摘 要：以東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司410 t/h循環(huán)流化床（CFB）鍋爐在河北熱電技改工程應(yīng)用為例，從測點配置、主保護(hù)設(shè)立及模擬量控制方面分析了循環(huán)流化床鍋爐熱工控制系統(tǒng)的特點及存在的問題。
關(guān)鍵詞：CFB鍋爐；配置；特點
1機(jī)組概況
河北熱電技改工程安裝4×410 t/h循環(huán)流化床（CFB）鍋爐和2×200 MW 汽輪機(jī)，鍋爐由東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)由德國ALSTOM公司生產(chǎn)，汽輪機(jī)為CC200/1508.83/0.98/0.16型聯(lián)合供熱式汽輪機(jī)。機(jī)組采用兩爐一機(jī)母管制運(yùn)行方式。
鍋爐采用平衡通風(fēng)、半露天布置。單爐膛、單汽包、膜式水冷壁，雙絕熱旋風(fēng)分離器雙回料閥，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，固態(tài)排渣。鍋爐設(shè)計燃料為貧煤，采用2支床下＋4支床上點火啟動燃燒器，鍋爐配有2臺引風(fēng)機(jī)、2臺一次風(fēng)機(jī)、2臺二次風(fēng)機(jī)、2臺J閥風(fēng)機(jī)、2臺播煤風(fēng)機(jī)、4臺給煤機(jī)、1臺點火增壓風(fēng)機(jī)、4臺冷渣器。
鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)如下：
過熱蒸汽流量410 t/h
過熱蒸汽壓力9.81 MPa
過熱蒸汽溫度540 ℃
汽包壓力10.95 MPa
給水溫度220 ℃
燃燒空氣總量361 000 m3/h
床溫896 ℃
燃料消耗量46.93 t/h
鍋爐效率91.46%
2控制系統(tǒng)配置
控制系統(tǒng)采用美國西屋公司的OVATION分散控制系統(tǒng)。每單元（2臺鍋爐和1臺汽機(jī)）配置1個工程師站，1個歷史站，6個運(yùn)行操作員站。共設(shè)計有12面控制柜，其中：電源柜1個，直流繼電器柜9個，共有10對DPU（#1、#2 DPU為#23爐，#3、#4DPU為#24爐，#5、#6 DPU為除氧給水，#7、#8 DPU為汽機(jī)，#9、#10 DPU為電氣）。針式打印機(jī)3臺，噴墨打印機(jī)1臺，激光打印機(jī)1臺。
東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司410 t/h CFB鍋爐測點配置（不包含石灰石、吹灰、排渣）見表1。
CFB鍋爐熱力系統(tǒng)復(fù)雜，與常規(guī)煤粉鍋爐相比，其送引風(fēng)系統(tǒng)、二次風(fēng)系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)基本相同；一次風(fēng)系統(tǒng)與煤粉鍋爐有很大的區(qū)別，其主要作用是用于CFB料；增加了J閥風(fēng)系統(tǒng)、播煤風(fēng)系統(tǒng)、冷渣器、石灰石系統(tǒng)等。在沒有制粉系統(tǒng)的情況下，其測點配置是常規(guī)煤粉鍋爐的2倍多，這反映出CFB鍋爐需要監(jiān)視與控制的量很多，主要體現(xiàn)如下。
2.1溫度
CFB鍋爐安裝了大量溫度測點，有J閥壁溫、冷渣器床溫、進(jìn)出冷渣器的風(fēng)水及床溫、鍋爐床溫、播煤系統(tǒng)溫度等，CFB的顯著特點是用溫度監(jiān)視燃燒、排渣、物料再循環(huán)等系統(tǒng)的運(yùn)行情況。床溫是CFB鍋爐運(yùn)行*重要的指標(biāo)之一，床溫一般控制在850～900 ℃。如果布風(fēng)板上任一熱電偶顯示出低的溫度，則表明床料有可能已不再處于良好的流化狀態(tài)，床溫過高或過低都可能造成床料結(jié)焦,床溫對CFB鍋爐的**運(yùn)行和SO2的排放量至關(guān)重要。
