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w w w . b z f x w . c o m ∪锅炉燃烧器区域 水冷壁高温腐蚀的分析 河北省电力试验研究所 ⌡石家庄 黄 宣 刘永刚 文 摘 通过对台 ∪锅炉水冷壁高温腐蚀现象的分析认为其主要原因 是锅炉一次风速较高导致炉内气流在两侧墙中部区域产生较大的回流使煤粉火焰 刷墙燃烧器的内外调风装置在热态时卡涩或者传动机构之间的装配间隙偏大造成 运行中内调风叶片位置难以进行准确调整和固定∀为解决该型锅炉的水冷壁高温腐 蚀问题提出在水冷壁高温腐蚀严重区域采用金属喷涂或渗铝管来防止或减缓水冷 壁的高温腐蚀速率最好在锅炉的左右侧墙加装能有效抑制或阻止煤粉火焰刷墙的 贴壁风对燃烧器调风叶片的传动机构进行改进使其调节灵活可靠定位准确降低 锅炉的一次风量从而降低燃烧器出口的一次风速使其尽量接近设计值∀ 关键词 锅炉 水冷壁 高温腐蚀 分析 Αβστραχτ ∪ ∉∏∩∪ ℑ∈ℑ⊂ ∧ ⊃ ∉∅∅ ∉∏ ∪ ℜ∉⊃ ⊂ ⊕ ∏∈⊃ ⊃ ⊃ ⊕℘ ∉∩∈⊃ ∨⊕ ⊗ ∪ℑ ∪⊕ ⊆ ℑ⊃ ∈ ℘ ℑ∏ ⊕∉∅ ∪⊃ ∩∪ ⊕⊆ ∠⊕ ℑ ∏ ⊕℘ ∉ ∉ ⊃ ∉∈ ∉∅⋅ ℑ ⊕⋅ ℑ⊂ ⊂ ⊃ ∈ ℜ∏ ∈⊕ ℑ ⊕ ℑ ℑ ⊕ ∪⊃ ∩∪⊕ √⊕ ⊂ ∉℘ ⊃ ∧ ∉∅∠ ⊃ ⊆ ℑ ∧ ℑ⊃ ℘ ∉⊂ ⊂⊃ ⊗⊃ ∈∩⋅ ∪⊃ ℘ ∪ ⊂ ⊕ ℑ⊗ ∪⊕ ℑ⊃ ∉ ⊂ℑ ∩⊕ ℜℑ℘ ⊄ ∅ ⊂ ∉⋅ ⊃ ∈ ∪⊕ ⊆ ⊃ ⊗2 ⊗⊂ ⊕ ℑ ⊕ ℑ∈⊕ ℑ ⋅ ∉ ⊃ ⊗⊕ ⋅ ℑ⊂ ⊂ ℘ ℑ∏ ⊃ ∈∩ ℘ ∉ℑ⊂ ∠∉⋅ ⊗⊕∅ ⊂ ℑ⊆ ⊕ ∉ ℘ ∉∏ ∪⊕ ⋅ ℑ ⊕⋅ ℑ⊂ ⊂ ∪⊕ ⊕ ∉℘ ℘ ∏ ℜ⊂∉℘ ⊄ℑ∩⊕ ∉∅ ⊃ ∈∈⊕ ℑ∈⊗ ∉∏ ⊕ ⊕ ∩⊃ ⊕ ∉∅ ℜ∏ ∈⊕ ⊃ ∈ ∪∉ ℑ ⊕ ∉ ∉∉ ⊂ ℑ ∩⊕ ⊕ ⊕ ℘ ⊃ ∉∈ ∩ℑ∠ ℜ⊕ ⋅ ⊕ ⊕∈ ⊗ ⊃ √⊃ ∈∩ ⊆ ⊕ ℘ ∪ℑ∈⊃ ⊆ ∉ ∪ℑ ∪⊕∠∉ ⊃ ⊃ ∉∈ ∉∅⊃ ∈∈⊕ ⊕ ∩⊃ ⊕ ℜ⊂ℑ⊗⊕℘ ℑ∈ ∪ℑ ⊗⊂ ∧ ℜ⊕ ⊕ ∩∏⊂ ℑ ⊕⊗ ∠ ⊕ ℘ ⊃ ⊕ ⊂ ∧ ℑ∈⊗ ℜ⊕ ∅ ⊃ ⊕⊗ ∉ ∉⊂√⊕ ∪⊕ ∪⊃ ∩∪ ⊕ ⊆ ∠⊕ ℑ2 ∏ ⊕ ℘ ∉ ∉ ⊃ ∈∩ ∠ ∉ℜ⊂ ⊕⊆ ∉∅ ⋅ ℑ ⊕ ⋅ ℑ⊂ ⊂ ∉ ⊕ ⊗∏℘ ⊕ ∪⊕ ℘ ∉ ∉ ⊃ ∉∈ ℑ ⊕ ⊃ ⊃ ∠ ∉∠∉ ⊕ ⊗ ∉ ∏ ⊕ ⊆ ⊕ ℑ⊂ ℘ ∉ℑ ⊃ ∈∩ ℜ∧ ∠ ℑ∧ ∩∏∈ ∉ℑ⊂∏⊆ ⊃ ∈⊃ ∨⊃ ∈∩ ∉ ∪⊕ ∏ℜ⊕ ⊃ ∈ ℘ ∉∈℘ ⊕ ∈⊕⊗ ℑ ⊕ ℑ ♥⊃ ℜ⊕ ⊕ ∉ ℑ⊗⊗ ℑ⊃ ∅ ⊂ ∉⋅ ℘ ⊂ ∉ ⊕ ∉ ⊂ ⊕ ∅ ℑ∈⊗ ⊃ ∩∪ ⊃ ⊗⊕ ⋅ ℑ⊂ ⊂ ∉ ∏∠∠ ⊕ ∉∠ ⊕ √⊕ ∈℘ ∉ℑ⊂ ∠∉⋅ ⊗⊕ ∅ ⊂ ℑ⊆ ⊕ ∅ ∉⊆ ℘ ∉∏ ⊃ ∈∩ ⋅ ℑ ⊕ ⋅ ℑ⊂⊂ ∉ ℘ ∉ ⊕ ℘ ∪⊕ ⊗ ⊃ √⊃ ∈∩ ⊆ ⊕ ℘ ∪ℑ∈⊃ ⊆ ∉∅ ℜ∏ ∈⊕ ⊕∩⊃ ⊕ ℜ⊂ ℑ⊗⊕ ∅ ∉∅ ⊂ ⊕ ⊃ ℜ⊂ ⊕ ℑ∈⊗ ⊕ ⊂ ⊃ ℑℜ⊂ ⊕ ⊕ ∩∏⊂ ℑ ⊃ ∉∈ ℑ∈⊗ ℑ℘ ℘ ∏ ℑ ⊕ ∠∉ ⊃ ⊃ ∉∈⊃ ∈∩ ℑ∈⊗ ∉ ⊕ ⊗∏℘ ⊕ ∠ ⊃ ⊆ ℑ ∧ ℑ⊃ ∅ ⊂ ∉⋅ ∉ ℑ ∉ ⊕ ⊗∏℘ ⊕ ∪⊕ √⊕ ⊂∉℘ ⊃ ∧ ∉∅ ∠ ⊃ ⊆ ℑ ∧ ℑ⊃ ⊂ ⊕ ℑ√⊃ ∈∩ ℜ∏ ∈⊕ ∉ ⊗⊕ ⊃ ∩∈ √ℑ⊂ ∏⊕ ℑ℘ ⊂ ∉ ⊕ ℑ∠∉ ⊃ ℜ⊂ ⊕ Κεψω ορδ σ ℜ∉⊃ ⊂⊕ ⋅ ℑ ⊕⋅ ℑ⊂ ⊂ ∪⊃ ∩∪ ⊕ ⊆ ∠⊕ ℑ ∏ ⊕ ℘ ∉ ∉ ⊃ ∉∈ ℑ∈ℑ⊂ ∧ ⊃ 近几年来西柏坡衡水个发电厂 台 ↑ 机组相继投入运行在机组大 小 修 及 定 检 工 作 中发 现 锅 炉型 号 为 ′ ′2 2↑型水冷壁在燃烧器区 域都存在较严重的高温腐蚀现象且腐蚀速 率很快使锅炉投入运行仅 ℑ 多就因水冷 壁管壁减薄严重而被迫大面积换管成为当 前迫切需要解决的重要问题∀ 高温腐蚀产生的一般机理 水冷壁烟气侧高温腐蚀的过程比较复 杂对其机理的解释也不尽相同∀根据腐蚀产 物的化学成份可分为/硫化物型0和/硫酸盐 型0腐蚀种∀目前一般认为高温腐蚀的发 年第期河 北 电 力 技 术第卷 w w w . b z f x w . c o m 生与下列因素有关燃煤含硫量高含有可燃 物的煤粉火焰直接冲刷壁面水冷壁经常处 于还原性气氛中等∀煤的含硫量高时水冷壁 外部沉积物的化学构成易于促成高温腐蚀的 发生∀如果水冷壁管壁外部经常遭受含有大 量 未 燃 烬 煤 粉 火 焰 的 冲 刷使 硫 化 亚 铁 ƒ⊕≥随煤粉颗粒或灰分粘附在管壁上经 炉内催化形成的原子≈≥和≥↓会使水冷壁 产生高温腐蚀在缺氧的情况下如果水冷壁 面附近的还原性气体♦≥和≤ ↓的含量较高 时也会使水冷壁产生高温腐蚀∀据文献报 道在还原性气氛下烟气中♦ ≥的浓度大 于时就会对钢材产生强烈的腐蚀作 用特别是在 ε∗ ε范围内其腐蚀 性最强∀ 锅炉设备特点及高温腐蚀概况 西柏坡发电厂衡水发电厂配用的锅炉 均 为′ ′2 2↑型亚 临界参 数 一次中间再热单汽包自然循环平衡通风 固态排渣煤粉炉∀锅炉设计煤种为山西晋中 贫煤山西阳泉无烟末煤采用钢球磨中间 储仓式冷一次风机热风送粉系统对冲燃烧 方 式∀锅 炉前 后墙 分层 共布 置有个 ′ 公司标准的∞♥2⁄″ ′型双调风旋流燃 烧器单只燃烧器具有自稳燃功能∀ 这台锅炉在投入试生产 ℑ后的首次 大修中都发现了较为严重的水冷壁下辐射 