220 t／h锅炉燃烧器区水冷壁爆漏原因分析
张勇胜1，边 疆1，黄 宣1，卢志强2，张凤兰2，国素云2
1．河北省电力试验研究所 河北石家庄 050021；2．邯郸热电厂 河北邯郸 056004
1 概况
邯郸热电厂＃9、＃10炉是杭州锅炉厂生产的NG－200／100－M型，单汽包、自然循环、π型布置、固态排渣煤粉炉。锅炉主要设计参数：额定蒸发量220 t／h、饱和蒸汽压力11．28 MPa、过热蒸汽压力9．81 MPa、过热蒸汽温度540℃、给水温度217℃、排烟温度134．7℃、锅炉效率90．73％。锅炉设计煤种及燃用煤种如表1所示。炉膛为7 570 mm×7 570 mm，四侧布满60 mm×5 mm、节距80 mm的鳍片管。炉膛四角各装2个直流式喷燃器，喷口有55°竖直钝体，四角切向圆直径600 mm。2台炉分别于1993年5月和1994年5月将下层四角改为多功能船体燃烧器后，达到了低负荷稳燃的效果，但运行2年多后，四侧水冷壁严重减薄，多次发生爆漏事故，严重影响了设备的安全经济运行。为了摸清邯郸热电厂220 t／h锅炉燃烧器区水冷壁管爆漏的原因，以便进一步采取措施，彻底解决问题，保证设备的安全经济运行，河北省电力试验研究所和邯郸热电厂对这一问题进行了专题研究。
2 试验结果及分析
2．1 冷态空气动力场试验
在1997年9月和1998年5月的＃9、＃10炉大修期间，电厂调整燃烧器切圆半径，由600 mm缩小至300 mm，并进行了冷态动力场试验。测量项目主要有燃烧器区强风环（实际切圆）直径和贴壁风速，测量位置是在多功能燃烧器喷口标高处。其中＃10炉试验结果为：假想切圆300 mm，强风环直径5 000 mm，切向最大风速9．1 m／s，贴壁风速6．1m／s，相对贴壁风速0．67。
由试验结果可看出，虽然燃烧器假想切圆调整至300 mm，但冷态试验中测得的强风环直径仍偏大，此时，大部分气流在水冷壁附近通过，炉膛中心形成弱风区，贴壁风速很高，强风环最大风速距水冷壁仅1～2 m。热态时由于炉内温度梯度的存在使气流膨胀，通常认为实际切圆会进一步扩大。因此，燃烧强烈区域处在水冷壁附近，而炉膛中心则是弱燃烧区域。
煤粉近壁燃烧极易造成水冷壁高温腐蚀和磨损。一方面，煤粉近壁燃烧使水冷壁表面温度升高约500℃，如配风或运行调整不当会形成后期风粉混合不佳，使水冷壁附近缺氧，形成较强烈的还原性气氛，造成水冷壁高温腐蚀。另一方面，贴壁风速高，煤粉气流贴壁冲刷水冷壁面，使壁面上致密氧化保护层或腐蚀产物不断脱落，管壁迅速磨损、减薄。停炉检查腐蚀区水冷壁面时，管子迎风面有明显磨 痕，背风面有硬垢、斑坑腐蚀。
从冷态空气动力场试验看，炉膛内实际切圆大，与燃烧器整体布置有关，仅减小燃烧器假想切圆半径效果不明显。
2．2 大修前热态试验
为了全面了解锅炉的运行状况，查找水冷壁爆漏原因，在1998年＃10炉大修前进行了热态试验。表2给出了主要运行参数和试验结果。
由于引风出力不足，试验只能在200 t／h负荷下进行。从试验结果看，空预器漏风十分严重，因而，使引风出力不足，造成炉内燃烧所需风量严重不足。另外，空预器漏风量过大造成排烟温度降低。由于所燃用煤种含硫量高，烟气酸露点低，排烟温度低易造成空预器低温腐蚀。空预器低温腐蚀必然致使漏风更加严重，引风更加不足，炉膛燃烧恶化，形成恶性循环。
2.3燃烧器区烟气成分分析
在＃9炉大修期间，在锅炉燃烧器区域四侧水冷壁上加装了烟气取样测点，测点位置见图1。
大修结束锅炉投入运行后，抽取炉膛燃烧器区烟气进行分析，表3为各点烟气成分测量结果。
测量结果表明，在215 t／h负荷下，锅炉炉膛左右侧出口氧量偏低，燃烧所需风量仍然不足；燃烧器区域烟气中含氧量也普遍较低，而CO含量较高，在3％～13％之间，最高点甚至超过了所用仪器量程（13％）。这说明锅炉引风出力不足。而CO含量较高区，正是发生爆管的区域，即一次风粉气流到达的下游临角水冷壁处（每侧墙左面），其中又以后侧和右侧两墙CO含量最高，1997年后墙水冷壁爆管处周围4个测点CO含量均超过12％。这说明燃烧器区水冷壁附近氧量明显不足，处于强烈的还原性气氛中，使煤粉中硫不能完全燃烧，H2S浓度急剧上升，引起水冷壁管腐蚀。
