差速流化床鍋爐與普通流化床的區(qū)別和運行調(diào)節(jié)應對措施
我們建湖熱電公司目前運行的常見兩種流化床鍋爐，有高倍率循環(huán)流化床鍋爐和高低差速床鍋爐。
一、高倍率流化床鍋爐的優(yōu)勢
高倍率循環(huán)流化床鍋爐是借助于其高循環(huán)倍率的特點，使燃料能在爐膛內(nèi)多次燃燒，同時爐膛內(nèi)傳熱主要是靠高溫物料與水冷壁碰撞實現(xiàn)的，這就使它具備了以下優(yōu)點：
高效的高溫煙氣分離裝置（旋風分離器，回料立柱，返料閥組成的回料系統(tǒng)），最終煤的燃燒效率較高。與煤粉爐及鏈條爐相比，煤種的適應性廣，對低熱值3500Kcal/Kg以上的煤均能有效使用。
二、高倍率流化床鍋爐的劣勢
由于爐膛內(nèi)傳熱主要是靠大量的高溫物料與水冷壁碰撞實現(xiàn)的，這就造成了水冷壁受熱面的整體磨損嚴重；高濃度的煙氣中物料攜帶量以及高溫分離的影響，導致煙氣分離器的磨損嚴重；
燃用熱值在3500Kcal/Kg以下的太低熱值燃料時，出力較難保證。
鍋爐出力須靠煙氣中的物料濃度來保證，當返料器系統(tǒng)出現(xiàn)故障，返料不通暢時，將對鍋爐出力產(chǎn)生直接影響；
由于采用了較高的循環(huán)流速，燃料在爐膛內(nèi)的一次通過時間短，造成飛灰中含炭量偏高；
較高的廠用電率。
三、差速流化床鍋爐的優(yōu)勢
由于密相區(qū)埋管的存在，工作穩(wěn)定可靠，保留了埋管結(jié)構(gòu)，增加受熱面，保證了鍋爐對燃料的適應性廣及出力足等特點，同時又解決了埋管易磨損的問題；
鍋爐出力穩(wěn)定，與煙氣攜帶量及返料情況好壞關(guān)聯(lián)度??；
無分離器，結(jié)構(gòu)簡單；
獨特的鍋爐內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)結(jié)合，使鍋爐燃燒效率大大提高，經(jīng)濟性能好；
采用分床燃燒技術(shù)
燃燒系統(tǒng)溫度較低，環(huán)保性強等特點。
四、高低差速床的結(jié)構(gòu)及工作原理
五、高低差速床的工作原理
燃料顆粒的自選過程以及高速床和低速床不同風速的實現(xiàn)。由爐膛兩側(cè)給入鍋爐主床，床料顆粒在主床上沸騰燃燒，同時其中的大顆粒開始向下沉，在較低的位置處沸騰燃燒，小顆粒則溢于表面。由于高速床與低速床之間有一個高度差，此高度差保證了大顆粒不會被帶入低速床，只需較低的流化風速即可實現(xiàn)低速床的流化，而主床仍采用常規(guī)流化床的流化風速以保證大顆粒的流化燃燒。特有的爐內(nèi)循環(huán)形成機理，由于高速床與低速床之間不同的流化風速，溢流于高速床上表面的細顆粒在主床較高風速的帶動下，不停像噴泉一樣翻騰到付床上，使付床上的壓力增加，床料重新返回到主床，這樣就形成了高低差速床鍋爐特有的內(nèi)循環(huán)過程。
圖1.1高低差速床示意圖
1—水冷壁 2—埋管 3—低速床（付床） 4—高速床（主床） 5—返料 6—爐膛 7—給料口 8—風室放灰管
9—放渣管 10—凝渣管
鍋爐外循環(huán)過程與常規(guī)流化床鍋爐相同，只是物料的循環(huán)流較高倍率鍋爐少。
內(nèi)循環(huán)的意義
