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超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施

文档作者：孙海元文档来源：华电潍坊发电有限公司		点击数：	更新时间： 2021年12月15日
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第37卷第7期
2015年7月
华电技术
Huadian Technology
Vo1．37 No．7
Ju1．2015
超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因
分析及改造措施
孙海元
(华电潍坊发电有限公司，山东潍坊261204)
摘要：针对某电厂 4锅炉出现的高温腐蚀和结焦情况，通过分析结焦原因，提出了改造卫燃带、调节制粉系统浓淡分
离器浓淡比例、调平一次风、优化低氮燃烧调整措施等改造措施。改造后锅炉运行参数满足技术要求，消除了炉膛结焦
问题，保证了锅炉安全、经济运行。
关键词：超临界锅炉；高温腐蚀；结焦；卫燃带；燃烧调整
中图分类号：TK224．9 文献标志码：B 文章编号：1674—1951(2015)07—0029—03
1 机组概况
某电厂 4锅炉是由上海锅炉有限公司制造的
SG一2102／25．4型超临界参数变压运行直流锅炉，
单炉膛、一次再热、四角切圆燃烧、平衡通风、露天布
置、固态排渣、全悬吊Ⅱ 型结构，设计燃料为山西晋
中地区贫煤。燃烧设备配6台BBD3854型双进双
出钢球磨煤机、冷一次风机、正压直吹式制粉系统。
采用低NO 同轴燃烧系统(LNCFS)，煤粉燃烧器为
四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。燃烧器采用垂
直方向浓淡分级燃烧，主风箱下部布置6层浓煤粉
喷嘴，上部布置6层淡煤粉喷嘴，分离燃尽风(sO—
FA)风箱布置有6层SOFA喷嘴。在6层宽调节比
(WR)浓煤粉喷嘴四周布置有燃料风(周界风)。在
相邻2层煤粉喷嘴之间布置有2层辅助风(CFS)喷
嘴，其中包括1只偏置的预置水平偏角的辅助风喷
嘴和1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有2层紧凑
燃尽风(CCOFA)喷嘴，下部设有1层火下风(UFA)
喷嘴。在燃烧器每根煤粉管道进口处装设1个煤粉
浓淡分离装置，进行煤粉浓淡分离燃烧，将分离后的
浓煤粉送人炉膛下部燃烧器，淡煤粉送人炉膛上部
燃烧器，煤粉和空气从四角送人，从炉顶向下看在炉
膛中呈顺时针切圆方式燃烧。6台磨煤机的浓淡比
例为：A磨煤机，8：2；B磨煤机，8：2；C磨煤机，
6：4；D磨煤机，6：4；E磨煤机，6：4；F磨煤机，
8： 2。
为达到炉膛稳燃和提高再热汽温的目的，#4锅
炉在水冷壁每面墙布置有2种卫燃带各2片，总计
l6片。第1种卫燃带标高为24．6—40．7m，宽度为
收稿日期：2015—01—13；修回日期：2015—06—20
2．0 m，总面积为257 m。，第2种卫燃带标高为
21．3 30．4m，总面积为145 m ，两种卫燃带共计
402m 。
2 低氮燃烧调整后出现的问题及原因分析
2．1 锅炉出现的问题
为保证锅炉达标排放，2012年10月锅炉燃烧
调整方式改为二次风分级低氮配风燃烧方式，即减
小浓相主燃烧区域二次风量，增加SOFA风量，保证
省煤器出口NO 质量浓度<450mg／m (原设计为
500mg／m )。2013年5月大修停炉后，发现水冷壁
存在高温腐蚀和结焦情况，腐蚀发生位置为标高
38000mm处，垂直跨度2．5m，四面墙均存在高温腐
蚀情况，后墙 3角腐蚀区域管壁减薄最大， 4角腐
蚀区域面积最大。
2014年9月， 4锅炉停炉检查时发现炉膛内
