鄒 磊， 岳峻峰， 管詩駢， 張恩先， 丁建良

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 211102)

超臨界四角切圓燃燒鍋爐運(yùn)行方式對(duì)水冷壁高溫腐蝕影響的試驗(yàn)研究

鄒 磊， 岳峻峰， 管詩駢， 張恩先， 丁建良

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 211102)

針對(duì)某630 MW超臨界四角切圓燃燒鍋爐水冷壁存在的高溫腐蝕問題，對(duì)水冷壁近壁面煙氣成分(O2、CO及H2S)進(jìn)行了測(cè)試，分析了運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)、煤粉細(xì)度、入爐煤含硫量、緊湊燃盡風(fēng)(CCOFA)風(fēng)量、分離燃盡風(fēng)(SOFA)風(fēng)量及周界風(fēng)量等因素對(duì)水冷壁高溫腐蝕及NOx排放特性的影響.結(jié)果表明：高溫腐蝕發(fā)生區(qū)域表現(xiàn)出明顯的強(qiáng)還原性氣氛；增大運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)，同時(shí)保證風(fēng)量沿爐膛高度方向上的合理分配可減弱水冷壁近壁面還原性氣氛；煤粉細(xì)度對(duì)水冷壁近壁面還原性氣氛的影響較??；隨著入爐煤含硫量的增加，水冷壁近壁面H2S體積分?jǐn)?shù)增大，O2和CO體積分?jǐn)?shù)則變化不大；較小的CCOFA風(fēng)量及適當(dāng)?shù)腟OFA風(fēng)量有利于減輕水冷壁高溫腐蝕；周界風(fēng)量對(duì)主燃燒區(qū)下部壁面區(qū)域還原性氣氛的影響較大，運(yùn)行時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少周界風(fēng)量.

超臨界鍋爐； 四角切圓燃燒; 水冷壁； 運(yùn)行方式； 高溫腐蝕； 還原性氣氛； NOx排放

我國(guó)多數(shù)燃煤鍋爐存在不同程度的高溫腐蝕問題，發(fā)生高溫腐蝕后的水冷壁管逐漸減薄，強(qiáng)度降低，在交變熱應(yīng)力作用下腐蝕產(chǎn)物還會(huì)加速橫向裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致水冷壁發(fā)生爆管事故，嚴(yán)重影響燃煤鍋爐運(yùn)行的安全性[1-2].大量研究結(jié)果表明，鍋爐水冷壁近壁面存在還原性氣氛是造成水冷壁高溫腐蝕的重要原因[3-4].近年來為控制NOx的排放，國(guó)內(nèi)鍋爐廣泛采用低NOx燃燒器和空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，在有效降低NOx生成的同時(shí)導(dǎo)致水冷壁近壁面產(chǎn)生大量的還原性氣體，高溫腐蝕問題更加普遍和嚴(yán)重.為緩解這一問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了多方面的研究，如高溫腐蝕機(jī)理、加裝側(cè)邊風(fēng)技術(shù)及數(shù)值模擬等，取得了大量的成果[5-10].而在不改造燃燒系統(tǒng)且煤種基本穩(wěn)定的前提下，對(duì)爐膛水冷壁近壁面還原性氣氛影響最大的就是鍋爐運(yùn)行方式.筆者針對(duì)某630 MW超臨界四角切圓燃燒鍋爐水冷壁存在高溫腐蝕問題開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，得到不同運(yùn)行方式下水冷壁近壁面還原性氣氛的分布特性及NOx排放特性，重點(diǎn)分析了運(yùn)行方式對(duì)水冷壁近壁面還原性氣氛分布的影響，為低NOx燃燒方式下減輕該類型鍋爐水冷壁高溫腐蝕提供了運(yùn)行參考.

