前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀预防改造

2017年第24卷第8期

技术与市场创新与实践前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀预防改造

胡文平

(广东红海湾发电有限公司，广东汕尾516600)

摘要:针对超临界前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁出现的高温腐蚀，分析了高温腐蚀发生的机理，并根据其发生机理，介绍 了对高温腐蚀所要采取的处理方法及试验结果，其效果明显，值得推广应用。

关键词：贴壁风；水冷壁；高温腐蚀；前后墙对冲燃烧

doi：10. 3969/j.issn.1006 - 8554. 2017. 08.006

0引言

广东红海湾发电有限公司一期2 x600 MW工程1、号锅 炉是东方锅炉厂设计制造，超临界压力直流锅炉，型号为 DG1900/25.4 -112,1次中间再热，前后墙对冲燃烧、单炉膛、平 衡通风、固态排渣，中速磨煤机冷1次风机正压直吹式制粉系 统，三分仓回转式空气预热器。1、号炉两侧墙螺旋水冷壁自 投产以来，一直存在高温腐蚀问题，尤其是燃烧器至燃尽风区 域，腐蚀尤其严重。虽然采取了喷涂等方式进行防护，但仍无 法彻底解决该问题。锅炉水冷壁管在运行过程中，因受硬质颗 粒的冲刷磨损、气体和盐类的腐蚀逐渐减薄并发生爆管，不但 严重影响锅炉的安全运行，还造成巨大的经济损失。

"水冷壁高温腐蚀机理

公司1、锅炉在燃烧器高度区域水冷壁左右侧墙中部水 冷壁管（上层燃烧器上方2 m至下层燃烧器下方2 m)的向火 侧外壁，存在严重的高温腐蚀现象。这种腐蚀为还原气氛腐蚀。

600 MW大型锅炉燃烧器附近烟气温度约1 500°C，燃煤中 的矿物质成分易挥发出来，这一区域烟气中S〇2、HCl、H2S等 腐蚀性气体成分较多，同时该区域还处于还原性气氛，还原性 气氛导致了灰熔点温度的下降和灰沉积过程加快，从而引起受 热面的腐蚀。另一方面，由于燃烧区域附近的水冷壁管的热流 密度很大，温度梯度也很大，管壁温度常在350°C〜400C之 间，对管壁的高温腐蚀有很大的影响。锅炉水冷壁管高温腐蚀 有以下2种型式。

1硫化物型腐蚀:煤中的硫铁矿FeS2随着煤粒和灰粒粘 着在水冷壁上，受热后发生分解:Fe^—FeS+ S，而后,又与管壁金属化合生成FeS，FeS再继续氧化成Fe2S〇4，使管壁受到腐 蚀。实验证明，这种腐蚀过程在温度>350°C时进行得非常迅 速。350°C是高压锅炉水冷壁管壁温范围，因此相当数量的高 压锅炉都会发生水冷壁高温腐蚀。同样的燃煤对中压锅炉的 水冷壁管均无损伤，因为它们的水冷壁管壁温在255°C。

2)硫酸盐型腐蚀:存在于结积物中的F e S可产生S〇2和 S〇3,在310°C〜420°C情况下，管壁表面能形成正常的Fe2〇3层。煤燃烧时升华出来的碱性金属氧化物Na20及K20凝结 在管壁上，它们与烟气中的SO3化合成NaS〇4和M2S〇4(即K2S〇4)，M2S〇有黏性，它可捕集灰粒黏结成灰层，于是灰表面 温度上升，外面形成渣层和流渣。烟气中的SO3穿透上述灰渣 层，在灰层内发生下列反应：