高温腐蚀及结焦情况较为严重。高温腐蚀区域主要
在 2， 3， 4角的向火侧，标高27379—42400 mm，
由燃烧器延伸至锅炉中心(炉膛宽18 816 mm、深
17696mm)，卫燃带周围尤为严重；另外，在 2， 3，
4角向火侧F层SOFA燃烧器顶部(标高48000～
51000mm，宽度3 m)存在轻微高温腐蚀；淡粉区域
向火侧螺旋水冷壁管局部区域管壁减薄2—3 mm
(管子规格为 41．3 mm×6．78 mm，材质为T22)。
从炉膛底部21 000 mm处到40000 mm CCOFA区域
卫燃带上都有结焦现象，四面水冷壁淡粉区域卫燃
带结焦情况严重(厚度约为500 mm)，多只淡粉燃烧
器喷口烧损。
运行过程中， 4锅炉存在再热汽温及金属温度
偏高的问题，特别是炉膛左侧受热面金属壁温较高。
机组过热汽温可以通过煤水比直接调节，因此过热
· 3O· 华电技术 第37卷
器金属壁温相对较容易控制；再热减温水经常作为调
节再热汽温的主要手段，严重影响机组运行的经济眭。
2．2 原因分析
(1)锅炉实行低氮燃烧调整措施后，在炉膛总
风量不变的情况下，主燃烧区域的氧量减少了20％
左右，煤粉浓度及对应负荷下的煤粉量减小，炉膛主
燃烧区域缺氧严重，从CCOFA区域测量的CO质量
浓度大于10000 mg／L，强烈的还原性气氛为结焦和
高温腐蚀创造了有利条件。SOFA区域的风量增加
了20％ ，在主燃烧区域未燃尽的煤粉在SOFA区域
继续燃烧，使得此区域炉膛温度升高(从测量数据
看，70％ 负荷以上时此区域温度在1 350℃ 以上)。
低氮燃烧调整方式使得炉膛火焰中心上移，由于顺
时针四角切圆炉膛火焰中心向左侧炉膛偏斜，使得
左侧高温受热面壁温升高，为控制受热面壁温(尤
其是再热汽温)只能大量投入减温水，降低了机组
的经济性。
(2) 4锅炉燃用煤种为贫煤，挥发分低且燃尽
时间长，对炉膛燃烧器区域的温度要求较高，卫燃带
能有效提高卫燃带附近的烟气温度，满足各种负荷
条件下的燃烧温度。但煤炭市场发生变化后，锅炉
掺烧烟煤比例较大，卫燃带附近较高的烟气温度不
仅为结焦提供了有利的条件，还为高温腐蚀提供了
条件。从测量数据看，90％以上负荷时，炉膛主燃烧
区域温度在1 300℃ 以上，CCOFA区域最高温度为
1 450℃。卫燃带结焦后也影响了一次、二次风射流
的刚性，造成炉内燃烧紊乱，气流贴壁。
(3)A／B制粉系统的浓淡分离器比例不合适。
A／B制粉系统浓淡比例为8：2，浓相粉管出粉量较
大，实行低氮燃烧后此燃烧区域风粉配比失调，不但
会导致未燃尽的煤粉上移火焰拉长，还会使炉膛火
焰中心上移。缺氧燃烧会使主燃烧区域还原性气体
增加，加剧了炉膛结焦和受热面高温腐蚀。
(4)2014年9月， 4锅炉停炉后发现多只燃烧
器的一次、二次风喷口烧损变形(如图1所示)，不
但导致一次风粉的浓淡比例出现失调，还使得喷口
出来的风粉气流发生偏转，扩大了炉膛中心的火焰，
加剧了对四周水冷壁的冲刷，同时导致水冷壁结焦
加剧。
3 技术改造措施
为解决锅炉水冷壁高温腐蚀和炉膛结焦问题，
公司组织专家和技术人员进行了深入分析并制订了
以下技术方案和运行措施。
(1)去除标高31．000～40．728 m范围内的卫燃
带，销钉高度磨至10mm以下，去除的卫燃带面积为
图1 烧损的喷燃器
155 m ，提高炉膛有效辐射吸热面积，降低燃烧器区
域烟气温度水平。
采用Alstom计算程序进行计算，燃用设计煤种
条件下卫燃带的辐射吸热有效系数为0．2，光管水
冷壁辐射吸热有效系数为0．4，计算时考虑实际运
行中再热减温水量约为15 t／h，如果要维持额定再
热汽温，可计算再热减温水量与实际的差值，然后通
过热平衡计算得到有效降低的再热汽温值。减少炉
膛卫燃带面积相当于提高炉膛有效辐射吸热面积，
减少155 m 的卫燃带相当于增加80 m 的水冷壁。
由于卫燃带敲除后销钉无法完全磨光，因此增加的