鍋爐內(nèi)循環(huán)的存在，實現(xiàn)了不同粒徑的燃料分床燃燒的特點，使布置在付床上的埋管磨損問題得到了根本解決，同時由于主床上未布置受熱面，主床上燃燒基本處于絕熱狀態(tài)，放出的熱量除一部分由風帶走外，大部分需靠內(nèi)循環(huán)將其帶入付床，由付床上的埋管吸收。其過程是：主床上的高溫物料由內(nèi)循環(huán)帶入付床，與付床上的埋管受熱面換熱后，溫度降低約50~100℃，然后重新回到主床吸熱，控制主床溫度。內(nèi)循環(huán)使細顆粒在爐膛內(nèi)循環(huán)流動，加長了停留時間，提高了燃料的燃燒效果。
六、高低差速床鍋爐的特點以及原因
降低飛灰含炭量是提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵所在。
下面，我們將分析一下影響飛灰含炭量的因素以及高低差速循環(huán)流化床鍋爐是如何控制飛灰含炭量的：
爐膛內(nèi)一次通過時間： 決定燃料當中的細顆粒一次性通過爐膛的時間長短，對飛灰中含炭量的影響非常大。該時間越長，燃料在爐膛內(nèi)的燃燒時間越長，對降低飛灰含炭量越有利。
高低差速循環(huán)流化床鍋爐寬大的爐膛，使煙氣上升速度小于3m/s，加上爐膛較高的凈高度，有效增加了一次通過時間，與高倍率鍋爐相比，爐膛內(nèi)一次通過時間是其1.5~2倍，相比之下，使飛灰含炭量大大降低。同時差速床特有的內(nèi)循環(huán)，更近一步增加了細顆粒在爐膛內(nèi)的停留時間，對提高燃燒效率非常有利。
2. 飛灰循環(huán)燃燒：
高低差速循環(huán)流化床鍋爐的煙氣分離器，對顆粒度在70μm以上的顆粒，分離效率達到95%以上，使細粉能夠在爐膛內(nèi)多次循環(huán)燃燒，進一步降低了飛灰當中的含炭量。
4. 合理的空氣配送，保證燃燒各段所需的氧量。 高低差速循環(huán)流化床鍋爐除通過主、付床輸入空氣外，在爐膛的稀相區(qū)設(shè)置有三次風裝置，可根據(jù)燃燒情況調(diào)節(jié)三次風量，加強了稀相區(qū)氧氣與燃料的均勻混合，為充分燃燒提供了有力保障。
由于密相區(qū)布設(shè)大量的埋管，成為鍋爐出力強有力的保障。
寬大的爐床面積，使鍋爐正常運行時，床區(qū)（密相區(qū)）蓄積了大量的高溫物料，使高水份、低熱值的生物質(zhì)燃料被迅速烘干并燃燒干凈。
高低差速床鍋爐的特點，使比重不同的燃料在爐膛內(nèi)均能得到有效的燃燒，質(zhì)地輕的燃料首先迅速烘干并燃燒，產(chǎn)生縱向和橫向膨脹，進入低速床，延綬高速床上較高的煙氣流迅速帶出爐膛，造成燃燒不完全。而質(zhì)地較重的燃料可進入高速床，由高速床上較高的流速保證其正常流化燃燒。
七、存在的問題及處理措施的探討
運行一段時間，埋管上部經(jīng)常蓄集焦塊，阻斷了床內(nèi)循環(huán)的通路，使傳質(zhì)傳熱偏離運行意愿。產(chǎn)生的負荷和有效周期得不到保證。
采取措施：
1、控制總風量。調(diào)試期間，我們對差速床運行時總風量一直控制為11萬m3/h，主要是考慮到要強化床料流化效果，避免焦塊形成。
但是運行一段時間后，密相區(qū)和爐膛出口溫度均上升，鍋爐出力下降。此時焦塊已形成。
一旦副床上部產(chǎn)生焦塊時，床料不能通過埋管內(nèi)循環(huán)得到有效降溫，相同工況下，床溫升高，減少燃料供給，而埋管吸熱在不斷的減少，以及流化風對埋管的冷卻作用，導致負荷大大降低，嚴重導致主床內(nèi)產(chǎn)生焦塊。
