1000MW超超臨界燃煤鍋爐爐內(nèi)還原性氣氛優(yōu)化試驗研究

江蘇常熟發(fā)電有限公司 李英俊

某廠#1機組鍋爐在停爐檢修期間，發(fā)現(xiàn)水冷壁區(qū)域存在嚴重的高溫腐蝕問題。影響爐內(nèi)水冷壁外部腐蝕的最主要因素，是水冷壁附近的煙氣成分和管壁溫度，煙氣還原性氣氛比氧化性氣氛更具腐蝕性，為此對該鍋爐進行爐內(nèi)還原性氣氛優(yōu)化試驗研究與分析，改善該區(qū)域的還原性氣氛，提高機組運行的安全性和穩(wěn)定性。

該廠#1鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的1000MW超超臨界變壓運行直流鍋爐。鍋爐采用П型布置、雙爐膛、一次中間再熱，爐膛為內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用改進型低NOxPM（Pollution Minimum）主燃燒器和MACT（Mi_tsuibishi Advanced Combustion Technology）型低NOx分級送風燃燒系統(tǒng)，采用CUF墻式切圓燃燒大風箱結構，共設六層濃淡一次風口、三層油風室、十層輔助風室、一層燃盡風室，在燃燒器上部還設置兩層AA風。

1 試驗準備與結果分析

1.1 運行現(xiàn)狀與分析

試驗準備：針對鍋爐燃燒器頂部OFA風風門與AA風風門之間區(qū)域（高度約70m）存在的高溫腐蝕問題，在該區(qū)域加裝煙氣取樣測點，測點開設在爐膛水冷壁前后墻中間位置，同時測點還包括該層的4個觀火孔；從爐膛內(nèi)壁面直接抽取煙氣進行采樣分析，分析內(nèi)容包括該測點的O2、CO和NOx等。燃燒試驗先對鍋爐的運行現(xiàn)狀進行測試，再進行運行氧量的優(yōu)化，然后分別對AA風、輔助風進行相關調(diào)整，最后做總體配風試驗。

先做1000MW電負荷下的運行現(xiàn)狀工況試驗（T-1），運行磨組為六臺磨，試驗煤質(zhì)保持基 本 一 致（Car55.38%、Har3.53%、Oar5.69%、Nar1.09%、Sar0.54%、Mar19.55%、Aar14.18%、Vdaf38.41%、Qnet,ar19972.64kJ/kg），運行表盤氧量為2.51%，習慣配風方式，運行狀況穩(wěn)定，對應鍋爐熱效率為93.55%，鍋爐A/B兩側NOx排放濃度為288/261（mg/m3）。在試驗期間，對爐膛OFA風層與AA風層之間區(qū)域爐膛內(nèi)壁面進行還原性氣氛測量，爐前測點和#5角CO濃度較高，均在10000ppm以上，且#5角含氧量較低。結合現(xiàn)場檢視和試驗結果，爐前區(qū)域和#5角區(qū)域為最嚴重的高溫腐蝕區(qū)域。

1.2 相關試驗

運行氧量優(yōu)化試驗。將表盤運行氧量從2.51%(T-1)提高到2.76%（T-2），鍋爐熱效率分別為93.55%、93.41%，即鍋爐熱效率有所降低。從爐內(nèi)還原性氣氛測量數(shù)據(jù)來看，提高運行氧量后爐內(nèi)還原性氛圍有所緩解。因此在當前煤質(zhì)和1000MW電負荷工況下，宜將表盤顯示氧量平均值控制在2.8%左右；變AA風試驗。試驗工況序號為T-2、T-3，負荷為1000MW，保持運行氧量和其他條件基本一致，將兩層AA風門開度從75%（T-2）調(diào)整至50%（T-3）。試驗結果表明，鍋爐熱效率變化不大，NOx排放濃度有所增大。通過關小AA風門、增大下層燃燒器區(qū)域的二次風風量，有利于煤粉顆粒和可燃氣體的燃盡，可弱化爐內(nèi)還原性氛圍。在滿負荷條件下，宜將AA風風門保持50%開度。

變油輔助風（油-AB/CD/EF）試驗。試驗工況序號為T-3、T-4，負荷為1000MW，維持蒸汽參數(shù)及磨煤機工況穩(wěn)定。保持運行氧量和其他運行狀況不變，將油輔助風門開度從50%（T-3）調(diào)整至80%（T-4），T-3、T-4變油輔助風試驗工況配風方式相應開度（%）分別為：AB-L50/50、油 -AB50/80、AB-U30/30、CD-L20/20、油 -CD50/80、CD-U20/20、EF-L20/20、油-EF50/80、EF-U20/20。試驗結果表明，鍋爐熱效率分別為93.44%、93.41%，NOx排放濃度有所增大。將油輔助風開度開大，還原性氛圍增強，原因是由于油輔助風風門開大影響了二次風風門的剛性，使爐內(nèi)燃燒惡化。在試驗煤質(zhì)條件下，滿負荷運行時油輔助風保持50%開度即可。

