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前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀预防改造

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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 x 600 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FeS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

19创新与实践TECHNOLOGY AND MARKETVol. 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1 600 MW负荷炉膛侧壁壁面气氛测试结果

3. 1. 1 600 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023.442.622.493.724.043.373.524.045.224.79

C03047611256137167711925319

N0152158179178170185174172158153

50%开度024.65.093.433.814.364.414.352.812.93.3

C025202022864691517

N013614214115016216212149138102

100%开度024.144.494.013.933.813.583.913.663.373.36

C04638334569

N018017317618017816717519158158开度20%开度10%开度

左侧右侧左侧右侧

项目02C002C002C002C0

后墙9.846.791 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 5202.642 3209.623408.89101

平均5.7010 2082.9115 2307.445 3756.434 612

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. 1 450 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 5401.177 8103.765 140

前墙6.321 3008.15598.329207.536038.022966.9441

平均4.916 7854.510 4205.686 1404.45 4706.072 7166.451 549

202017年第24卷第8期技术与市场创新与实践

从表中看出，CO仍然呈现中间高，前后墙低的趋势，随着 降低了侧墙水冷壁附近的还原气氛

贴壁风开度的增加CO的峰值和平均值都有明显的降低，有效

表4 450MW负荷SCR入口气氛测试

SCR 入口左12345678910右

20%开度〇24. 14.233.843.943.883.833.763.573.323.13

CO2619412109651232

NO103105107110109113116112110105

50%开度O23.372.94.124.44.543.973.593.733.53.25

CO333334671742

NO116113113118115115115116110115

100%开度O23.283.63.864.144.023.683.623.643.213.51

CO9653322333

NO126129126127125117117115112114

表5 300 MW负荷炉膛侧壁壁面气氛测试结果

开度20%开度50%开度

左侧右侧左侧右侧

项目O2COO2COO2COO2CO

后墙8.64357.31319.57108.8334

中间!!5.73853!!4.271 785

中间1.159 3101.039 7804.951 2023.82 059

前墙8.54395.146248.04647.5914

平均6.113 1284.802 8477.524256.12973

3.2.2 450 MW负荷SCR人口气氛测试（见表4)

由450MW负荷下SCR人口烟气成分测试结果来看，贴壁

风开度对于尾部烟气成分的影响已经变得不明显，并没有体现

出较大的差异。在450 MW负荷下炉膛侧壁局部位置仍然存在浓度较高的

CO气体，建议尽可能开大贴壁风。（表4中〇2单位:％ ;CO单

位：ppm)

3. 3 #1炉300 MW负荷下测试结果

由于300 MW负荷下，燃烧氧量相对较高，还原气体产生

量少，根据经验及50%、20%开度试验结果判断，并没有必要再

进行100%开度试验，故300 MW下只进行了 50%、20%开度的

试验。

在300 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5(表中〇2单位:％ ;CO单位:ppm)。

随着负荷的降低，侧壁还原气氛也有较大幅度的降低，在

20%贴壁风开度下，都能达到一个较理想的CO浓度。

4结语

对比改造前的测试，改造后贴壁风可以有效改变靠侧墙的

烟气氛围，减少侧壁还原气氛，对降低壁面腐蚀应能起到较大

作用。经过近一年的运行，在机组调停期检查验证，之前高温

腐蚀严重区域情况明显好转。

参考文献：

[1]赵伶玲，周强泰.锅炉课程设计[M].北京：中国电力出版

社，2013.

(上接第18页）

3)该案例在420 kV电压等级的应用，为芳纶材质绝缘拉

杆在更高电压等级的应用提供了依据和参考。

参考文献：

[1] 黎斌.SF6高压电器设计[M].北京：几械工业出版社，2015.

[2] 布斯罗伊德.面向制造及装配的产品设计[M].宋林，

译.北京：机械工业出版社，2015.

[3] 张节荣.高压电气原理及应用[M].北京：清华大学出版

社，1989.

21

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针对600MW前后墙对冲燃烧优化模型的确立与分析

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２０１１年第１０期（总第１６６期）　应用能源技术　２３　

针对６００ＭＷ前后墙对冲燃烧优化模型的确立与分析　

周思远　，黄孝彬　，闫顺林　（１．华北电力大学动力工程系河北保定０７１００３；　２．北京华电天仁电力控制技术有限公司北京１０００３９）　

摘要：以６００ＭＷ前后墙对冲燃烧锅炉为例，目标为寻求高效率低ＮＯｘ排放，建立了燃烧　优化模型，对各个影响因素进行了分析，并且对性能量；状态量和调节量之间的关系进行了　描述。　关键词：燃烧优化；性能量；状态量；调节量　中图分类号：ＴＫ４１１．２６　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００９—３２３０（２０１１）１０—００２３—０３　

Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　６００ＭＷ　Ｏｐｐｏｓｅｄ　Ｗａｌｌ　Ｆｉｒｉｎｇ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌ　Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ＺＨＯＵ　Ｓｉ—ｙｕａｎ　，ＨＵＡＮＧ　Ｘｉａｏ．ｂｉｎ　，ＹＡＮ　Ｓｈｕｎ—ｌｉｎ　（１．Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂａｏｄｉｎｇ　０７１００３，　Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｈｕａｄｉａｎ　Ｔｉａｎｒｅｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　６００ＭＷ　ｏｐｐｏｓｅｄ　ｗａｌｌ　ｆｉｒｉｎｇ　ｂｏｉｌｅｒ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ＮＯｘ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ，ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｘｕａｌ　ｅｎｅｒｇｙ；ｓｔａｔｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｅｎｅｒｇｙ；Ｓｔａｔｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ；Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　

