600mw超临界锅炉水冷壁大面积高温腐蚀控制

600mw超临界锅炉水冷壁大面积高温腐蚀控制

0锅炉水冷壁高温腐蚀目前，ht-n37低nox旋转分析仪的前壁和水冷壁存在高温腐蚀，这是当前电气安全运行的主要风险。例如,华能沁北电厂600MW超临界机组1—4号锅炉、华能汕头电厂3号锅炉、广东惠来电厂和汕尾电厂等DG1900/25.4-Π型锅炉,侧墙水冷壁下燃烧器至燃尽风标高区域发生大面积高温腐蚀,水冷壁管壁减薄,最薄处剩余壁厚3.0~4.5mm(原设计壁厚7.5mm),且均以侧墙中心线附近腐蚀最为严重。锅炉水冷壁高温腐蚀是一个极其复杂的物理化学过程,主要与水冷壁管壁温度、贴壁烟气成分、煤质特性和煤粉颗粒的运动状况有关。研究表明,在上述影响因素的综合作用下,任何型式的锅炉均会发生高温腐蚀。目前发生高温腐蚀的超临界对冲燃烧锅炉采用水冷壁管表面金属喷涂防护和炉内燃烧调整方法不能有效改善水冷壁壁面强还原性气氛;个别电厂采用前后墙或侧墙鳍片开孔的贴壁风布置方案,但由于喷口较小存在结渣堵塞和射流无法覆盖整个侧墙的问题,无法达到改造目的。为使锅炉水冷壁高温腐蚀问题得到有效控制,国内某电厂对600MW超临界锅炉进行了燃烧系统改造,而后通过燃烧调整使壁面腐蚀性气氛得到有效控制,从而使锅炉水冷壁高温腐蚀得到有效治理。1锅炉水冷壁高温腐蚀某600MW超临界旋流燃烧锅炉,采用前后墙对冲燃烧方式,设计配备36只HT-NR3型低NOx燃烧器,在前后墙分3层对称布置,同时在前后墙各布置8个燃尽风喷嘴,锅炉设计燃用煤种为神府东胜煤,校核煤种为晋北烟煤。锅炉主要设计参数:蒸发量1950t/h;炉膛宽度为22.1624m;炉膛深度为15.4568m;各燃烧器水平中心间距为3048mm,两侧燃烧器与侧墙中心间距为3461mm。锅炉水冷壁高温腐蚀严重区域位于两侧墙中部,即下层燃烧器至燃尽风标高范围。由于入厂煤质多变,配煤掺烧后入炉煤硫分在0.4%~1.6%,统计入炉煤年平均硫分为0.6%。对腐蚀垢样进行分析,结果为硫化物型高温腐蚀。经西安热工研究院燃烧调整试验发现,侧墙存在煤粉刷墙,同时贴壁还原性气氛浓厚。通过燃烧调整解决了煤粉刷墙问题,但无法改善水冷壁贴壁强还原性气氛。该炉腐蚀区域经过2次金属喷涂,但炉管的腐蚀问题仍未得到控制,因此需要探索从燃烧系统改造解决问题的有效途径。2改造方案2.1水冷壁侧墙高温腐蚀技术锅炉原设计采用较小的主燃烧区化学当量比,并注重对主燃烧器分级燃烧的控制,其在降低NOx排放浓度的同时也导致了水冷壁侧墙的强还原性气氛引起的高温腐蚀。技术改造必须在满足锅炉安全运行条件下,兼顾低NOx排放。因此,改造的重点在侧墙燃烧系统,以避免燃烧系统整体改造对锅炉NOx减排产生不利影响。2.2燃烧结渣总体情况(1)锅炉水冷壁两侧墙壁面腐蚀性气氛得到有效改善,H2S体积分数不大于100×10-6,CO体积分数不大于0.2%,保证炉膛水冷壁长期安全运行。(2)NOx排放质量浓度不大于400mg/m3(标准状态;6%O2)。(3)不发生燃烧器烧损及受热面大面积结渣。(4)锅炉各受热面管壁不超温,锅炉出力、主要运行参数和热效率不低于改造前,并对总体性能无明显影响。2.3内容更新2.3.1低还原性气氛的改造对同层靠侧墙的燃烧器进行改造(前后墙共12个,占燃烧器总数的1/3),通过强化风包粉流场结构和燃烧强度,减少靠侧墙燃烧器的火焰内还原程度,降低该处还原性气氛。主要采取的措施为:①将外二次风导流筒扩散角从45°改为35°,同时增加35°水冷壁扩锥,使一次风与二次风在原设计基础上提前混合,降低外二次风的扩散范围,弱化该燃烧器单体的分级燃烧程度,降低还原气氛;②对燃烧器稳焰环进行改造,增加内二次风的通流面积10%,强化风包粉效果;③切割外二次风导流筒轴向长度1/3,使旋流外二次风提前对内二次风及一次风产生影响,着火提前,并使燃烧更充分。图1为改造后燃烧器示意。2.3.2贴壁风喷口贴壁风改造布置如图2所示,在距离侧墙815mm处布置贴壁风喷口(前后墙共12个),直径D430mm。贴壁风各支管管路布置手动调节蝶阀和非金属膨胀节,风源取自二次风箱母管,确保各工况下射流刚性满足侧墙不缺氧。2.4空气动力场试验优化改进后,内二次风喷口通流面积比原设计增加约10%,贴壁风率为7.64%。改造方案数值计算流场分布如图3所示,贴壁风喷口设计流速(55m/s)下,对冲射流直接穿透至侧墙中心。