辐射面积理论上要比80 m 小，炉膛的尺寸为
17．696m x 18．816 m，相当于水冷壁加高1．08 m。
从改造计算结果可以看出，不同负荷下，分隔屏入口
至低温再热器出口各段烟气温度下降20～50℃，末
级再热器入口汽温可下降9 oC，出口汽温维持额定
值时，基本不需要投减温水，能有效控制再热器金属
壁温。
(2)将A，B，F制粉系统的浓淡分离器比例由
8：2调整为6：4，目的是减少浓相喷燃器区域煤粉
量，使风粉配比合适，降低底部燃烧区域火焰温度。
上层煤粉浓度加大后，可在SOFA区域更好地组织
燃烧，抵消卫燃带打掉后对再热汽温的影响。
(3)进行制粉系统冷态一次风调平试验及动力
场试验。冷态一次风调平试验目的是在冷态工况下
调平一次风速，减少气流的不平衡，防止出现刷墙现
象，减少结焦的可能性。动力场试验目的是修正炉
膛的假想切圆和处理贴壁风速高的问题，防止因为
贴壁风速高而引起炉膛结焦。
(4)优化低氮燃烧运行措施，减小对受热面的
危害。
1)机组正常运行时，维持一次风速在2O一28
m／s，同层4个角风速尽量保持一致。
2)偏置风门开度要求。机组负荷小于450
MW 时，偏置风门开度维持在5％ ～10％；机组负荷
第7期 孙海元：超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施 ·31·
在450～550 MW 时，偏置风门开度维持在10％ ～
20％ ；机组负荷大于550 MW时，偏置风门开度维持
在20％ 一30％ ；机组负荷大于600 MW 时，偏置风的
开度需不小于30％ 。
3)CCOFA风门和BCL风门的开度应大于
20％ 。
4)SOFA风门左右摆角要求：A，B层在直吹0
位；C，D，E，F层调至反切最大10。位置。
4 技术改造后性能评估
上述技术改造方案在小修中全部实施，机组启
动后对机组参数进行了比对，结论是技术改造达到
了预期效果。
(1)炉膛未出现结焦现象。运行中所有负荷段
未出现检修前的结焦状况，炉膛燃烧正常，捞渣机未
出现大颗粒焦块。
(2)炉膛火焰温度分布均匀。负荷在650 MW
时，左右主燃烧器域底火温度变化不大，上部炉膛温
度平均降低了50—100 oC(见表1)，整个炉膛温度
分布均匀，火焰呈橘黄色，无明显刺眼亮度，喷燃器
表1 650MW 负荷时炉膛测量温度 ℃
着火点距喷口400—600mm。
(3)改造后锅炉高温受热面处烟气温度下降
30～50℃ ，烟气分布更均匀，避免了烟气集中通过
受热面使管道超温，提高了受热面的安全系数。过
热蒸汽温度与设计值相比无明显变化，再热蒸汽温
度比设计值低2～3℃ ，对机组经济性影响较小。表
2为设计参数与卫燃带改造后参数对比，表中BM．
CR为锅炉最大连续蒸发量。
表2 设计参数与卫燃带改造后参数对比 ℃
5 结束语
针对 4锅炉出现的高温腐蚀和结焦情况，利用
停炉机会，改造卫燃带、调节制粉系统浓淡分离器浓
淡比例、调平一次风、优化低氮燃烧调整措施，同时
还更换、修复了个别烧损严重的一次、二次风喷口。
4锅炉改造后的运行数据满足技术要求，消除了炉
膛结焦问题，保证了锅炉的安全、经济运行。
参考文献：
[1]王春昌．锅炉卫燃带新型布置方式[J]．中国电力，2008，
41(4)：48—51．
[2]陈冬林，鄢晓忠，唐基林，等．基于表面温度计算与控制的
卫燃带设计方法及应用[J]．燃烧科学与技术，2007，13
(6)：510—514．
[3]王春昌．切圆锅炉水冷壁高温腐蚀和结渣的区域与部位
研究[J]．热力发电，2007(3)：29—31．
(本文责编：刘芳)
作者简介：
孙海元(1977一)，男，山东潍坊人，工程师，从事电厂节
能管理方面的工作(E．mail：155106968@qq．corn)。

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