探究600MW超臨界鍋爐防止高溫腐蝕技術改造和運行調整

蔡偉

摘要：本文主要探究600MW超臨界鍋爐防止高溫腐蝕技術改造和運行調整。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，從燃燒器與前后墻兩方面進行技術改造，做好運行調整措施，以期為相關工作者提供有益借鑒。

關鍵詞：超臨界鍋爐;高溫腐蝕;技術改造;運行調整

前言：

隨著國家對于環保提出了更高要求，為控制NOx生成，鍋爐通常應用爐后煙氣脫硝結合爐內脫硝的改造模式，采取低氮燃燒器技術，由于主燃燒器運行于欠氧位置，增強水冷壁近壁位置還原性氣氛，導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，積極優化其結構，改善不足之處，提升整體運行生產效率，避免高溫腐蝕，以確保電站能夠穩定運行。

一、高溫腐蝕原因分析

某600MW超臨界旋流燃燒鍋爐應用前后墻對沖燃燒模式，鍋爐為平衡通風、單爐膛、固態排渣，配置相應濕式排渣系統，HT-NR3型低NOx燃燒器，前后墻對稱設置，且不知燃盡風噴嘴，采取東勝煤為燃燒用煤。鍋爐主要參數為爐膛寬度22.1662m，深度為15.845m，蒸發量為1940t/h，燃燒器水平中心距離3037mm，側墻中心與燃燒器距離3450mm[1]。在600MW運行負荷及2.31%常規運行氧量下，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。水冷壁在強還原性氛圍內，在高溫煙氣下提高了壁面溫度，火焰與爐墻相接近后，鄰近壁面區域構成還原性氣氛，將灰的熔點溫度降低，提高了結渣過程，導致管表面出現高溫腐蝕。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改造

1.確定改造目標

鍋爐原本設計中應用主燃燒區化學當量比較小，且注重控制助燃器分級燃燒，在將排放NOx濃度降低下，也造成了水冷壁側墻還原性氣氛導致高溫腐蝕，技術改造中需對該情況高度關注，保證鍋爐運行安全性，兼顧降低排放的NOx濃度[2]。所以，改造中側重于側墻燃燒系統，以免改造整體燃燒系統影響NOx的減排。具體改造目標如下：

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

（2）不產生大面積燃燒器燒損或大面積結渣情況。

（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，熱效率與運行參數在改造之前，鍋爐出力，且對整體鍋爐性能無影響。

2.具體改造內容

在改造過程中，根據600MW鍋爐情況，分別進行燃燒器與后墻改造。其中，燃燒器改造主要是改造同側靠墻燃燒器，墻前后有12個燃燒器，約為總數1/3，通過加強風包粉流場結構及燃燒強度，將側墻燃燒器火焰還原度減少。主要措施是改造外二次風導流筒擴散角，從遺忘的45°轉變為35堵，且增加水冷壁擴錐35°，基于原設計基礎將一次二次風提前混合，減少擴散外二次風范圍，進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，改造整體燃燒器穩焰環，將二次風同流面積增加10%，加強風包粉效果，將二次風導流筒長度切下1/3長度，使其能夠提前對一次風機內二次風進行影響，提前著火，使得鍋爐燃燒愈發充分;在前后墻改造中，與側墻相距815mm位置貼上壁風噴口，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與蝶閥進行調節，以二次風箱母管為風源，保證無論何種工況均滿足側墻氧氣需求。

在完成改造優化后，相較于原本設計，內二次風噴口同流面積增加10%，貼壁風率7.62%，設計貼壁風噴口流速55.m/s，送風機出口壓力1.2kPa，環境20℃溫度下，貼壁風噴口流速在23m/s左右，且流速噴射后逐漸衰減，可滿足鍋爐運行要求。

三、超臨界鍋爐防止高溫腐蝕運行調整

1.燃盡風開度調整

燃盡風開度從70%向50%調整，不同高度近壁區大幅度降低了還原性氣體體積分數，降低CO體積分數31%，降低H2S體積分數30%，O2體積分數提高，可知在總風量不變下，將燃燒器區氧量增加，燃盡風率降低，即可有效減少水冷壁還原性氣體，避免水冷壁產生高溫腐蝕，促進機組穩定運行。

2.運行氧量調整

運行中氧量從2.3%提升至2.8%，增加運行氧量后，降低CO體積分數15.4%，降低H2S體積分數26%，O2體積分數提高，可知運行氧量整體提高能夠減少水冷壁還原性氣體，促進機組穩定運行。

總結：

綜上所述，600MW超臨界鍋爐運行中，由于自身性質問題，易出現燃燒區兩側水冷壁產生大面積高溫腐蝕，構成安全隱患。因此，可結合實際情況，分析高溫腐蝕原因進行技術改造，且動態調整燃盡風開度與運行氧量，避免水冷壁高溫腐蝕，從而為機組運行提供保障。

參考文獻：

[1]呂當振，賓誼沅，李文軍，蔣森年，曾俊，劉帥，陳文，謝國鴻.600MW超臨界機組鍋爐軸流風機并列與過程控制技術[J].中國電機工程學報，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研究[J].電力科技與環保，2020，36（01）：44-49.

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