鍋爐水冷壁近壁區(qū)氣氛試驗(yàn)分析及高溫腐蝕防范措施

國(guó)電長(zhǎng)源荊州熱電有限公司 湖北 荊州 434000

近年來(lái),鍋爐水冷壁高溫腐蝕爆管是大型燃煤電廠鍋爐采用低氮燃燒技術(shù)后普遍面臨的共性問(wèn)題。一般認(rèn)為,鍋爐水冷壁的高溫腐蝕是由煤中硫元素造成,在缺氧燃燒時(shí),即還原性氣氛中,煤粉中的硫元素生成游離態(tài)的硫和硫化物,與水冷壁外壁中的鐵和鐵的氧化物反應(yīng),生產(chǎn)鐵的硫化物,造成水冷壁高溫腐蝕。水冷壁一旦發(fā)生高溫腐蝕,其管壁會(huì)逐漸減薄,強(qiáng)度降低,在交變應(yīng)力作用下極易發(fā)生裂紋擴(kuò)展,導(dǎo)致爆管。

1 鍋爐水冷壁近壁區(qū)氣氛試驗(yàn)

試驗(yàn)鍋爐為上鍋制造的亞臨界汽包爐,型號(hào)為SG-1060/17.5-M738,型式為亞臨界壓力參數(shù)、自然循環(huán)、四角切圓燃燒,Π型布置燃煤汽包爐。本文通過(guò)五個(gè)不同試驗(yàn)工況,研究氧量變化與入爐煤含硫量的變化對(duì)水冷壁近壁氣氛的影響。此次試驗(yàn)的五個(gè)工況,試驗(yàn)期間五臺(tái)磨煤機(jī)給煤量基本保持均等,主蒸汽流量950t/h,運(yùn)行氧量依次為3.3%、3.1%、2.8%、3.1%、3.1%,入爐硫份依次為1.3%、1.3%、1.3%、1.72%、0.88%。本次試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)分布在爐膛水冷壁的前后墻,有4層,從上至下位置依次為：Sofa風(fēng)層、還原區(qū)E層燃燒器、C層燃燒器。煙氣分析儀中H2S組份的測(cè)量量程為500ppm,超過(guò)500ppm的點(diǎn)無(wú)法讀出具體數(shù)值,所以表中均以“超500”代替。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表。

測(cè)點(diǎn)位置 前墻測(cè)孔1(#1角) 前墻測(cè)孔2(#4角) 后墻測(cè)孔1(#2角) 后墻測(cè)孔2(#3角)測(cè)量成分 H2 S CO H2 S CO H2 S CO H2 S CO單位 ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm sofa風(fēng)層工況一 135.6 23050 120.7 14546 71.4 15216 122 13657工況二 331.9 25390 241.5 28439 71.2 29506 超500 28789工況三 142.7 23113 285.1 24985 140.1 27476 超500 32178工況四 237.4 31160 220.7 28373 47.4 31917 468.9 32211工況五 236.2 32173 273.3 39038 41.4 26108 84.3 36090還原區(qū)工況一 359.5 18999 368.8 23156 88.7 31432 65.5 11739工況二 142.8 30862 超500 34078 250.1 48438 189.3 47496工況三 超500 39989 超500 50331 233.9 35822 超500 42749工況四 317.5 42899 超500 40326 超500 35567 超500 22341工況五 165.4 46345 187.6 43088 65.3 31628 183.2 41477 E層燃燒器工況一 289.2 32798 188.5 21989 413.1 39221 415.3 35547工況二 145.7 37280 超500 48772 319.7 32386 127.4 32263工況三 17.8 43165 189.3 48973 超500 40905 238.7 33457工況四 超500 38715 超500 40178 470.4 36774 超500 30111工況五 46.1 13710 122.2 17407 298.2 26440 47.1 26251 C層燃燒器工況一 268.4 29686 277.6 52792 105.2 44426 222.7 55428工況二 46.9 33067 58.3 32136 92.5 10534 88.9 11457工況三 167.7 56041 超500 34541 477.5 53355 101.9 51688工況四 超500 49984 超500 47683 475.3 36539 127.6 25358工況五 30.3 2829 82.4 4347 42.1 9411 23.1 3243

