对冲燃烧锅炉水冷壁内贴壁CO控制及调整实践

陈 平，祁青福，赵小兵，李戈辉

（酒钢集团宏晟电热公司，甘肃嘉峪关 735100）

前言

某电厂#5、6 锅炉2014 年是超临界参数变压运行直流炉，型号为DG1200/25.4-Ⅱ4 型，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢悬吊结构π 型布置，采用前后墙对冲燃烧方式、配5台中速磨直吹式制粉系统，其中前墙布置三层燃烧器，后墙布置两层燃烧器，下两层燃烧器为对冲方式，每层同侧布置有四台旋流燃烧器。燃烧器上部布置有燃尽风(OFA)风口，12 只燃尽风风口分别布置在前后墙上，在煤粉燃烧器的上方前后墙各布置2 层燃烬风，上层前后墙各有4 只风口，下层前后墙侧燃烬风各有2 只风口，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。

为有效改善侧墙水冷壁壁面还原性气氛，缓解水冷壁高温硫腐蚀。在前后墙靠近侧墙合适位置增设四层贴壁风（风量手动调节），全炉共16 只贴壁风喷口。为保证达到较好的配风效果，第三层贴壁风（由下往上数）风源引自预热器出口的热一次风道，其余各层贴壁风风源均引自热二次风。热一次风贴壁风（共4 个喷口）采用两个主风道引风（炉左、右各一个），每个主风道（外径φ426 mm）为2 个贴壁风喷口供风，热二次风贴壁风由单独风道配风，就近引自于大风箱入口挡板处。

2016 年，在检修中发现锅炉高温区水冷壁管道向火侧存在因高温腐蚀导致的可剥离层。2017 年，锅炉上层燃烧器至燃尽风区域侧墙出现因高温腐蚀导致管壁减薄造成的泄漏，2018年～2019年，检测锅炉高温区水冷壁管道壁厚存在明显的减薄现象，需要结合检修对减薄严重的区域管道进行更换。2020 年初，受锅炉高温区水冷壁腐蚀严重的影响，原始厚度7.5 mm 的水冷壁管大面积减薄至2.8～5.0 mm 之间，前后墙局部区域减薄至1.5 mm 左右，并发生爆管，导致机组被迫停止运行并对水冷壁管进行大面积的更换。

1 锅炉高温腐蚀原因分析

根据对锅炉水冷壁管腐蚀产物的取样化验结果分析，高温腐蚀产物中Fe3O4、FeS、Fe2O3以及复合型硫酸盐等的含量较高，可判断锅炉水冷壁区域存在的高温腐蚀为硫酸盐和硫化物的复合型高温腐蚀。水冷壁外壁腐蚀产物分析数据见表1。

表1 水冷壁外壁腐蚀产物物相定性、定量 wt.%

由于腐蚀产物中Fe3O4和FeS 的合计总含量超过了50%，确定硫化物型腐蚀在该两台锅炉的水冷壁高温腐蚀中起主导作用。

硫化物型腐蚀的主要机理为：在还原性气氛下，燃煤中的FeS2分解为FeS 和[S]，同时还原性气氛下形成的H2S和燃煤燃烧后生成的SO2反应，也会生成[S]，而[S]极易与Fe 发生反应形成FeS，FeS 在O2的缓慢氧化下会形成Fe3O4。因此，控制该两台锅炉的燃烧区水冷壁高温腐蚀的关键，就是控制锅炉燃烧区的还原性气氛问题。

锅炉主燃烧区的还原性气氛，主要与燃烧过程中存在未燃烬碳、氧量不足生成的CO、以及还原性气氛中生成的H2S等含量有关。而在三种还原性物质中，CO的含量对还原性气氛起主导作用。

综上所述，控制锅炉主燃烧区水冷壁管的硫化物型高温腐蚀，需要控制[S]的生成量，而控制[S]的生成量的关键，在于控制还原性气氛和H2S 的生成量。还原性气氛和H2S 的生成量，又与高温烟气中CO的含量有密切关系，因此，将锅炉主燃烧区的CO含量、尤其是靠近水冷壁管壁的CO 含量控制在较低范围，理论上可实现控制锅炉水冷壁高温腐蚀的目的。

