浙江电力 １９９９年第５期
袁 伟 张 明 浙江省电力试验研究所（３１００１４） 胡生明 丁俊龙 浙江省半山发电厂（３１００１５）
摘 要:通过对同类型锅炉的运行特性进行对比,认为ＳＧ-４２０／１３．８-Ｍ４１５型锅炉水冷壁喷燃器区域发生高温腐蚀具有一定的普遍性。同时,对该厂频繁爆管的机理进行了论述,在此基础上,提出了对喷燃器的改造方案。
关键词:水冷壁 爆管 高温腐蚀 喷燃器
１ 概述
半山发电厂４号炉系上海锅炉厂生产的超高压、一次中间再热煤粉锅炉,型号为ＳＧ-４２０／１３．８-Ｍ４１５,燃烧器采用正四角切向燃烧布置,大小切圆直径分别为８００ｍｍ和２００ｍｍ,该炉自１９８４年８月投产以来,一直存在一、二次汽温偏低,水冷壁爆管等影响安全、经济运行的缺陷。
２ 历史情况
介绍浙江省电力试验研究所曾于１９８７年１２月对过热器、再热器受热面进行热力校核计算,其结果与设计计算基本符合,参照同类型锅炉的情况,我们认为炉膛出口温度计算值高于实际运行值,是该类型锅炉汽温偏低的主要原因。同时,通过计算表明适当增加过热器、再热器受热面,可以基本解决汽温偏低问题,但由于改造工作量大等原因,该方案一直未实施。１９９６年以来,随着水冷壁积污的增加,以及电厂对燃烧及煤粉细度的控制,一次汽温偏低的问题已基本解决,但二次汽温依然偏低１５℃左右。
１９８８年１０月、１１月两次发现该炉在后墙左侧三次风喷口高度水冷壁两次爆管,为此,于１９８８年１１月１３～１５日进行过冷态空气动力场试验,试验发现炉膛切圆明显偏向后墙左侧,原因为２号角一次风喷嘴的周界风风速过高,且发现各角一次风周界风喷嘴的均匀性很差,由于周界风没有适当的测量手段,为安全起见,电厂决定关闭所有的周界风。
１９９０年３月８日在前墙右侧三次风喷口高度水冷壁爆管;
１９９０年至１９９６年,４号炉虽未发生水冷壁爆管事故,但这是建立在每次大、小修时对喷燃器区域水冷壁管进行全面检查与测厚,并更换大量减薄水冷壁管的基础上的,根据测厚统计,严重处的水冷壁减薄速度达２ｍｍ／年。
１９９６年后,电厂对锅炉４角配风了进行了适当调整,但１９９７年２～３月在中一次风与三次风喷口高度间炉左前侧水冷壁发生二次爆管。
１９９７年１０月停炉检修时发现在中一次风与三次风喷口高度间的水冷壁右侧水冷壁减薄严重,进行换管处理。
自１９８９年７月至１９９７年间,４号炉长期在超负荷运行（蒸发量为４３５ｔ／ｈ）,从而造成炉膛热负荷较高,在喷燃器区域炉膛温度高达１５００～１６５０℃。１９９７年以后停止对外供汽。
由于１９８８年以来,多次发生水冷壁爆管事故,为此,自１９８８～１９９６年共进行了４次冷态空气动力场试验,对运行参数进行了多次调整,但收效甚微。
１９９７年７月再一次发生水冷壁爆管。
３ ４号炉与同类型锅炉的运行差异
３．１ ４号炉蒸发量过大
台州电厂、长兴电厂等锅炉蒸发量一般≤４００ｔ／ｈ,而半山发电厂４号炉蒸发量达４３５ｔ／ｈ。
３．２ 制粉系统无检修和调整余地
半山发电厂１９９７年以前一直只有一台１２５ＭＷ机组成为主力机组,一直处于满负荷运行,制粉系统没有检修与调整的余地,煤粉细度长期偏粗。其他电厂每一期工程一般为两台机组,制粉系统可以做到两炉三磨运行。
３.３ 煤质极差
１９８８～１９９２年间所使用的煤质极差,发热量为１２５４０～１６７２０ｋＪ／ｋｇ,灰份达４０%～７０%。
３.４ 给粉机调节特性差
４号炉给粉机调节特性较差,其它电厂都先后改为变频调节,而半山发电厂一直未改。
４ ＳＧ-４２０／１４０-４１５型锅炉喷燃器与４１７及４１７Ａ型的主要区别
４.１一次风喷口面积不同
４１５型锅炉设计一次风喷口面积为０ １２８ｍ２,风速为３０ｍ／ｓ;４１７型一次风喷口面积为０ １２ｍ２,风速２９ ５ｍ／ｓ。因此,４１５型锅炉一次风风率较大,为２３%,而４１７型为２０%。
４.２三次风率不同
４１５型锅炉三次风速设计为４５ｍ／ｓ,喷口面积为０ ４５ｍ２,而４１７型三次风速为５４ ３ｍ／ｓ,喷口面积为０ ４８ｍ２,４１５型锅炉三次风风率较小,为１６%,而４１７型为１７ ５%。
４.３一次风喷嘴结构不同
