沈勇
国家能源集团宝庆发电有限公司 湖南 邵阳 422000
摘要：国家能源集团宝庆发电有限公司（简称宝庆电厂）2×660MW超临界燃煤发电机组自2017年03月进行了低氮改造后，经过一年的运行，在2018年检修时发现水冷壁有大面积腐蚀，需大量更换水冷壁管，严重影响了机组经济运行和安全生产。如何改变现有工况，改善锅炉燃烧环境，成为一个迫切需要解决的难题，而贴壁风系统综合改造成为了公司选择的方法。本人将在本文中对贴壁风系统的安装、原理、优势进行讲解、分析。
关键字：贴壁风；高温腐蚀；锅炉；经济
一、水冷壁高温腐蚀的原因
燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀是典型的硫化物腐蚀，是煤粉在特定条件下燃烧形成的H2S和自由态[S]与壁温400~500oC的水冷壁发生反应造成的。烟气中H2S和自由态[S]的含量取决于烟气中氧量。若煤粉在富氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO2，对水冷壁基本没有腐蚀作用。若煤粉在贫氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO2的同时，生成部分H2S和自由态[S]。一般而言，H2S和自由态[S]的生成量随着烟气中氧含量的降低而升高。影响水冷壁高温腐蚀的主要因素包含以下几个方面：
（1）燃料含硫量。
（2）水冷壁的壁温。
（3）水冷壁近壁区氧量。
（4）炉内空气动力场。
防治水冷壁高温腐蚀应从以下几个方面着手：
（1）控制燃料中含硫量。
（2）控制水冷壁近壁区氧量。
（3）控制水冷壁的壁温。
二、贴壁风系统原理
贴壁风是从燃烧风中引出一小股风，在水冷壁附近形成一层气膜，一方面阻挡煤粉气流直接冲刷水冷壁，另一方面补充水冷壁附近的含痒量，稀释并反应掉部分还原性气体，可以从根本上防止高温腐蚀。在现有的贴壁风系统中，对前后墙对冲燃烧的锅炉效果比较明显，然而对于四角切圆锅炉，由于其复杂的燃烧机理和多变的炉内工况，效果并不明显。因此，现阶段贴壁风系统在前后墙对冲燃烧方式锅炉中有较大利用价值。
三、 设备概况：
1.1主要设计参数
宝庆电厂锅炉为东锅制造的国产超临界参数复合变压本生直流锅炉，锅炉型号DG2070/25.4-Ⅱ9型。锅炉本体采用∏型布置，一次中间再热、单炉膛、尾部双烟道结构，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风、露天布置、前后墙对冲燃烧方式，采用内置式启动分离系统。
1.2设计煤种
锅炉的设计煤种烟煤和本地无烟煤3:7混煤。锅炉点火用油为0号轻柴油。锅炉采用定压运行，也可采用定—滑—定的运行方式，在保证锅炉热效率的前提下，不投油的最低稳燃负荷在使用设计燃料时为不大于45%MCR。
1.3制粉系统
锅炉制粉系统采用6台双进双出钢球磨煤机，冷一次风机正压直吹系统。正常情况下磨煤机6台运行。燃烧器采用24个低NOx旋流式煤粉燃烧器。在燃烧器中，燃烧的空气被分为四股：直流一次风、旋流二次风、旋流三次风和中心风。锅炉共设有8只机械雾化点火油枪和8只压缩空气雾化微油点火油枪，C、E磨配有微油点火装置。油点火采用二级点火，先用高能点火器点燃点火油枪，然后由点火油枪点燃煤粉。
四、原因分析
国电宝庆电厂目前煤质状况如下表所示：
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由于受煤炭市场影响，为节约燃料成本，近几年我公司大量掺烧高硫煤，目前运行煤质与设计煤质对比，硫份由1.11%增长到目前的2.8%，而根据现场了解，收到基硫最高可达4%，属高硫煤质，极易发生高温腐蚀问题。