2 锅炉水冷壁内贴壁CO控制及调整实践

根据对锅炉水冷壁四面墙区域的CO 含量及该区域对应的氧量数据测量，管壁附近CO 的含量与氧量存在明显的正相关关系，当氧量在1%及以下时，CO 含量超过10 000 mg/m3；氧量在1%～2%时，CO 含量3 000 mg/m3；氧量达到2%以上时，CO 含量约在1 000 mg/m3以内；氧量达到10%以上时，CO 含量基本维持在100 mg/m3左右。因此，控制锅炉水冷壁内壁附近的CO 含量，完全可通过控制氧量的方式来实现。见表2。

表2 锅炉燃烧区水冷壁管附近CO及氧量测量数据表

为降低锅炉水冷壁内部靠近管壁表面的CO 含量，在调整实践中重点从燃烧二次风和燃尽风的分配比例调整、以及旋流燃烧器内外二次风的分配比例调整等方面入手，取得了较为明显的效果。

2.1 燃烧及燃尽二次风分配比例调整

在对配风方式调整前，根据实时测量数据，燃烧器区域水冷壁管附近烟气中的氧量在0～2%之间，水冷壁管表面高温烟气中的实际CO 含量超过10 000 mg/m3。

通过将燃尽风的挡板开度由100%、60%关小到30%、10%，将燃烧器层挡板开度由100%关小到60%，使锅炉大风箱二次风的风压明显大幅度升高，由原300 Pa提高到550 Pa。根据测量数据，调整后锅炉水冷壁主燃烧区的氧量明显提高，前后墙及侧墙靠近角部位置的氧量达到4%～7%、前后墙中间两个燃烧器区域的氧量达到2%～5%，仅侧墙水冷壁中间区域的氧量仍然偏低严重，在0.5%～2.5%之间波动。调整前后配风方式见表3。

表3 调整前后配风方式

2.2 贴壁风配风调整

为提高锅炉水冷壁两侧墙区域的氧量，首先采取了对贴壁风的风压和挡板开度进行调整的措施，以求通过增加贴壁风的刚度，使延长贴壁风在炉内的贴壁时间，达到提高水冷壁表面氧量的目的，调整数据见表4。

表4 贴壁风调整前后挡板开度及氧量变化

从对贴壁风的调整效果分析，提高贴壁风压及挡板开度后，靠近前后墙的侧墙区域的氧量有小幅度的上升，但靠近炉中心线的侧墙内壁氧量变化不大。

2.3 旋流燃烧器内外二次风配风调整

为继续提高侧墙水冷壁附近的氧量，将每层1、4 号燃烧器（即靠近两边侧墙的燃烧器）的内二次风挡板开度由35%减小至25%、将外二次风挡板开度由40%加大到60%，调整前后的氧量变化数据见表5。

表5 旋流燃烧器内外二次风挡板调整前后氧量变化表

从对旋流燃烧器内外二次风挡板的调整测量数据看，将靠近侧墙燃烧器的外二次风挡板开度由40%左右提高到60%，可使水冷壁侧墙部分区域的氧量提高2%左右。

3 结论

（1）控制锅炉水冷壁区域的高温腐蚀，重点是要控制高温烟气中的CO 含量，减轻水冷壁内壁所处的还原性气氛。

（2）控制对冲燃烧锅炉水冷壁内贴壁高温区烟气中的CO 含量，重点是控制燃烧区高温烟气中氧量，该区域高温烟气中CO 含量的高低与氧量的高低具有明显的正相关关系。

（3）适当降低燃尽风的挡板开度，提高燃烧区的氧量，对降低燃烧区水冷壁贴壁CO 含量具有显著的效果。

（4）提高贴壁风的压力及供风量，对侧墙水冷壁靠近贴壁风口部位降低CO 含量具有一定效果，但对距离较远部位没有明显效果。

（5）开大靠近侧墙旋流燃烧器的外二次风挡板开度，对降低燃烧区水冷壁贴壁CO 含量具有一定效果。

（6）通过对对冲燃烧锅炉水冷壁内贴壁CO 的调整，使水冷壁贴壁区域的CO 含量有了明显下降，预计可实现延缓锅炉水冷壁高温腐蚀速率的目标。