水冷壁高温腐蚀和结渣部位研究

切圆燃烧锅炉

水冷壁高温腐蚀和结渣部位研究

王春昌１，魏奉群２

（西安热工研究院有限公司，陕西西安７１００３２；２．大唐洛河发电厂，安徽淮南２３２００８）

［摘要］对切圆燃烧锅炉结渣及高温腐蚀的发生部位及其规律进行了研究，结果表明，通过设计合理的假想切圆直径，尽可能将卫燃带布置在背火侧水冷壁上，以及在易发生高温腐蚀区域

喷涂防腐材料等，可有效防止或减缓水冷壁的严重结渣或高温腐蚀。

［关键词］切圆燃烧锅炉；结渣；高温腐蚀；卫燃带；向火侧；背火侧

［中图分类号］ＴＫ２２７．１

［文献标识码］Ａ

［文章编号］１００２—３３６４（２００７）０３—００２９—０３

１炉内高温腐蚀和结渣发生的具体

区域和部位

以高温烟气按逆时针方向旋转的切圆燃烧锅炉为

例。由于切圆燃烧锅炉燃烧器的布置方式大致相同，

由此炉内流动特性决定的炉内结渣发生的具体区域也

应具有大致相同的规律（图１）。通常在高度方向上，

主要在燃烧器区域及其上方（２～３）ｍ的高度段；在水平方向上，主要发生在该角向火侧水冷壁上（如Ｃ角），其结渣是由上游临角（即Ｂ角）煤粉气流冲刷Ｃ角向火侧水冷壁所引起的，如图１中粗线所示。不同锅炉粗线所覆盖的水冷壁上发生结渣或高温腐蚀的程度不同，以及粗线箭头所指方向的分界面不同。

某电厂３００Ｍｗ机组１号锅炉为ＨＧｌ０２５／１８．２一ＰＭ２型亚临界中间再热自然循环炉，５层一次风燃烧器，采用切圆燃烧方式。该炉投产后，炉内高温腐蚀非常严重，曾运行不到一个大修期，就必须更换约一半的水冷壁，该部分水冷壁也正处于该炉结渣现象发生的

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图１水冷壁结渣及高温腐蚀示意

区域。

某电厂３、４号３００ＭＷ机组锅炉为ＷＧＺｌ０５３—１７．５／２型炉，燃用煤种为贫煤。为了提高该炉的低负荷能力，在其燃烧器区域布置了２２０ｍ２左右的卫燃带。该炉投产后不久，炉内卫燃带上结渣严重，结渣厚度高达３００ｍｍ左右，并因掉渣导致锅炉多次灭火。结渣集中在图１中粗线所示的卫燃带上，而在图１中细线所示的卫燃带（宽约２ｍ多）上却无任何结渣痕迹。

２００６—０５—１５

王春昌，男（１９５５一），西安热工研究院有限公司煤清洁燃烧国家工程研究中心总工程师，研究员，长期从事大型电站锅炉燃烧技术研究开发。

ｗａｎｃｈｕｎｃｈａｎｇ＠ｔｐｒｉ．ＣＯｒｎ．ｃｎ

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万方数据

２原因分析

（１）燃烧器区域旋转气流流动轨迹如图２所示。在该燃烧器区域，炉内旋转气流的流动轨迹并非为圆，特别是旋转气流的边界层。以Ｃ角为例，由于气流从各个角高速射人到旋转气流的过程中，抽吸引射周围气体，在其周围形成所谓的“相对低压区”。因补气条件不同，在向火侧，上邻角（即Ｂ角）煤粉气流被补充到“相对低压区”，其未燃尽的焦炭颗粒或未燃气体冲向水冷壁；在背火侧，本角自身气流被卷吸到“相对低压区”，由于回流的速度比较低，且总计有数次转角，因此未燃尽的焦炭颗粒会冲向下游水冷壁，被回流携带到该角的煤粉颗粒很少。