1 設(shè)備概況

1.1鍋爐簡(jiǎn)介

試驗(yàn)鍋爐為某630 MW超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行的螺旋管圈直流爐.該鍋爐采用單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、π型露天布置.制粉系統(tǒng)配置6臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī). 燃燒系統(tǒng)采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，其燃燒器噴口布置方式見圖1．設(shè)有6層煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有周界風(fēng)．每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置1個(gè)組合噴嘴，其中包括上下2只預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴(CFS)和1只直吹風(fēng)噴嘴．在緊鄰上層煤粉燃燒器組頂部布置有2層緊湊燃盡風(fēng)(CCOFA)噴嘴．在整個(gè)煤粉燃燒器組頂部布置有1組5層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)(SOFA)噴嘴．

1.2測(cè)點(diǎn)布置

鍋爐啟動(dòng)前，在高溫腐蝕嚴(yán)重的爐膛水冷壁區(qū)域的鰭片上安裝煙氣成分試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)，共安裝4層.其中SOFA風(fēng)箱上部46 m標(biāo)高位置、SOFA風(fēng)箱下部38 m標(biāo)高位置以及A層燃燒器下沿23 m標(biāo)高位置各安裝12個(gè)測(cè)點(diǎn)，相同標(biāo)高處每面墻均裝3個(gè)測(cè)點(diǎn).由于二次風(fēng)箱布置在兩側(cè)墻，C層、D層燃燒器之間30 m標(biāo)高位置僅安裝6個(gè)測(cè)點(diǎn)，前后墻各裝3個(gè)測(cè)點(diǎn).測(cè)點(diǎn)的具體布置見圖1.

圖1 燃燒器噴口及測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.1 Arrangement of burner nozzles and measuring points

1.3試驗(yàn)煤種特性

該鍋爐燃用煤種特性如表1所示.其中列出的3種煤收到基硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈遞增趨勢(shì)，收到基水分、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)適中，低位發(fā)熱量及干燥無灰基揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，均屬于易燃煤種.

表1 試驗(yàn)煤種特性分析

1.4高溫腐蝕狀況

該鍋爐自投運(yùn)以來一直存在水冷壁高溫腐蝕問題，近幾年由于環(huán)保要求的提高，鍋爐長(zhǎng)期低氮燃燒后，水冷壁高溫腐蝕問題更為嚴(yán)重.多次停爐檢查發(fā)現(xiàn)，SOFA風(fēng)箱下部區(qū)域(35～40 m標(biāo)高)及A層燃燒器下沿區(qū)域(23 m標(biāo)高)的水冷壁壁面高溫腐蝕較為嚴(yán)重.在調(diào)整鍋爐運(yùn)行方式之前，在額定負(fù)荷下測(cè)試水冷壁近壁面煙氣成分及爐膛煙氣溫度分布發(fā)現(xiàn)，A層燃燒器下沿前墻及右墻、SOFA風(fēng)箱左墻區(qū)域的還原性氣氛較強(qiáng)，尤其是SOFA風(fēng)箱與CCOFA風(fēng)箱之間區(qū)域，CO體積分?jǐn)?shù)φ(CO)最高達(dá)到7.41%，H2S體積分?jǐn)?shù)φ(H2S)最高達(dá)到255×10-6，O2體積分?jǐn)?shù)φ(O2)均小于1%，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)該區(qū)域有濃烈的臭雞蛋味.同時(shí)該區(qū)域的煙氣溫度較高，為1 260 ℃左右(見圖2)，這與文獻(xiàn)[9]中的數(shù)值模擬結(jié)論一致.另有研究[11]表明，水冷壁近壁面還原性氣氛與該區(qū)域φ(O2)有關(guān)，當(dāng)φ(O2)lt;2%時(shí)，較易發(fā)生高溫腐蝕，可以認(rèn)為檢修發(fā)現(xiàn)的高溫腐蝕區(qū)域表現(xiàn)出明顯的缺氧及還原性氣氛.

圖2 爐內(nèi)不同爐膛高度的平均煙氣溫度分布Fig.2 Distribution of average gas temperature along vertical direction of the furnace

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)的影響

維持機(jī)組負(fù)荷為630 MW，ABDEF 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，入爐煤收到基硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以下簡(jiǎn)稱入爐煤含硫量)為0.5%左右.控制運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)分別為2.9%、3.5%、3.8%和4.1%，保持蒸汽參數(shù)及其他參數(shù)穩(wěn)定,測(cè)量不同工況下水冷壁近壁面的煙氣成分.為全面分析運(yùn)行方式對(duì)鍋爐燃燒的影響，對(duì)不同工況下鍋爐熱效率及NOx排放質(zhì)量濃度也進(jìn)行了測(cè)量.其中NOx排放質(zhì)量濃度是指將脫硝系統(tǒng)進(jìn)口截面測(cè)得NOx體積分?jǐn)?shù)平均值折算到O2體積分?jǐn)?shù)為6%條件下的質(zhì)量濃度.

