天津鍋爐新聞
在國產電站鍋爐中采用四角布置直流燃燒器，一般情況下噴口附近的水冷壁管子容易發生局部磨損。其特征是：局部磨損面積比其它受熱面(過熱器、省煤器等)管子大；磨損面減薄后在管內高壓爐水作用下翻開，呈開窗狀泄漏點，造成大量爐水噴入爐膛。如果泄漏發生在上一次風噴口附近，則爐膛火焰馬上被水澆滅；如果泄漏發生在下二次風噴口附近，也會因為鍋爐保持不了水位而被迫緊急停爐。所以對于單元制機組來說，噴口附近的水冷壁磨損會造成停爐停機事故，給電網的安全帶來威脅。天津鍋爐新聞
1 噴口附近水冷壁磨損實例
牡丹江第二發電廠HG410/1009型鍋爐，四角切圓燃燒，在上二次風噴口右側的水冷壁上發生過局部磨損曾引起泄漏，泄漏面積(長×寬)170mm×45mm，導致停爐停機事故。
水冷壁規格φ60×5mm，局部磨損發生在噴口右側第4～8根水冷壁管子上；磨損長度在130～340mm范圍內，離噴口較遠的第8根管子磨損面積較大，反之則較小；除第8根管子爆管，其余4根管子磨損最深已達1.8～3.0mm；磨損面下線基本與上二次風噴口下傾角度線對應。
噴口附近水冷壁磨損示意
一、二次風噴燃器采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼板焊制成，廠家設計的一、二次風速(冷態)分別為23～23m/s和44～46m/s。噴口檢查：一次風噴口正常；二次風噴口上邊左側已經燒毀變形，并向下塌腰(最大約40mm)，噴口左側鋼板向水冷壁變形約10mm，噴口里面接口處的二次風管上下左右都已經變形，呈波浪狀。
2 原因分析
2.1 噴口出口射流與水冷壁的夾角
直流噴燃器以一定角度布置在爐膛四角上，在爐內旋轉氣流的作用下，噴口出口射流兩側的補氣條件是不一樣的，形成作用于射流側面的壓力差，使射流向壓力較低一側偏轉，因此噴口出口射流兩側與水冷壁之間的夾角，分為小角和大角。做爐內空氣動力場試驗，在設計工況下測得爐內實際旋轉速度圓大小為φ5.50～6.25m，噴口出口大、小夾角分別約為31°和4～5°�？梢娦〗莻葰饬鞲烤嗨浔诤芙�，如果操作不當或爐內旋轉速度圓直徑偏大，氣流就要沖刷水冷壁。
噴燃器出口大、小角示意
2.2 噴口處的溫度
在鍋爐額定負荷下，測試下二次風口的溫度：測試探頭在噴燃器內距噴口端面1m，熱風門全開，測得溫度為320℃；探頭至噴口端面，熱風門全開，溫度為540℃，熱風門全關，此時溫度為832℃。爐膛最高溫度在1600℃左右，上二次風噴口對應中心火焰位置。由此可見，如果鍋爐在額定負荷下，上二次風門全關時，其噴口處溫度將遠遠超過下二次風口的溫度(估計在1000℃左右)。
2.3 噴口的材質
噴口采用1Cr18Ni9Ti爐用耐熱鋼板。根據現場經驗處于溫度相對較低的下二次風噴口，也經常發生燒變形的情況。可見1Cr18Ni9Ti只適用于溫度在600℃以下的工作環境。
2.4 二次風氣流主導作用
二次風射流噴出后，不斷卷吸周圍的空氣，因為二次風風速較高，大約是一次風的2倍，所以也不斷卷吸位于上下的一次風粉混合物。如果二次風刷墻，則卷吸的煤粉就會磨水冷壁，管子的磨損量與煙氣流速成3次方，因此噴口附近水冷壁的磨損一般都發生在二次風附近。從水冷壁磨損的情況可以看出，磨損位于二次風射流的下邊(再下面是上一次風)，其磨損面正確地反映了一次風中的部分煤粉被卷吸到二次風后所留下的痕跡。
2.5 噴口處水冷壁結構
