摘要：天津大港发电厂3#锅炉机组投运后，出现了严重的水冷壁高温腐蚀，电厂对锅炉进行了换烧烟煤改造。介绍了锅炉及燃烧器的性能结构特点及本次改造效果。
关键词：高温腐蚀；燃烧效率；低NOX排放量

　　天津大港发电厂二期工程3、4号锅炉由意大利Franco．Tosi锅炉厂制造，采用ABB－CE技术及其许可证生产。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、单炉膛平衡通风、强制循环汽包炉，D型布置，摆动式燃烧器四角切圆燃烧，固态排渣，半露天布置，全钢构架。制粉系统采用双进双出钢球磨半直吹系统。

　　锅炉原设计煤种为山西晋中南贫煤，在锅炉运行过程中，水冷壁管发生严重的高温腐蚀，且速度极快，导致机组不能安全稳定运行。同时由于山西晋中南贫煤供应量不足，将燃用煤种改为烟煤，为此改造燃烧器及制粉系统。

1、锅炉原设计情况

1．1锅炉主要设计参数

　　过热器出口蒸汽流量1110t/h；过热器出口蒸汽温度540℃；过热器出口蒸汽压力17.4MPa（g）；锅炉给水温度296℃：再热器蒸汽流量878.8t/h；再热蒸汽进口蒸汽压力3.78MPa（g）；再热蒸汽出口蒸汽压力3.6MPa（g）；再热蒸汽进口／出口蒸汽温度328／540℃；省煤器进口给水温度296℃。

1．2锅炉原设计燃料及改造后的燃料

　　锅炉原设计燃用晋中贫煤，改造后的设计煤是大同烟煤，校核煤是神木烟煤。经综合分析，改造后燃用煤种为易着火稳燃、易燃尽、结焦性较强的烟煤。采取相应措施，可确保着火稳定和低负荷稳燃；只要有足够停留时间和适当的煤粉细度，就可达到理想的燃尽水平。同时，在燃烧器设计时，重点考虑采取有效措施来防止水冷壁高温腐蚀和炉膛水冷壁结焦。

1．3锅炉制粉系统

　　原制粉系统采用的是双进双出钢球磨冷一次风机正压半直吹系统。

　　从空预器出来的一次风分成两部分：一部分到制粉系统用于煤粉的制备，并经分离器作为三次风送入炉膛，这部份风量约占18％；另一部分从预热器出来后与分离器出来的煤粉混合，作为一次风送入炉膛，这部份风量约占9.4％。

1．4燃烧器

　　原设计燃烧器采用典型的贫煤燃烧器结构，4层一次风，两两集中布置，一次风采用宽调节比型燃烧器，两层三次风高位布置。

2、水冷壁高温腐蚀的原因

　　由于锅炉的一次风率较低，同时又采用了垂直浓淡型燃烧器，并采用了一次风两两集中布置等强化着火和稳燃的措施，使燃烧器区域的热负荷较高，同时使该区域处于缺氧燃烧的状态，这是造成水冷壁高温腐蚀的最主要原因；同时来煤硫份含量偏高也加速水冷壁高温腐蚀的速度。

3、改造方案

3．1制粉系统

　　制粉系统由原来的半直吹系统改为正压直吹系统，一次风率由原来的9.4％改为19.3％。煤粉细度R90=20％。共4台磨煤机，其中在MCR下3台运行，l台备用。

3．2燃烧器

3．2．1燃烧器改造原则

　　在保留原锅炉燃烧器的着火、稳燃效果好，NOx的排放水平低，烟气侧偏差小，煤种适应能力强等优点的同时，本锅炉燃烧器的设计重点是从根本上解决水冷壁高温腐蚀问题，同时保证水冷壁不结焦。

3．2．2燃烧器改造范围

（1）本次改造不改变炉膛的几何尺寸（包括炉膛断面、高度、容积等）。

（2）重做燃烧器本体、燃烧器风箱风道和挡板风箱。

（3）原来的大风箱保留，燃烧器与大风箱的接口不变，燃烧器风箱风道的上下标高不变。

（4）点火方式为三级程控点火，为高能点火器点液化气，然后点重油，再点燃煤粉。

（5）原来的二次风门执行器和燃烧器摆动执行器保留

（6）燃烧器喷口宽度不变。

3。2．3燃烧器改造方案

　　本改造工程燃用设计煤质为大同烟煤，通过前述煤质特性分析及有关工程锅炉燃烧器的成功设计经验，并根据招标文件中的各项要求，最终确定了燃烧器方案。

改造后的燃烧器设计参数：一次风速28m/S；二次风速50m／s；一次风率19.3％；二次风率78.2％；一次风湿75℃;二次风温336℃。其主要特点如下：

　　针对锅炉改造燃煤的特点，燃烧器采用适当拉开形式并选取较小假想切圆直径；一次风喷口采用了哈锅特色的水平浓淡煤粉燃烧器；燃烧器上部二层OFA喷嘴反切，其中上部二层OFA喷嘴采用哈锅最新开发的水平摆动式喷口；OFA喷嘴高位布置。

