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鍋爐高溫腐蝕原因分析

2020-12-02  來自: 江蘇潤利鍋爐有限公司 瀏覽次數:421

0  引  言

近年來 , 山東省相繼有多臺 300 MW 機組鍋爐發生水冷壁高溫腐蝕 , 腐蝕位置一般在燃燒器射流的下游區域 , 腐蝕速度約 1 - 3 μ m/ h , 有個別鍋爐水冷壁厚度被腐蝕減薄至 1.5 mm 左右 , 嚴重影響了鍋爐機組的可靠運行。因此 , 研究高溫腐蝕發生的機理 , 分析造成高溫腐蝕的原因并尋找解決高溫腐蝕的途徑 , 是當前電力科研工作者的緊迫任務。

1  設備概況及高溫腐蝕情況

濰坊發電廠 1 # 爐是由東方鍋爐廠設計制造的 DG1025/ 18 1 2 - Ⅱ型亞臨界壓力自然循環汽包爐 , 設計燃料為晉中貧煤。鍋爐采用四角切圓燃燒 , 每角燃燒器分成上、下兩組 , 共有 5 層一次風噴口和 8 層二次風噴口 , 一、二次風間隔布置 , 燃燒器上層是兩層三次風噴 , 四角燃燒器在爐膛中心形成 Φ 700 mm Φ 500 mm 兩個假想切圓。

該爐于 1993 9 月投入運行 , 在其后幾年的大、小修中均發現存在水冷壁高溫腐蝕現象 , 腐蝕嚴重區域在燃燒器出口氣流下游水冷壁上 , 標高為燃燒器區的中上部 , 腐蝕速度約 15 - 30 μ m/ h 。在 1997 年的小修中 , 為提高低負荷穩燃燒性能 ,對燃燒設備進行了改造 , 將燃燒器底部兩層一次風燃燒器改為雙通道煤粉燃燒器。設備改造后鍋爐運行約半年時間 , 再次檢查發現高溫腐蝕區域發生變化 , 腐蝕嚴重區域的標高降至底層燃燒器處 , 腐蝕速度有所加快。

2  高溫腐蝕原因分析

造成水冷壁高溫腐蝕的原因有 2 , 即煙氣側的影響和汽水側的影響。下面主要就煙氣側的影響進行分析。

2.1  一、二次風射流分離

從燃燒器布置方式來看 , 該爐采用的是集束射流著火方案 , 一、二次風射流以同一角度平行射向爐內。理想的著火過程應該是一次風噴出后不久即被動量較大的二次風所卷吸 , 射流軌跡變彎 ,形成一轉彎的扇形面 , 并卷吸周圍高溫煙氣 , 形成著火區。著火后的一次風被卷入二次風射流中燃燒 , 由于一次風射流混入動量大的二次風中 , 使火炬射流剛性加強 , 不易受干擾 , 從而維持穩定燃燒。另外由于一、二次風采用間隔布置 , 均等配風 , 因此沿燃燒器高度方向的氧量分析是基本均勻的 , 這樣就在整個燃燒器區域內形成一個燃料

與氧強烈混合的、穩定燃燒的旋轉火炬。

但實際情況并非如此 , 我們對燃爐燃燒器區的水冷壁近壁氣氛進行了測量 , 結果是 :水冷壁各點近壁氣體成分很明顯 , 沿爐膛寬度方向氣體成分差別很大 , 在一、二次風射中下游(N- 2 、 N - 3 區域 ) 存在明顯的還原性氣氛。該處的氧含量幾乎為零而 CO 的含量卻很高 , 我們認為產生這種現象的原因是一、二次風分離 , 也即一次風氣流并沒有完全混入二次風 , 至少有一部分一次風氣流偏離了二次風并在低氧狀況下燃燒 , 形成還原性氣氛。

