃燒器，淡煤粉送人爐膛上部
燃燒器，煤粉和空氣從四角送人，從爐頂向下看在爐
膛中呈順時針切圓方式燃燒。6臺磨煤機的濃淡比
例為：A磨煤機，8：2；B磨煤機，8：2；C磨煤機，
6：4；D磨煤機，6：4；E磨煤機，6：4；F磨煤機，
8： 2。
為達到爐膛穩燃和提高再熱汽溫的目的，#4鍋
爐在水冷壁每面墻布置有2種衛燃帶各2片，總計
l6片。第1種衛燃帶標高為24．6—40．7m，寬度為
收稿日期：2015—01—13；修回日期：2015—06—20
2．0 m，總面積為257 m。，第2種衛燃帶標高為
21．3 30．4m，總面積為145 m ，兩種衛燃帶共計
402m 。
2 低氮燃燒調整后出現的問題及原因分析
2．1 鍋爐出現的問題
為保證鍋爐達標排放，2012年10月鍋爐燃燒
調整方式改為二次風分級低氮配風燃燒方式，即減
小濃相主燃燒區域二次風量，增加SOFA風量，保證
省煤器出口NO 質量濃度<450mg／m (原設計為
500mg／m )。2013年5月大修停爐后，發現水冷壁
存在高溫腐蝕和結焦情況，腐蝕發生位置為標高
38000mm處，垂直跨度2．5m，四面墻均存在高溫腐
蝕情況，后墻 3角腐蝕區域管壁減薄最大， 4角腐
蝕區域面積最大。
2014年9月， 4鍋爐停爐檢查時發現爐膛內
高溫腐蝕及結焦情況較為嚴重。高溫腐蝕區域主要
在 2， 3， 4角的向火側，標高27379—42400 mm，
由燃燒器延伸至鍋爐中心(爐膛寬18 816 mm、深
17696mm)，衛燃帶周圍尤為嚴重；另外，在 2， 3，
4角向火側F層SOFA燃燒器頂部(標高48000～
51000mm，寬度3 m)存在輕微高溫腐蝕；淡粉區域
向火側螺旋水冷壁管局部區域管壁減薄2—3 mm
(管子規格為 41．3 mm×6．78 mm，材質為T22)。
從爐膛底部21 000 mm處到40000 mm CCOFA區域
衛燃帶上都有結焦現象，四面水冷壁淡粉區域衛燃
帶結焦情況嚴重(厚度約為500 mm)，多只淡粉燃燒
器噴口燒損。
運行過程中， 4鍋爐存在再熱汽溫及金屬溫度
偏高的問題，特別是爐膛左側受熱面金屬壁溫較高。
機組過熱汽溫可以通過煤水比直接調節，因此過熱
· 3O· 華電技術 第37卷
器金屬壁溫相對較容易控制；再熱減溫水經常作為調
節再熱汽溫的主要手段，嚴重影響機組運行的經濟眭。
2．2 原因分析
(1)鍋爐實行低氮燃燒調整措施后，在爐膛總
風量不變的情況下，主燃燒區域的氧量減少了20％
左右，煤粉濃度及對應負荷下的煤粉量減小，爐膛主
燃燒區域缺氧嚴重，從CCOFA區域測量的CO質量
濃度大于10000 mg／L，強烈的還原性氣氛為結焦和
高溫腐蝕創造了有利條件。SOFA區域的風量增加
了20％ ，在主燃燒區域未燃盡的煤粉在SOFA區域
繼續燃燒，使得此區域爐膛溫度升高(從測量數據
看，70％ 負荷以上時此區域溫度在1 350℃ 以上)。
低氮燃燒調整方式使得爐膛火焰中心上移，由于順
時針四角切圓爐膛火焰中心向左側爐膛偏斜，使得
左側高溫受熱面壁溫升高，為控制受熱面壁溫(尤
其是再熱汽溫)只能大量投入減溫水，降低了機組
的經濟性。
(2) 4鍋爐燃用煤種為貧煤，揮發分低且燃盡
時間長，對爐膛燃燒器區域的溫度要求較高，衛燃帶
能有效提高衛燃帶附近的煙氣溫度，滿足各種負荷
條件下的燃燒溫度。但煤炭市場發生變化后，鍋爐
摻燒煙煤比例較大，衛燃帶附近較高的煙氣溫度不
僅為結焦提供了有利的條件，還為高溫腐蝕提供了
條件。從測量數據看，90％以上負荷時，爐膛主燃燒
區域溫度在1 300℃ 以上，CCOFA區域最高溫度為
1 450℃。衛燃帶結焦后也影響了一次、二次風射流
的剛性，造成爐內燃燒紊亂，氣流貼壁。
(3)A／B制粉系統的濃淡分離器比例不合適。
A／B制粉系統濃淡比例為8：2，濃相粉管出粉量較
大，實行低氮燃燒后此燃燒區域風粉配比失調，不但
會導致未燃盡的煤粉上移火焰拉長，還會使爐膛火
焰中心上移。缺氧燃燒會使主燃燒區域還原性氣體
增加，加劇了爐膛結焦和受熱面高溫腐蝕。
(4)2014年9月， 4鍋爐停爐后發現多只燃燒
器的一次、二次風噴口燒損變形(如圖1所示)，不
但導致一次風粉的濃淡比例出現失調，還使得噴口
出來的風粉氣流發生偏轉，擴大了爐膛中心的火焰，
加劇了對四周水冷壁的沖刷，同時導致水冷壁結焦
加劇。
3 技術改造措施
為解決鍋爐水冷壁高溫腐蝕和爐膛結焦問題，
公司組織專家和技術人員進行了深入分析并制訂了
以下技術方案和運行措施。
(1)去除標高31．000～40．728 m范圍內的衛燃
