1000MW超超臨界燃煤鍋爐爐內(nèi)還原性氣氛優(yōu)化試驗(yàn)研究

江蘇常熟發(fā)電有限公司 李英俊

某廠#1機(jī)組鍋爐在停爐檢修期間，發(fā)現(xiàn)水冷壁區(qū)域存在嚴(yán)重的高溫腐蝕問題。影響爐內(nèi)水冷壁外部腐蝕的最主要因素，是水冷壁附近的煙氣成分和管壁溫度，煙氣還原性氣氛比氧化性氣氛更具腐蝕性，為此對該鍋爐進(jìn)行爐內(nèi)還原性氣氛優(yōu)化試驗(yàn)研究與分析，改善該區(qū)域的還原性氣氛，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

該廠#1鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的1000MW超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。鍋爐采用П型布置、雙爐膛、一次中間再熱，爐膛為內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用改進(jìn)型低NOxPM（Pollution Minimum）主燃燒器和MACT（Mi_tsuibishi Advanced Combustion Technology）型低NOx分級送風(fēng)燃燒系統(tǒng)，采用CUF墻式切圓燃燒大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，共設(shè)六層濃淡一次風(fēng)口、三層油風(fēng)室、十層輔助風(fēng)室、一層燃盡風(fēng)室，在燃燒器上部還設(shè)置兩層AA風(fēng)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與結(jié)果分析

1.1 運(yùn)行現(xiàn)狀與分析

試驗(yàn)準(zhǔn)備：針對鍋爐燃燒器頂部OFA風(fēng)風(fēng)門與AA風(fēng)風(fēng)門之間區(qū)域（高度約70m）存在的高溫腐蝕問題，在該區(qū)域加裝煙氣取樣測點(diǎn)，測點(diǎn)開設(shè)在爐膛水冷壁前后墻中間位置，同時測點(diǎn)還包括該層的4個觀火孔；從爐膛內(nèi)壁面直接抽取煙氣進(jìn)行采樣分析，分析內(nèi)容包括該測點(diǎn)的O2、CO和NOx等。燃燒試驗(yàn)先對鍋爐的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行測試，再進(jìn)行運(yùn)行氧量的優(yōu)化，然后分別對AA風(fēng)、輔助風(fēng)進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，最后做總體配風(fēng)試驗(yàn)。

先做1000MW電負(fù)荷下的運(yùn)行現(xiàn)狀工況試驗(yàn)（T-1），運(yùn)行磨組為六臺磨，試驗(yàn)煤質(zhì)保持基 本 一 致（Car55.38%、Har3.53%、Oar5.69%、Nar1.09%、Sar0.54%、Mar19.55%、Aar14.18%、Vdaf38.41%、Qnet,ar19972.64kJ/kg），運(yùn)行表盤氧量為2.51%，習(xí)慣配風(fēng)方式，運(yùn)行狀況穩(wěn)定，對應(yīng)鍋爐熱效率為93.55%，鍋爐A/B兩側(cè)NOx排放濃度為288/261（mg/m3）。在試驗(yàn)期間，對爐膛OFA風(fēng)層與AA風(fēng)層之間區(qū)域爐膛內(nèi)壁面進(jìn)行還原性氣氛測量，爐前測點(diǎn)和#5角CO濃度較高，均在10000ppm以上，且#5角含氧量較低。結(jié)合現(xiàn)場檢視和試驗(yàn)結(jié)果，爐前區(qū)域和#5角區(qū)域?yàn)樽顕?yán)重的高溫腐蝕區(qū)域。

1.2 相關(guān)試驗(yàn)

運(yùn)行氧量優(yōu)化試驗(yàn)。將表盤運(yùn)行氧量從2.51%(T-1)提高到2.76%（T-2），鍋爐熱效率分別為93.55%、93.41%，即鍋爐熱效率有所降低。從爐內(nèi)還原性氣氛測量數(shù)據(jù)來看，提高運(yùn)行氧量后爐內(nèi)還原性氛圍有所緩解。因此在當(dāng)前煤質(zhì)和1000MW電負(fù)荷工況下，宜將表盤顯示氧量平均值控制在2.8%左右；變AA風(fēng)試驗(yàn)。試驗(yàn)工況序號為T-2、T-3，負(fù)荷為1000MW，保持運(yùn)行氧量和其他條件基本一致，將兩層AA風(fēng)門開度從75%（T-2）調(diào)整至50%（T-3）。試驗(yàn)結(jié)果表明，鍋爐熱效率變化不大，NOx排放濃度有所增大。通過關(guān)小AA風(fēng)門、增大下層燃燒器區(qū)域的二次風(fēng)風(fēng)量，有利于煤粉顆粒和可燃?xì)怏w的燃盡，可弱化爐內(nèi)還原性氛圍。在滿負(fù)荷條件下，宜將AA風(fēng)風(fēng)門保持50%開度。

變油輔助風(fēng)（油-AB/CD/EF）試驗(yàn)。試驗(yàn)工況序號為T-3、T-4，負(fù)荷為1000MW，維持蒸汽參數(shù)及磨煤機(jī)工況穩(wěn)定。保持運(yùn)行氧量和其他運(yùn)行狀況不變，將油輔助風(fēng)門開度從50%（T-3）調(diào)整至80%（T-4），T-3、T-4變油輔助風(fēng)試驗(yàn)工況配風(fēng)方式相應(yīng)開度（%）分別為：AB-L50/50、油 -AB50/80、AB-U30/30、CD-L20/20、油 -CD50/80、CD-U20/20、EF-L20/20、油-EF50/80、EF-U20/20。試驗(yàn)結(jié)果表明，鍋爐熱效率分別為93.44%、93.41%，NOx排放濃度有所增大。將油輔助風(fēng)開度開大，還原性氛圍增強(qiáng)，原因是由于油輔助風(fēng)風(fēng)門開大影響了二次風(fēng)風(fēng)門的剛性，使?fàn)t內(nèi)燃燒惡化。在試驗(yàn)煤質(zhì)條件下，滿負(fù)荷運(yùn)行時油輔助風(fēng)保持50%開度即可。

