張基標(biāo)

（浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316131）

由于低NOX排放的需要，超超臨界機(jī)組在鍋爐燃燒系統(tǒng)配置方式上，一般采用在鍋爐燃燒器上方區(qū)域配置燃燼風(fēng)（OFA，overfire air)，保持還原性氣氛。然而，OFA技術(shù)容易導(dǎo)致飛灰含碳量升高以及燃燒器區(qū)域的結(jié)焦和高溫腐蝕，尤其是燃用高硫煤的鍋爐，其高溫腐蝕更為嚴(yán)重。同時(shí)，超超臨界機(jī)組的水冷壁壁溫比亞臨界機(jī)組高得多，更易發(fā)生高溫腐蝕。

前后墻對沖燃燒鍋爐采用旋流燃燒器，其對煙氣的卷吸率高、火焰行程短、爐內(nèi)熱負(fù)荷比較均勻，因此認(rèn)為結(jié)渣和腐蝕相對較容易控制。但國內(nèi)外仍有對沖燃燒鍋爐存在較嚴(yán)重的水冷壁高溫腐蝕現(xiàn)象，尤其是超超臨界旋流對沖機(jī)組的燃燒器區(qū)域兩側(cè)水冷壁引起高溫腐蝕的可能性更大。本文就超超臨界對沖鍋爐發(fā)生高溫腐蝕的原因進(jìn)行分析比較，并針對造成高溫腐蝕的原因提出相應(yīng)的調(diào)整措施。

1 高溫腐蝕機(jī)理

一般認(rèn)為，煤粉鍋爐的高溫腐蝕分為硫化物型和硫酸鹽型兩種。

1.1 硫化物型高溫腐蝕

煤粉送入爐膛燃燒，煤中的黃鐵礦（主要成分為FeS2）受熱分解出自由硫原子?？諝獠蛔銜r(shí)，煤中的S或已反應(yīng)生成的SO2、SO3轉(zhuǎn)化成H2S。H2S是導(dǎo)致受熱面高溫腐蝕的主要因素之一。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[1]介紹，當(dāng)燃燒器過量空氣系數(shù)α＜1.00時(shí)，H2S將急劇增加，可達(dá)0.06%～0.16%。超超臨界機(jī)組主燃燒器區(qū)過量空氣系數(shù)α一般在0.80左右，當(dāng)爐內(nèi)燃燒工況不良、配風(fēng)不合理時(shí)，在水冷壁附近更易形成局部還原性氣氛，即CO含量升高，而CO含量和H2S濃度呈正相關(guān)關(guān)系，煙氣中CO含量越多，H2S含量也越高。當(dāng)管壁溫度達(dá)到450℃左右時(shí)，H2S可以與金屬鐵及氧化鐵反應(yīng)生成硫化亞鐵，硫化亞鐵又與金屬反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的共晶體，發(fā)生腐蝕。

發(fā)生高溫腐蝕最重要的內(nèi)在原因是燃料的含硫量。而外部原因是由于水冷壁管處于高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中，壁面溫度很高，當(dāng)火焰貼近爐墻時(shí)，壁面鄰近的區(qū)域形成還原性氣氛，降低了灰的熔點(diǎn)溫度，加劇結(jié)渣過程，并使管子表面產(chǎn)生高溫腐蝕，嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象通常出現(xiàn)在燃燒器區(qū)域。對于墻式燃燒鍋爐，兩側(cè)墻為煙氣流動(dòng)的死滯區(qū)，因而嚴(yán)重結(jié)渣及高溫腐蝕往往發(fā)生在此處。

1.2 硫酸鹽型高溫腐蝕

灰渣中的堿性氧化物與煙氣中的硫發(fā)生反應(yīng)形成硫酸鹽，硫酸鹽會(huì)破壞水冷壁管的保護(hù)膜（Fe2O3），與其反應(yīng)生成的復(fù)合硫酸鹽在 500～800℃時(shí)呈液態(tài)，對管壁有強(qiáng)烈的腐蝕作用，造成水冷管壁快速變薄。對于超超臨界鍋爐，由于水冷管壁溫度的提升，滿足了硫化物腐蝕和加劇硫酸鹽腐蝕的溫度條件。

