1000MW超超临界燃煤锅炉炉内还原性气氛优化试验研究

江苏常熟发电有限公司 李英俊

某厂#1机组锅炉在停炉检修期间，发现水冷壁区域存在严重的高温腐蚀问题。影响炉内水冷壁外部腐蚀的最主要因素，是水冷壁附近的烟气成分和管壁温度，烟气还原性气氛比氧化性气氛更具腐蚀性，为此对该锅炉进行炉内还原性气氛优化试验研究与分析，改善该区域的还原性气氛，提高机组运行的安全性和稳定性。

该厂#1锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的1000MW超超临界变压运行直流锅炉。锅炉采用П型布置、双炉膛、一次中间再热，炉膛为内螺纹管垂直上升膜式水冷壁。锅炉燃烧系统采用改进型低NOxPM（Pollution Minimum）主燃烧器和MACT（Mi_tsuibishi Advanced Combustion Technology）型低NOx分级送风燃烧系统，采用CUF墙式切圆燃烧大风箱结构，共设六层浓淡一次风口、三层油风室、十层辅助风室、一层燃尽风室，在燃烧器上部还设置两层AA风。

1 试验准备与结果分析

1.1 运行现状与分析

试验准备：针对锅炉燃烧器顶部OFA风风门与AA风风门之间区域（高度约70m）存在的高温腐蚀问题，在该区域加装烟气取样测点，测点开设在炉膛水冷壁前后墙中间位置，同时测点还包括该层的4个观火孔；从炉膛内壁面直接抽取烟气进行采样分析，分析内容包括该测点的O2、CO和NOx等。燃烧试验先对锅炉的运行现状进行测试，再进行运行氧量的优化，然后分别对AA风、辅助风进行相关调整，最后做总体配风试验。

先做1000MW电负荷下的运行现状工况试验（T-1），运行磨组为六台磨，试验煤质保持基 本 一 致（Car55.38%、Har3.53%、Oar5.69%、Nar1.09%、Sar0.54%、Mar19.55%、Aar14.18%、Vdaf38.41%、Qnet,ar19972.64kJ/kg），运行表盘氧量为2.51%，习惯配风方式，运行状况稳定，对应锅炉热效率为93.55%，锅炉A/B两侧NOx排放浓度为288/261（mg/m3）。在试验期间，对炉膛OFA风层与AA风层之间区域炉膛内壁面进行还原性气氛测量，炉前测点和#5角CO浓度较高，均在10000ppm以上，且#5角含氧量较低。结合现场检视和试验结果，炉前区域和#5角区域为最严重的高温腐蚀区域。

1.2 相关试验

运行氧量优化试验。将表盘运行氧量从2.51%(T-1)提高到2.76%（T-2），锅炉热效率分别为93.55%、93.41%，即锅炉热效率有所降低。从炉内还原性气氛测量数据来看，提高运行氧量后炉内还原性氛围有所缓解。因此在当前煤质和1000MW电负荷工况下，宜将表盘显示氧量平均值控制在2.8%左右；变AA风试验。试验工况序号为T-2、T-3，负荷为1000MW，保持运行氧量和其他条件基本一致，将两层AA风门开度从75%（T-2）调整至50%（T-3）。试验结果表明，锅炉热效率变化不大，NOx排放浓度有所增大。通过关小AA风门、增大下层燃烧器区域的二次风风量，有利于煤粉颗粒和可燃气体的燃尽，可弱化炉内还原性氛围。在满负荷条件下，宜将AA风风门保持50%开度。

变油辅助风（油-AB/CD/EF）试验。试验工况序号为T-3、T-4，负荷为1000MW，维持蒸汽参数及磨煤机工况稳定。保持运行氧量和其他运行状况不变，将油辅助风门开度从50%（T-3）调整至80%（T-4），T-3、T-4变油辅助风试验工况配风方式相应开度（%）分别为：AB-L50/50、油 -AB50/80、AB-U30/30、CD-L20/20、油 -CD50/80、CD-U20/20、EF-L20/20、油-EF50/80、EF-U20/20。试验结果表明，锅炉热效率分别为93.44%、93.41%，NOx排放浓度有所增大。将油辅助风开度开大，还原性氛围增强，原因是由于油辅助风风门开大影响了二次风风门的刚性，使炉内燃烧恶化。在试验煤质条件下，满负荷运行时油辅助风保持50%开度即可。