４１５型锅炉一次风喷嘴装有垂直的钝体,４１７型改为水平布置的多功能稳燃器。
４.４四角喷口用切角不同
４１５型锅炉四角所有喷口布置成Φ２００与Φ８００的大小切园,４１７Ａ型改为一次风反向偏转５°,上二次风反向偏１７°,中下二次风正向偏１７°。
４.５喷嘴间距不同
４１５型锅炉中一次风与下一次风喷嘴中心距为７８０ｍｍ,４１７型改为８３０ｍｍ。
５ 水冷壁爆管原因分析
５.１炉膛火焰中心下移
４１５型锅炉是为较难着火的煤种而设计的,故其中一次风与下一次风为集中布置,且喷口中心距较小,为７８０ｍｍ,当燃用挥发份较高的烟煤时,往往造成着火提前,炉膛火焰中心下移,燃烧器区域热负荷增加,炉膛温度提高,水冷壁吸热增加等问题。水冷壁管壁温度对腐蚀的影响很大,据文献报导,在３００～５００℃范围内,管壁外表面温度每升高５０℃,腐蚀程度将增加一倍,因此４１５型锅炉普遍存在或多或少的水冷壁高温腐蚀。为解决在燃烧器区域局部热负荷高的问题,４１７型锅炉中一次风与下一次风喷口中心距已改大为８３０ｍｍ。
５.２长期超负荷运行
４号机为该厂主力机组,满负荷运行时间较长,由于对外供汽,长期超负荷运行（４３５ｔ／ｈ）,因而燃煤量增加,燃烧器区域热负荷增加,火焰温度较高（１４００～１６５０℃）,水冷壁外壁温度也大大提高,这是造成４号炉多次发生水冷壁爆管的主要原因之一。
５.３爆管的主要原因并非配风不当
４号炉的多次水冷壁爆管并非发生在同一区域,从测厚分析,水冷壁四壁减薄量基本均匀,而从多次动力场试验结果看,也无明显气流偏折现象。
５.４一次风水平刚性减弱４１５型炉一次风内装有垂直布置的钝体,从流体力学角度分析,可以认为喷嘴的高、宽比增加一倍,从而使水平的刚性大为减弱,容易造成一次风偏向水冷壁,从而造成水冷壁局部冲刷及还原性气氛增加,此为水冷壁高温腐蚀的另一个主要原因,从国内外锅炉发展方向也可看出,一次风喷嘴内钝体,已逐渐改成水平布置的多功能稳燃器。
５．５煤粉细度控制不当
由于设计的原因,４号炉制系统通风量不足,锅炉长期燃用较粗煤粉(Ｒ９０＝２５%～３０%),由于粗煤粉在经过煤粉管道弯头后,易造成脱流射向水冷壁,而粗粉较难燃尽,易在水冷壁附近造成还原性气氛,从而引起高温腐蚀,另外,给粉机调节特性差会造成四角煤粉浓度不均,引起水冷壁局部地区还原性气氛高。
６ 水冷壁爆管的防治措施
(１)严格控制煤粉细度,进行详细的燃烧调整与制粉系统试验,使粉细度控制在Ｒ９０＝１５%～１８%。
(２)给粉机改变频调节,使各一次风喷嘴煤粉浓度一致,增加煤粉度在线监测装置。
(３)严格控制锅炉出力,锅炉蒸发量严格控制在４２０ｔ／ｈ以内,在保证汽机出力的前提下,尽量使锅炉蒸发量小于４００ｔ／ｈ。
(４)适当改造周界风风道,使各角速度相等,并在运行中投入使用。
７ 一次风喷嘴的改造方案
方案１:一次风喷嘴用内钝体由垂直改水平,一次喷嘴向内偏转５°,周界风布置成不对称形,背侧截面积为向火侧的一倍。该方案的设计思想为增加一次风射流刚性,减小一次风向水冷偏折,并形成风包煤。
方案２:风喷嘴改为浓淡分离型,向火侧为浓煤粉,背火侧为淡煤粉,中下二次风改为正向偏转１７°,该方案的设计思想为减少水冷壁附近还原性气氛,减轻高温腐蚀。
方案３:一次风喷嘴钝体改水平布置,下二次风口增加一贴墙二次风喷嘴,风量占总二次风量１５%。该方案的设计思想与方案２相同。
方案４:一次风喷嘴内钝体由垂直改水平布置,一次风喷嘴改为均匀间隔布置,中下二次风向正偏转１７°。方案的设计思想为减少喷燃器区域热负荷,抬高炉膛火焰中心,降低喷燃器区域的水冷壁壁温,减轻高温腐蚀。
８ 结论
半山发电厂水冷壁爆管原因为在高的热负荷下燃烧器区域水冷壁附近还原性气氛较重,从而引起高温腐蚀,使管壁减薄,引起爆管。
在燃用容易着火的烟煤时,ＳＧ-４２０／１３．８-Ｍ４１５型锅炉的设计炉膛吸热量偏大,容易造成一、二次汽温偏低,水冷壁高温腐蚀;为避免水冷壁高温腐蚀,适当减少锅炉热负荷、增加一次风射流刚性、在水冷壁附近增加贴壁二次风以减轻还原性气氛、采用浓淡分离燃烧器是可行的。
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