圖3給出了不同運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)下水冷壁近壁面煙氣成分測(cè)試結(jié)果，其中每個(gè)小圖中各測(cè)點(diǎn)處第一行數(shù)字為運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)為2.9%、3.5%、3.8%和4.1%時(shí)該區(qū)域近壁面O2體積分?jǐn)?shù)的實(shí)測(cè)數(shù)值，單位為%；第二行數(shù)字為不同運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)下該區(qū)域近壁面CO體積分?jǐn)?shù)的實(shí)測(cè)數(shù)值，單位為%；第三行數(shù)字×10-6為不同運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)下該區(qū)域近壁面H2S體積分?jǐn)?shù)的實(shí)測(cè)數(shù)值，下同.

從圖3可以看出，隨著爐膛出口運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)的增大，SOFA風(fēng)箱上、下部區(qū)域還原性氣氛明顯減弱，當(dāng)運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)為3.8%左右時(shí)，該區(qū)域近壁面φ(H2S)均在200×10-6以下，當(dāng)運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)增大到4.1%時(shí)，由于大比例SOFA的稀釋作用，該區(qū)域φ(H2S)基本都在100×10-6以下，大部分測(cè)點(diǎn)的φ(CO)均小于2%，但均在1%以上.同時(shí)從圖3還可以看出，運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)從2.9%增大到3.8%時(shí)，主燃燒區(qū)還原性氣氛略有減弱，但變化不是很明顯.但當(dāng)運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)增大到4.1%時(shí)，該區(qū)域還原性氣氛明顯增強(qiáng)，尤其是A層燃燒器下沿區(qū)域，測(cè)量處基本無氧，多數(shù)測(cè)點(diǎn)的φ(CO)超過7%，φ(H2S)最高值超過200×10-6.究其原因，在高運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)下SOFA風(fēng)量占總二次風(fēng)量的比例較大，在試驗(yàn)過程中，當(dāng)運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)增大至4.1%時(shí)，為保持爐膛風(fēng)箱壓差穩(wěn)定，同時(shí)控制NOx生成量，5層SOFA風(fēng)門全開，而主燃燒區(qū)輔助風(fēng)門并沒有同步開大，雖然爐內(nèi)總風(fēng)量增加，但相對(duì)于低運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)工況(5層SOFA風(fēng)門未全開)，該工況試驗(yàn)過程中沿爐膛高度方向風(fēng)量分配偏差進(jìn)一步加大，因而造成主燃燒區(qū)下部缺氧及還原性氣氛增強(qiáng).增大運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)可減弱爐膛水冷壁近壁面還原性氣氛，但在高運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)下運(yùn)行時(shí)還需注意沿爐膛高度方向上的風(fēng)量分配，分配不當(dāng)可能會(huì)造成主燃燒區(qū)下部缺氧.

鍋爐熱效率隨運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)的增大呈先升后降的趨勢(shì)，4個(gè)工況下鍋爐熱效率分別為93.99%、94.11%、94.03%和94.02%. NOx排放質(zhì)量濃度隨運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)的增大而升高，4個(gè)工況下NOx排放質(zhì)量濃度均較低，分別為178 mg/m3、183 mg/m3、192 mg/m3和201 mg/m3.綜合考慮，在額定負(fù)荷下，建議運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)控制在3.8%左右.

2.2煤粉細(xì)度的影響

煤粉細(xì)度通過磨煤機(jī)出口折向擋板開度進(jìn)行調(diào)節(jié).保持機(jī)組負(fù)荷在630 MW左右，爐膛出口O2體積分?jǐn)?shù)為3.8%左右，ABDEF 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行.將運(yùn)行磨煤機(jī)出口折向擋板開度分別調(diào)整為5格、7格和9格來改變煤粉細(xì)度.圖4給出了改變煤粉細(xì)度R90后水冷壁近壁面煙氣成分的分布,其中每組中3個(gè)數(shù)字分別對(duì)應(yīng)較粗、適中、較細(xì)煤粉細(xì)度工況,下同.

