循環(huán)流化床鍋爐熱工儀表與控制分析

時(shí)間：2015-03-24作者：上海博取儀器有限公司瀏覽：49

循環(huán)流化床鍋爐熱工儀表與控制分析
Analysis of Thermal Instruments and Control for CFB Boiler
1、引言
      循環(huán)流化床鍋爐具有燃料迢應(yīng)性強(qiáng)、低污染、便于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。隨著當(dāng)前節(jié)能環(huán)保要求的提高，其單元機(jī)組容量不斷增加，在國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠的應(yīng)用也逐漸成熟起來。
      鄂爾多斯雙欣電廠一期工程建設(shè)2X 135MW機(jī)組，采用濟(jì)南鍋爐集團(tuán)公司440t/h循環(huán)流化床鍋爐和哈爾濱汽輪機(jī)廠135MW凝汽式汽輪機(jī)。結(jié)合電廠按單元制運(yùn)行的特點(diǎn)，采用以分散控制系統(tǒng)DCS為主，配以相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化儀表，對(duì)全廠機(jī)、爐、電包括機(jī)組公用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，停機(jī)和運(yùn)行監(jiān)視、控制以及保護(hù)等功能。

2、熱工控制系統(tǒng)介紹
      2.1、控制為一案簡(jiǎn)介
      本期工程熱土自動(dòng)化設(shè)計(jì)采用機(jī)組DCS十輔助PLC的控制方案，其中機(jī)組部分采用新華控制工程XDPS-400+型DCS控制系統(tǒng)，并將鍋爐本體溫度、循環(huán)水泵房等測(cè)暈控制采用遠(yuǎn)程I/O的方式?；瘜W(xué)水處理、綜合水泵房、除灰、除渣等全廠輔助公用部分采用湖南湘計(jì)PLC控制系統(tǒng)，保證了電廠的可靠性和整體自動(dòng)化控制水平的提高。控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
      2.2、控制系統(tǒng)特點(diǎn)
      循環(huán)流化床鍋爐汽水系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)與煤粉爐基本相同，區(qū)別在于燃燒方式的不同，導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)具有其特殊性。
      2.2.1、汽水側(cè)控制
       汽水側(cè)控制對(duì)象主要是鍋爐給水量、汽包水位、過熱蒸汽和再熱蒸汽的溫度壓力、給水和蒸汽品質(zhì)等。汽水側(cè)控制應(yīng)與燃燒側(cè)控制協(xié)調(diào)一致。
      2.2.2、煙氣側(cè)控制
       鍋爐煙氣側(cè)控制對(duì)象主要是燃料系統(tǒng)、爐膛溫度、床溫、料層差壓和爐膛差壓、返料裝置等。
       鍋爐燃燒系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)的基本原則是:按負(fù)荷要求調(diào)整給煤量;調(diào)煤的原則是加煤前先加風(fēng)，減煤后再減風(fēng)。按負(fù)荷、煤和氧量調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)總風(fēng)量一次風(fēng)保證物料流化和維持一定的物料循環(huán)量。通過凋整一、二次風(fēng)比例控制爐膛溫度，調(diào)整引風(fēng)機(jī)開度控制爐膛出口的負(fù)壓值。除常規(guī)鍋爐的自動(dòng)或聯(lián)鎖保護(hù)裝置外，循環(huán)流化床鍋爐還具有如下特點(diǎn):
     （1)鍋爐本體包括爐膛、水冷風(fēng)室、旋風(fēng)分離器、料腿、返料風(fēng)室、空預(yù)器、引風(fēng)機(jī)前煙道等分別裝有煙風(fēng)壓力和溫度、風(fēng)量、氧量測(cè)點(diǎn)，以控制鍋爐的燃燒過程。

