二次风箱改造后配风优化减缓高温腐蚀分析

2024-05-18陈玉忠赵志军袁军权于洪明王世远

科学技术创新 2024年9期

喻国，陈玉忠，赵志军，袁军权，于洪明，王世远

（贵州创星电力科学研究院有限责任公司，贵州贵阳）

引言

贵州某W 型火焰锅炉机组，炉膛宽度大，二次风的均匀分配和精准控制比较困难，炉膛主燃区容易出现局部缺氧燃烧情况。锅炉水冷壁燃烧器至燃尽风区域经常处于局部缺氧燃烧状态，局部缺氧区域CO 浓度较高，较强的还原性气氛导致水冷壁高温腐蚀比较严重[1]。因此，迫切需要采取措施解决二次风量分配不均、炉膛中部缺氧燃烧以及水冷壁高温腐蚀问题。

国内外学者对锅炉水冷壁区域局部缺氧燃烧和高温腐蚀进行了深入的分析研究。程超等通过系统性分析并借助先进的扫描电镜及能谱技术对水冷壁高温腐蚀的机理进行了详细的分析[2]。马红和等引入多孔壁风耦合空气分级的煤粉燃烧技术可以改善水冷壁壁面附近的还原性气氛防止水冷壁面的高温腐蚀[3]。刘军等阐述了对燃煤机组实施燃烧器及贴壁风改造可消除锅炉水冷壁的高温腐蚀问题[4]。黄显生等通过二次风箱结构优化改造可提高炉膛氧量和热负荷的均匀性，有效提高锅炉效率和机组经济性[5]。杨太勇等分析得出锅炉前墙中部水冷壁区域在锅炉不同燃烧工况下均出现局部缺氧燃烧状况，机组各负荷工况下都应该增强锅炉前墙中部水冷壁区域的配风[6]。龚超等研究发现通过合理控制水冷壁区域还原性气氛、避免煤粉气流刷墙及水冷壁有效喷涂可减缓水冷壁高温腐蚀[7]。

以该电厂660 MW 超临界机组W 型火焰锅炉为研究对象，根据该电厂二次大风箱的分隔改造案例及改造后现场进行的配风优化试验进行分析研究，对二次风箱分隔改造前后以及改造后优化配风的效果进行了对比分析。

1 设备概况

该锅炉为DG2076/25.73-Ⅱ12 型超临界W 型火焰锅炉。制粉系统为冷一次风正压直吹式制粉系统，配置6 套双进双出钢球磨，每台磨煤机带4 只煤粉燃烧器共24 只煤粉燃烧器，燃烧器顺列布置在炉膛前后拱上，前后拱各12 只。锅炉采用分级送风的二次风箱，与燃烧器对应，由上部风箱和下部风箱组成。上部风箱负责拱上配风，由A、B、C 挡板控制；下部风箱负责拱下配风，分为二层，由D、F 挡板控制。

该电厂2022 年6 月利用C 修进行了二次风箱分隔改造，并在改造后沿炉宽方向进行配风优化。

2 二次风箱分隔改造分析

2.1 二次风箱改造概述

该锅炉二次大风箱未改造前设计方案如图1 所示，二次大风箱在锅炉前、后墙沿炉宽方向布置，风箱较宽、截面尺寸较大以及锅炉前后墙二次风量分布不均等会导致炉膛中部缺氧燃烧[8]，炉膛主燃区贴壁区域还原性气氛较强，高温腐蚀较严重。

图1 二次风箱分隔改造前磨煤机与燃烧器匹配关系

该电厂二次大风箱的分隔改造方案如图2 所示，将锅炉前后墙的二次大风箱分隔为3 个均匀的小二次风箱，分别给对应燃烧器区域供风。炉膛前、后墙二次风道1 分别向左侧4 个燃烧器（前墙F3、E3、D3、F4，后墙A1、B1、C1、A2）供二次风；炉膛前、后墙二次风道2 分别向右侧4 个燃烧器（前墙A4、C3、B3、A3，后墙F2、D1、E1、F1）供二次风;炉膛前、后墙二次风道3 分别向炉膛中间4 只燃烧器（前墙E4、D4、C4、B4，后墙B2、C2、D2、E2）供二次风。