(a)

(b)

(c)

(d)圖3 運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)對(duì)水冷壁近壁面煙氣成分分布的影響Fig.3 Influence of oxygen concentration on distribution of different gas components near water wall

(a)

(b)

(c)

(d)圖4 煤粉細(xì)度對(duì)水冷壁近壁面煙氣成分分布的影響Fig.4 Influence of coal fineness on distribution of different gas components near water wall

從圖4可以看出，改變煤粉細(xì)度后水冷壁近壁面還原性氣氛變化不明顯，這可能有2方面的原因.首先，當(dāng)前磨煤機(jī)研磨能力較好，燃用煤種也都較易磨制；煤粉細(xì)度隨磨煤機(jī)出口折向擋板開度的變化情況如圖5所示.由圖5可知，3個(gè)工況下煤粉細(xì)度均不超過23%，煤粉均較細(xì).即使磨煤機(jī)出口折向擋板開度在5格位置，煤粉依然較細(xì).微小的焦炭粒子所受慣性力作用較小而不易被分離出來沖刷水冷壁.其次，與鍋爐燃燒器特性有關(guān)，從圖1燃燒器噴口布置形式可以看出，一次風(fēng)粉氣流被偏置二次風(fēng)氣流裹在爐膛中央，形成富燃料區(qū)，而在四周水冷壁附近則形成富氧區(qū)，同時(shí)二次風(fēng)剛度明顯強(qiáng)于一次風(fēng)剛度，一次風(fēng)粉氣流的偏轉(zhuǎn)角度由攜帶其偏置的二次風(fēng)剛性決定.因此，改變煤粉細(xì)度對(duì)水冷壁近壁面還原性氣氛的影響有限.

圖5 磨煤機(jī)出口折向擋板開度對(duì)煤粉細(xì)度的影響Fig.5 Influence of opening degree of deflector baffle on coal fineness

煤粉變細(xì)后，煤粉燃盡率提高，鍋爐熱效率升高，NOx排放質(zhì)量濃度變化則并不明顯.當(dāng)磨煤機(jī)出口折向擋板開度分別在5格、7格和9格位置時(shí)，鍋爐熱效率分別為93.93%、94.03%和94.20%，NOx排放質(zhì)量濃度分別為194 mg/m3、192 mg/m3和195 mg/m3.

2.3入爐煤含硫量的影響

為研究入爐煤含硫量對(duì)鍋爐高溫腐蝕的影響，進(jìn)行了變煤種試驗(yàn).試驗(yàn)過程中，入爐煤含硫量由0.5%增加至0.8%再增加至1.0%，保持鍋爐運(yùn)行方式基本不變. 不同入爐煤含硫量下水冷壁近壁面煙氣成分測(cè)試結(jié)果如圖6所示.

(a)

(b)

(c)

(d)圖6 入爐煤含硫量對(duì)水冷壁近壁面煙氣成分分布的影響Fig.6 Influence of sulfur content in fuel on distribution of different gas components near water wall

從圖6可以看出，隨著入爐煤含硫量的增加，水冷壁近壁面H2S體積分?jǐn)?shù)有所增大，尤其是在SOFA風(fēng)箱上、下部區(qū)域；而A層燃燒器下沿區(qū)域H2S體積分?jǐn)?shù)則沒有明顯的變化.同時(shí)從圖6還可以看出，水冷壁近壁面O2及CO體積分?jǐn)?shù)并沒有明顯的變化.從表1可以看出，3種煤的低位發(fā)熱量、干燥無灰基揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較接近，均屬于易燃煙煤，僅收到基硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，在變煤種試驗(yàn)過程中鍋爐運(yùn)行方式基本不變，爐內(nèi)燃燒狀況也無太大變化，因而水冷壁近壁面O2及CO體積分?jǐn)?shù)的變化不大.

2.4CCOFA風(fēng)量的影響

CCOFA緊鄰主燃燒區(qū)上部，影響煤粉燃盡及主燃燒區(qū)上下風(fēng)量的分配，因而對(duì)水冷壁近壁面還原性氣氛也有較大影響. 維持機(jī)組負(fù)荷為630 MW左右，鍋爐運(yùn)行方式基本不變，調(diào)整CCOFA風(fēng)門開度分別為25%、60%和100%時(shí)，水冷壁近壁面煙氣成分分布如圖7所示.