1.3 變輔助風(fēng)2（BC/DE/F-輔）試驗(yàn)

試驗(yàn)工況序號為T-3、T-5、T-6，負(fù)荷均為1000MW，保持運(yùn)行氧量和其他運(yùn)行參數(shù)基本一致，將輔助風(fēng)2門開度（BC-輔、DE-輔、F-輔）從30%（T-6）調(diào)整至50%（T-3）、80%（T-5），試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著輔助風(fēng)2風(fēng)門開度增加，鍋爐熱效率分別為93.44%、93.38%和93.41%，NOx排放濃度有所增大。增大輔助風(fēng)2的風(fēng)門開度，爐內(nèi)還原性氛圍增強(qiáng)，爐內(nèi)燃燒狀況惡化。在輔助風(fēng)2開度為30%時，各測點(diǎn)過量空氣系數(shù)a在近乎1.0及以上，其中爐前區(qū)域的過量空氣系數(shù)a達(dá)到1.16，CO濃度有較明顯降低（與輔助風(fēng)2開度為80%的工況相比較），其原因與減小輔助風(fēng)2開度減小，提高了二次風(fēng)剛性，增強(qiáng)爐內(nèi)切圓穩(wěn)定性。

1.4 變輔助風(fēng)1（AB/CD/EF-U/L）試驗(yàn)

試驗(yàn)工況序號為T-6、T-7，保持運(yùn)行氧量和其他運(yùn)行狀況基本一致，將輔助風(fēng)1（AB/CD/EF-U/L）門開度從30%（T-6），調(diào)整至60%（T-7），具體開度參見表1。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著輔助風(fēng)1風(fēng)門開度的開大，鍋爐熱效率變化不大，NOx排放濃度有所增大。

表1 變輔助風(fēng)2試驗(yàn)工況配風(fēng)方式

增大輔助風(fēng)1的風(fēng)門開度，CO濃度明顯增大，除爐后測點(diǎn)的濃度稍低于0.5%外，其他各測點(diǎn)均在0.65%以上，同時過量空氣系數(shù)a有明顯降低，#1、#4、#5和#8角的氧量值降低到0%，說明爐內(nèi)還原性氛圍增強(qiáng)，可能導(dǎo)致該區(qū)域的H2S濃度大幅增大，高溫腐蝕將惡化。其原因是由于輔助風(fēng)1風(fēng)門開度開大導(dǎo)致二次風(fēng)剛性變差，影響了爐內(nèi)煙氣流場的穩(wěn)定性。在當(dāng)前試驗(yàn)煤質(zhì)下，負(fù)荷為1000MW時將輔助風(fēng)1置于30%開度。

1.5 整體二次風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn)

整體配風(fēng)試驗(yàn)工況包括T-8~T-11，保持運(yùn)行氧量一致，負(fù)荷均為1000MW，4個試驗(yàn)工況配風(fēng)方式分別為均布配風(fēng)、全自動配風(fēng)、束腰配風(fēng)和正塔配風(fēng)，具體配風(fēng)方式參見表2。

表2 整體二次風(fēng)配風(fēng)風(fēng)門開度

從試驗(yàn)結(jié)果看，正塔配風(fēng)方式（T-11）鍋爐熱效率最高、束腰配風(fēng)方式（T-10）次之、全自動配風(fēng)方式（T-9）再次之，均布配風(fēng)方式（T-8）鍋爐熱效率最低；從NOx排放濃度看，束腰配風(fēng)方式（T-10）最高、均布配風(fēng)方式（T-8）次之、全自動配風(fēng)方式（T-9）再次之，正塔配風(fēng)方式（T-11）最低。

從爐內(nèi)還原性氛圍測量結(jié)果來看，以全自動配風(fēng)方式（T-9）時，過量空氣系數(shù)a在1.0以上，同時CO濃度均在0.5%以下，能有效控制H2S的產(chǎn)生，從而有利于抑制高溫腐蝕的發(fā)生，其爐內(nèi)還原性氛圍狀況較好。因此在當(dāng)前試驗(yàn)煤質(zhì)下，負(fù)荷為1000MW時，從改善爐內(nèi)還原性氛圍來看，采用全自動配風(fēng)方式較好；從提高鍋爐熱效率和降低NOx排放濃度來看，保持正塔配風(fēng)方式較好。

2 結(jié)論與展望

提高運(yùn)行氧量，有利于改善爐內(nèi)還原性氣氛，在1000MW負(fù)荷下，表盤運(yùn)行氧量宜控制在2.8%左右；在滿負(fù)荷下，減小AA風(fēng)門，同時控制油輔助風(fēng)、輔助風(fēng)2、輔助風(fēng)1的開度，以保持二次風(fēng)剛性，穩(wěn)定爐內(nèi)切圓，有利于改善爐內(nèi)還原性氣氛；在滿負(fù)荷下，正塔配風(fēng)方式時鍋爐熱效率最高，正塔配風(fēng)方式時NOx排放濃度較低，全自動配風(fēng)方式時爐內(nèi)還原性氛圍狀況最好；為提高機(jī)組運(yùn)行的安全性，應(yīng)考慮在高溫腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域加裝在線測點(diǎn)，實(shí)時檢測該區(qū)域的煙氣成分，為運(yùn)行提供參考。