2.2風(fēng)量
CFB鍋爐需要監(jiān)視的風(fēng)量很多：一次風(fēng)總風(fēng)量及各分支管的風(fēng)量、二次風(fēng)總風(fēng)量及各分支管的風(fēng)量、流化風(fēng)量、J閥各部位風(fēng)量、播煤風(fēng)量總量及各播煤管風(fēng)量、床下點火風(fēng)道旋轉(zhuǎn)風(fēng)和直流風(fēng)風(fēng)量、冷渣器各風(fēng)室風(fēng)量，這些風(fēng)量對CFB鍋爐的**穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。
2.3風(fēng)壓
CFB鍋爐除了需要監(jiān)視風(fēng)煙系統(tǒng)的壓力外，還需要監(jiān)視與控制床壓、J閥各部位風(fēng)壓、冷渣器各室風(fēng)壓、爐膛上中下部壓力等，以判斷燃燒、給煤、排渣、物料再循環(huán)等系統(tǒng)的運(yùn)行是否正常。
3常規(guī)儀表的配置
CFB鍋爐的主要監(jiān)視儀表有主汽壓、主汽溫、爐膛壓力、電接點汽包水位、汽包水位工業(yè)電視、爐膛火焰工業(yè)電視。
爐膛火焰電視在常規(guī)儀表的配置方面作用不大，可以取消。因為常規(guī)煤粉燃燒裝置會形成典型的火焰，而CFB爐膛內(nèi)的物料始終處于流化狀態(tài)，濃度較高，燃燒反應(yīng)充滿整個爐膛，不象煤粉爐那樣可以分清歸屬于某個燃燒器的火焰，CFB整個爐膛是一種渾濁狀態(tài)，不能從電視畫面了解整個爐膛的情況。另一個原因是：煤粉爐的火焰電視能反映出爐膛的燃燒狀況，在鍋爐滅火時火焰電視能給運(yùn)行人員準(zhǔn)確指示并做出判斷。但是CFB鍋爐在鍋爐跳閘的前后，爐膛燃燒狀況沒有明顯變化，因此爐膛工業(yè)電視對CFB鍋爐沒有很大的作用。
實際上CFB內(nèi)溫度分布均勻，爐膛徑向和軸向溫度波動很小，安裝于CFB鍋爐爐床及爐膛內(nèi)部適當(dāng)位置的熱電偶即可監(jiān)視爐膛內(nèi)的燃燒情況。
另外，位于床下的點火風(fēng)道有必要安裝火焰電視，監(jiān)視床下油槍的燃燒情況。如果沒有火焰電視監(jiān)視手段，運(yùn)行人員很難調(diào)整床下油槍的直流風(fēng)和旋轉(zhuǎn)風(fēng)控制火焰的形狀，若不能調(diào)整好火焰的形狀，火焰可能會緊貼點火風(fēng)道內(nèi)壁燃燒，往往造成點火風(fēng)道金屬外壁的超溫變形、澆筑料脫落以及用于監(jiān)視澆筑料溫度的S形熱電偶燒毀，因此有必要安裝床下油槍火焰電視，便于運(yùn)行人員監(jiān)視調(diào)整火焰燃燒情況。
4保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置特點
4.1床溫高于990 ℃
控制床溫是CFB鍋爐**穩(wěn)定運(yùn)行*重要的任務(wù)之一，床溫一般控制在850～900℃，不能高于900 ℃,原因有3個方面。
a. 當(dāng)溫度大于950 ℃時脫硫反應(yīng)CaO+SO2+0.5O2=CaSO4不能發(fā)生。若要取得*佳的脫硫效果，理想的床溫為840～900 ℃；
b. 空氣中的N2一般不會轉(zhuǎn)化為NOx，如果床溫太高就象煤粉爐（爐膛溫度大于1 450 ℃）那樣大量生成NOx；
c. 一般應(yīng)保證密相區(qū)溫度低于灰的初始變形溫度100～150 ℃或更多，床溫高于1 150 ℃可能造成灰的變形，導(dǎo)致床料結(jié)焦，損壞熱電偶套管、熱電偶和風(fēng)帽等造成嚴(yán)重事故。
床溫共有16點，均勻分布在床上密相區(qū)，保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計取各測點的平均值。如果任一測點與平均床溫相差大于168 ℃，則該測點在平均床溫中剔除，不參與平均床溫的運(yùn)算。
4.2平均床溫低于650 ℃且風(fēng)道點火器未投運(yùn)
