1 概況
邯鄲熱電廠＃9、＃10爐是杭州鍋爐廠生產的NG－200／100－M型，單汽包、自然循環、π型布置、固態排渣煤粉爐。鍋爐主要設計參數：額定蒸發量220 t／h、飽和蒸汽壓力11．28 MPa、過熱蒸汽壓力9．81 MPa、過熱蒸汽溫度540℃、給水溫度217℃、排煙溫度134．7℃、鍋爐效率90．73％。鍋爐設計煤種及燃用煤種如表1所示。爐膛為7 570 mm×7 570 mm，四側布滿?60 mm×5 mm、節距80 mm的鰭片管。爐膛四角各裝2個直流式噴燃器，噴口有55°豎直鈍體，四角切向圓直徑?600 mm。2台爐分別於1993年5月和1994年5月將下層四角改為多功能船體燃燒器后，達到了低負荷穩燃的效果，但運行2年多后，四側水冷壁嚴重減薄，多次發生爆漏事故，嚴重影響了設備的安全經濟運行。為了摸清邯鄲熱電廠220 t／h鍋爐燃燒器區水冷壁管爆漏的原因，以便進一步採取措施，徹底解決問題，保證設備的安全經濟運行，河北省電力試驗研究所和邯鄲熱電廠對這一問題進行了專題研究。
2 試驗結果及分析
2．1 冷態空氣動力場試驗
在1997年9月和1998年5月的＃9、＃10爐大修期間，電廠調整燃燒器切圓半徑，由600 mm縮小至300 mm，並進行了冷態動力場試驗。測量項目主要有燃燒器區強風環（實際切圓）直徑和貼壁風速，測量位置是在多功能燃燒器噴口標高處。其中＃10爐試驗結果為：假想切圓300 mm，強風環直徑5 000 mm，切向最大風速9．1 m／s，貼壁風速6．1m／s，相對貼壁風速0．67。
由試驗結果可看出，雖然燃燒器假想切圓調整至300 mm，但冷態試驗中測得的強風環直徑仍偏大，此時，大部分氣流在水冷壁附近通過，爐膛中心形成弱風區，貼壁風速很高，強風環最大風速距水冷壁僅1～2 m。熱態時由於爐內溫度梯度的存在使氣流膨脹，通常認為實際切圓會進一步擴大。因此，燃燒強烈區域處在水冷壁附近，而爐膛中心則是弱燃燒區域。
煤粉近壁燃燒極易造成水冷壁高溫腐蝕和磨損。一方面，煤粉近壁燃燒使水冷壁表面溫度升高約500℃，如配風或運行調整不當會形成後期風粉混合不佳，使水冷壁附近缺氧，形成較強烈的還原性氣氛，造成水冷壁高溫腐蝕。另一方面，貼壁風速高，煤粉氣流貼壁沖刷水冷壁面，使壁面上緻密氧化保護層或腐蝕產物不斷脫落，管壁迅速磨損、減薄。停爐檢查腐蝕區水冷壁面時，管子迎風面有明顯磨
痕，背風面有硬垢、斑坑腐蝕。
從冷態空氣動力場試驗看，爐膛內實際切圓大，與燃燒器整體布置有關，僅減小燃燒器假想切圓半徑效果不明顯。
2．2 大修前熱態試驗
為了全面了解鍋爐的運行狀況，查找水冷壁爆漏原因，在1998年＃10爐大修前進行了熱態試驗。表2給出了主要運行參數和試驗結果。
由於引風出力不足，試驗只能在200 t／h負荷下進行。從試驗結果看，空預器漏風十分嚴重，因而，使引風出力不足，造成爐內燃燒所需風量嚴重不足。另外，空預器漏風量過大造成排煙溫度降低。由於所燃用煤種含硫量高，煙氣酸露點低，排煙溫度低易造成空預器低溫腐蝕。空預器低溫腐蝕必然致使漏風更加嚴重，引風更加不足，爐膛燃燒惡化，形成惡性循環。
2.3燃燒器區煙氣成分分析
在＃9爐大修期間，在鍋爐燃燒器區域四側水冷壁上加裝了煙氣取樣測點，測點位置見圖1。
大修結束鍋爐投入運行后，抽取爐膛燃燒器區煙氣進行分析，表3為各點煙氣成分測量結果。
測量結果表明，在215 t／h負荷下，鍋爐爐膛左右側出口氧量偏低，燃燒所需風量仍然不足；燃燒器區域煙氣中含氧量也普遍較低，而CO含量較高，在3％～13％之間，最高點甚至超過了所用儀器量程（13％）。這說明鍋爐引風出力不足。而CO含量較高區，正是發生爆管的區域，即一次風粉氣流到達的下游臨角水冷壁處（每側牆左面），其中又以後側和右側兩牆CO含量最高，1997年後牆水冷壁爆管處周圍4個測點CO含量均超過12％。這說明燃燒器區水冷壁附近氧量明顯不足，處於強烈的還原性氣氛中，使煤粉中硫不能完全燃燒，H2S濃度急劇上升，引起水冷壁管腐蝕。