從圖7可以看出，隨著CCOFA風(fēng)量的增加，主燃燒區(qū)水冷壁近壁面CO和H2S體積分?jǐn)?shù)增大，O2體積分?jǐn)?shù)減小，尤其是A層燃燒器下沿區(qū)域，當(dāng)CCOFA風(fēng)門開度由25%到全開時(shí)，該區(qū)域φ(CO)最高值由不到1.56%增大到5.22%，φ(H2S)也顯著增大，最高值達(dá)到162×10-6，多數(shù)測(cè)點(diǎn)位置無氧.而SOFA風(fēng)箱上、下部區(qū)域近壁面還原性氣氛則無明顯變化.正如文獻(xiàn)[12]中所述，在LNCFS中，CCOFA位于主燃燒區(qū)上部，在總的二次風(fēng)中所占比例較小且離SOFA噴口較遠(yuǎn)，CCOFA風(fēng)量對(duì)主燃燒區(qū)下部風(fēng)量的影響要遠(yuǎn)大于對(duì)SOFA風(fēng)量的影響.CCOFA風(fēng)量增加，SOFA風(fēng)量有所減少，而主燃燒區(qū)下部風(fēng)量減少則更為明顯.因而，主燃燒區(qū)水冷壁近壁面還原性氣氛增強(qiáng)，A層燃燒器下沿區(qū)域尤為明顯.較小比例的CCOFA風(fēng)量有利于減輕爐膛水冷壁高溫腐蝕.

(a)

(b)

(c)

(d)圖7 CCOFA風(fēng)量對(duì)水冷壁近壁面煙氣成分分布的影響Fig.7 Influence of CCOFA volume on distribution of different gas components near water wall

CCOFA風(fēng)量對(duì)鍋爐熱效率及NOx生成量有較大影響.隨著CCOFA風(fēng)門開度的增大，主燃燒區(qū)上部燃燒加強(qiáng)，同時(shí)該區(qū)域分級(jí)燃燒效果得到強(qiáng)化.因而鍋爐熱效率有所升高，分別為94.00%、94.11%和94.13%；NOx排放質(zhì)量濃度則下降較為明顯，分別為282 mg/m3、278 mg/m3和239 mg/m3. 綜合考慮，在額定負(fù)荷下建議CCOFA風(fēng)門開度控制在30%～50%.

2.5SOFA風(fēng)量的影響

維持機(jī)組負(fù)荷在630 MW左右，ABDEF 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，保持運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)在3.8%左右，CCOFA風(fēng)門開度為30%左右.調(diào)整5層SOFA風(fēng)門開度分別為90%、70%和50%，需要說明的是，在SOFA風(fēng)量調(diào)整過程中試驗(yàn)煤種有所變化，其中前2個(gè)工況燃用煤種2，而SOFA風(fēng)門開度為50%時(shí)燃用煤種1，入爐煤含硫量有所減少.調(diào)整過程中，關(guān)小SOFA風(fēng)門開度的同時(shí)開大主燃燒區(qū)輔助風(fēng)門開度，以保持爐膛風(fēng)箱壓差.圖8給出了不同SOFA風(fēng)量下水冷壁近壁面煙氣成分分布.

從圖8可以看出，煤質(zhì)變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響，但總體來說，SOFA風(fēng)量減少后，A層燃燒器下沿區(qū)域還原性氣氛明顯減弱，SOFA風(fēng)箱上部區(qū)域近壁面還原性氣氛增強(qiáng)，而SOFA風(fēng)箱下部區(qū)域近壁面還原性氣氛無明顯變化.如前所述，SOFA風(fēng)量占總二次風(fēng)量比例較大，在總風(fēng)量一定的條件下，改變SOFA風(fēng)量會(huì)嚴(yán)重影響沿爐膛高度方向風(fēng)量的分配，進(jìn)而影響不同區(qū)域的還原性氣氛.從圖8還可以看出，SOFA風(fēng)量減少后，C層、D層燃燒器之間區(qū)域CO和H2S體積分?jǐn)?shù)增大，這可能是因?yàn)镾OFA風(fēng)門開度關(guān)小后，雖然同步開大了層間輔助風(fēng)門開度，但也造成了偏置風(fēng)量的增加，主燃燒區(qū)切圓燃燒半徑增大，從而加大了煤粉刷墻的可能.因此，過大或過小的SOFA風(fēng)量均會(huì)造成爐膛不同區(qū)域局部還原性氣氛增強(qiáng).