處理措施:加大所給物料的含水量，加入細粒中砂，加風，最終床內(nèi)仍有焦塊不斷產(chǎn)生，負荷不斷下降。最后停爐。
在稀相區(qū)，燃燒帶不斷上移，經(jīng)常發(fā)生爐膛出口溫度升高超過800度，最終導致過熱器部位掛焦，填塞受熱面和煙氣通道，使爐膛內(nèi)煙氣不能及時抽出。
原因分析：我們通過試驗分析總結(jié)，一是總風量的控制，二是物料配比的控制。
由于差速床鍋爐吸熱主要部分（約50%的負荷）依靠內(nèi)循環(huán)傳質(zhì)傳熱實現(xiàn)，盡管存在返料設(shè)計，但在低倍速循環(huán)流化床鍋爐，通過外循環(huán)返料實現(xiàn)傳質(zhì)傳熱不是主要的。而是通過控減總風量來強化內(nèi)循環(huán)，（密相區(qū)和稀相工區(qū)徨環(huán)），達到傳質(zhì)傳熱效率，降低爐膛煙氣上上升速度，提高秸稈燃燼率，主要在主床內(nèi)的絕熱燃燒，減少一二三次風量，盡量使風量達到或超過流化風量就可?，F(xiàn)在運行時將總風量控制在8萬m3/h以上。盡可能減少細床料，相當于中砂，在爐膛出口的楊析和夾帶，減少細床料進入布袋降塵，保證密相區(qū)處于砂床狀態(tài)。
2、變更生物質(zhì)燃料配比。減少燃燒后堿土的產(chǎn)生量，因為生物質(zhì)燃燒后的灰大部分為堿土，在高溫時就容易形成掛渣，吸附在過熱器和蓄集在埋管上方。因此采用減少軟質(zhì)秸稈，增加產(chǎn)生堿土少的生物質(zhì)燃料。如大糠，硬質(zhì)秸稈比例，減少產(chǎn)生的灰量，效果很好。（建湖公司 彭海金）
熱力設(shè)備在運行期間的腐蝕與避免
熱力設(shè)備在運行期間，由于所處的環(huán)境介質(zhì)在特定的條件下具有侵蝕性，如不同陰離子含量、不同pH值的水等會對金屬產(chǎn)生各種各樣的腐蝕。從腐蝕形態(tài)上來說主要有均勻腐蝕和局部腐蝕，其中局部腐蝕對設(shè)備的安全運行危害較大。熱力設(shè)備的腐蝕不單會縮短設(shè)備的使用年限，造成經(jīng)濟損失，同時還會危害到其它設(shè)備，例如，腐蝕產(chǎn)物隨給水進入鍋爐后會加劇受熱面的結(jié)垢速度并進一步引起垢下腐蝕，形成惡性循環(huán)，最終造成設(shè)備事故。因此，必須采取有效措施，避免或減緩各種類型的腐蝕。
二、金屬腐蝕簡介
金屬材料與周圍的介質(zhì)發(fā)生了反應而遭到破壞的現(xiàn)象稱之為金屬腐蝕。破壞的結(jié)果不但損壞了其固有的外觀形態(tài)，而且也破壞了金屬的物理和化學性能。腐蝕其實是一個相對概念，金屬無論接觸到什么介質(zhì)，都會發(fā)生腐蝕，只不過腐蝕速度不同而已。
按照腐蝕機理，金屬腐蝕一般可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。
1.化學腐蝕 金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學反應引起的腐蝕。這種腐蝕多發(fā)生在干燥的氣體或其它非電解質(zhì)中。例如，在爐膛內(nèi)，水冷壁外表面金屬在高溫煙氣的作用下引起的腐蝕；在過熱蒸汽管道內(nèi)，金屬與過熱蒸汽直接作用引起的腐蝕等。