      (2)對(duì)燃料量控制以滿足鍋爐負(fù)荷變化的要求。
      (3) CFB鍋爐的重要控制對(duì)象就是床溫和料層差壓。通過控制一、二次風(fēng)風(fēng)量、入爐燃料量、入爐石灰石量調(diào)節(jié)爐內(nèi)燃燒溫度，達(dá)到較佳的脫硫效率與經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。打開或關(guān)閉排渣(排灰)閥控制料層差壓及爐膛差壓，滿足燃燒要求。
      2.3、控制室和電子設(shè)備間布置
      設(shè)置“兩機(jī)一控”集中控制室和電子設(shè)備間，集中控制室內(nèi)不設(shè)BTG盤，全部實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)鍵盤+LCD監(jiān)控。同時(shí)設(shè)置緊急操作臺(tái)，少量緊急停爐、停機(jī)操作設(shè)備，提供啟?；蚴鹿薁顟B(tài)下必要的硬操作手段。根據(jù)廠區(qū)總體規(guī)劃，結(jié)合適度物理分散配置的原則，達(dá)到減少電纜長(zhǎng)度和敷設(shè)工作量的目的，將化水補(bǔ)水箱和輔助供熱蒸汽系統(tǒng)DCS機(jī)柜布置在設(shè)備附近，循環(huán)水
泵房等機(jī)組公用系統(tǒng)采用DCS一體化遠(yuǎn)程I/O柜。

3、儀表設(shè)備選型和故障處理措施
       如上所述，循環(huán)流化床鍋爐汽水系統(tǒng)運(yùn)行工況的儀表設(shè)備故障也與煤粉爐基本相同。按照《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，結(jié)合工程儀表設(shè)備選型、調(diào)試的實(shí)際情況，下面主要分析燃燒系統(tǒng)運(yùn)行工況的特殊性及其故障處理方法。
  3.1、風(fēng)量測(cè)量
      工藝系統(tǒng)設(shè)置一次風(fēng)機(jī)、三次風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)是循環(huán)流化鍋爐的主要耗能設(shè)備，因此合理設(shè)計(jì)配風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)降低廠用電能有著重要的意義。
      鍋爐采用平衡通風(fēng)，一次風(fēng)除流化床料，提供初級(jí)燃燒的空氣外，還提供床下風(fēng)道燃燒器點(diǎn)火、冷卻的空氣。播煤風(fēng)取自熱一次風(fēng)，用來消除播煤口燃料集巾現(xiàn)象。熱二次風(fēng)上級(jí)至二次風(fēng)環(huán)型風(fēng)箱，補(bǔ)充助燃空氣，下級(jí)至床上啟動(dòng)燃燒器，必要時(shí)作為維持床溫的調(diào)節(jié)手段。稱重式計(jì)量給煤機(jī)密封風(fēng)取自空氣預(yù)熱器前冷二次風(fēng)。單獨(dú)設(shè)置高壓流化風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)，高壓流化風(fēng)和冷一次風(fēng)管道之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)風(fēng)門。
      進(jìn)入爐膛的各冷、熱一次風(fēng)，二次風(fēng)，高壓流化風(fēng)以及播煤風(fēng)，給煤機(jī)密封風(fēng)工藝管道分別設(shè)計(jì)風(fēng)量測(cè)量裝置，并合理配置熱電偶作為一次風(fēng)流量的溫度補(bǔ)償，納入MCS系統(tǒng)。
      實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)床下風(fēng)道燃燒器點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)煙氣反竄現(xiàn)象，致使膨脹節(jié)損壞。運(yùn)行人員要求鍋爐一次風(fēng)入口加裝熱電偶保護(hù)膨脹節(jié)。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行人員為了防止主一次風(fēng)過大引起熄火事故，啟動(dòng)床下風(fēng)道燃燒器時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉了主一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥(需要保持5%左右開度)，致使煙氣倒流。另外，由于風(fēng)機(jī)出口振動(dòng)大，安裝溫度測(cè)量?jī)x表如雙金屬溫度計(jì)或熱電阻時(shí)需要采取合理防振措施。
3.2、床溫控制
      維持正常的床溫是循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，本期工程布置12支耐磨熱電偶在密相區(qū)下部和10支耐磨熱電偶在密相區(qū)上部。
      床溫的控制既要有利于脫硫效果，又要防止結(jié)焦。一次風(fēng)量是影響床溫的主要因素。當(dāng)給煤量一定時(shí)，增加一次風(fēng)量則床溫下降，反之床溫升高。還可以通過增加石英石返料量或石灰石輸送量，提高循環(huán)物料量來降低床溫，以及增加排渣量來升高床溫。
      需要特別說明的是，DCS對(duì)所有溫度保護(hù)跳閘信號(hào)都必須考慮品質(zhì)鑒定和溫升率限制功能，密相區(qū)內(nèi)要求安裝帶有防磨套管的熱電偶來監(jiān)視溫度，熱電偶露出爐墻的長(zhǎng)度取150-200mm。