(a)

(b)

(c)

(d)圖8 SOFA風(fēng)量對(duì)水冷壁近壁面煙氣成分分布的影響Fig.8 Influence of SOFA volume on distribution of different gas components near water wall

同樣SOFA風(fēng)量對(duì)鍋爐燃燒的影響也較大.隨著SOFA風(fēng)量的減少， NOx排放質(zhì)量濃度明顯上升，分別為186 mg/m3、229 mg/m3和233 mg/m3；由于煤質(zhì)變化，鍋爐熱效率呈先降后升的趨勢(shì)，分別為93.79%、93.69%和93.86%.

2.6周界風(fēng)量的影響

在實(shí)際運(yùn)行過程中，周界風(fēng)量因其改變一次風(fēng)粉氣流的剛性而對(duì)爐膛水冷壁近壁面還原性氣氛的影響較大.維持機(jī)組負(fù)荷在630 MW左右，ABDEF 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，分別調(diào)整周界風(fēng)門開度為100%、75%和55%時(shí)進(jìn)行試驗(yàn). 不同周界風(fēng)量下水冷壁近壁面煙氣成分的分布如圖9所示.

從圖9可以看出，周界風(fēng)量減少后，水冷壁近壁面還原性氣氛減弱，尤其是A層燃燒器下沿區(qū)域.周界風(fēng)門開度從100%關(guān)小至55%后，A層燃燒器下沿區(qū)域φ(CO)最高值由2.11%減小至0.12%，φ(H2S)也減小至10×10-6以下，φ(O2)基本都在3%以上，這可能有2方面的原因.首先，周界風(fēng)量減少后，一次風(fēng)粉氣流剛性減弱，穿透性變差，增強(qiáng)了偏置風(fēng)“風(fēng)包粉”的效果，煤粉不易刷墻，從而極大地改善了水冷壁近壁面還原性氣氛；另一方面，一次風(fēng)粉氣流更易與周圍的高溫?zé)煔鈸交?，煤粉著火提前，爐膛煙氣溫度升高，煤粉燃盡率提高，從而抑制了主燃燒區(qū)和SOFA風(fēng)箱上、下部區(qū)域近壁面還原性氣氛的生成.從圖9還可以看出，周界風(fēng)門開度從100%關(guān)小至75%時(shí)，水冷壁近壁面還原性氣氛明顯減弱，而當(dāng)周界風(fēng)門開度進(jìn)一步關(guān)小至55%時(shí)，水冷壁近壁面還原性氣氛整體仍有所減弱，但減弱趨勢(shì)并不明顯，部分測(cè)點(diǎn)的還原性氣氛還有所增強(qiáng).這是因?yàn)樵囼?yàn)煤種為易燃煙煤，周界風(fēng)門開度從75%關(guān)小至55%時(shí)，周界風(fēng)量的改變對(duì)爐內(nèi)煙氣摻混的影響有限，只有較大比例的周界風(fēng)量才能阻礙高溫?zé)煔馀c一次風(fēng)粉氣流的摻混. 而過小的周界風(fēng)量也會(huì)導(dǎo)致一次風(fēng)粉氣流剛性太差致使切圓偏斜，影響煤粉燃盡[13].

隨著周界風(fēng)門開度的增大，一次風(fēng)粉氣流剛性增強(qiáng)，煤粉顆粒著火推遲，因而NOx排放質(zhì)量濃度和鍋爐熱效率均降低. 當(dāng)周界風(fēng)門開度為55%、75%和100%時(shí)，NOx排放質(zhì)量濃度分別為258 mg/m3、255 mg/m3和239 mg/m3，鍋爐熱效率分別為94.07%、93.93%和93.79%.對(duì)于當(dāng)前煤種，在額定負(fù)荷下建議周界風(fēng)門開度控制在70%左右.