区域高温腐蚀现象且具有共同的特点 ℑ水冷壁高温腐蚀的部位都集中于炉膛 火焰的下辐射区域且都无一例外地发生在 左右墙水冷壁从下排燃烧器到上排燃烧器 共 ⊆左右标高的范围内∀ ℜ腐蚀现象均为表面沉积物呈多层结 构最外层是不稳定的疏松焦渣下面是疏松 积灰和氧化铁的混合物再下一层是黑褐色 脆性烧结物厚度一般为∗ ⊆ ⊆ 用锉刀 敲击可呈片状脱落最内层为与金属结合极 为紧密的深灰或兰黑色腐蚀产物∀腐蚀区域 经常可发现点状坑穴∀ ℘ 腐蚀速率极快∀几台锅炉在投入试生 产后仅运行∗ ∪水冷壁下辐射区 域的管壁减薄就非常严重∀如在西柏坡发电 厂电 炉试运 ℑ后的首次大修中发现 ⊆ ⊆的内螺纹管平均减薄∗ ⊆ ⊆ 最多减 薄 ⊆ ⊆ 为此更换壁厚小于 ⊆ ⊆的 管子共计根∀在锅炉小修中发现大修后 仅运行半年时间经更换并刷涂防腐涂料的 新管子被腐蚀减薄了∗ ⊆ ⊆ 腐蚀区 域大修中未更换的管子又达到了换管的条 件∀ 原因分析 ∞♥2⁄″ ′增强型双调风燃烧器是 ′ 公司开发的典型低→↓ 旋流燃烧器是煤洁 净燃烧技术要求的产物其基本原理是/贫氧 燃烧0降低→↓浓度的关键是在有效燃烧 区域内形成还原性气氛以便将燃料中的氮 元素变成稳定的→∀为达到此目的∞♥2⁄″ ′ 型燃烧器采用了级燃烧方式即一次风采 用直流风二次风分为股少量轴向旋转的 内二次风供燃烧初始阶段挥发份燃烧所用 大燃烧所用∀这样保证燃烧器区域低过剩空 气系数的设计特点却易造成煤粉在燃烧器区 域的不完全燃烧而含硫量较高的煤在不完 全燃烧 时将产生 腐蚀性很 强的还原 气体 ♦≥等若随煤粉气流到达水冷壁表面就 会发生高温腐蚀∀ ∞♥2⁄″ ′型燃烧器除 了→↓排放量低 的特点外理论上还有燃烧效率高具有自稳 燃能力的特点∀它采用了较为先进的热回流 技术即利用热烟气的回流对来流的煤粉气 流进行强化加热并使之稳定燃烧∀而且在热 烟气回流区的边界上实现了高湍流强度高 煤粉浓度高温度的/三高0煤粉燃烧∀但从锅 炉冷态空气动力场试验中发现在按设计要 求的一二三次风配比下进行炉内冷态模化 试验时二次风对一次风气流扰动强烈混合 良好射流中心能形成稳定明显的回流区 但由于这台炉的一次风管道在设计及布 年第期河 北 电 力 技 术第卷 w w w . b z f x w . c o m 置方面存在一次风管较长弯头较多管径选 用太粗等问题为防止一次风管煤粉堵管锅 炉在实际运行中的一次风速远高于其设计 值从而使得一次风煤粉气流的刚度明显加 大而二次风压提高能力却很有限因此造成 二次风对一次风气流的扰动包裹能力明显 减弱高温烟气回流区被破坏使煤粉着火推 迟燃烧器的自稳燃能力降低∀该型燃烧器燃 用设计煤种包括相近煤种着火特性尚可 在燃用挥发份以及燃煤发热量偏低的贫煤或 无烟煤时就表现出着火困难燃烧不稳定的 现象∀在机组正常运行工况下常可观察到燃 