帶，銷釘高度磨至10mm以下，去除的衛燃帶面積為
圖1 燒損的噴燃器
155 m ，提高爐膛有效輻射吸熱面積，降低燃燒器區
域煙氣溫度水平。
采用Alstom計算程序進行計算，燃用設計煤種
條件下衛燃帶的輻射吸熱有效系數為0．2，光管水
冷壁輻射吸熱有效系數為0．4，計算時考慮實際運
行中再熱減溫水量約為15 t／h，如果要維持額定再
熱汽溫，可計算再熱減溫水量與實際的差值，然后通
過熱平衡計算得到有效降低的再熱汽溫值。減少爐
膛衛燃帶面積相當于提高爐膛有效輻射吸熱面積，
減少155 m 的衛燃帶相當于增加80 m 的水冷壁。
由于衛燃帶敲除后銷釘無法完全磨光，因此增加的
輻射面積理論上要比80 m 小，爐膛的尺寸為
17．696m x 18．816 m，相當于水冷壁加高1．08 m。
從改造計算結果可以看出，不同負荷下，分隔屏入口
至低溫再熱器出口各段煙氣溫度下降20～50℃，末
級再熱器入口汽溫可下降9 oC，出口汽溫維持額定
值時，基本不需要投減溫水，能有效控制再熱器金屬
壁溫。
(2)將A，B，F制粉系統的濃淡分離器比例由
8：2調整為6：4，目的是減少濃相噴燃器區域煤粉
量，使風粉配比合適，降低底部燃燒區域火焰溫度。
上層煤粉濃度加大后，可在SOFA區域更好地組織
燃燒，抵消衛燃帶打掉后對再熱汽溫的影響。
(3)進行制粉系統冷態一次風調平試驗及動力
場試驗。冷態一次風調平試驗目的是在冷態工況下
調平一次風速，減少氣流的不平衡，防止出現刷墻現
象，減少結焦的可能性。動力場試驗目的是修正爐
膛的假想切圓和處理貼壁風速高的問題，防止因為
貼壁風速高而引起爐膛結焦。
(4)優化低氮燃燒運行措施，減小對受熱面的
危害。
1)機組正常運行時，維持一次風速在2O一28
m／s，同層4個角風速盡量保持一致。
2)偏置風門開度要求。機組負荷小于450
MW 時，偏置風門開度維持在5％ ～10％；機組負荷
第7期 孫海元：超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因分析及改造措施 ·31·
在450～550 MW 時，偏置風門開度維持在10％ ～
20％ ；機組負荷大于550 MW時，偏置風門開度維持
在20％ 一30％ ；機組負荷大于600 MW 時，偏置風的
開度需不小于30％ 。
3)CCOFA風門和BCL風門的開度應大于
20％ 。
4)SOFA風門左右擺角要求：A，B層在直吹0
位；C，D，E，F層調至反切最大10。位置。
4 技術改造后性能評估
上述技術改造方案在小修中全部實施，機組啟
動后對機組參數進行了比對，結論是技術改造達到
了預期效果。
(1)爐膛未出現結焦現象。運行中所有負荷段
未出現檢修前的結焦狀況，爐膛燃燒正常，撈渣機未
出現大顆粒焦塊。
(2)爐膛火焰溫度分布均勻。負荷在650 MW
時，左右主燃燒器域底火溫度變化不大，上部爐膛溫
度平均降低了50—100 oC(見表1)，整個爐膛溫度
分布均勻，火焰呈橘黃色，無明顯刺眼亮度，噴燃器
表1 650MW 負荷時爐膛測量溫度 ℃
著火點距噴口400—600mm。
(3)改造后鍋爐高溫受熱面處煙氣溫度下降
30～50℃ ，煙氣分布更均勻，避免了煙氣集中通過
受熱面使管道超溫，提高了受熱面的安全系數。過
熱蒸汽溫度與設計值相比無明顯變化，再熱蒸汽溫
度比設計值低2～3℃ ，對機組經濟性影響較小。表
2為設計參數與衛燃帶改造后參數對比，表中BM．
CR為鍋爐最大連續蒸發量。
表2 設計參數與衛燃帶改造后參數對比 ℃
5 結束語
針對 4鍋爐出現的高溫腐蝕和結焦情況，利用
停爐機會，改造衛燃帶、調節制粉系統濃淡分離器濃
淡比例、調平一次風、優化低氮燃燒調整措施，同時
還更換、修復了個別燒損嚴重的一次、二次風噴口。
4鍋爐改造后的運行數據滿足技術要求，消除了爐
膛結焦問題，保證了鍋爐的安全、經濟運行。
參考文獻：
[1]王春昌．鍋爐衛燃帶新型布置方式[J]．中國電力，2008，
41(4)：48—51．
[2]陳冬林，鄢曉忠，唐基林，等．基于表面溫度計算與控制的
衛燃帶設計方法及應用[J]．燃燒科學與技術，2007，13
(6)：510—514．
[3]王春昌．切圓鍋爐水冷壁高溫腐蝕和結渣的區域與部位
研究[J]．熱力發電，2007(3)：29—31．
(本文責編：劉芳)
作者簡介：
孫海元(1977一)，男，山東濰坊人，工程師，從事電廠節
能管理方面的工作(E．mail：155106968@qq．corn)。

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