二次風(fēng)箱改造后配風(fēng)優(yōu)化減緩高溫腐蝕分析

喻 國(guó)，陳玉忠，趙志軍，袁軍權(quán)，于洪明，王世遠(yuǎn)

（貴州創(chuàng)星電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng)）

引言

貴州某W 型火焰鍋爐機(jī)組，爐膛寬度大，二次風(fēng)的均勻分配和精準(zhǔn)控制比較困難，爐膛主燃區(qū)容易出現(xiàn)局部缺氧燃燒情況。鍋爐水冷壁燃燒器至燃盡風(fēng)區(qū)域經(jīng)常處于局部缺氧燃燒狀態(tài)，局部缺氧區(qū)域CO 濃度較高，較強(qiáng)的還原性氣氛導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕比較嚴(yán)重[1]。因此，迫切需要采取措施解決二次風(fēng)量分配不均、爐膛中部缺氧燃燒以及水冷壁高溫腐蝕問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鍋爐水冷壁區(qū)域局部缺氧燃燒和高溫腐蝕進(jìn)行了深入的分析研究。程超等通過(guò)系統(tǒng)性分析并借助先進(jìn)的掃描電鏡及能譜技術(shù)對(duì)水冷壁高溫腐蝕的機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析[2]。馬紅和等引入多孔壁風(fēng)耦合空氣分級(jí)的煤粉燃燒技術(shù)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(duì)燃煤機(jī)組實(shí)施燃燒器及貼壁風(fēng)改造可消除鍋爐水冷壁的高溫腐蝕問(wèn)題[4]。黃顯生等通過(guò)二次風(fēng)箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造可提高爐膛氧量和熱負(fù)荷的均勻性，有效提高鍋爐效率和機(jī)組經(jīng)濟(jì)性[5]。楊太勇等分析得出鍋爐前墻中部水冷壁區(qū)域在鍋爐不同燃燒工況下均出現(xiàn)局部缺氧燃燒狀況，機(jī)組各負(fù)荷工況下都應(yīng)該增強(qiáng)鍋爐前墻中部水冷壁區(qū)域的配風(fēng)[6]。龔超等研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)合理控制水冷壁區(qū)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(chǎng)660 MW 超臨界機(jī)組W 型火焰鍋爐為研究對(duì)象，根據(jù)該電廠(chǎng)二次大風(fēng)箱的分隔改造案例及改造后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的配風(fēng)優(yōu)化試驗(yàn)進(jìn)行分析研究，對(duì)二次風(fēng)箱分隔改造前后以及改造后優(yōu)化配風(fēng)的效果進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 設(shè)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(tǒng)為冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置6 套雙進(jìn)雙出鋼球磨，每臺(tái)磨煤機(jī)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(jí)送風(fēng)的二次風(fēng)箱，與燃燒器對(duì)應(yīng)，由上部風(fēng)箱和下部風(fēng)箱組成。上部風(fēng)箱負(fù)責(zé)拱上配風(fēng)，由A、B、C 擋板控制；下部風(fēng)箱負(fù)責(zé)拱下配風(fēng)，分為二層，由D、F 擋板控制。

該電廠(chǎng)2022 年6 月利用C 修進(jìn)行了二次風(fēng)箱分隔改造，并在改造后沿爐寬方向進(jìn)行配風(fēng)優(yōu)化。

2 二次風(fēng)箱分隔改造分析

2.1 二次風(fēng)箱改造概述

該鍋爐二次大風(fēng)箱未改造前設(shè)計(jì)方案如圖1 所示，二次大風(fēng)箱在鍋爐前、后墻沿爐寬方向布置，風(fēng)箱較寬、截面尺寸較大以及鍋爐前后墻二次風(fēng)量分布不均等會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛中部缺氧燃燒[8]，爐膛主燃區(qū)貼壁區(qū)域還原性氣氛較強(qiáng)，高溫腐蝕較嚴(yán)重。

圖1 二次風(fēng)箱分隔改造前磨煤機(jī)與燃燒器匹配關(guān)系

該電廠(chǎng)二次大風(fēng)箱的分隔改造方案如圖2 所示，將鍋爐前后墻的二次大風(fēng)箱分隔為3 個(gè)均勻的小二次風(fēng)箱，分別給對(duì)應(yīng)燃燒器區(qū)域供風(fēng)。爐膛前、后墻二次風(fēng)道1 分別向左側(cè)4 個(gè)燃燒器（前墻F3、E3、D3、F4，后墻A1、B1、C1、A2）供二次風(fēng)；爐膛前、后墻二次風(fēng)道2 分別向右側(cè)4 個(gè)燃燒器（前墻A4、C3、B3、A3，后墻F2、D1、E1、F1）供二次風(fēng);爐膛前、后墻二次風(fēng)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(fēng)。

