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循环流化床锅炉的自控设计和仪表测点

发布时间：2009/10/8 阅读次数：1494 字体大小: 【小】【中】【大】

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【摘要】　介绍了循环流化床锅炉的运行和控制特点，阐述了对锅炉几个主要辅助设备控制问题的看法以及锅炉仪表测点的布置原则和用途，提出了哈锅在进行自控调节和联锁保护设计时的一些思路和做法。

【关键词】　CFB锅炉；自动控制；仪表测点

0　前言

能源的高效、低污染应用已成为世界各国共同追求的目标。随着国家环保政策的逐步完善和国民环保意识的日益提高，清洁煤燃烧技术尤其是循环流化床锅炉(CFB锅炉)技术得到了迅速发展。CFB锅炉以其燃料适应范围广、炉内脱硫、低NOx排放、燃烧效率高、负荷调节比大、灰渣综合利用等优点成为清洁煤燃烧技术的主要发展方向。随着CFB锅炉在数量上和容量上的不断发展，与之相适应的大容量CFB锅炉的自动控制问题也成为业内的热点。CFB锅炉和常规煤粉炉的区别主要在燃烧侧，工质侧基本相同。因此在控制方式上的最大不同点就是CFB锅炉特有的对循环物料的监测、调节和控制方式。

哈尔滨锅炉厂有限责任公司是国内最早开发大容量循环流化床锅炉的企业之一，目前其技术水平已处于国内领先地位，市场份额逐年扩大。我国首台50MWCFB锅炉、首台国产IOOMWCFB锅炉、首台125MW和135MWCFB锅炉均由哈锅研制。近10年来，我们对CFB锅炉的可控性和特殊设备的控制机理进行了探人的研究。根据掌握的由哈锅设计制造并已投运的几台220t/hCFB锅炉的安装、调试、运行经验，结合引进德国ALSTOM公司的50-125MW等级CFB锅炉设计制造技术，以对物料循环系统的机理研究为切人点，从一次传感元件和执行机构人手，逐渐总结出了一套完整的CFB锅炉自动控制系统设计思想和对特殊设备控制问题的解决方案，并且根据国际国内可参照的标准和运行经验，制订出切实可行的、合理的循环流化床锅炉仪表测点的布置原则。这对于CFB锅炉大型化后的安全运行和自动控制水平的提高有着十分重要的意义。本文对我们的一些经验和在以往工程中的一些作法进行概括性的总结，与业内同行交流，同时也希望同行们多提宝贵意见，以利今后改进，为我国电力事业的发展做出更大的贡献。

1　CFB锅炉的运行特点

针对循环流化床锅炉燃烧侧的特点，在其运行过程中特别要注重对床温、分离器人口温度、风煤比以及床压的监测、调节及控制，注重对影响物料流化、循环及燃烧的各种风量的监控，确保建立一个平稳、足够的热物料循环，从而完成锅炉燃烧侧的燃料燃烧及热量传递过程。一般说来，CFB锅炉燃烧侧的调节控制主要包括以下内容：