床溫低于650 ℃停爐，是指鍋爐運(yùn)行過程中床溫下降，且2個風(fēng)道點火器都不能投運(yùn)來提高床溫，這不但增加燃料的不燃燒率，而且不能維持燃料的正常燃燒。焦炭的著火溫度為800 ℃，為此要求床溫控制不低于800 ℃。本項保護(hù)相當(dāng)于煤粉爐的滅火保護(hù)功能。
4.3爐膛風(fēng)室壓力高19 620 Pa，延時5 s
爐膛風(fēng)室壓力高意味著布風(fēng)板阻力大，可能的原因是鍋爐結(jié)焦，造成床料不能正常流化。鍋爐結(jié)焦是一個加速的過程，一點結(jié)焦將造成大面積結(jié)焦使布風(fēng)板阻力加大。同時爐膛風(fēng)室壓力高可能引起風(fēng)道和風(fēng)室振動。
4.42臺J閥風(fēng)機(jī)全停延時8 s
CFB鍋爐燃燒效率高，效率可達(dá)到97.5%～99.5%，主要是因為能實現(xiàn)燃料的多次循環(huán)燃燒，使可燃物燃盡，該鍋爐設(shè)計循環(huán)倍率為40,配備2臺99%的J閥風(fēng)機(jī)，1臺J閥風(fēng)機(jī)運(yùn)行就能保證J閥系統(tǒng)的正常工作。如果2臺J閥風(fēng)機(jī)全停，J閥失去流化風(fēng)，旋風(fēng)分離器分離出的料就不能返回爐膛，而在J閥內(nèi)積聚，并且可能在J閥內(nèi)繼續(xù)燃燒造成結(jié)焦。因此，該項保護(hù)的設(shè)置十分必要。
4.52臺播煤風(fēng)機(jī)全停，且播煤風(fēng)量<6 110 m3/h，延時60 s
鍋爐配備4臺給煤機(jī)，煤分為6個播煤口進(jìn)入爐膛，播煤風(fēng)由2臺播煤風(fēng)機(jī)或熱一次風(fēng)提供，正常運(yùn)行時由2臺播煤風(fēng)機(jī)提供播煤風(fēng)，在2臺播煤風(fēng)機(jī)全停情況下,可以由熱一次風(fēng)作為播煤風(fēng)，如果要2臺播煤風(fēng)機(jī)全停，且播煤風(fēng)量<6 110 m3/h，標(biāo)志著煤不能正常進(jìn)入爐膛，進(jìn)入爐膛的煤播灑也不均勻，引起床溫的不均衡。
4.6一次風(fēng)壓<5 kPa，一次風(fēng)量<52 000 m3/h
一次風(fēng)是床料流化的動力，如果由于一次風(fēng)壓和風(fēng)量不夠?qū)?dǎo)致床料流化**甚至不能流化，影響鍋爐的燃燒,勢必會導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦等嚴(yán)重后果。
4.7CFB鍋爐火檢保護(hù)系統(tǒng)及MFT的特點
該CFB鍋爐的燃料系統(tǒng)配置4臺給煤機(jī)、4支床上啟動點火油槍、2支床下風(fēng)道啟動點火油槍。2支床下風(fēng)道點火油槍布置在爐膛水冷風(fēng)室下部風(fēng)室前一次風(fēng)道內(nèi)。4支床上點火油槍分別布置在爐膛下部前、后墻，4臺給煤機(jī)的給煤分成6個給煤口布置在鍋爐前墻。采用輕油作為燃料。鍋爐啟動時首先使用床下油槍加熱床料，當(dāng)床溫加熱至550 ℃左右，再投入床上油槍繼續(xù)加熱，床溫上升到650 ℃時可以少量投煤，如果煤能燃燒床溫會迅速上升到800 ℃以上，此時就可以逐步停油槍。
每個油槍配有FORNEY可見光火焰檢測裝置，火檢探頭安裝在油槍尾部。由于CFB鍋爐的燃燒特點決定了沒有全爐膛滅火保護(hù)，因此煤火焰不配置火檢裝置。安裝于點火風(fēng)道的2個床下油槍火檢反應(yīng)靈敏，能準(zhǔn)確反應(yīng)火焰的燃燒情況；床上油槍的火檢受安裝位置、安裝探頭的套筒內(nèi)集灰和爐膛內(nèi)流化物料的遮擋因素影響，不能準(zhǔn)確反應(yīng)油火焰的燃燒情況，實際運(yùn)行中床上油火檢信號時有時無，只能靠強(qiáng)制火檢信號來投入油槍，給鍋爐的運(yùn)行帶來不**因素。針對這種情況,可從以下方面嘗試解決問題：一是床上油燃燒器安裝傾斜向下進(jìn)入爐膛，火焰受向上一次風(fēng)的影響一定不會按原來的方向燃燒而是向上漂移，火檢探頭只是檢測到火焰的尾部，不能檢測到火焰的中心，因此可以把火檢探頭的安裝位置上移，使其檢測的范圍對準(zhǔn)火焰燃燒強(qiáng)度*大的部位。二是采用紫外線火檢探頭。現(xiàn)在河北熱電技改工程采用FORNEY公司的IDDII型火檢裝置，該類型火檢適用于重油、煤和褐煤火焰可見光的檢測，如果采用適用于輕油或燃?xì)獾淖贤饩€探頭，可能火檢的效果會好。三是增加探頭冷卻風(fēng)的流量和壓力，確保灰渣不能進(jìn)入探頭安裝套筒內(nèi)阻擋探頭視線。
