二次風箱改造后配風優化減緩高溫腐蝕分析

喻 國，陳玉忠，趙志軍，袁軍權，于洪明，王世遠

（貴州創星電力科學研究院有限責任公司，貴州貴陽）

引言

貴州某W 型火焰鍋爐機組，爐膛寬度大，二次風的均勻分配和精準控制比較困難，爐膛主燃區容易出現局部缺氧燃燒情況。鍋爐水冷壁燃燒器至燃盡風區域經常處于局部缺氧燃燒狀態，局部缺氧區域CO 濃度較高，較強的還原性氣氛導致水冷壁高溫腐蝕比較嚴重[1]。因此，迫切需要采取措施解決二次風量分配不均、爐膛中部缺氧燃燒以及水冷壁高溫腐蝕問題。

國內外學者對鍋爐水冷壁區域局部缺氧燃燒和高溫腐蝕進行了深入的分析研究。程超等通過系統性分析并借助先進的掃描電鏡及能譜技術對水冷壁高溫腐蝕的機理進行了詳細的分析[2]。馬紅和等引入多孔壁風耦合空氣分級的煤粉燃燒技術可以改善水冷壁壁面附近的還原性氣氛防止水冷壁面的高溫腐蝕[3]。劉軍等闡述了對燃煤機組實施燃燒器及貼壁風改造可消除鍋爐水冷壁的高溫腐蝕問題[4]。黃顯生等通過二次風箱結構優化改造可提高爐膛氧量和熱負荷的均勻性，有效提高鍋爐效率和機組經濟性[5]。楊太勇等分析得出鍋爐前墻中部水冷壁區域在鍋爐不同燃燒工況下均出現局部缺氧燃燒狀況，機組各負荷工況下都應該增強鍋爐前墻中部水冷壁區域的配風[6]。龔超等研究發現通過合理控制水冷壁區域還原性氣氛、避免煤粉氣流刷墻及水冷壁有效噴涂可減緩水冷壁高溫腐蝕[7]。

以該電廠660 MW 超臨界機組W 型火焰鍋爐為研究對象，根據該電廠二次大風箱的分隔改造案例及改造后現場進行的配風優化試驗進行分析研究，對二次風箱分隔改造前后以及改造后優化配風的效果進行了對比分析。

1 設備概況

該鍋爐為DG2076/25.73-Ⅱ12 型超臨界W 型火焰鍋爐。制粉系統為冷一次風正壓直吹式制粉系統，配置6 套雙進雙出鋼球磨，每臺磨煤機帶4 只煤粉燃燒器共24 只煤粉燃燒器，燃燒器順列布置在爐膛前后拱上，前后拱各12 只。鍋爐采用分級送風的二次風箱，與燃燒器對應，由上部風箱和下部風箱組成。上部風箱負責拱上配風，由A、B、C 擋板控制；下部風箱負責拱下配風，分為二層，由D、F 擋板控制。

該電廠2022 年6 月利用C 修進行了二次風箱分隔改造，并在改造后沿爐寬方向進行配風優化。

2 二次風箱分隔改造分析

2.1 二次風箱改造概述

該鍋爐二次大風箱未改造前設計方案如圖1 所示，二次大風箱在鍋爐前、后墻沿爐寬方向布置，風箱較寬、截面尺寸較大以及鍋爐前后墻二次風量分布不均等會導致爐膛中部缺氧燃燒[8]，爐膛主燃區貼壁區域還原性氣氛較強，高溫腐蝕較嚴重。

圖1 二次風箱分隔改造前磨煤機與燃燒器匹配關系

該電廠二次大風箱的分隔改造方案如圖2 所示，將鍋爐前后墻的二次大風箱分隔為3 個均勻的小二次風箱，分別給對應燃燒器區域供風。爐膛前、后墻二次風道1 分別向左側4 個燃燒器（前墻F3、E3、D3、F4，后墻A1、B1、C1、A2）供二次風；爐膛前、后墻二次風道2 分別向右側4 個燃燒器（前墻A4、C3、B3、A3，后墻F2、D1、E1、F1）供二次風;爐膛前、后墻二次風道3 分別向爐膛中間4 只燃燒器（前墻E4、D4、C4、B4，后墻B2、C2、D2、E2）供二次風。

圖2 二次風箱分隔改造方案

2.2 改造后鍋爐配風方式分析

二次風箱改造前后，對鍋爐燃燒系統各風門擋板進行了檢查，主要風門擋板開度見表1。

表1 改造前后主要風門擋板開度

根據表1、表2 的檢查結果，從鍋爐配風方式來看，改造前后均符合W 型火焰鍋爐常規配風方式。但二次風箱分隔改造后、二次風系統補風特性發生了變化，鍋爐配風必須進行相應的調整優化。

表2 F 擋板開度檢查情況

2.3 改造前后水冷壁還原性氣氛測試

進行鍋爐下爐膛還原性氣氛測試時，每個測點的測量數據均包含O2、CO 的體積分數，由于煙氣CO 與O2的體積分數存在負相關性。因此，本文中僅對CO的體積分數進行測試分析[1]。