我公司#2锅炉2017年3月进行了低氮改造，冷壁壁面CO及H2S含量高，现场实测CO含量高达17%，主燃烧器区域还原性气氛极其明显。锅炉运行煤质硫份长期维持在高位水平，造成高温腐蚀现象严重。2018年停炉检修发现出现严重高温腐蚀问题。两侧墙螺旋水冷壁高温腐蚀面积扩大并延伸到冷灰斗区域。2019年更换水冷壁管长度超过2.6万米。
五、 改造方案
为保证锅炉运行安全，减少锅炉高温腐蚀，降低锅炉发生爆管的风险，我公司与烟台龙源公司合作进行#2炉贴壁风改造。在侧墙相应位置布置低速贴壁风，降低侧墙壁面还原性气氛，提高壁面附近O2浓度，缓解现场严重的高温腐蚀问题。该项目于2019年04月-06月利用#2炉检修期间安装完成。
在锅炉两侧墙分别布置七层贴壁风，每层贴壁风布置四个喷口（单侧墙），喷口位于两张力板间中心位置。共设四层贴壁风箱，其中最下层贴壁风箱连接一层贴壁风，其他三层贴壁风箱各连接两层贴壁风，。各层侧燃尽风喷口标高如下图所示。
贴壁风箱设计为静压风箱贴壁风风源取自二次风，各层贴壁风及各个喷口风率均匀分配。
贴壁风喷口采用水冷壁弯管加去除水冷壁鳍片的方式，保证喷口均匀进风。
六、 试验数据对比
6月28日#2炉启动，该项目同步投入运行。
2019年8月-10月，我公司会同烟台龙源调试人员对#2炉贴壁风系统进行了多次调试。并对改造前后数据做了对比，如下图。
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通过改造前后数据对比：#2炉侧墙贴壁风改造后，水冷壁近壁区还原气氛大幅改善，在各工况下，CO，H2S等参数下降明显。660MW负荷下，CO平均由8万ppm降至1.1万ppm，H2S平均值由567ppm降至123ppm。
10月底#2炉停机期间测量侧墙及冷灰斗水冷壁壁厚，平均减薄量为0.6mm,证明贴壁风改造后侧墙水冷壁高温腐蚀有所缓解。
七、 经济效益
该项目实施后#2炉侧墙及冷灰斗高温腐蚀得到缓解。从检修和运行两个方面都有很好的经济效益。
1、检修角度：从测厚数据来看，明年水冷壁换管数量会大幅减少，以换管数量减少一半来计算，产生的效益为：（993+600）/2=796万
2、运行角度：以水冷壁爆管非停1次（检修5天）来计算：
发电损失：1000万KWh*0.1元*5天=500万元。（单台机组每天发电量按1000万度算，发一度电利润取0.1元）
启停损失：历次花费在60-100万之间，取80万。
爆管抢修损失：水冷壁爆管检修施工费预计为20万。
贴壁风改造一年总共产生的经济效益为1396万元
八、 结论
我公司与烟台龙源公司合作的#2炉贴壁风系统项目技术改造是成功的。有效的解决了由于高温腐蚀造成的水冷壁管壁腐蚀变薄甚至爆管事故。不但提高了设备生产的安全性能，还有效的降低了设备磨损，每年为公司产生了巨大的经济效益。当然在运行过程中，也会出现新的问题，比如由于分流的效果下，同样的送风量会使得风箱压力不足，添加贴壁风风管后，作用于燃烧器的流量相对减少，在同样的送风出力情况下，二次风箱的压力势必相应减小，此时，对于煤粉出粉量保持的情况下，风量，压力不足，燃烧器出口速度降低，立马造成煤粉燃烧不充分，着火推迟，火焰上移，从而在屏过产生高温。若此时的煤粉比较难以燃烧，则会进一步恶化着火，致使大面积超温情况的严重后果。不过这些情况我相信随着以后技术不断进步发展会逐步解决。
参考文献：
[1]叶江明．电厂锅炉原理及设备[M]．3版．北京：中国电力出版社，2010．
[2]陈绍龙，刘书元，张启平，等.国电湖南宝庆煤电有限公司660MW机组集控运行规程[s]．
[3]中国国电集团公司火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀防治技术导则