3.3、爐膛差壓和床壓控制
      爐膛差壓是反映爐膛內(nèi)循環(huán)物料濃度的重要參數(shù)。爐內(nèi)循環(huán)物料多，爐膛差壓就大.鍋爐負(fù)荷也越高，反之則小。測(cè)量爐膛差壓可以間接反映循環(huán)物料濃度和返料裝置工作是否正常。同樣.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中要求維持相對(duì)穩(wěn)定的床壓（料層差壓）。
      根據(jù)不同的負(fù)荷保持不同的爐膛差壓和床壓，可以通過控制排渣(排灰)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
      DCS邏輯組態(tài)時(shí)，設(shè)置“爐膛差壓”為密相區(qū)上部壓力與爐膛出口壓力之差。根據(jù)調(diào)試實(shí)際情況，將“料層差壓”優(yōu)化成密相區(qū)上部壓力與密相區(qū)下部壓力(代替風(fēng)室壓力)之差，壓力變送器在爐膛兩側(cè)冗余對(duì)稱布置。由于循環(huán)流化床鍋爐一般是微正壓運(yùn)行，其煙風(fēng)系統(tǒng)的壓力取樣均配置了補(bǔ)償式防堵吹掃裝置，以免堵塞。
3.4、返料裝置
      返料裝置是循環(huán)流化床的關(guān)鍵部件，一旦返料裝置故障，將會(huì)造成爐內(nèi)循環(huán)物料不足，床溫難以控制甚至危及鍋爐的正常運(yùn)行。返料的關(guān)鍵是有足夠的料位高度，通過控制高壓流化風(fēng)量和循環(huán)倍率可實(shí)現(xiàn)對(duì)料位的控制。工程中兩側(cè)U閥設(shè)計(jì)了對(duì)稱布置的壓力變送器和耐磨熱電偶，測(cè)溫可監(jiān)視是否存在高溫結(jié)焦和二次燃燒，測(cè)壓保證分離器效率和循環(huán)物料高度。

3.5、爆燃和磨損問題
      循環(huán)流化床爐膛點(diǎn)*燃事故現(xiàn)象與煤粉爐類似，主要區(qū)別在于要求床溫**590C(調(diào)試確定)時(shí)才能投運(yùn)給煤機(jī)。排渣閥出口的高溫爐底渣和冷渣器水蒸汽作用時(shí)，可能產(chǎn)生水煤氣，要求冗余配置斷水保護(hù)和**溫報(bào)警信號(hào)預(yù)防事故發(fā)生。另外，冷渣器出口由于高溫、粉塵，工作環(huán)境惡劣，其高溫閘閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇氣動(dòng)或電動(dòng)也是需要進(jìn)一步探討的問題。
      相對(duì)煤粉爐來說，特殊的物料循環(huán)過程使磨損問題在循環(huán)流化床上顯得非常**，除增加爐管泄漏報(bào)警裝置監(jiān)視鍋爐本體外，對(duì)于一次測(cè)溫元件也需要選擇耐磨熱電偶。
3.6、其他現(xiàn)場(chǎng)故障處理措施
    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、調(diào)試情況，在此列舉一些儀表設(shè)備故障處理措施進(jìn)行交流。