HG410/1009型鍋爐噴口處水冷壁的結構見圖3a，其噴口出口端面深入爐膛僅100mm(與四角頂點的距離)，噴口氣流的根部基本上是貼著水冷壁。當出現噴口變形、爐內切圓直徑偏大以及操作等原因使氣流偏轉時，都可能造成水冷壁的磨損。可見HG410/1009型鍋爐，噴燃器的布置不盡合理。
鍋爐燃燒器布置示意
3 防止水冷壁磨損的措施
3.1 采用耐熱鑄鋼噴口
將1Cr18Ni9Ti噴燃器改為耐溫為1000℃的耐熱鑄鋼噴燃器，實踐證明改進后的噴燃器，運行中不變形，壽命都在40000h以上。
3.2 加長噴燃器
將噴燃器出口端面深入爐膛100mm(與四角頂點的距離)改為200mm，若不考慮其它因素，經計算小角側 第8根水冷壁管與噴口射流之間的距離可增加50mm左右。在實際運用中在二次風噴口 小角側焊一塊不銹鋼板，由于鋼板的導流作用，小角側的噴口位置向爐內推進了一些，增加了射流與水冷壁之間的距離；在二次風氣流的影響下，避免了一次風中的煤粉磨水冷壁，這種辦法在鍋爐檢修中是一種臨時措施，可解決一些問題，比較正規的方法是制作加長的耐熱鑄鋼一、二次風噴燃器，將舊噴燃器全部更換；這種方法比較適用于舊爐改造，改造后噴口附近水冷壁檢查可由一個小修期延長至一個大修期，可省卻大量爐膛搭架子的工作。實踐證明效果很好。
3.3 校正切圓直徑
將爐內假想切圓直徑減小，可增加小角側射流與水冷壁之間的距離。國內對固態爐采用的假想切圓直徑一般為0.05～0.10的爐膛寬、深的平均值。HG410t/h鍋爐的假想切圓直徑為1m，經計算選用的是最大值，因此還有調整的余地。在檢查或矯正假想切圓直徑時，除了對一次風管道進行檢查，更重要的是要對二次風管道(包括噴燃器)進行拉線檢查和調整。
3.4 合理的噴口處水冷壁結構
對于四角布置切向燃燒器，國外技術的特點是，噴口端面深入爐內較長。如上鍋廠引進的CE技術，噴口端面距爐膛斷面角頂點距離約350mm(見圖3b)。B&WB410t/h鍋爐，采用美國B&W技術，其噴口處水冷壁的結構也很獨特(見圖3c)，噴口深入爐膛750mm，噴口端面與兩側水冷壁平行，小角側與噴口氣流對應的水冷壁管為第14根，噴口出口射流兩側與水冷壁的距離均較遠，已經遠遠避開了容易磨損的第4～8根管區域。即使發生噴口變形、切圓直徑較大、運行操作不當等問題，煤粉氣流也沖刷不到水冷壁。上海石化熱電二站目前有4臺B&WB410t/h鍋爐，噴口材料為1Cr18Ni9Ti，2號爐在設計工況下測得爐內實際旋轉速度圓為φ6m，鍋爐都裝有濃相噴口，運行最長的鍋爐已經有7個年頭。7年來噴口附近的水冷壁從未發生過磨損。
4 結論與建議
4.1 四角布置切向燃燒器附近水冷壁的磨損，主要與噴口材質、燃燒器布置的角度、噴口端面太 近四角頂點以及運行操作等因素有關。
4.2 對于舊爐改造，采用耐高溫1000℃的鑄鋼及加長噴口長度，是一種防止水冷壁磨損，既經濟又有效的措施。
4.3 二次風風速較一次風大，能卷吸一次風中的煤粉，如果二次風噴口變形或角度布置偏大，將對水冷壁磨損。所以一般情況磨損都發生在二次風附近，因此在進行水冷壁的檢查、噴口矯正和檢查爐內切圓直徑等工作時，要特別重視對二次風燃燒器及附近水冷壁的檢查。
4.4 實踐證明四角布置切向燃燒器噴口端面距爐膛斷面角頂點的距離采用750mm時，噴口附近水冷壁不磨損，鍋爐安全可 性高。建議鍋爐設計或選型時作借鑒。
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