2 防止高溫腐蝕的措施

根據(jù)水冷壁高溫腐蝕的產(chǎn)生原因，目前常用的預(yù)防措施可分為非表面防護(hù)和表面防護(hù)。

2.1 非表面防護(hù)措施

（1）防止熱負(fù)荷過分集中，避免因爐膛局部溫度過高而發(fā)生結(jié)焦。

（2）降低水冷壁管的表面溫度。因?yàn)殡S著水冷管壁溫度的升高，腐蝕速度會(huì)大大加快。試驗(yàn)表明，當(dāng)管壁溫度在420～480℃時(shí)，溫度每增高10℃，腐蝕速度增加2倍以上。

（3）合理配風(fēng)，防止火焰中心偏斜，防止熔融硫酸鹽附著在水冷壁上，減緩水冷壁的腐蝕。盡量降低一次風(fēng)速，提高二次風(fēng)速，嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度，保證煤粉順利著火及完全燃燒。

止水帶施工工藝要求非常嚴(yán)格，由于渡槽大面積施工，施工質(zhì)量不易控制，止水帶附近混凝土施工時(shí)未振搗好，存在滲漏通道導(dǎo)致滲水。本工程采取結(jié)構(gòu)縫外表面灌注聚氨酯的措施進(jìn)行防滲處理，聚氨酯灌漿間距30cm，為伸縮縫兩側(cè)交錯(cuò)布置，灌漿采用微型壓力注漿機(jī)針孔灌漿，聚氨酯灌漿孔針入深15cm，不能扎破永久止水帶，灌漿針孔一般采用漿液封堵。

（4）防止鍋爐缺氧燃燒，爐膛出口應(yīng)保持合適的過量空氣系數(shù)，既可以防止鍋爐因缺氧燃燒造成結(jié)焦，又可以防止水冷壁管附近出現(xiàn)還原性氣氛，減輕高溫腐蝕程度。從鍋爐結(jié)構(gòu)上講，增加側(cè)邊二次風(fēng)以改善水冷壁管附近的還原性氣氛，對防止高溫腐蝕有較好的效果，但對于燃燒器區(qū)域水冷壁傾斜布置的鍋爐，該技術(shù)手段的實(shí)現(xiàn)較為困難。

（5）在煤種多變情況下，合理控制入爐煤的硫含量是防止鍋爐發(fā)生高溫腐蝕的有效手段。

燃煤含硫量較高時(shí)，四角燃燒鍋爐的高溫腐蝕部位在燃燒器及偏上區(qū)域，沿燃燒器射流方向下游的半面墻上，高溫腐蝕區(qū)與掛渣嚴(yán)重區(qū)域一致。墻式旋流燃燒鍋爐高溫腐蝕多發(fā)生在未裝燃燒器的兩側(cè)墻，與四角燃燒鍋爐一致。實(shí)際表明：燃用煤的含硫量平均值高于1.4%～1.5%時(shí)，幾乎都出現(xiàn)高溫腐蝕，一般運(yùn)行約2～3年后便需更換部分腐蝕明顯的水冷壁管。此外，隨著超臨界鍋爐蒸汽溫度的提高，管壁金屬溫度也隨之增高，除了水冷壁高溫腐蝕會(huì)加劇之外，高溫過熱器、再熱器管壁溫度會(huì)達(dá)到600℃以上，正處于腐蝕區(qū)域。一般認(rèn)為，角式和墻式燃燒超臨界鍋爐的燃煤含硫量應(yīng)控制在1.5%以下。