　　改造后仍采用4层一次风喷口，2层油风室，1层燃尽风室，辅助风室改为6层。2层油风室正常运行时作为二次风室。

　　二次风挡板采用NABB-CE典型结构，非平衡式。整个燃烧器同水冷壁固定连接，并随水冷壁一起向下膨胀。燃烧器部分隔板同水冷壁刚性梁连接在一起，以保证锅炉炉膛水冷壁的整体刚性。

　　本燃烧器采用CE传统的大风箱结构，摆动式喷口。由隔板将大风箱分成若干个风室。二次风室装有导流板，二次风喷口装有均风导向隔板，可防止二次风偏斜，并可防止喷口受热后的变形。一次风及二次风喷嘴均可上、下摆动各20°。顶部风喷嘴采用哈锅最新开发的水平摆动式喷口，可使顶部风喷嘴反切0°～20°。整个燃烧器和水冷壁固定连接，并随水冷壁向下膨胀。燃烧器不得承受其他外力作用。

　　一次风室采用了水平浓淡燃烧器，并配有偏置周界风，百叶窗型煤粉浓缩器的原理是煤粉气流在叶片间隙急转弯时发生气固分离，根据燃料的特性决定浓淡的比例，在燃烧器出口处形成浓度有差异的两股水平气流。气流的向火侧为浓煤粉，背火侧为淡煤粉。浓煤粉气流具有着火温度低，着火时间短，着火热减少，火焰传播速度提高，着火点火焰温度提高等显著的优点，使其具有良好的稳燃性能。同时燃烧器出口的钝体加强了烟气回流，加强了扰动，强化了煤粉着火条件。

　　周界风有利于煤粉前期着火和防止结渣，同时对停运的一次风口起冷却作用。

　　偏置周界风可确保燃烧后的气流不贴壁，增加燃烧器水冷壁壁面附近的氧化性气氛，避免水冷壁发生高温腐蚀及出现结焦现象。上一次风口中心线距屏底有足够距离，保证煤粉充分燃尽，减少未燃尽损失，提高锅炉效率；降低炉膛出口烟气温度，防止炉膛上部受热面结焦；下一次风口中心线距冷灰斗拐点有足够距离，防止炉膛下部结焦。

　　水平浓淡燃烧器又可有效地抑制NOx的产生。其浓和淡相的风煤比均避开了NOx生成的最高区域。

4、改造效果的综合分析

4．1有效地防止水冷壁高温腐蚀和结焦

　　由于采用了较小的假想切圆直径，增大一次风率，燃煤器适当拉开布置，水平浓淡燃烧器加偏置周界风等诸多防止水冷壁高温腐蚀和结焦的措施，必将从根本上解决此类问题。

4．2达到更低的NOx排放水平

　　本燃烧器的设计保留了原燃烧器在控制NOx排放方面的诸多优点。同时由于煤种的变更将达到更低的NOx排放水平。

4．3显著地提高燃烧效率

（1）锅炉燃料由较难燃尽的贫煤变为较易燃尽的烟煤，将从根本上提高燃烧效率。

（2）原贫煤炉膛燃尽高度较烟煤炉膛高，使改造后烟煤更易燃尽。

（3）原双进双出磨煤机的磨煤细度要高于燃用烟煤要求，必将使烟煤更易燃尽。

4．4有效地控制烟温偏差

（1）贫煤到烟煤的改变将减小烟温偏差的产生。

（2）本次采用的哈锅最新开发的水平摆动式OFA喷嘴，将能有效地调整可能产生的烟温偏差。

5、燃烧器设计方面的突破

　　目前，国内大型锅炉厂在大容量（300MW以上等级）燃煤锅炉的设计上均采用80年代初期引进的美国燃烧工程公司（CE）的技术。CE公司的WR燃烧器对不同煤质的燃烧器单只热功率有明确的限制。本次改造工程燃烧器的单只热功率已大大超出了该限制要求。但由于该煤质的特殊性，再加上采取了新型的燃烧器结构，使得燃烧器的实际运行效果非常良好。应该说这是哈锅燃烧技术的一次突破。

6、改造效果

（1）从运行至今，从未发生过水冷壁结焦现象。

（2）在锅炉运行过程中，通过实际测试，水冷壁壁面附近氧量达到设计值，从未发生过水冷壁高温腐蚀现象。

（3）锅炉效率得到了显著提高，实测数据高于93％。

（4）炉膛出口两侧的烟温偏差实际运行小于50℃。

（5）燃烧器摆动灵活，温度调节特性良好。（哈尔滨锅炉厂有限责任公司罗智）