a.锅炉主控；b.二次风控制；c.一次风控制；d.床温控制；e.烟气监测；f.引风控制；g.燃料控制；h.石灰石控制；i.底灰控制；j.启动燃烧器及其风量控制。

由此可以看出，其区别于常规煤粉炉之处在于以下几个方面：

a.通过调节流经布风板的一次风量和直接进入炉膛的二次风量之比来维持床温，使其处于最有利于炉内石灰石脱硫的温度。

b.通过控制排渣系统来维持炉膛床压恒定，也即确保炉内的灰平衡和床料构成。

c.通过调节人炉石灰石数量以控制S02的排放量，降低对大气的污染。

d.采用旋风分离器人口烟温过高信号，或去布风板一次风量过低信号，而不是采用炉膛火焰丧失信号去触发主燃料跳闸(MFT)，以此作为炉膛安全保护的重要手段之一。

e.要求启动油燃烧器有足够大的出力调节范围，以此精确控制炉膛燃烧率，以确保炉内耐磨材料的温度变化合理，不致造成损坏。

f.床温和床压测量元件均采用耐热防磨及防堵措施使所测数据准确、可靠并且有代表性。

对于控制系统而言，随着电子技术和通信技术的日臻完善，分散式控制系统(DCS)的功能日益强大，安全性、可靠性不断提高，实现上述调节控制功能的硬件主机已经不成问题了。然而由于国际上几大锅炉厂商对锅炉炉型及外围辅助系统的设计千差万别，对排渣和启动等影响CFB锅炉运行的主要辅助系统及其设备的设计也各不相同，这就使得人们越发关注CFB锅炉的可控制性及主要辅助设备诸如冷渣器、L阀和启动燃烧器的控制机理及硬件水平。事实上，这些主要辅助设备的控制水平已经成为决定大型CFB锅炉自动化水平和DCS投入率的关键因素，是关系着CFB锅炉能否向更大容量更高参数发展的问题，因而运行过程中对这些辅助设备关键参数检测的准确性、实效性和代表性也就成了问题的关键所在。

2　CFB锅炉的主要本体测点

2.1测点情况简介

基于运行、控制和检测的需要，CFB锅炉在汽水管道、烟风通道和固体物料流道上均布置了大量的仪表测点，以使运行人员能够实时地掌握锅炉的运行状况，自动控制系统能够准确地测取运行参数并且按照预先编制的控制方案调整和修正运行中出现的偏差。

CFB.锅炉汽水侧的测点及其作用与普通煤粉炉相同，烟风侧增加了一些为CFB锅炉专设的风机风道的压力、温度和流量的测点，其测量方法也同普通煤粉锅炉相同。CFB锅炉在参数测量方面的特别之处在于对炉膛、分离器、回料阀和冷渣器等固体流道参数的检测。

由于CFB锅炉内进行固体燃料的循环燃烧，流动的物料极容易堵塞压力测点和测压管线，同时对测温元件产生强烈的磨蚀，用常规手段难以进行准确可靠的连续测量，而床温、床压等参数对保证CFB锅炉的安全经济运行至关重要，因此必须采用特殊的防堵、防磨测量手段。我们以应用在大连化学工业公司220t/hCFB锅炉上的床温、床压测量技术为例作一介绍。

2.2床温的测量

床温是CFB锅炉的重要运行参数。为了测量准确，必须对床温的测点布置、一次元件的安装方法及测量数据的处理加以深入研究。

CFB锅炉的床温一般是指密相区的床温。以一台220t/h容量的PyrofIow型锅炉为例，它设置了3层床温测点，下层6个测点，中层4个测点，上层4个测点，它们分别距布风板上端面450mm，1050mm和2000mm，均在二次风口以下，密相区之内，每层测点沿炉膛四壁均匀、对称布置，每层测点的输出送人平均值计算回路，若某测点输出因故障与平均值偏差超过±150℃，即将其从平均值计算中剔除，下层和中层测点的输出参与床温的联锁控制，而上层测点的输出仅供CRT显示。

考虑到密相区内磨损严重，热电偶元件必须套在耐热、耐磨的金属套管内伸出炉内耐火层壁面约5lmm，即使如此，测温套管的寿命仍然较短。

2.3床压的测量

床压一般是指密相区的床压，床压测孔一般布置在距布风板上端面250mm处，左侧2个，右侧1个，将3个压力测量值通过3取中逻辑判断后送至显示及报警回路；3者取平均值作为床压调节系统的反馈信号。由于床压测孔位于正压高浓度床料区，为防止堵塞必须向测孔引入一股恒压吹扫空气，其压头应在22.5kPa左右。为此，必须对实测值进行标定，即消除作为背压的吹扫恒压头的影响，现场是通过迁移压力变送器零位的办法来实现的。

在CFB锅炉床压测量方面，目前已有更为先进的内外反吹补偿技术投入商业应用，效果很好。

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