这与冷态空气动力场试验的结果相符,环境温度(20℃)下,送风机出口压力1.2kPa时,贴壁风喷口处流速为20~25m/s。贴壁风射流喷出后流速迅速衰减,在水冷壁侧墙中点处约为2~4m/s,可满足侧墙覆盖氧化空气膜的要求。3经过转换的操作调整3.1锅炉表面质量—防止受热面超温改造后运行发现,贴壁风管道调节阀全开时,高温受热面部分工况出现超温现象,屏式过热器出口管壁温度最高达633℃,超温现象属于贴壁风改造的次生问题。由于该改造方式对于某制造的600MW超临界对冲锅炉尚属首次,为了确保锅炉管壁壁面整体覆盖氧化空气,锅炉厂在改造设计时对贴壁风风量及风速设计偏大。贴壁风改造后,其沿程阻力较燃烧器内、外二次风和燃尽风都小,阀门全开状态下贴壁风管路形成空气走廊,较多二次风由此进入炉膛,燃尽风和燃烧器内、外二次风风量相应减少,导致炉内横、纵向空气分布不尽合理,主燃烧器煤粉颗粒在缺氧状态下未能充分燃尽,火焰中心上移,导致高温受热面超温。通过调整贴壁风管道调节阀,使贴壁风风量降至设计值的60%~75%,使炉内空气分布趋于均匀,燃烧充分,受热面超温问题得以解决。3.2安装注浆后降低燃烧效果,提高运行氧量试验测量发现,低氧量运行时空气预热器入口CO浓度偏高,这主要缘于贴壁风装设后贴壁风、燃尽风、二次风间分配比例失衡,导致火焰中心上移,而燃尽风风量较改造前有所减少,燃尽风及时介入也不能保证CO和煤粉充分燃尽。贴壁风关小后,尾部烟道中CO含量明显减少,为了进一步降低化学不完全燃烧损失,试验表明必须提高运行氧量。以排烟热损失和化学不完全燃烧损失之和最小综合考虑,将氧量控制在3.0%左右,同时改变同层燃烧器外二次风的配风方式,将原炉宽方向缩腰配风改为均等配风,锅炉运行安全性和经济性较优。3.3nox浓度分布贴壁风的加入,使炉膛两侧形成富氧带而中间缺氧深度加大。根据NOx的生成机理,缺氧产生还原性介质与NO反应降低了NOx的排放浓度,因此,炉宽方向NOx浓度呈两头大中间小的分布规律,而NOx浓度分布不均匀将影响催化剂的寿命,同时,氨逃逸率会增加。贴壁风改造后必须根据NOx分布规律对喷氨分阀门进行调整,以改变不同位置的喷氨量,从而改善脱硝装置出口的NOx浓度分布偏差,并降低氨的逃逸率。4改造后的效果锅炉水冷壁侧墙贴壁气氛测点布置如图4所示;额定负荷工况下,改造前后锅炉燃煤煤质数据和性能试验结果如表1和表2所示。试验结果表明:燃烧器局部改造可以改善水冷壁壁面的还原性气氛。将贴壁风关至冷却位,后壁面H2S体积分数可减小至500×10-6以下,但无法降低至安全水平,改造需要与增设贴壁风相配套。增加3层贴壁风和侧墙燃烧器改造后,经过运行调整,锅炉总体性能良好,不同负荷工况下,水冷壁壁面的强还原性气氛得到有效改善,各受热面管壁温度经调整后未出现超温,飞灰中碳质量分数和锅炉效率与改造前接近;NOx平均排放质量浓度在250mg/m3(标准状态)左右,改造对NOx排放影响不大,但NOx在炉膛宽度方向的分布发生了变化,通过脱硝装置入口喷氨管路流量的控制,可以实现更高的脱硝效率和减小NOx分布偏差产生的影响;锅炉水冷壁无明显结渣情况,煤种适应性与改造前基本相同。需要说明的是,改造后至截稿日期,机组运行接近1年未停运检查,无法对水冷壁向火侧管壁的实际腐蚀情况进行确认,因此暂不能给出水冷壁壁面腐蚀的具体数据。机组运行过程水冷壁侧墙CO和H2S的测量结果表明,改造后水冷壁贴壁的还原腐蚀性气氛已降低至安全水平,水冷壁高温腐蚀状况应可以明显改善。5贴壁风压压t问题(1)要注重贴壁风量的优化分配,在保证水冷壁侧墙贴壁气氛可控的前提下,应适当加大主燃烧器区域二次风量的比例,以降低主燃烧区缺氧燃烧引起火焰中心上升产生的高温受热面管壁超温等负面影响。(2)水冷壁靠侧墙布置贴壁风喷口是防止高温腐蚀的主要手段之一。要充分考虑喷口的大小和流速设计,以保证不同工况下贴壁风射流始终穿透炉膛深度方向中心点,覆盖水冷壁壁面形成空气膜,同时实现锅炉在不同负荷工况下燃烧器二次风与贴壁风、燃尽风配比的变化及配风的均匀性,并有一定的调节余地。(3)调试时曾进行关闭上层贴壁风试验,结果为燃尽风标高侧墙水冷壁壁面无法形成覆盖空气膜,因此建议采用本文给出的水冷壁加装3层贴壁风方案,以满足燃尽风标高侧墙壁面均呈氧化性气氛。(4)采用贴壁风后,使炉膛两侧形成富氧带而中间缺氧程度更大,将导致尾部烟道NOx浓度分布不均。因此,贴壁风改造后必须对SCR入口喷氨系统重新