锅炉水冷壁高温腐蚀....
2018-08-13 14:16:22 作者:本网整理 来源:鹰眼研究 分享至:

    1.设备概况

 

    某电厂3号锅炉为武汉股份有限公司生产的WGZ1165/17.5-2型亚临界压力、自然循环、汽包锅炉。燃烧器四角布置、切向燃烧,每台燃烧器配有22个喷口,其中一次风喷口5层(最下层为微油点火燃烧器),17层二次风喷口,SOFA燃烧器每角分为两组,每组设置3层二次风喷口。除布置了周界风外,每角还布置了8层CFS喷口 。


    锅炉采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统,配5套北京电力设备总厂生产的ZGM95G-Ⅱ型中速磨煤机,制粉系统设计为四台运行一台备用,燃用设计煤种时,实际燃料消耗141.09t/h。


    2.投产以来水冷壁高温腐蚀换管情况

 

    该电厂3号炉于2015年06月移交生产,2016年06月、09月两次停炉水冷壁共换管221根(最低壁厚3.5 mm,换管壁厚6.0mm);2017年11月3号炉停炉水冷壁共换管135根(最低壁厚4.7 mm,换管壁厚5.8mm)。上次高温腐蚀区域更换直管管壁减薄速率均小于0.5mm/a。

 

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    从数据可看出,3号炉水冷壁换管数量由2016年221根减少至2017年135根同比减少了86根,减少了38.9%。如果考虑本次换管壁厚为5.8mm,上次换管壁厚为6.0mm以及本次有78根水冷壁管为未更换原始管的话,则本次换管数量将大大减少,说明分厂在前期煤质、燃烧调整及制粉系统精细化调整方面管控较好。


    3. 高温腐蚀原因分析

 

    3.1原煤硫份较高

 

    从图1、图2可知,2015年06月~2016年06月煤中硫份平均值2.36%,2016年10月~2017年10月煤中硫份平均值1.69%,硫份呈下降趋势,说明分厂燃煤硫份管控有成效,但燃煤硫份仍超过设计值0.98%,约72%。


    图1 2015.06~2016.06原煤硫份统计

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    图2 2016.10~2017.10原煤硫份统计

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    众所周知,煤种含硫量较高是发生锅炉水冷壁高温腐蚀的重要因素,上锅设计处高工张翔认为,水冷壁外壁高温腐蚀主要判断依据是:a.燃料硫份Sar≥1%,b.煤粉气流冲刷水冷壁管,c.水冷壁管壁温度>350℃,d.水冷壁附近O2≤2%。


    从现场测量来看,水冷壁壁面气氛均处于强还原性气氛中,CO含量均>0.5%(仪表满量程),需要指出的是CO并不直接参与水冷壁高温腐蚀,而仅是还原性气氛的指示剂。300MW等级亚临界锅炉蒸汽饱和温度可达到350℃,水冷壁管壁外部温度至少在400℃以上;从上述依据来看,该电厂3号炉水冷壁完全具备发生高温腐蚀的条件。


    从多个现场实际来看,在保证锅炉正常燃烧状况下,维持水冷壁壁面附近一定氧气,达到破坏还原性气氛,就可有效减缓甚至避免水冷壁发生高温腐蚀。


    3.2燃烧器CFS风门开度不合理

 

    机组投产后,燃烧器CFS风门开度和主二次风风门开度,机组投产后一直维持同步开度在30~45%之间, 一次风速维持在30 m/s左右,这种配风方式容易导致火焰偏斜,因为四角燃烧器均设计有8个CFS喷口,该喷口设计角度为沿水冷壁方向与主气流正切22?,设计意图为风包粉保护水冷壁;但从实际来看,当该风门开度较大时,容易造成煤粉气流贴壁,这点从冷态空气动力工况测量可以得到验证。也就是说锅炉热态运行时,CFS开度较大起不到应有设计意图,反而可能会导致煤粉气流刷墙,引起炉膛水冷壁结渣及高温腐蚀。上述观点,从2016年停炉检查发现炉膛四壁挂焦严重,尤其是炉右墙挂焦较多,且右墙水冷壁换管207根,即可得到证实。