(a)

(b)

(c)

(d)圖9 周界風(fēng)量對(duì)水冷壁近壁面煙氣成分分布的影響Fig.9 Influence of circumferential air volume on distribution of different gas components near water wall

3 結(jié) 論

(1)該類型鍋爐爐膛SOFA風(fēng)箱下部區(qū)域及A層燃燒器下沿區(qū)域水冷壁高溫腐蝕較為嚴(yán)重，這些區(qū)域表現(xiàn)出明顯的缺氧及還原性氣氛.

(2)增大運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)可減弱水冷壁近壁面還原性氣氛，但在增大運(yùn)行O2體積分?jǐn)?shù)的同時(shí)保證風(fēng)量沿爐膛高度方向上的合理分配才是改善水冷壁近壁面還原性氣氛的關(guān)鍵.

(3)改變煤粉細(xì)度對(duì)水冷壁近壁面還原性氣氛的影響有限，一次風(fēng)粉氣流的偏轉(zhuǎn)角度由攜帶其偏轉(zhuǎn)的二次風(fēng)剛性決定.

(4)隨著入爐煤含硫量的增加，水冷壁近壁面H2S體積分?jǐn)?shù)增大，O2和CO體積分?jǐn)?shù)則變化不大.

(5)隨著CCOFA風(fēng)量的增加，水冷壁近壁面還原性氣氛增強(qiáng)，在A層燃燒器下沿區(qū)域尤為明顯；在滿足NOx排放要求的前提下，較小比例的CCOFA風(fēng)量有利于減輕爐膛水冷壁高溫腐蝕.

(6)SOFA風(fēng)量減少后，A層燃燒器下沿區(qū)域還原性氣氛明顯減弱；SOFA風(fēng)箱上部區(qū)域近壁面還原性氣氛增強(qiáng)，下部區(qū)域近壁面還原性氣氛則變化不明顯，C層、D層燃燒器之間區(qū)域CO和H2S體積分?jǐn)?shù)增大.

(7)周界風(fēng)量減少，一次風(fēng)粉氣流剛性減弱，穿透性變差，偏置風(fēng)“風(fēng)包粉”的效果加強(qiáng)，同時(shí)一次風(fēng)粉氣流更易與高溫?zé)煔鈸交?，煤粉燃盡率提高，從而使水冷壁近壁面還原性氣氛減弱.

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EffectsofOperationModeonHighTemperatureCorrosionoftheWaterWallinaSupercriticalTangentialFiringBoiler

ZOULei,YUEJunfeng,GUANShipian,ZHANGEnxian,DINGJianliang

(Jiangsu Frontier Electric Technology Co., Ltd., Nanjing 211102, China)

To deal with the high temperature corrosion of the water wall in a 630 MW supercritical tangential firing boiler, experimental tests were carried out for the distribution characteristics of gas components (O2, CO and H2S) near water wall, and subsequently the effects of following factors on the high temperature corrosion and NOxemission were analyzed, such as the oxygen concentration, fineness of pulverized coal, sulfur content in fuel, and the flow rate of close coupled over-fire air (CCOFA), separated over-fire air (SOFA) and circumferential air, etc. Results show that high temperature corrosion mainly occurs in areas under strong reducing atmosphere; the reducing atmosphere near water wall could be decreased by increasing the oxygen concentration and reasonably setting the air distribution along vertical direction of the furnace; the fineness of pulverized coal has little effect on the reducing atmosphere near water wall; with the rise of sulfur content in fuel, the H2S concentration increases near water wall, while the O2and CO concentration remain basically unchanged; smaller CCOFA and proper SOFA flow rate are helpful to reduce the high temperature corrosion of water wall; the flow rate of circumferential air has great influence on the reducing atmosphere near water wall at the bottom of main burners, and it is proposed to appropriately reduce the flow rate of circumferential air in the process of operation.

supercritical boiler; tangential firing; water wall; operation mode; high temperature corrosion; reducing atmosphere; NOxemission

2016-10-08

2016-10-31

鄒 磊(1985-)，男，湖北黃岡人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電站鍋爐燃燒優(yōu)化、性能試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方面的研究．

電話(Tel.):15905166943；E-mail：zoulei0128@163.com．

1674-7607(2017)11-0861-09

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