烧器出口尤其是承担较大负荷的下排只 主力燃烧器一条/黑龙0的现象∀这些未燃烬 的煤粉颗粒冲刷到左右墙相应标高的水冷壁 管子上加上一定的外部条件或气氛就不可 避免的对管壁产生高温腐蚀∀ ∞♥2⁄″ ′型燃烧器的二次风内调风轴向 旋流叶片的角度和外调风挡板的开度理论上 可以进行调节以便煤质变化时对锅炉燃烧 进行优化调整∀但由于调节机构传动装置采 用机械连杆和异形齿轮盘传动设计不合理 造成传动装置有时也包括叶片本身在热态 时因变形而经常卡涩从而使叶片无法调节∀ 另外传动机构之间的装配间隙偏大刚性及 紧固性差造成运行中内调风叶片位置难以 进行准确调整和固定个别叶片有时甚至发 生自动位移使叶片角度失去控制∀这些都严 重影响了燃烧器的配风性能降低了燃烧器 对煤质变化的适应能力∀调风叶片开度的混 乱和实际的不可调必然导致燃烧器配风的 不合理以及其出口气流流场的混乱从而造 成气流飞边煤粉火焰刷墙各燃烧器之间氧 量相差悬殊等问题这为水冷壁高温腐蚀的 产生创造了良好的外部环境及条件∀ 通过对西柏坡发电厂 炉进行的炉内 燃烧过程的计算机模拟预示结果证明在目 前运行的一次风速约 ⊆ 该风速远高 于其设计值条件下由于前后墙对冲的一次 风以较大的速度碰撞导致炉内气流在两侧 墙处中部区域范围产生较大的回流使煤 粉火焰刷墙并且在该区域墙壁附近的温度 较高因此水冷壁产生高温腐蚀有其一定的 必然性∀ 防止措施 由上述对 ∪锅炉燃烧器区域水 冷壁高温腐蚀的原因分析可以看出∞♥2⁄″ ′ 型燃烧器低→↓排放的设计结构特点与水 冷壁燃烧器区域的高温腐蚀有着密切的关 系在目前不具备对燃烧系统作重大改进的 条件之前为防止燃烧器区域水冷壁的高温 腐蚀建议采用以下措施 ℑ 对燃烧器调风叶片的传动机构进行改 进使其调节灵活可靠定位准确∀ ℜ 加强对燃煤质量的控制保持合适的 煤粉细度∀ ℘ 合理分配控制各燃烧器负荷加强对 锅炉的燃烧调整∀ ⊗ 采用减小一次风管直径的办法来降低 锅炉的一次风量从而降低燃烧器出口的一 次风速使其尽量接近设计值∀ ⊕ 在水冷壁高温腐蚀严重区域采用耐高 温腐蚀的渗铝管或采用金属喷涂来防止或减 缓水冷壁的高温腐蚀速率∀ ∅ 为比较彻底地解决由锅炉燃烧方面引 起的水冷壁高温腐蚀问题最好在锅炉的左 右侧墙加装能有效抑制或阻止煤粉火焰刷墙 的贴壁风∀通过对西柏坡发电厂 炉进行的 大量炉内燃烧过程的计算机模拟预示结果表 明解决西柏坡发电厂 炉燃烧器区域水冷 壁高温腐蚀的最好办法是在锅炉的两侧墙上 加装贴壁风贴壁风的喷口距前后墙的距离 喷口尺寸风速风率应根据每台锅炉的实际 运行状况通过准确计算并进行优化设计确 定∀该方法对西柏坡发电厂炉和衡水发电 厂的台同型号锅炉同样有效∀ 收稿日期22 年第期河 北 电 力 技 术第卷
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