該爐二次風箱改造前后，在鍋爐燃燒器至燃盡風噴口段前墻、后墻、左側、右側水冷壁第一、二層看火孔貼壁區域使用高濃度煙氣分析儀進行還原性氣氛的取樣測量。改造前后機組運行工況基本保持一致，機組負荷均維持550 MW，二次風箱壓力均維持0.5 kPa 左右，鍋爐采用常規配風方式，燃燼風全開，維持工況穩定，進行二次風箱改造前后爐膛水冷壁燃燒器至燃盡風噴口段區域還原性氣氛測試。爐膛水冷壁貼壁區域還原性氣氛測試結果見表3。

表3 改造前后爐膛水冷壁還原性氣氛測試結果對比

改造前后在相同試驗工況下，二次風箱改造后鍋爐主燃區水冷壁貼壁區域CO 含量降低一半還多。說明通過二次風箱分隔改造可大幅降低主燃區水冷壁貼壁區域CO 含量，可減輕水冷壁貼壁區域的還原性氣氛，減緩鍋爐水冷壁高溫腐蝕。

2.4 改造后燃燒器區域的補風特性

2.4.1 改造后分隔擋板及F 擋板配風方式

改造前主要采用F 擋板從兩側往中間階梯狀開大的配風方式（“凸”型配風）。二次風箱分隔改造后，鍋爐實際運行中主要通過二次風箱分隔擋板調整保證各風箱壓力值基本一致。冷態二次風箱分隔擋板的調整狀態均在55%以上且開度基本相同。

在二次風箱分隔擋板開度基本相同情況下，要維持鍋爐前、后墻二次風箱二次風壓基本相同，后墻二次風F 擋板開度普遍比前墻低很多。

2.4.2 改造后水冷壁貼壁區域CO 測試

根據表3 改造前后爐膛水冷壁貼壁區域還原性氣氛測試結果，改造后前墻中部、后墻中部、左側墻邊上及右側墻中部水冷壁貼壁附近CO 偏高，存在局部缺氧燃燒情況。說明F 擋板采用“凸”型配風已經不能貼合二次風箱分隔改造后二次風系統在燃燒器區域的補風特性。因此在二次風箱進行分隔改造后，有必要對二次風箱分隔擋板和F 擋板進行優化調整，對燃燒系統配風進行優化。

3 二次風箱改造后配風優化

本次二次風箱分隔改造后重點考慮F 擋板及風箱分隔擋板的配風優化調整，該廠在2022 年7 月開展了配風優化試驗工作。由于二次風箱的A、B、C、D擋板控制風量遠小于F 擋板控制風量，二次風箱分隔改造后爐寬方向配風優化主要指調整分隔擋板及F擋板開度優化燃燒區域配風。

3.1 分隔擋板優化調整

改造后根據爐膛局部缺氧燃燒情況結合冷態風箱分隔擋板的調整狀態，檢查分隔風箱風壓，發現前墻和后墻爐左右分隔風箱風壓偏高、爐中分隔風箱風壓偏低。

保持二次風母管風壓不變，調整二次分隔風箱之間分隔擋板，現場采取關小后墻爐左、右分隔擋板以及開大前墻左側爐中分隔擋板調整方式。經過摸索和調整，優化后墻爐左、右分隔擋板全部由12 孔減少至5 孔，前墻左側爐中分隔擋板1 個全開至16 孔、另1個由9 孔開至12 孔。調整前后各分隔風箱風壓分配情況見表4。

表4 爐寬方向各分隔風箱風壓分配情況

3.2 F 擋板優化調整

在二次分隔風箱分隔擋板優化調整后，對二次風下部風箱F 擋板開度進行優化和調整。后墻左右側F擋板均開大，后墻中間F 擋板進行微調；前墻中間F擋板均開大，前墻左右側F 擋板進行微調。F 擋板調整前后開度情況見表5。

表5 F 擋板調整前后開度情況

二次風箱改造后沿爐寬方向進行配風優化，通過分隔擋板粗調后、輔以F 擋板細調后，在燃燒器至燃盡風噴口段整個水冷壁貼壁區域CO 濃度均有明顯降低，并且水冷壁貼壁區域CO 分布比較均勻，無明顯缺氧燃燒狀況。水冷壁貼壁區域的還原性氣氛降低，鍋爐主燃區水冷壁高溫腐蝕得到減緩。

該機組在2022 年6-7 月開展二次風箱分隔改造及配風優化工作后，在2023 年6 月停機期間，檢查了鍋爐主燃區水冷壁區域無明顯的高溫腐蝕痕跡，驗證了二次風箱分隔改造及配風優化調整工作對減緩高溫腐蝕非常有效。

4 結論

通過對二次風風箱分隔改造以及改造后配風優化試驗研究，可以得到以下結論：

（1） 二次風風箱分隔改造后，爐寬方向的氧量均勻性提高，爐膛中部補風條件得到改善，充分證明二次風箱分隔改造是成功的。

（2） 二次風箱分隔改造后，通過分隔擋板粗調和F 擋板細調，保證各分隔風箱風壓基本一致，水冷壁主燃區無明顯的局部缺氧燃燒情況，可改善水冷壁貼壁區域的還原性氣氛，減緩鍋爐水冷壁高溫腐蝕。