3.6.1、液壓逆止閥電磁線圈續(xù)流保護(hù)
      汽機(jī)液壓逆止閥廠家供貨是雙線圈220VDC電磁鐵，其中關(guān)閥電磁鐵MZZ1-100A型(功率210W)，開閥電磁鐵MZZ6-60SG型(功率635 W )。按照常規(guī)續(xù)流二極管工N4001保護(hù)已不能滿足要求，需要耐壓等級(jí)較高的二極管，如ZP系列整流一極管。
3.6.2超聲波液位計(jì)安裝注意事項(xiàng)
      鄂爾多斯雙欣電廠一期工程地處北部干旱少雨，全廠循環(huán)水樸]工業(yè)水取自封閉清水池，因此需要監(jiān)視清水池液位?，F(xiàn)場(chǎng)安裝超聲波液位計(jì)時(shí)出現(xiàn)一直滿量程的現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)分析，超聲波液位計(jì)探頭基本被測(cè)量孔屏蔽，需要調(diào)整固定支架高度，避開盲區(qū)并保證**波夾角要求。
4、控制邏輯分析
4.1、現(xiàn)有電廠的設(shè)計(jì)模式
      當(dāng)前火力發(fā)電廠的建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)院一般不再參與DCS或PLC系統(tǒng)施工圖階段的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與軟硬件配置工作，只負(fù)責(zé)提供控制室電子設(shè)備間的布置、P&ID和I/O清冊(cè)，較終完成DCS或PLC的端子接線圖。這樣，控制策略、系統(tǒng)組態(tài)以及功能分配基本上由控制系統(tǒng)廠家確定。ft}此設(shè)計(jì)院如何抓住機(jī)遇，提高設(shè)計(jì)深度來擺脫系統(tǒng)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)配置、功能分配方面的桎桔，是值得每個(gè)設(shè)計(jì)人員深思的問題。
4.2、機(jī)爐聯(lián)鎖的探討
      機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要包括鍋爐主控和汽機(jī)土控兩種方式。一般將機(jī)組負(fù)荷指令以并行協(xié)調(diào)的方式轉(zhuǎn)化為對(duì)鍋爐燃料和風(fēng)量的控制，以保證合適的風(fēng)煤比。同時(shí)向汽輪控制系統(tǒng)發(fā)出機(jī)組負(fù)荷指令，實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)協(xié)調(diào)控制。

      現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員從循環(huán)流化床鍋爐熱慣性人的特性出發(fā)，甚至有相關(guān)電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，希望在停爐故障的時(shí)候汽機(jī)切換至手動(dòng)操作。這種單純考慮經(jīng)濟(jì)性的目的與保證系統(tǒng)可靠性、維護(hù)重要設(shè)備安全相矛盾，必須服從電叮生產(chǎn)“安全**”的方針。
4.3、風(fēng)機(jī)報(bào)警與聯(lián)鎖
      首先，MFT跳閘條件中，任何兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、高壓流化風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)全停都將啟動(dòng)MFT。據(jù)廠家資料，上述風(fēng)機(jī)的本體軸承溫度、定子線圈溫度和軸承振動(dòng)都設(shè)置了報(bào)警和跳閘值，但鑒于測(cè)量位置的特殊性，信號(hào)一般不能冗余配置，頻繁出現(xiàn)風(fēng)機(jī)跳閘現(xiàn)象。因此，需要分析影響風(fēng)機(jī)跳I}l的主要原因，既要符合《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的要求，保護(hù)設(shè)備安全，又要防止誤動(dòng)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
5、結(jié)束語
      實(shí)踐證明熱下控制和儀表設(shè)各滿足機(jī)組運(yùn)行要求，有助于循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)運(yùn)行優(yōu)化，達(dá)到降低經(jīng)濟(jì)成木和提高系統(tǒng)可靠性之目的。面對(duì)國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠建設(shè)的機(jī)遇，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用迫切需要完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提高其控制邏輯設(shè)計(jì)和管理水平，有效地解決工程應(yīng)用中存在的問題。
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