1.3 變輔助風2（BC/DE/F-輔）試驗

試驗工況序號為T-3、T-5、T-6，負荷均為1000MW，保持運行氧量和其他運行參數(shù)基本一致，將輔助風2門開度（BC-輔、DE-輔、F-輔）從30%（T-6）調(diào)整至50%（T-3）、80%（T-5），試驗結果表明，隨著輔助風2風門開度增加，鍋爐熱效率分別為93.44%、93.38%和93.41%，NOx排放濃度有所增大。增大輔助風2的風門開度，爐內(nèi)還原性氛圍增強，爐內(nèi)燃燒狀況惡化。在輔助風2開度為30%時，各測點過量空氣系數(shù)a在近乎1.0及以上，其中爐前區(qū)域的過量空氣系數(shù)a達到1.16，CO濃度有較明顯降低（與輔助風2開度為80%的工況相比較），其原因與減小輔助風2開度減小，提高了二次風剛性，增強爐內(nèi)切圓穩(wěn)定性。

1.4 變輔助風1（AB/CD/EF-U/L）試驗

試驗工況序號為T-6、T-7，保持運行氧量和其他運行狀況基本一致，將輔助風1（AB/CD/EF-U/L）門開度從30%（T-6），調(diào)整至60%（T-7），具體開度參見表1。試驗結果表明，隨著輔助風1風門開度的開大，鍋爐熱效率變化不大，NOx排放濃度有所增大。

表1 變輔助風2試驗工況配風方式

增大輔助風1的風門開度，CO濃度明顯增大，除爐后測點的濃度稍低于0.5%外，其他各測點均在0.65%以上，同時過量空氣系數(shù)a有明顯降低，#1、#4、#5和#8角的氧量值降低到0%，說明爐內(nèi)還原性氛圍增強，可能導致該區(qū)域的H2S濃度大幅增大，高溫腐蝕將惡化。其原因是由于輔助風1風門開度開大導致二次風剛性變差，影響了爐內(nèi)煙氣流場的穩(wěn)定性。在當前試驗煤質(zhì)下，負荷為1000MW時將輔助風1置于30%開度。

1.5 整體二次風配風試驗

整體配風試驗工況包括T-8~T-11，保持運行氧量一致，負荷均為1000MW，4個試驗工況配風方式分別為均布配風、全自動配風、束腰配風和正塔配風，具體配風方式參見表2。

表2 整體二次風配風風門開度

從試驗結果看，正塔配風方式（T-11）鍋爐熱效率最高、束腰配風方式（T-10）次之、全自動配風方式（T-9）再次之，均布配風方式（T-8）鍋爐熱效率最低；從NOx排放濃度看，束腰配風方式（T-10）最高、均布配風方式（T-8）次之、全自動配風方式（T-9）再次之，正塔配風方式（T-11）最低。

從爐內(nèi)還原性氛圍測量結果來看，以全自動配風方式（T-9）時，過量空氣系數(shù)a在1.0以上，同時CO濃度均在0.5%以下，能有效控制H2S的產(chǎn)生，從而有利于抑制高溫腐蝕的發(fā)生，其爐內(nèi)還原性氛圍狀況較好。因此在當前試驗煤質(zhì)下，負荷為1000MW時，從改善爐內(nèi)還原性氛圍來看，采用全自動配風方式較好；從提高鍋爐熱效率和降低NOx排放濃度來看，保持正塔配風方式較好。

2 結論與展望

提高運行氧量，有利于改善爐內(nèi)還原性氣氛，在1000MW負荷下，表盤運行氧量宜控制在2.8%左右；在滿負荷下，減小AA風門，同時控制油輔助風、輔助風2、輔助風1的開度，以保持二次風剛性，穩(wěn)定爐內(nèi)切圓，有利于改善爐內(nèi)還原性氣氛；在滿負荷下，正塔配風方式時鍋爐熱效率最高，正塔配風方式時NOx排放濃度較低，全自動配風方式時爐內(nèi)還原性氛圍狀況最好；為提高機組運行的安全性，應考慮在高溫腐蝕嚴重的區(qū)域加裝在線測點，實時檢測該區(qū)域的煙氣成分，為運行提供參考。