2.電化學腐蝕 金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生了電化學反應，在反應過程中有局部腐蝕電流產(chǎn)生的腐蝕。金屬處在潮濕的地方或遇到水時，容易發(fā)生電化學腐蝕。這類腐蝕在生產(chǎn)中較為普遍，而且危害性較大。例如，鋼鐵與給水、鍋爐水、冷卻水以及濕蒸汽、潮濕的空氣接觸所遭到的腐蝕，都屬于電化學腐蝕。
按照腐蝕的形態(tài)可分為均勻腐蝕和局部腐蝕
1.均勻腐蝕是指金屬表面幾乎全面遭受腐蝕。
2.局部腐蝕是指腐蝕主要集中在金屬表面的某個區(qū)域，而其它區(qū)域幾乎未遭到任何腐蝕的現(xiàn)象。局部腐蝕常見有以下幾種類型：
（1）小孔腐蝕：腐蝕集中在個別點上，腐蝕向縱深發(fā)展，最終造成金屬構(gòu)件腐蝕穿孔。
（2）潰瘍狀腐蝕：在金屬某些部位表面上損壞較深，腐蝕面較大的腐蝕。
（3）選擇性腐蝕：在合金的金屬表面上一種金屬成分發(fā)生腐蝕。該腐蝕使金屬的強度和韌性降低，如黃銅脫鋅的腐蝕。
（4）穿晶腐蝕：腐蝕貫穿了晶粒本體，使金屬產(chǎn)生極其細微難以察覺的裂紋。
（5）晶間腐蝕：也稱苛性脆化。腐蝕沿著晶粒的邊界進行，形成極為細小的交錯的裂紋。這種裂紋人的眼睛無法發(fā)現(xiàn)，只能借助專門的儀器檢查。
（6）電偶腐蝕：也稱異金屬接觸腐蝕。兩種以上的金屬接觸，由于各自的腐蝕電位不同，接觸后形成電位差，使其中的一種金屬發(fā)生快速腐蝕。例如凝汽器銅管和管板接觸發(fā)生的腐蝕就屬于電偶腐蝕。
與局部腐蝕的相比，均勻腐蝕金屬重量損失較多，但從金屬強度的損失來講，局部腐蝕大于均勻腐蝕，尤其是發(fā)生在晶粒上的腐蝕。一般說，局部腐蝕比均勻腐蝕危害要大得多。
二、影響金屬腐蝕的因素
1.水中雜質(zhì)的影響盡管鍋爐給水經(jīng)過嚴格的水質(zhì)凈化處理，但在熱力設(shè)備運行過程中少量雜質(zhì)會進入水、汽循環(huán)系統(tǒng)，由于鍋爐蒸發(fā)量很大，爐水的濃縮倍率很高，例如300MW及以上的機組，鍋爐爐水的濃縮倍率一般在幾十倍到幾百倍。在高溫、高壓條件下，極易引起腐蝕。例如，我國94年規(guī)定汽包鍋爐的排污率不得小于0.3%，就是避免鍋爐水過分濃縮引起腐蝕問題。
2.水中溶解氣體的影響 主要是水中的溶解氧和二氧化碳，其來源主要是補給水帶入、凝汽器泄漏以及微量雜質(zhì)在爐內(nèi)分解等。這些氣體溶解于水后，或影響水的pH值，或影響金屬的腐蝕電位，會促進金屬腐蝕。在高溫、高壓條件下，水的溶解氧量、電導率和pH值是影響金屬腐蝕的關(guān)鍵因素。
3.金屬所處的溫度、壓力以及應力等影響例如溫度過高會引起金屬蠕變，壓力過高會使金屬薄弱部位發(fā)生爆破；金屬在腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中，在拉用力的作用下容易產(chǎn)生應力腐蝕裂開，合金鋼和不銹鋼尤為敏感。
三、運行期間給水系統(tǒng)的腐蝕及避免
（一）運行期間給水系統(tǒng)的腐蝕
火電廠中的給水系統(tǒng)包括低壓給水系統(tǒng)和高壓給水系統(tǒng)。其設(shè)備包括凝汽器汽側(cè)、低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器和省煤器以及相關(guān)的管道、閥門、泵、疏水箱等設(shè)備。由于水中溶解氣體以及其它雜質(zhì)的影響，在運行中給水系統(tǒng)的金屬材料會發(fā)生溶解氧腐蝕和二氧化碳腐蝕。