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由工況一、工況二、工況三的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知,在鍋爐出力950t/h左右,入爐煤硫份約為1.3%,變化爐膛氧量分別為3.3%、3.1%、2.8%,測(cè)量區(qū)域的還原性氣氛CO的濃度明顯呈下降趨勢(shì)。

由工況二、工況四、工況五的三個(gè)工況試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知,在鍋爐出力950t/h左右,爐膛氧量為3.1%,改變?nèi)霠t煤硫份分別約為1.3%、1.72%、0.88%,腐蝕性氣體H2S的濃度明顯成上升趨勢(shì)。當(dāng)入爐煤硫份為1.72%的試驗(yàn)工況下,測(cè)量區(qū)域大部分H2S濃度超過(guò)400ppm。

燃煤鍋爐,煙氣側(cè)水冷壁近壁氣氛中的腐蝕性氣體H2S在還原性氣體CO的氛圍中,在超過(guò)350℃的高溫環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生高溫腐蝕。依據(jù)以往多次測(cè)試經(jīng)驗(yàn),當(dāng)H2S的濃度大于400ppm時(shí)候,高溫腐蝕的速率會(huì)急劇加快,引起水冷壁管壁減薄。經(jīng)查運(yùn)行歷史記錄,3.1%的爐膛氧量為近兩年運(yùn)行中的平均爐膛氧量,入爐煤硫份也基本在為1.3%～1.72%之間,試驗(yàn)結(jié)果表明還原區(qū)域至E層燃燒器之間還原性氣氛和H2S濃度較高,所以在機(jī)組停機(jī)檢修期間,需要重點(diǎn)排查還原區(qū)域至E層燃燒器之間的管壁厚度。

3 停爐后的壁厚檢查

根據(jù)火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管監(jiān)督技術(shù)導(dǎo)則(DL/T 939-2016)要求：水冷壁壁厚減薄不宜超過(guò)設(shè)計(jì)壁厚的30%。試驗(yàn)鍋爐水冷壁設(shè)計(jì)壁厚7mm,最小需用壁厚5mm。停爐后,對(duì)試驗(yàn)鍋爐受熱面進(jìn)行全面檢查,水冷壁主要表現(xiàn)為機(jī)械硬傷、吹損、左右墻水冷壁及前墻水冷壁有硫腐蝕現(xiàn)象,水冷壁區(qū)域壁厚減薄超標(biāo)管子共182根,其中高溫硫腐蝕減薄98根,最小壁厚只有4mm。

4 防范措施

從鍋爐水冷壁近壁區(qū)氣氛試驗(yàn)與爐膛壁厚檢測(cè)結(jié)果看,鍋爐水冷壁高溫腐蝕嚴(yán)重。針對(duì)試驗(yàn)鍋爐高溫腐蝕情況,更換水冷壁后提出以下防范措施：

1.合理控制高硫煤種摻配比例,控制綜合入爐硫份＜1.3%；

2.根據(jù)入爐煤硫份情況調(diào)整合適的氧量運(yùn)行。試驗(yàn)爐控制氧量范圍3.3%±0.1。入爐煤綜合硫份＜1.1%氧量值按下限控制,入爐煤綜合硫份＞1.1%氧量值按上限控制；當(dāng)無(wú)法實(shí)時(shí)掌握入爐煤硫含量時(shí),可參考脫硫入口SO2濃度,當(dāng)SO2＞2500mg/Nm3時(shí),可適當(dāng)提高爐膛氧量運(yùn)行；

3.根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀況合理配風(fēng),在總風(fēng)量不變的情況下,控制減少AB/BC/CD層二次風(fēng)開(kāi)度(推薦30%±5),DE/EE/OFA層≥70%開(kāi)度,SOFA風(fēng)層開(kāi)度根據(jù)NOx生成量指標(biāo)變化跟蹤控制；

4.CD/EE層貼壁風(fēng)在上述控制要求基礎(chǔ)上可適當(dāng)開(kāi)大,減少煙氣直接沖刷水冷壁管子,控制提高爐內(nèi)水冷壁近壁區(qū)域氧量,降低還原性生成環(huán)境；

5.合理安排吹灰,確保吹灰器正常投運(yùn),避免水冷壁大面積結(jié)焦,減少管壁上的附著物。