常規(guī)煤粉爐在鍋爐停爐保護(hù)動作后，為防止?fàn)t膛爆燃，會立刻切斷進(jìn)入爐膛的所有燃料；CFB鍋爐在MFT動作后，雖然燃料被立刻中斷，但是爐膛內(nèi)依然有大量燃料存在，還會繼續(xù)燃燒，不是真正意義的鍋爐滅火。CFB鍋爐的這種特性決定了其的可以采用熱態(tài)啟動方式啟動或采用壓火方式正常停爐便于鍋爐的快速啟動的特性。
5模擬量控制系統(tǒng)的特點
CFB鍋爐是一個多變量、相關(guān)聯(lián)、非線性、時變和分布參數(shù)的控制對象，其各控制參數(shù)之間存在著較為復(fù)雜的耦合關(guān)系，一個變量的變化，會影響幾個參數(shù)變化，這就增加了控制的難度。主要表現(xiàn)在鍋爐燃料、風(fēng)量、爐床溫度、爐床壓力和爐膛壓力控制比較困難，調(diào)節(jié)品質(zhì)較差，尤其是在負(fù)荷變化時或某一重要輔機(jī)故障導(dǎo)致鍋爐燃燒極不穩(wěn)定，床溫波動較大、易結(jié)焦，*終可能導(dǎo)致停爐。
5.1床溫控制系統(tǒng)
CFB一般將床溫控制在850～900 ℃，這個溫度范圍是*佳脫硫、脫硝的范圍，床溫過低使鍋爐燃燒效率下降，床溫過高則會造成NOx及SOx排放增多，污染環(huán)境，甚至造成床料結(jié)焦，影響設(shè)備**運(yùn)行。主要的調(diào)節(jié)手段是改變通過布風(fēng)板流化風(fēng)量的大小調(diào)節(jié)床溫。
5.2鍋爐床壓控制
床壓控制的目的是控制燃燒室內(nèi)床料的數(shù)量，燃燒室內(nèi)床料的數(shù)量直接正比于床壓，床壓對床溫和傳熱率都有直接影響；另外，它還影響到SO2脫除率。鍋爐床壓通過調(diào)節(jié)到冷渣器的排渣量來控制床料的高度，床壓可以通過冷渣器連續(xù)排渣和間斷排渣2種方式調(diào)節(jié)。該鍋爐配有4臺冷渣器，正常情況2臺運(yùn)行即可滿足床壓調(diào)整的需要。
5.3鍋爐SO2控制
CFB鍋爐能適應(yīng)各種劣質(zhì)煤的燃燒，適用范圍很廣，尤其是適應(yīng)那些燃燒含硫量大和含熱量小的煤。但是，燃料在燃燒過程中釋放出的大量SO2、NOx等，如果這些含硫量大的煤在燃燒過程中投入一定比例的石灰石，燃燒生成的SO2在合適的溫度下與石灰石發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO4，而不是直接排入大氣，這樣就會減少對環(huán)境的污染，所以CFB鍋爐的燃燒稱為一種潔凈的燃燒方式。根據(jù)給煤量和煙氣中SO2的含量，調(diào)節(jié)2個石灰石旋轉(zhuǎn)閥的開度，控制煙氣中SO2排放量。
6運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的問題
a. 監(jiān)視爐膛壓力、床壓、冷渣器壓力等的測點很多，因為CFB鍋爐為正壓運(yùn)行，這些測點極易堵塞，保證這些壓力測點的吹掃裝置正常運(yùn)行非常重要，因此，對壓力測點吹掃裝置要進(jìn)行及時維護(hù)和檢修，保證其正常運(yùn)行和壓力信號測量的準(zhǔn)確。
b. 鍋爐床溫和冷渣器床溫測量熱電偶容易損壞，其使用壽命在2月到1 a。原因有產(chǎn)品質(zhì)量、安裝等諸多方面：床料磨損造成套筒損壞；熱電偶本身質(zhì)量問題；風(fēng)帽安裝位置不合適造成流化風(fēng)直吹熱電偶跟部；由于熱電偶安裝穿過底部風(fēng)道，風(fēng)道受熱變形，損壞熱電偶，甚至熱電偶芯不能抽出。