3 爆漏原因
a．磨損是該鍋爐水冷壁減薄和多次爆漏的主要原因。從冷態試驗結果看，燃燒器整體存在缺陷，爐膛內實際空氣動力工況惡劣：燃燒器實際切圓直徑大，貼壁風速高，刷牆現象嚴重，尤其冬季帶大負荷時，一次風煤粉濃度高，燃燒所需氧量不能及時補充，造成燃燒過程拖長併產生不完全燃燒，使攜帶煤粒的火焰氣流直接沖刷水冷壁，從而加快了管壁減薄的速度。
b．多功能燃燒器的布置特點使水冷壁磨損加劇。多功能燃燒器利用一次風管道的彎頭，形成煤粉的濃淡分離，濃淡兩相氣流在彎頭後分為兩股進入爐膛，其布置如圖2所示。由於離心力的作用，＃ 1、＃2角煤粉濃相氣流在火焰的外側，＃3、＃4角煤粉濃相氣流在火焰的內側，在同樣負荷條件下，右牆和后牆水冷壁附近煤粉濃度相對較高，而在運行調整中前側風量大、后側風量小時，勢必造成后牆缺風，致使后牆煤粉不完全燃燒，產生強烈的還原性氣氛，造成水冷壁高溫腐蝕；另外，燃燒過程拖長，火焰對水冷壁的沖刷作用加強，使管壁表面的腐蝕產物不斷脫落，也使腐蝕作用加強。因此，后牆燃燒器區域水冷壁處於最惡劣的工作環境中，＃9、＃10爐第1次爆漏都發生在後牆。
c．水冷壁高溫腐蝕一般常見於高參數鍋爐中，220 t／h鍋爐由於運行參數低、水冷壁溫度低，發生高溫腐蝕尚不多見。該廠鍋爐發生高溫腐蝕與其燃煤中含硫量高、鍋爐運行工況惡劣有直接的關係。
d．運行人員調風配粉不盡合理，司爐只能從前側觀看爐膛火焰，難以判斷爐膛內燃燒狀況而合理操作；在安裝一次風在線監測裝置前，運行人員只能靠總風壓和一次風壓液柱調整一、二次風比例，為防止一次風管堵塞，運行人員經常保持較高的一次風壓，相應二次風量減少；同時由於二次風門開度指示與實際位置偏差較大，開度不均勻，導致爐內動力場更加紊亂，高溫腐蝕加劇。
4 採取措施及建議
針對邯鄲熱電廠220 t／h鍋爐水冷壁壁厚減薄、連續發生爆管的原因，又進行了引風出力不足原因的查找和燃燒調整工作。
4．1 引風出力不足原因查找
a．為查找鍋爐引風出力不足的原因，對＃9爐進行了煙道各處阻力和漏風測量，經檢查，除塵器段
存在較大的縫隙和裂紋，漏風量較大。另外，由於除塵器補水不足，易造成除塵器內堵塞和漏風。
b．對引風機進行了風量測量，結果為南側引風機風量稍小，北側風量稍大，入口負壓與設計值相差不大，2台引風機運行基本正常。
因此，結合＃10爐大修前熱態試驗結果分析認為：引風出力不足的主要原因是尾部空氣預熱器及除塵器漏風大。
4．2 燃燒調整試驗
在＃9爐進行了燃燒調整試驗。試驗包括變負荷、一次風速調整、二次風速調整、不同制粉系統運行方式等工況，在各工況下記錄各主要運行參數，測量燃燒器區域水冷壁附近煙氣成分。其目的是在現有設備不改造的情況下，通過燃燒調整尋找最佳的運行工況，改善水冷壁附近的還原性氣氛，減緩或消除高溫腐蝕。
各項試驗結果表明，在設備現有條件下，通過燃燒調整在一定程度上能夠改善爐內燃燒狀況，緩解燃燒器區還原性氣氛，但僅採取燃燒調整的措施，不能完全消除水冷壁面的高溫腐蝕。
4．3 提出建議
a．試驗證明改變燃燒器假想切圓半徑並不能有效減小實際切圓半徑、改善燃燒器區動力場工況，因此有必要對燃燒器進行改造，或採用其它新型燃燒器。
b．在大修時認真進行尾部煙道和除塵器的查漏堵漏和清理煙道內堵塞物的工作，加強運行管理和設備的維護，以確保設備的正常運行。
c．重視對燃燒狀況的監測和正確調整，特別是一次及二次風速的四角均勻性、二次風的配風方式等可能影響水冷壁附近還原性氣氛形成的因素。
d．加強燃煤管理，盡量燃用含硫量低的煤種。