2.2  雙通道煤粉燃燒器的影響

為提高低負荷穩燃能力 ,1 # 爐在 1997 年小修中進行了燃燒設備改造 , 將下面兩層一次風噴口改為雙通道煤粉燃燒器。這種燃燒器的工作原理是將一次風分成上下兩股射流 , 通過兩股射流的卷吸作用在中間形成一個強烈的回流區 , 回流高溫煙氣加熱一次風粉氣流 , 保證穩定燃燒。在一般程度上 , 回流越強烈 , 煙氣回流量越大 , 穩燃效果越好。但強烈的回流區也使一次風速度急劇衰減 ( 在冷爐試驗中可明顯觀察到這一現象) ,另外由于雙通道燃燒器預燃室出口面積比原一次風噴口面積增加一倍左右 , 也使一次風出口速度大大降低。因此一次風射流剛性減弱 , 易受到干擾發生偏轉。這是雙通道燃燒器對高溫腐蝕不利的一面。另一方面 , 由于雙通道器良好的著火性能 , 使一次風氣流被快速加熱 , 煤粉著火提前 , 燃燒過程縮短。對于雙通道燃燒器對高溫腐蝕的影響必須具體分析 , 就濰坊電廠 1 # 爐而言 , 由于煤質、煤粉細度及配風等方面的因素 , 該種燃燒器未能減緩高溫腐蝕的速度。

2.3  煤種的影響

在山東省已投用的 300 MW 機組中 , 鍋爐全部采用四角切圓燃燒方式 , 都或多或少存在的前面分析的一、二次風分離現象 , 而這些鍋爐中 , 所有燃用貧煤的鍋爐無一例外都發生了高溫腐蝕 ,而燃用煙煤的鍋爐則幾乎沒有察覺高溫腐蝕現象 , 這說明煤種與高溫腐蝕有很大關系。濰坊電廠 1 # 爐設計燃用晉中粉煤 , 近年來該煤種的分析基揮發份一般在 10 % 左右 , 非常低為 6 % - 7% , 應用基硫一般為 1 1 5 % , 有時在 2 % 以上。同煤煙相比 , 貧煤具有著火溫度高、燃燼時間長、燃燒速度慢等特點。表現在對高溫腐蝕的影響上則

是煤粉火炬拖長 , 大量未燃盡煤粉顆粒聚集在水冷壁附近 , 形成還原性氣氛。另外 , 煤中含硫量的高低對高溫腐蝕有顯著影響 , 這一點已有定論 , 本文不再贅述。

2.4  煤粉細度

煤粉細度對高溫腐蝕的影響非常大。煤粉顆粒太粗將導致火炬拖長 , 同時影響煤粉的燃盡 , 使大量未燃盡煤粉顆粒聚集在水冷壁附近 , 加劇高溫腐蝕。

根據經驗 , 貧煤的煤粉細度應該控制在 R 90 =8 % - 12 % 范圍內 , 才能保證良好的燃燒經濟性及減緩高溫腐蝕的發生。長期統計結果表明 ,1 #爐的煤粉細度 R 90 非常低為 6 % - 7 % , 高為 25% - 30 % , 平均為 16 % - 20 % 。在這種煤粉細度下燃燒 , 無疑將使爐內運行工況惡化。

2.5  燃燒器狀態

1 # 爐原設計為擺動式燃燒器 , 但實際運行中由于燃燒器膨脹卡澀、斷銷脫落等問題 , 擺動角度已無法控制 , 噴口角度上下不一 , 再加上二次風門有時開關不到位 , 使爐內空氣動力工況紊亂 , 也對高溫腐蝕產生不利影響。

4  結  論

綜上所述 , 造成 1 # 爐高溫腐蝕的原因主要是煤質問題、煤粉顆粒粗及一、二次風分離。就目前情況來看 , 改變煤質非常困難。因此 , 防治高溫腐蝕的關注點應放在如何避免一、二次風分離、提高壁面區域含氧量及降低煤粉細度方面。

關鍵詞: 鍋爐   導熱油爐   高溫   腐蝕  

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