摘要：本文针对1000MW机组锅炉掺烧高硫煤可行性进行论证，从安全与经济角度分析燃烧高硫煤给锅炉带来的危害。
关键词：高温腐蚀 还原性气氛
0引言：
近年来，随着煤碳市场价格走高，火电行业利润空间逐渐被压缩，火力发电企业燃料成本居高不下，市场煤和计划电双重控制下，多数燃煤电厂想方设法在降低燃煤成本上下功夫，以掺烧低热值的高硫煤来降低发电成本，貌似一时的经济效益提升了，但随着时间的推移，给锅炉设备带来的负面影响将远大于一时带来的所谓效益。
1机组概况
1.1煤质情况
长治发电公司煤种设计为贫煤，燃煤主要指标为表：
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1.2脱硫设施设计情况
脱硫装置，采用双塔双循环脱硫系统配置，入口设计以最大燃煤含硫量2.2%，SO2浓度最大5035mg/Nm3（6%O2,干烟气），在石灰石粉耗量、工艺水耗量、电耗、压缩空气量消耗量、废水排放量不超过保证值的条件下，确保FGD出口SO2浓度不超过允许最大排放浓度35mg/Nm3（干基，6%O2）。在燃用含硫为1.2%及以下的煤种时，FGD出口SO2最大排放浓度不大于18mg/Nm3（干基，6%O2）。
1.3锅炉燃烧器设计情况
锅炉使用高级复合空气分级低NOx切向燃烧技术，该燃烧技术有以下特点：
①在降低NOx排放的同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率。
②具有优异的不投油低负荷稳燃能力。
③具有良好的煤粉燃尽特性。
④能有效防止炉内结渣和高温腐蚀。
2硫份对锅炉的影响
2.1易引起燃烧区域水冷壁高温腐蚀
影响水冷壁高温腐蚀的最主要因素是水冷壁附近的烟气成分和管壁温度。具体地说，由于燃烧器附近火焰温度可高达1400～1600℃左右，因此煤中的矿物成分挥发出的腐蚀性气体（如NaOH、SO2、HCl、H2S等）较多，若水冷壁附近的烟气处于还原性气氛，煤灰的熔点将降低，灰分沉积过程加快，为受热面的腐蚀创造了条件。另外，由于燃烧器区域附近水冷壁管的热流密度很大（约为200～500KW/m2），温度梯度也很大，管壁温度常达400～450℃，这对管壁的高温腐蚀也起着促进作用。严重的腐蚀经常发生的区域在水冷壁的高负荷区域，如燃烧器附近被火焰直接冲刷的水冷壁管子。在严重的情况下，管子正面的腐蚀速度可达3～4mm/a。
2.2造成空预器低温腐蚀
硫在燃烧过程中会生成一定的SO2和SO3，当烟气温度低于200℃时，SO3会与水蒸汽结合生成硫酸蒸汽。由于硫酸蒸汽的凝结温度比水蒸汽高得多（140℃～160℃，甚至更高），因此烟气中只要含有少量的硫酸蒸汽，烟气露点温度就会明显升高。当烟气进入低温受热面时，只要在温度低于露点温度，水蒸汽和硫酸蒸汽将会凝结。水蒸汽在受热面上凝结，将会造成金属的氧腐蚀，而硫酸蒸汽在受热面上的凝结，将会使金属产生严重的酸腐蚀。
2.3造成空气预热器堵塞
低温腐蚀产物和酸凝结产物与飞灰反应，生成酸性结灰，酸性粘结灰能使烟气中的飞灰大量粘结沉积，形成不易被吹灰器清除的低温粘结灰。由于结灰，传热能力降低，受热面壁温降低，引起更严重的低温腐蚀和粘结结灰，最终可能堵塞烟道。另一方面，在运行过程中为了减少水冷壁高温腐蚀会采取加大水冷壁贴壁风的氧化性气氛，这样不可避免会引起炉膛出口NOX的升高，为了保持烟气排放不超标，必然会加大脱硝还原剂的使用量，这样会增加SCR反应区的氨逃逸量，逃逸的氨在空预器内与硫酸蒸汽反应生成粘结性的硫酸氢氨，更加剧了空预器堵灰的风险。
3掺烧高硫煤受以下几方面的限制
3.1水冷壁管安全性设计
为了保证水冷壁管的安全运行，往往在选取管材壁厚时要大于理论计算最小壁厚才能保证水冷壁安全运行，随着运行时间的延长，腐蚀减薄程度不得低于计算最小壁厚。
我公司燃烧器区域即上部螺旋管圈水冷壁管子壁厚7.2mm，计算最小壁厚4.99mm，只有2mm的裕度。如果掺煤高硫煤，控制不好的情况下，一到两年内即可将这2mm的裕度消耗完。
3.2燃烧器设计因素
虽然燃烧器有一定的防高温腐蚀功能，但是在校核煤种含硫量1.2%为高限的基础上。如果靠加大燃烧区氧量来缓解水冷壁壁面的还原性气氛，这势必会引起炉膛出口NOX的升高，本来燃烧贫煤NOX就不好控制，这样为了环保排放，必须要加大脱硝还原剂的使用量。
3.3环保排放指标的限制
结合环评批复的SO2年排放总量1214t、脱硫装置长时间运行效率将有所下降的趋势，一方面在掺烧高硫煤的情况下，烟气量要比设计值大，在排放总量一定的前提下，必然限制了排放浓度，必须加大脱硫处理能力，另一方面硫分高造成锅炉受热面酸腐、灰渣结焦等，特别是燃煤含硫量较高情况下，在SCR反应区易造成脱硫SO2转化SO3量的增加，极易发生脱硝催化剂、空预器换热元件堵塞等不利工况。
4掺烧高硫煤的措施
4.1加强煤源管理，针对不同煤种合理掺配，根据锅炉燃烧情况确定合理掺配方案。
4.2煤种变化大时必须通过燃烧调整试验来确定针对性的调整方案。
4.3水冷壁进行防腐喷涂。
4.4处理好环保参数达标排放与锅炉安全、经济运行之间的关系，要兼顾各方面的控制要求，不可采用极端化调整的方法，仅满足单一指标的控制要求。
4.5机组启动后，加强水冷壁受热面贴壁还原性气氛监测。
4.6提高脱硝效率，缓解对燃烧调整控制氮氧化物的压力。控制氨逃逸率，缓解空预器堵塞、腐蚀，消除系统漏风对锅炉燃烧调整带来的负面影响。
5结论
机组的安全稳定运行关系着公司的经济效益和长期发展，不能因追求一时的经济效益以牺牲安全为代价，且停机电量损失和水冷壁换管费用将远超掺烧高硫煤带来的效益，因此不建议百万机组掺烧偏离设计值太多的高硫煤，最高以校核煤种一的硫含量为高限，还要综合考虑环保排放指标的控制和后期脱硝还原剂的增加带来空预器堵塞的风险而引起一系列不可控现象，如烟道阻力增加带来的引风机出力增大，电耗增大，甚至可能引起机组出力受限。
参考文献：
[1]邹磊，岳峻峰，陈永生，等．1000MW 超超临界锅炉低NOx燃烧技术改造及其性能优化试验[J]．中国电力，2014，47(10)：92-97．
作者简介：
赵超： 1971年11月, 男,山西襄垣人,大学,高级工程师,高级技师,公司节能技术专家，山西漳泽电力长治发电公司从事节能管理工作。