3 爆漏原因
a．磨损是该锅炉水冷壁减薄和多次爆漏的主要原因。从冷态试验结果看，燃烧器整体存在缺陷，炉膛内实际空气动力工况恶劣：燃烧器实际切圆直径大，贴壁风速高，刷墙现象严重，尤其冬季带大负荷时，一次风煤粉浓度高，燃烧所需氧量不能及时补充，造成燃烧过程拖长并产生不完全燃烧，使携带煤粒的火焰气流直接冲刷水冷壁，从而加快了管壁减薄的速度。
b．多功能燃烧器的布置特点使水冷壁磨损加剧。多功能燃烧器利用一次风管道的弯头，形成煤粉的浓淡分离，浓淡两相气流在弯头后分为两股进入炉膛，其布置如图2所示。由于离心力的作用，＃ 1、＃2角煤粉浓相气流在火焰的外侧，＃3、＃4角煤粉浓相气流在火焰的内侧，在同样负荷条件下，右墙和后墙水冷壁附近煤粉浓度相对较高，而在运行调整中前侧风量大、后侧风量小时，势必造成后墙缺风，致使后墙煤粉不完全燃烧，产生强烈的还原性气氛，造成水冷壁高温腐蚀；另外，燃烧过程拖长，火焰对水冷壁的冲刷作用加强，使管壁表面的腐蚀产物不断脱落，也使腐蚀作用加强。因此，后墙燃烧器区域水冷壁处于最恶劣的工作环境中，＃9、＃10炉第1次爆漏都发生在后墙。
c．水冷壁高温腐蚀一般常见于高参数锅炉中，220 t／h锅炉由于运行参数低、水冷壁温度低，发生高温腐蚀尚不多见。该厂锅炉发生高温腐蚀与其燃煤中含硫量高、锅炉运行工况恶劣有直接的关系。
d．运行人员调风配粉不尽合理，司炉只能从前侧观看炉膛火焰，难以判断炉膛内燃烧状况而合理操作；在安装一次风在线监测装置前，运行人员只能靠总风压和一次风压液柱调整一、二次风比例，为防止一次风管堵塞，运行人员经常保持较高的一次风压，相应二次风量减少；同时由于二次风门开度指示与实际位置偏差较大，开度不均匀，导致炉内动力场更加紊乱，高温腐蚀加剧。
4 采取措施及建议
针对邯郸热电厂220 t／h锅炉水冷壁壁厚减薄、连续发生爆管的原因，又进行了引风出力不足原因的查找和燃烧调整工作。
4．1 引风出力不足原因查找
a．为查找锅炉引风出力不足的原因，对＃9炉进行了烟道各处阻力和漏风测量，经检查，除尘器段
存在较大的缝隙和裂纹，漏风量较大。另外，由于除尘器补水不足，易造成除尘器内堵塞和漏风。
b．对引风机进行了风量测量，结果为南侧引风机风量稍小，北侧风量稍大，入口负压与设计值相差不大，2台引风机运行基本正常。
因此，结合＃10炉大修前热态试验结果分析认为：引风出力不足的主要原因是尾部空气预热器及除尘器漏风大。
4．2 燃烧调整试验
在＃9炉进行了燃烧调整试验。试验包括变负荷、一次风速调整、二次风速调整、不同制粉系统运行方式等工况，在各工况下记录各主要运行参数，测量燃烧器区域水冷壁附近烟气成分。其目的是在现有设备不改造的情况下，通过燃烧调整寻找最佳的运行工况，改善水冷壁附近的还原性气氛，减缓或消除高温腐蚀。
各项试验结果表明，在设备现有条件下，通过燃烧调整在一定程度上能够改善炉内燃烧状况，缓解燃烧器区还原性气氛，但仅采取燃烧调整的措施，不能完全消除水冷壁面的高温腐蚀。
4．3 提出建议
a．试验证明改变燃烧器假想切圆半径并不能有效减小实际切圆半径、改善燃烧器区动力场工况，因此有必要对燃烧器进行改造，或采用其它新型燃烧器。
b．在大修时认真进行尾部烟道和除尘器的查漏堵漏和清理烟道内堵塞物的工作，加强运行管理和设备的维护，以确保设备的正常运行。
c．重视对燃烧状况的监测和正确调整，特别是一次及二次风速的四角均匀性、二次风的配风方式等可能影响水冷壁附近还原性气氛形成的因素。
d．加强燃煤管理，尽量燃用含硫量低的煤种。
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