圖2 二次風(fēng)箱分隔改造方案

2.2 改造后鍋爐配風(fēng)方式分析

二次風(fēng)箱改造前后，對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)各風(fēng)門(mén)擋板進(jìn)行了檢查，主要風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度見(jiàn)表1。

表1 改造前后主要風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度

根據(jù)表1、表2 的檢查結(jié)果，從鍋爐配風(fēng)方式來(lái)看，改造前后均符合W 型火焰鍋爐常規(guī)配風(fēng)方式。但二次風(fēng)箱分隔改造后、二次風(fēng)系統(tǒng)補(bǔ)風(fēng)特性發(fā)生了變化，鍋爐配風(fēng)必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化。

表2 F 擋板開(kāi)度檢查情況

2.3 改造前后水冷壁還原性氣氛測(cè)試

進(jìn)行鍋爐下?tīng)t膛還原性氣氛測(cè)試時(shí)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)均包含O2、CO 的體積分?jǐn)?shù)，由于煙氣CO 與O2的體積分?jǐn)?shù)存在負(fù)相關(guān)性。因此，本文中僅對(duì)CO的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)試分析[1]。

該爐二次風(fēng)箱改造前后，在鍋爐燃燒器至燃盡風(fēng)噴口段前墻、后墻、左側(cè)、右側(cè)水冷壁第一、二層看火孔貼壁區(qū)域使用高濃度煙氣分析儀進(jìn)行還原性氣氛的取樣測(cè)量。改造前后機(jī)組運(yùn)行工況基本保持一致，機(jī)組負(fù)荷均維持550 MW，二次風(fēng)箱壓力均維持0.5 kPa 左右，鍋爐采用常規(guī)配風(fēng)方式，燃燼風(fēng)全開(kāi)，維持工況穩(wěn)定，進(jìn)行二次風(fēng)箱改造前后爐膛水冷壁燃燒器至燃盡風(fēng)噴口段區(qū)域還原性氣氛測(cè)試。爐膛水冷壁貼壁區(qū)域還原性氣氛測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 改造前后爐膛水冷壁還原性氣氛測(cè)試結(jié)果對(duì)比

改造前后在相同試驗(yàn)工況下，二次風(fēng)箱改造后鍋爐主燃區(qū)水冷壁貼壁區(qū)域CO 含量降低一半還多。說(shuō)明通過(guò)二次風(fēng)箱分隔改造可大幅降低主燃區(qū)水冷壁貼壁區(qū)域CO 含量，可減輕水冷壁貼壁區(qū)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(qū)域的補(bǔ)風(fēng)特性

2.4.1 改造后分隔擋板及F 擋板配風(fēng)方式

改造前主要采用F 擋板從兩側(cè)往中間階梯狀開(kāi)大的配風(fēng)方式（“凸”型配風(fēng)）。二次風(fēng)箱分隔改造后，鍋爐實(shí)際運(yùn)行中主要通過(guò)二次風(fēng)箱分隔擋板調(diào)整保證各風(fēng)箱壓力值基本一致。冷態(tài)二次風(fēng)箱分隔擋板的調(diào)整狀態(tài)均在55%以上且開(kāi)度基本相同。

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

2.4.2 改造后水冷壁貼壁區(qū)域CO 測(cè)試

根據(jù)表3 改造前后爐膛水冷壁貼壁區(qū)域還原性氣氛測(cè)試結(jié)果，改造后前墻中部、后墻中部、左側(cè)墻邊上及右側(cè)墻中部水冷壁貼壁附近CO 偏高，存在局部缺氧燃燒情況。說(shuō)明F 擋板采用“凸”型配風(fēng)已經(jīng)不能貼合二次風(fēng)箱分隔改造后二次風(fēng)系統(tǒng)在燃燒器區(qū)域的補(bǔ)風(fēng)特性。因此在二次風(fēng)箱進(jìn)行分隔改造后，有必要對(duì)二次風(fēng)箱分隔擋板和F 擋板進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對(duì)燃燒系統(tǒng)配風(fēng)進(jìn)行優(yōu)化。