超临界对冲燃烧锅炉高温硫腐蚀分析及电弧喷涂防腐应用

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第３５卷第７期　

２０１３年７月　华电技术　

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超临界对冲燃烧锅炉高温硫腐蚀分析　

及电弧喷涂防腐应用　

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（山西兴能发电有限责任公司，山西太原０３０２０６）　

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管。经统计实际入炉煤的煤质资料，电厂实际用煤　

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量分数０．８２％相差较大。为寻求合理的解决方案，　

相关技术人员对兄弟电厂进行了调研。众所周知，　

解决劣质煤的稳定燃烧与防止高温腐蚀的发生，在　

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电厂煤粉燃烧器烧损原因及预防措施

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广东科技２０１２．１１．第２１期电厂煤粉燃烧器烧损原因分析及预防措施

石建伟，沈观培，李娜（广州宇阳电力科技有限公司，510080）

1引言某1000MW级燃煤电厂锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，前后各三层，每层8支煤粉燃烧器。为了降低油耗，锅炉燃烧器点火系统进行了改造，前墙底层改用等离子点火方式，后墙底层采用微油点火。但是，在锅炉首次点火后到吹管结束一周左右时间内，整层煤粉燃烧器均发生烧损。燃烧器的损坏，不仅会增加检修费用和检修工作量，破坏炉内燃烧工况，也易带来水冷壁结焦和高温腐蚀等问题，使锅炉运行的安全性和经济性受到影响[1]。吹管结束停炉后对整层燃烧器进行了改进设计，延长等离子点火距离，相应缩短一、外筒长度，同时减小外筒外径以增加其与一次风套筒间隙，加强冷却。然而，投运仅1d，燃烧器再次严重烧损，随后相应等离子发生器断弧。本文就这次燃烧器烧损做出原因分析并提出预防措施。2锅炉设备概况锅炉为高效超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，前墙使用深圳东方锅炉控制有限公司研究的等离子体点火系统，后墙使用该公司的微油点火系统。3燃烧器烧损情况简述2012年7月5日，锅炉使用等离子点火启动。7月6日0点10分，DCS显示A12燃烧器一、外筒壁温从230℃左右骤升至近1300℃。相应等离子发生器断弧停运。初步判断该燃烧器已经烧毁。0点29分，全炉膛火焰丧失导致MFT。7月16日锅炉冷却后，进入炉膛检查，发现A12燃烧器烧损情况如图1所示。

其中图1为烧损的燃烧器。图2为正常燃烧器。通过对烧损的燃烧器进行观察，发现内筒损害情况较外筒轻微。内筒发生部分变形但尚未到熔融流动状态。外筒更靠近炉膛，其有大概1/3圆周被烧化，熔融金属下落并与二次风套筒内壁金属粘结在一起。内、外套筒热电偶测点均位于膨胀缝隔开的多个弧面的其中一段上（顶部弧面，如图3，4所示），可以看出热膨胀缝的存在对热电偶测量整个套筒的温度具有一定的影响，热电偶有可能无法及时测量到套筒壁面的最高温度。

垃圾焚烧余热炉水冷壁高温腐蚀机理研究与防范措施

垃圾焚烧余热炉水冷壁高温腐蚀机理研究与防范措施

垃圾焚烧余热炉水冷壁高温腐蚀机理研究与防范措施

2.身份证号******************

摘要：通过对某生活垃圾焚烧厂余热锅炉顶棚管爆管事故进行分析，包括采用金属金相检测仪和能谱仪等对爆管部位进行化验分析，和对垃圾成分进行元素分析，最终明确了水冷壁爆管的原因是高温腐蚀所致的管壁变薄。进一步研究了高温腐蚀的影响因素，并提出运行调整、浇注料覆盖、金属管壁防腐等系列防范措施。

关键词：水冷壁、高温腐蚀、燃烧调整、浇注料、堆焊

1、引言

生活垃圾在焚烧炉高温焚烧处置时，会产生大量诸如HCl、HF、SO2 等腐蚀性烟气，对余热锅炉水冷壁带来腐蚀。一般来说，生活垃圾热值低、水分高，因此在焚烧炉设计的时候，第一烟道的大部分区域都采用耐火浇注料进行保温，确保生活垃圾的高温彻底焚烧；第二烟道为膜式水冷壁，可以获取烟气中热量，实现热能回收利用。近年来由于焚烧炉超负荷运行、工业垃圾掺入导致生活垃圾热值升高等，导致余热炉热负荷增加，加剧结焦和高温腐蚀，进一步导致受热面管壁减薄乃至爆裂事故频发。本文通过对某生活垃圾焚烧厂余热锅炉顶棚管爆管事故的分析，研究了高温腐蚀的影响因素，提出预防爆管措施。

2、水冷壁爆管事故分析

某公司生活垃圾焚烧发电厂配置2台处理量为750 t/d的机械炉排炉，并配备蒸发量为69 t/h的中温次高压余热锅炉。项目于2019年05月投产运行，2020年09月份两台炉相继发生水冷壁管束泄露事故。经检查发现余热锅炉一二烟道顶棚水冷壁出口集箱管接头发生高温腐蚀，导致水冷壁爆管（图1）。

图1：水冷壁高温腐蚀区域（箭头所示[Riliang1]）

3、水冷壁高温腐蚀原因分析

高温腐蚀是炉内高温烟气与金属壁面相互作用的一个复杂的物理化学过程，按机理不同通常可分为三大类：硫化物(FeS2、H2S)型腐蚀、焦硫酸盐型腐蚀和氯化物型腐蚀。过去的研究表明水冷壁管发生高温腐蚀的区域通常在燃烧高温区，即局部热负荷较高，管壁温度也高的区域。发生高温腐蚀的管子向火侧正面的腐蚀速度最快，管壁减薄量最大，背火侧则不发生高温腐蚀。