3M2S04 +Fe203 +3S03—2M3Fe(S04)3

灰渣层脱落后，管壁上产生新的Fe2〇3层，于是再度发生 上述反应，形成循环腐蚀过程。

2防止锅炉水冷壁高温腐蚀的措施

为彻底解决锅炉水冷壁高温腐蚀问题，通过高温腐蚀机理 分析可知，要防止水冷壁高温腐蚀，可通过改善水冷壁面烟气 氛围。经过多方调研论证，决定对燃烧器进行局部改造以及增 加贴壁风改造。实施改造的项目主要包括锅炉最上层（B层和 E层）靠两侧墙共4只燃烧器局部改造;炉前、后墙靠近侧墙区 域增加4层贴壁风喷口（共16只）以及相关风道、附件等改造。改造前后的燃烧器布置示意分别见图1图2。

图2改造后燃烧器、燃尽风与贴壁风布置图

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创新与实践TECHNOLOGY AND MARKET

Vol.24, No.8,2017

3贴壁风改造后的调试测试

3.1#1炉600 MW负荷下测试结果 表1600 MW负荷炉膛侧壁壁面气氛测试结果

3.1.1600 MW负荷炉膛侧壁壁面气氛测试

在600 MW负荷下对炉膛侧壁预留开孔进行测试，由于贴

壁风50%开度时负荷时间较短，尚未进行侧壁壁面气氛测试

已经降负荷，将贴壁风100%开度、20%开度侧壁壁面气氛测试

结果列表如表1所示（表中〇4单位:％;C0单位:ppm)。

由测试结果看，氧量呈现靠近前后墙高，中间低的趋势，

C0呈现相反的趋势。为保护贴壁风喷嘴不被烧损，无法测量

未开贴壁风时炉膛侧壁气氛，对比#3炉热态测试结果，虽然炉

膛中部仍然缺氧，但已经有很好的改善作用，同时C0含量也

有较大幅降低。而贴壁风在100%开度下较20%开度，C0浓

度也有很大幅度的降低，还原气氛减弱，对于降低壁面腐蚀有

很大作用。

表4 600 MW负荷SCR入口气氛测试

SCR入口1左2345678910右

20%开度02 3.44 2.62 2.49 3.72 4.04 3.37 3.52 4.04 5.22 4.79 C03047611256137167711925319 N0152158179178170185174172158153

50%开度02 4.6 5.09 3.43 3.81 4.36 4.41 4.35 2.81 2.9 3.3 C025202022864691517 N013614214115016216212149138102

100%开度02 4.14 4.49 4.01 3.93 3.81 3.58 3.91 3.66 3.37 3.36

C04638334569

N018017317618017816717519158158

开度20%开度10%开度

左侧右侧左侧右侧

项目02C002C002C002C0

后墙9.84 6.791 02111.91579.9778

中间!! 2.0110 710!! 6.621 110

中间 1.1623 100.1946 8700.7815 7300.2517 160

前墙 6.157 520 2.64 2 3209.623408.89101

平均 5.7010 208 2.9115 2307.44 5 375 6.43 4 612

3.1.2 600 MW负荷SCR人口气氛测试(见表2)

在600MW负荷下在不同开度对于尾部SCR人口烟气成 分进行测试，随着贴壁风投人量的增大，C0含量有所降低，炉 膛还原气氛降低。为了有效缓解高负荷的水冷壁腐蚀问题，建 议在高负荷下，采取贴壁风全开的运行方式。（表2中02单位:％;C0 单位:ppm)

3.2 #1炉450 MW负荷下测试结果

3.2. 1450 MW负荷炉膛侧壁壁面气氛测试

在450 MW负荷下对炉膛侧壁预留开孔进行测试，侧壁壁 面气氛测试结果列表如表3(表中0,单位:％ ;C0单位:ppm)。

表3 450 MW负荷炉膛侧壁壁面气氛测试结果

开度20%开度50%开度10%开度左侧右侧左侧右侧左侧右侧

项目02C002C002C002C002C002C0后墙8.17168.325118.32408.35179.03418.6133中间!!0.1921 220!! 1.019 720!! 6.49980中间0.2419 0400.3219 8900.3917 4600.4711 540 1.177 810 3.76 5 140前墙 6.321 3008.15598.329207.536038.02296 6.9441平均 4.91 6 785 4.510 420 5.68 6 140 4.4 5 470 6.07 2 716 6.451 549 20