3 二次風(fēng)箱改造后配風(fēng)優(yōu)化

本次二次風(fēng)箱分隔改造后重點(diǎn)考慮F 擋板及風(fēng)箱分隔擋板的配風(fēng)優(yōu)化調(diào)整，該廠(chǎng)在2022 年7 月開(kāi)展了配風(fēng)優(yōu)化試驗(yàn)工作。由于二次風(fēng)箱的A、B、C、D擋板控制風(fēng)量遠(yuǎn)小于F 擋板控制風(fēng)量，二次風(fēng)箱分隔改造后爐寬方向配風(fēng)優(yōu)化主要指調(diào)整分隔擋板及F擋板開(kāi)度優(yōu)化燃燒區(qū)域配風(fēng)。

3.1 分隔擋板優(yōu)化調(diào)整

改造后根據(jù)爐膛局部缺氧燃燒情況結(jié)合冷態(tài)風(fēng)箱分隔擋板的調(diào)整狀態(tài)，檢查分隔風(fēng)箱風(fēng)壓，發(fā)現(xiàn)前墻和后墻爐左右分隔風(fēng)箱風(fēng)壓偏高、爐中分隔風(fēng)箱風(fēng)壓偏低。

保持二次風(fēng)母管風(fēng)壓不變，調(diào)整二次分隔風(fēng)箱之間分隔擋板，現(xiàn)場(chǎng)采取關(guān)小后墻爐左、右分隔擋板以及開(kāi)大前墻左側(cè)爐中分隔擋板調(diào)整方式。經(jīng)過(guò)摸索和調(diào)整，優(yōu)化后墻爐左、右分隔擋板全部由12 孔減少至5 孔，前墻左側(cè)爐中分隔擋板1 個(gè)全開(kāi)至16 孔、另1個(gè)由9 孔開(kāi)至12 孔。調(diào)整前后各分隔風(fēng)箱風(fēng)壓分配情況見(jiàn)表4。

表4 爐寬方向各分隔風(fēng)箱風(fēng)壓分配情況

3.2 F 擋板優(yōu)化調(diào)整

在二次分隔風(fēng)箱分隔擋板優(yōu)化調(diào)整后，對(duì)二次風(fēng)下部風(fēng)箱F 擋板開(kāi)度進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。后墻左右側(cè)F擋板均開(kāi)大，后墻中間F 擋板進(jìn)行微調(diào)；前墻中間F擋板均開(kāi)大，前墻左右側(cè)F 擋板進(jìn)行微調(diào)。F 擋板調(diào)整前后開(kāi)度情況見(jiàn)表5。

表5 F 擋板調(diào)整前后開(kāi)度情況

二次風(fēng)箱改造后沿爐寬方向進(jìn)行配風(fēng)優(yōu)化，通過(guò)分隔擋板粗調(diào)后、輔以F 擋板細(xì)調(diào)后，在燃燒器至燃盡風(fēng)噴口段整個(gè)水冷壁貼壁區(qū)域CO 濃度均有明顯降低，并且水冷壁貼壁區(qū)域CO 分布比較均勻，無(wú)明顯缺氧燃燒狀況。水冷壁貼壁區(qū)域的還原性氣氛降低，鍋爐主燃區(qū)水冷壁高溫腐蝕得到減緩。

該機(jī)組在2022 年6-7 月開(kāi)展二次風(fēng)箱分隔改造及配風(fēng)優(yōu)化工作后，在2023 年6 月停機(jī)期間，檢查了鍋爐主燃區(qū)水冷壁區(qū)域無(wú)明顯的高溫腐蝕痕跡，驗(yàn)證了二次風(fēng)箱分隔改造及配風(fēng)優(yōu)化調(diào)整工作對(duì)減緩高溫腐蝕非常有效。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)二次風(fēng)風(fēng)箱分隔改造以及改造后配風(fēng)優(yōu)化試驗(yàn)研究，可以得到以下結(jié)論：

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

（2） 二次風(fēng)箱分隔改造后，通過(guò)分隔擋板粗調(diào)和F 擋板細(xì)調(diào)，保證各分隔風(fēng)箱風(fēng)壓基本一致，水冷壁主燃區(qū)無(wú)明顯的局部缺氧燃燒情況，可改善水冷壁貼壁區(qū)域的還原性氣氛，減緩鍋爐水冷壁高溫腐蝕。