1.溶解氧腐蝕
（1）原理。溶解氧腐蝕是一種電化學腐蝕，溶解氧在陰極還原和鐵原子在陽極氧化而形成腐蝕原電池。在腐蝕電池中鐵的電極電位比氧電極的電位低，所以鐵是電池的陽極，鐵發(fā)生氧化由原子變成離子而遭到腐蝕破壞。
（2）特征。鋼鐵發(fā)生溶氧腐蝕時，在其表面往往形成直徑1～30mm的小鼓包，鼓包表層的顏色有黃褐色到磚紅色，次層是黑色粉末狀的腐蝕產(chǎn)物，去掉腐蝕產(chǎn)物后金屬基體留有腐蝕坑。但在水流速較高的部位基本無腐蝕產(chǎn)物，在金屬表面會出現(xiàn)不規(guī)則的坑洞或潰瘍狀的蝕面。
（3）腐蝕部位。在給水系統(tǒng)中，溫度越低水中的溶解氧濃度越高，氧腐蝕越嚴重。例如，凝汽器和低壓給水系統(tǒng)溶解氧腐蝕比較嚴重，其鋼鐵表面呈磚紅色。除氧器以后的設(shè)備其表面的顏色逐漸轉(zhuǎn)為鋼灰色甚至黑色。一般地，從除氧器后di一個高加以后的設(shè)備不發(fā)生溶解氧腐蝕。這是因為，經(jīng)除氧器去掉水中的大部分溶解氧后，剩余的少量的溶解氧在除氧器后的di一個高加已經(jīng)消耗完，所以以后的設(shè)備在運行期間一般不會發(fā)生溶解氧腐蝕。但是如果除氧器運行不正常時，也可能包括省煤器甚至鍋爐在內(nèi)都發(fā)生溶解氧腐蝕。
2.二氧化碳腐蝕
空氣中的二氧化碳約占總體積的0.03%。它溶解于水后會降低水的pH值，引起酸性腐蝕。低pH值會破壞金屬表面的氧化膜，促進和加速金屬的腐蝕速度。
二氧化碳腐蝕主要發(fā)生在低壓給水系統(tǒng)。系統(tǒng)中二氧化碳的主要來源是補給水帶入。將補給水噴淋到凝汽器中可以利用真空負壓抽氣系統(tǒng)去掉補給水中的二氧化碳和溶解氧。
（二）避免運行中給水系統(tǒng)金屬腐蝕的方法
為了避免或減輕給水對金屬材料的腐蝕，除了盡量減少進入給水中的雜質(zhì)外，還應對給水進行必要的處理。目前給水處理的方法有三種。
1.還原性全揮發(fā)處理
鍋爐給水加氨水和還原劑（又稱除氧劑，如聯(lián)氨）的處理是在物理除氧后再加氨水和除氧劑使給水呈弱堿性的還原處理。對于有銅系統(tǒng)的機組，兼顧了抑制銅、鐵腐蝕的作用。對于無銅系統(tǒng)的機組，通過提高給水的pH值抑制鐵腐蝕。特別適用于低壓加熱器含銅合金的機組。
2.氧化性全揮發(fā)處理
鍋爐給水只加氨水的處理，稱之為氧化性全揮發(fā)處理。
3.加氧處理
鍋爐給水加氧的處理，稱之為加氧處理，簡稱OT。采用OT可使給水系統(tǒng)FAC現(xiàn)象減輕或消除，給水的含鐵量降低，省煤器和水冷壁管的結(jié)垢速率也降低，鍋爐化學清洗周期延長；同時由于給水pH值的降低，可使凝結(jié)水精處理混床的運行周期延長。但是OT對水質(zhì)要求嚴格，對于沒有凝結(jié)水精處理設(shè)備或凝結(jié)水精處理運行不正常的機組，給水的氫電導率難以達到小于0.15uS/cm的要求，不宜采用OT。OT適用于低加不含銅合金，并能長期保持較好的給水水質(zhì)的機組。（建湖公司 周曉芹）
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