图２燃烧器区域旋转气流流动轨迹

（２）上邻角气流对其紧邻的下角气流产生冲压，致使每个角的气流明显偏向背火侧，从而使上邻角（Ｂ角）气流在其下游更容易被下邻角（Ｃ角）向火侧气流所抽吸，煤粉颗粒以及未燃气体更容易冲刷到Ｃ角向火侧水冷壁，使水冷壁发生结渣和高温腐蚀（图２中ＣＦ段粗线）。气流偏向背火侧后，背火侧回流点位置向燃烧器口移动，回流的转角更小，气流携带的煤粉颗粒将更少，加之其自身燃尽程度很低，从而使Ｃ角背火侧水冷壁呈现出很强的氧化气氛。因此，在该部分水冷壁无结渣和高温腐蚀现象发生（图２中ＣＫ段细线）。

１９９６年笔者曾在２６个不同试验工况下对上述哈尔滨锅炉厂生产的３００Ｍｗ机组锅炉的壁面气氛进行测量，负荷分别为３００ＭＷ、２６０ＭＷ和２１０ＭＷ。测量结果显示，在燃烧器区域上方约３ｍ处，ＣＯ含量在１．５％以下，氧量在４％以上，不具备发生高温腐蚀

Ｉ热力发电·２００７（３）Ｊ

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的条件；在燃烧器区域，在图１中粗线所示的水冷壁壁面上，ＣＯ含量多在７％左右，氧量不足１％，具备产生高温腐蚀和结渣的条件；而细线所表示的水冷壁区域，其ＣＯ含量不足１％，最低氧量为４．０％，不具备发生结渣和高温腐蚀的条件。此结果与上述分析一致。

旋转气流边界层的运动轨迹线绝非几何意义上的圆形，不同锅炉旋转气流边界层的轨迹线会有差异，但其形状及规律应大致相同，这也正是切圆燃烧锅炉结渣及高温腐蚀发生区域具有相同部位，且其区域分界线部位不同的主要原因。

３影响旋转气流边界层轨迹线特性的因素

将各角煤粉气流上游背火侧边界层的轨迹线和其下游边界层的轨迹线连接起来，则构成旋转气流的边界层轨迹线，图２只给出了ＡＤ侧旋转气流边界层的轨迹线ＣＨＥＤ，其它３面应对称且类似。因此，本节只讨论ＧＨＥＤ段旋转气流边界层的流动特性。

从图２可见，Ｄ点到拐点Ｅ之间，旋转气流边界层的速度矢量基本上指向炉膛中央，因此ＡＤ侧ＤＩ段细线部分所示的水冷壁不会发生结渣或高温腐蚀。在拐点Ｅ以后，在ＥＧ段虚线上，旋转气流的切向速度矢量已指向炉膛壁面，且边界层轨迹线距离ＡＤ水冷壁的距离也越来越近，不仅煤粉颗粒会沿切向方向冲向水冷壁，煤粉颗粒以及气体可燃物通过紊乱扩散也会达到ＡＩ段水冷壁，因此ＡＪ段水冷壁则很有可能发生结渣或高温腐蚀现象。拐点Ｅ是旋转气流边界层一非常重要的特征参数，其位置决定着结渣或高温腐蚀发生区域的边界线即图２中ｆ点的位置。

影响燃烧器区域旋转气流边界层运动轨迹线的最主要因素为每个角燃烧器出口气流的射人角度及其动量。气流的射人角度完全由锅炉的假想切圆直径大小来决定，当设计假想切圆直径比较大时，旋转气流运动轨迹线的当量直径相应也比较大，如图２中ＧＨＥＤ段轨迹线所示。此时其特征参数拐点Ｅ到ＡＤ侧的距离ＥＪ相对比较小，从而使Ｊ点的位置偏向Ｄ点，ＡＤ侧水冷壁发生结渣或高温腐蚀的区域相对比较大。当设计假想切圆直径比较小时，旋转气流运动轨迹线的当量直径相应也比较小，图２中ＧＨＥＤ段旋转气流边界层的轨迹线则会向炉膛中心移动，使其特征参数拐点Ｅ到ＡＤ侧的距离ＥＪ相对比较大，从而使Ｉ点的

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