1.3 变辅助风2（BC/DE/F-辅）试验

试验工况序号为T-3、T-5、T-6，负荷均为1000MW，保持运行氧量和其他运行参数基本一致，将辅助风2门开度（BC-辅、DE-辅、F-辅）从30%（T-6）调整至50%（T-3）、80%（T-5），试验结果表明，随着辅助风2风门开度增加，锅炉热效率分别为93.44%、93.38%和93.41%，NOx排放浓度有所增大。增大辅助风2的风门开度，炉内还原性氛围增强，炉内燃烧状况恶化。在辅助风2开度为30%时，各测点过量空气系数a在近乎1.0及以上，其中炉前区域的过量空气系数a达到1.16，CO浓度有较明显降低（与辅助风2开度为80%的工况相比较），其原因与减小辅助风2开度减小，提高了二次风刚性，增强炉内切圆稳定性。

1.4 变辅助风1（AB/CD/EF-U/L）试验

试验工况序号为T-6、T-7，保持运行氧量和其他运行状况基本一致，将辅助风1（AB/CD/EF-U/L）门开度从30%（T-6），调整至60%（T-7），具体开度参见表1。试验结果表明，随着辅助风1风门开度的开大，锅炉热效率变化不大，NOx排放浓度有所增大。

表1 变辅助风2试验工况配风方式

增大辅助风1的风门开度，CO浓度明显增大，除炉后测点的浓度稍低于0.5%外，其他各测点均在0.65%以上，同时过量空气系数a有明显降低，#1、#4、#5和#8角的氧量值降低到0%，说明炉内还原性氛围增强，可能导致该区域的H2S浓度大幅增大，高温腐蚀将恶化。其原因是由于辅助风1风门开度开大导致二次风刚性变差，影响了炉内烟气流场的稳定性。在当前试验煤质下，负荷为1000MW时将辅助风1置于30%开度。

1.5 整体二次风配风试验

整体配风试验工况包括T-8~T-11，保持运行氧量一致，负荷均为1000MW，4个试验工况配风方式分别为均布配风、全自动配风、束腰配风和正塔配风，具体配风方式参见表2。

表2 整体二次风配风风门开度

从试验结果看，正塔配风方式（T-11）锅炉热效率最高、束腰配风方式（T-10）次之、全自动配风方式（T-9）再次之，均布配风方式（T-8）锅炉热效率最低；从NOx排放浓度看，束腰配风方式（T-10）最高、均布配风方式（T-8）次之、全自动配风方式（T-9）再次之，正塔配风方式（T-11）最低。

从炉内还原性氛围测量结果来看，以全自动配风方式（T-9）时，过量空气系数a在1.0以上，同时CO浓度均在0.5%以下，能有效控制H2S的产生，从而有利于抑制高温腐蚀的发生，其炉内还原性氛围状况较好。因此在当前试验煤质下，负荷为1000MW时，从改善炉内还原性氛围来看，采用全自动配风方式较好；从提高锅炉热效率和降低NOx排放浓度来看，保持正塔配风方式较好。

2 结论与展望

提高运行氧量，有利于改善炉内还原性气氛，在1000MW负荷下，表盘运行氧量宜控制在2.8%左右；在满负荷下，减小AA风门，同时控制油辅助风、辅助风2、辅助风1的开度，以保持二次风刚性，稳定炉内切圆，有利于改善炉内还原性气氛；在满负荷下，正塔配风方式时锅炉热效率最高，正塔配风方式时NOx排放浓度较低，全自动配风方式时炉内还原性氛围状况最好；为提高机组运行的安全性，应考虑在高温腐蚀严重的区域加装在线测点，实时检测该区域的烟气成分，为运行提供参考。