图2 二次风箱分隔改造方案

2.2 改造后锅炉配风方式分析

二次风箱改造前后，对锅炉燃烧系统各风门挡板进行了检查，主要风门挡板开度见表1。

表1 改造前后主要风门挡板开度

根据表1、表2 的检查结果，从锅炉配风方式来看，改造前后均符合W 型火焰锅炉常规配风方式。但二次风箱分隔改造后、二次风系统补风特性发生了变化，锅炉配风必须进行相应的调整优化。

表2 F 挡板开度检查情况

2.3 改造前后水冷壁还原性气氛测试

进行锅炉下炉膛还原性气氛测试时，每个测点的测量数据均包含O2、CO 的体积分数，由于烟气CO 与O2的体积分数存在负相关性。因此，本文中仅对CO的体积分数进行测试分析[1]。

该炉二次风箱改造前后，在锅炉燃烧器至燃尽风喷口段前墙、后墙、左侧、右侧水冷壁第一、二层看火孔贴壁区域使用高浓度烟气分析仪进行还原性气氛的取样测量。改造前后机组运行工况基本保持一致，机组负荷均维持550 MW，二次风箱压力均维持0.5 kPa 左右，锅炉采用常规配风方式，燃烬风全开，维持工况稳定，进行二次风箱改造前后炉膛水冷壁燃烧器至燃尽风喷口段区域还原性气氛测试。炉膛水冷壁贴壁区域还原性气氛测试结果见表3。

表3 改造前后炉膛水冷壁还原性气氛测试结果对比

改造前后在相同试验工况下，二次风箱改造后锅炉主燃区水冷壁贴壁区域CO 含量降低一半还多。说明通过二次风箱分隔改造可大幅降低主燃区水冷壁贴壁区域CO 含量，可减轻水冷壁贴壁区域的还原性气氛，减缓锅炉水冷壁高温腐蚀。

2.4 改造后燃烧器区域的补风特性

2.4.1 改造后分隔挡板及F 挡板配风方式

改造前主要采用F 挡板从两侧往中间阶梯状开大的配风方式（“凸”型配风）。二次风箱分隔改造后，锅炉实际运行中主要通过二次风箱分隔挡板调整保证各风箱压力值基本一致。冷态二次风箱分隔挡板的调整状态均在55%以上且开度基本相同。

在二次风箱分隔挡板开度基本相同情况下，要维持锅炉前、后墙二次风箱二次风压基本相同，后墙二次风F 挡板开度普遍比前墙低很多。

2.4.2 改造后水冷壁贴壁区域CO 测试

根据表3 改造前后炉膛水冷壁贴壁区域还原性气氛测试结果，改造后前墙中部、后墙中部、左侧墙边上及右侧墙中部水冷壁贴壁附近CO 偏高，存在局部缺氧燃烧情况。说明F 挡板采用“凸”型配风已经不能贴合二次风箱分隔改造后二次风系统在燃烧器区域的补风特性。因此在二次风箱进行分隔改造后，有必要对二次风箱分隔挡板和F 挡板进行优化调整，对燃烧系统配风进行优化。

3 二次风箱改造后配风优化

本次二次风箱分隔改造后重点考虑F 挡板及风箱分隔挡板的配风优化调整，该厂在2022 年7 月开展了配风优化试验工作。由于二次风箱的A、B、C、D挡板控制风量远小于F 挡板控制风量，二次风箱分隔改造后炉宽方向配风优化主要指调整分隔挡板及F挡板开度优化燃烧区域配风。

3.1 分隔挡板优化调整

改造后根据炉膛局部缺氧燃烧情况结合冷态风箱分隔挡板的调整状态，检查分隔风箱风压，发现前墙和后墙炉左右分隔风箱风压偏高、炉中分隔风箱风压偏低。

保持二次风母管风压不变，调整二次分隔风箱之间分隔挡板，现场采取关小后墙炉左、右分隔挡板以及开大前墙左侧炉中分隔挡板调整方式。经过摸索和调整，优化后墙炉左、右分隔挡板全部由12 孔减少至5 孔，前墙左侧炉中分隔挡板1 个全开至16 孔、另1个由9 孔开至12 孔。调整前后各分隔风箱风压分配情况见表4。