2.2 表面防護(hù)措施

表面處理是防高溫腐蝕的主要措施。在水冷壁表面覆蓋耐腐蝕的隔離層，即噴涂鉻鎳合金，是目前較為有效的防腐辦法。

3 超超臨界鍋爐高溫腐蝕調(diào)整實(shí)例

A廠超超臨界旋流燃燒鍋爐配置36只旋流燃燒器，同時(shí)設(shè)有OFA系統(tǒng)。鍋爐投產(chǎn)后，在冷態(tài)檢查中發(fā)現(xiàn)燃燒器區(qū)域的兩側(cè)有水冷壁管壁減薄現(xiàn)象，減薄約1 mm，折算后約0.5 mm/a，按照該發(fā)展速度，將危及鍋爐安全運(yùn)行。

3.1 原因分析

鍋爐燃燒器頂部的OFA系統(tǒng)使主燃燒器區(qū)域處于還原性氣氛中，為高溫腐蝕的發(fā)生提供了外部條件。

此外，該鍋爐爐膛深度偏短，較同出力的亞臨界鍋爐短約2 m。表1比較了該鍋爐與B廠、C廠亞臨界鍋爐的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，A廠鍋爐爐膛深度相對偏短，增加了火焰刷墻的可能，但其爐膛容積熱負(fù)荷卻相對偏小，說明在一定程度上火焰刷墻對高溫腐蝕的危害高于爐膛溫度。

表1 3臺(tái)600 MW鍋爐部分結(jié)構(gòu)參數(shù)比較

A廠近年來的燃煤煤種多變，燃煤含硫量年平均約1.0%。在煤種差的情況下，燃煤含硫量高達(dá)2.0%，因此硫含量高可能是引起鍋爐高溫腐蝕的主要誘因。

3.2 采取的措施

針對該超超臨界鍋爐發(fā)生的高溫腐蝕，采取的對應(yīng)防范措施主要有：

（1）組合匹配煤種，降低硫分；采取有效的技術(shù)手段，控制入爐煤硫分的總含量。

（2）水冷壁噴涂。

（3）提高燃燒器區(qū)域的氧量，同時(shí)根據(jù)鍋爐的特征，有效縮短燃燒器單火焰的行程。

利用燃燒調(diào)整，對二次風(fēng)加大了“碗”型配風(fēng)的趨勢，即加大兩側(cè)配風(fēng)的趨勢，圖1、圖2描述了在該鍋爐空氣預(yù)熱器進(jìn)口處沿鍋爐寬度方向測得的煙氣O2和CO含量情況。調(diào)整前，尾部煙道中間區(qū)域氧含量較高，CO含量較低；兩側(cè)區(qū)域的氧含量相對較低，而CO含量則相對很高，尤其是煙道最外側(cè)區(qū)域。對于對沖燃燒鍋爐，可以認(rèn)為煙氣流線整體上并不會(huì)發(fā)生顯著的扭轉(zhuǎn)或拐彎、偏斜等，尾部煙道兩側(cè)煙氣中的高CO含量即表征了爐膛兩側(cè)水冷壁區(qū)域的強(qiáng)還原性氣氛，這有可能是造成爐膛兩側(cè)高溫腐蝕的原因之一。經(jīng)過調(diào)整后，尾部煙道氧含量分布已較為均勻，兩側(cè)CO含量顯著降低。調(diào)整后爐膛兩側(cè)水冷壁區(qū)域的還原性氣氛得到了顯著的抑制，破壞了H2S存在的條件。

圖1 空預(yù)器進(jìn)口氧量分布

圖2 空預(yù)器進(jìn)口一氧化碳含量分布

采取上述措施后，該鍋爐的高溫腐蝕得到了有效抑制。

4 結(jié)語

超超臨界對沖燃燒鍋爐由于爐膛深度較短或配風(fēng)不均造成了水冷壁區(qū)域的局部高溫腐蝕。對于配風(fēng)不均引起的對沖鍋爐兩側(cè)水冷壁高溫腐蝕現(xiàn)象，可以在運(yùn)行調(diào)整中通過提高爐膛出口氧量、提高主燃燒器區(qū)域送風(fēng)比例、加大兩側(cè)二次風(fēng)風(fēng)量等手段進(jìn)行控制。

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