    鉴于3号炉高温腐蚀严重情况,科室会同运管科进行了分析,改变辅助风和CFS风门均等开度为CFS风门不大于25%,辅助风根据负荷为30~45%开度的调整思路,以改善煤粉气流贴壁现象;并专门下发了№:TSYC 2016002派遣单,要求分厂重点进行制粉系统精细化调整,同样是为了起到改善一次风煤粉气流和二次风良好混合、燃烧充分,改善火焰偏斜现象。


    该电厂3号炉燃烧调整后,于2017年11月停炉检查发现炉膛结焦情况得到了明显减轻,同时换管数量大大减少也定量验证了前期调整思路的正确性。


    3.3燃烧区域局部缺氧燃烧

 

    受各粉管阻力不一和煤粉分配器分离特性影响,即使风量调平也存在粉量不平情况。一般来说,采用良好性能动态分离器的煤粉管道粉量偏差可在10%左右,但采用静态分离器的煤粉管道粉量偏差,最高甚至高达30%以上;而二次风量一般保持同层一致,这样在总风量不变情况下,部分燃烧器出现缺氧燃烧,另一部分燃烧器出现富氧燃烧,这样以来部分水冷壁区域会处于还原性气氛中,在导致结渣的同时也往往伴随着高温腐蚀的出现。2016年06、09月份停炉检查发现右墙水冷壁结渣较多、换管数量较多,也说明粉量偏差大,存在火焰偏斜冲刷水冷壁现象。


    从2016年06月冷态空气动力场和2016年08月制粉热态测量数据来看,3号炉部分磨煤机出口一次风管冷态、热态均存在风速不平现象,且一般前墙风速高于后墙。当前墙两角风速高于后墙,往往会导致火焰中心偏向右墙,从而引起水冷壁管高温腐蚀,在2016年07月底08月初利用西安热工院在2号炉做热力试验机会,借用该院设备进行了制粉热态测量并进行四角粉管热态调整,尽管有个别粉管缩孔卡涩,但从2017年11月停炉检查结果来看,该调整对减缓水冷壁高温腐蚀也取得了积极效果。


    3.4燃烬风量设计较大

 

    3号炉设计有6层燃烬风,燃烬风率远远超出锅炉低氮燃烧实际需要。BMCR工况燃烬风率3号炉设计值40%,而同类型机组东锅燃烬风率设计值28%,华西能源锅炉燃烬风率设计值24%,可见该电厂锅炉燃烬风率设计值明显偏大,主燃烧区过量空气系数仅为0.65,很容易导致主燃烧区缺风、燃烬风富氧燃烧,直接后果就是加剧了主燃烧区水冷壁还原性气氛;众所周知,该工况恰恰为水冷壁高温腐蚀创造了良好的内部条件,很容易导致水冷壁区域发生大面积高温腐蚀。针对燃烬风设计偏大状况,解决的总体思路为在保证NOx达标排放情况下,尽量少开上三层SOFA风,适当提高辅助风刚性,维持良好的炉膛火焰切圆,减少火焰贴壁概率。


    4.减轻高温腐蚀的措施

 

    4.1继续执行“制粉系统精细化调整派遣单”要求内容,做到勤、细调整,并继续加强原煤硫份管控。


    4.2 保持合理的辅助风和CFS风配比,CFS风门开度建议不超过30%。


    4.3维持一次风速在30m/s以下,适当开大周界风,减轻水冷壁面还原性气氛。


    4.4定期校验DCS一次风速值,偏差较大时进行制粉热态调整,尽量保证四角风粉平衡。


    4.5机组正常运行中二次风箱/炉膛压差不允许低于0.2KPa,以保证燃烧器良好的空气动力工况。


    4.6锅炉运行中高负荷氧量维持应不低于3.0%,适当提高主燃烧区氧量,控制燃烬风率小于设计值。


    4.7提高水冷壁管喷涂质量,同时修补发生腐蚀的耐磨涂层。


    4.8鉴于现场经常出现一次风缩孔卡涩现象,建议每次大修均对缩孔进行治理,确保灵活好用。


    5.结论

 

    SOFA、辅助风和CFS风门开度不合理、燃烧配风不佳以及煤质硫份较高是导致水冷壁高温腐蚀的主要原因,水冷壁喷涂质量差也是导致高温腐蚀的一个重要原因。

 

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责任编辑:韩鑫


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