駱長(zhǎng)勇

[摘? ? 要]針對(duì)超超臨界循環(huán)流化床鍋爐儀表選型的問(wèn)題，在明確循環(huán)流化床鍋爐特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)壓力測(cè)量?jī)x表、溫度測(cè)量?jī)x表、儀控電纜、煙氣分析儀等設(shè)備在選型中的難點(diǎn)進(jìn)行了分析，并根據(jù)同類型機(jī)組工程經(jīng)驗(yàn)給出了選型建議。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐;超超臨界;儀表選型;現(xiàn)場(chǎng)總線

[中圖分類號(hào)]TM621.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–0–03

Research on the Selection of Instrument and Control System Equipments

for 660 MW Ultra Supercritical Fluidized Bed Boiler

Luo Chang-yong

[Abstract]Aiming at the difficulties in selecting instrument and control （I&C） system equipments in Ultra supercritical circulating fluidized bed boiler （CFB） unit，type selection of pressure measuring instrument，temperature measuring instrument，instrument control cable and flue gas analyzer are analized based on the characteristics of CFB boiler in this article，and type selection recommendation is gaven based on the engineering experience of the same type CFB units the author participated in.

[Keywords]CFB boiler; ultra supercritical; I&C equipments selection;fieldbus

循環(huán)流化床作為節(jié)能環(huán)保低碳的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，近30a來(lái)在我國(guó)得到快速發(fā)展和應(yīng)用。國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)神公司是全球循環(huán)流化床機(jī)組裝機(jī)容量最大的企業(yè)，擁有中溫中壓、高溫高壓、超高壓、亞臨界、超臨界各類型的循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)品和技術(shù)。公司聯(lián)合裝備企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)，匯聚各類技術(shù)專家，著眼于不同循環(huán)流化床機(jī)組在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保運(yùn)行水平的差異，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，推動(dòng)循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)向大型化、高參數(shù)、高負(fù)荷調(diào)節(jié)比、深度調(diào)峰和智能智慧方向邁進(jìn)。充分發(fā)揮技術(shù)研究院作用，進(jìn)一步挖掘循環(huán)流化床機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性、灰渣綜合利用、環(huán)保升級(jí)改造、深度節(jié)能等方面的潛能。

文章結(jié)合示范工程660 MW高效超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組配套的燃煤CFB鍋爐。工程采用高效超超臨界參數(shù)直流爐、循環(huán)流化床燃燒方式，一次中間再熱、單爐膛、帶外置床、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、設(shè)置緊急補(bǔ)水系統(tǒng)、采用帶循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)、燃煤鍋爐、半露天布置，運(yùn)轉(zhuǎn)層以下封閉，運(yùn)轉(zhuǎn)層以上敞開(kāi)，爐頂設(shè)輕型屋蓋，全鋼架結(jié)構(gòu)，同步設(shè)置爐內(nèi)煙氣SNCR脫硝。

1 超超臨界CFB鍋爐儀表選型特殊點(diǎn)

超超臨界CFB鍋爐運(yùn)行時(shí)，床料在燃燒室內(nèi)呈流化狀態(tài)進(jìn)行燃燒，未燃盡的床料通過(guò)旋風(fēng)分離器分離后再次送入燃燒室內(nèi)進(jìn)行二次燃燒。與普通的煤粉爐相比，CFB鍋爐的燃燒方式更為復(fù)雜。因此，超超臨界CFB鍋爐儀控設(shè)備的選型應(yīng)結(jié)合鍋爐結(jié)構(gòu)特性及運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展。儀控設(shè)備選型設(shè)計(jì)主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

1.1 儀表的防堵及防磨損設(shè)計(jì)

CFB鍋爐儀表的磨損主要發(fā)生在鍋爐內(nèi)固體濃度較高、流速較快的區(qū)域，包括燃燒室下部、旋風(fēng)分離器、返料裝置等區(qū)域。在此類區(qū)域附近設(shè)置的儀表長(zhǎng)期受到固體離子的沖刷，在正常運(yùn)行中其磨損程度均遠(yuǎn)高于其他區(qū)域的儀表。因此，在循環(huán)流化床鍋爐煙氣側(cè)測(cè)量?jī)x表的設(shè)置和選型方面需要進(jìn)行特殊考慮和設(shè)計(jì)，既要保證測(cè)量準(zhǔn)確還要保證儀表本身的防磨損。

由于CFB鍋爐為正壓鍋爐，正常運(yùn)行中壓力測(cè)點(diǎn)取樣管內(nèi)容易積累粉塵使得取樣管堵塞;因此，對(duì)于爐膛、煙道、返料裝置等部位設(shè)置的壓力及差壓測(cè)點(diǎn)需要設(shè)置相應(yīng)的防堵措施及定期吹掃裝置。

1.2 需增加設(shè)置的測(cè)點(diǎn)

CFB鍋爐與常規(guī)燃煤機(jī)組相比，循環(huán)燃燒的特性使得運(yùn)行時(shí)需要對(duì)高壓流化風(fēng)參數(shù)、旋風(fēng)分離器參數(shù)以及返料裝置參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，用于對(duì)爐膛燃燒狀況進(jìn)行控制。

同時(shí)，CFB鍋爐的脫硫反應(yīng)是在爐內(nèi)進(jìn)行的，通過(guò)在爐內(nèi)加入石灰石的方式進(jìn)行脫硫，在加入石灰石時(shí)需要精確控制其加入量以確保脫硫效果的同時(shí)降低運(yùn)行成本。因此，要對(duì)石灰石料倉(cāng)料位及給料量進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 不宜設(shè)置爐膛火焰電視

CFB鍋爐內(nèi)燃料是呈高速流化狀態(tài)進(jìn)行燃燒的，與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐有很明顯的區(qū)別，難以直接觀察到爐膛的燃燒情況，因此CFB鍋爐一般不設(shè)置火焰電視系統(tǒng)。

1.4 不宜設(shè)置爐管泄漏探測(cè)裝置

CFB鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中其噪聲較大，會(huì)嚴(yán)重干擾到爐管泄漏探測(cè)裝置的工作，使其難以判斷鍋爐爆管情況，因此不建議設(shè)置爐管泄漏探測(cè)裝置。

由以上工藝系統(tǒng)介紹可知，超超臨界循環(huán)流化床機(jī)組鍋爐汽水以及汽機(jī)側(cè)儀控設(shè)備的選型設(shè)計(jì)同超超臨界煤粉鍋爐區(qū)別不大，其特殊性主要體現(xiàn)在鍋爐本體以及常規(guī)煤粉鍋爐所沒(méi)有的相關(guān)系統(tǒng)上，其中又以床溫和床壓的控制為關(guān)鍵點(diǎn)。

提高床溫有利于煤中揮發(fā)物的析出，縮短燃盡時(shí)間，但床溫同時(shí)會(huì)受到灰熔點(diǎn)和最佳脫硫溫度的限制。因此，為了兼顧燃燒效率和脫硫效率，床溫一般控制在870～920 ℃。而床壓的高低不僅影響物料流化，也會(huì)造成鍋爐的結(jié)渣，正常運(yùn)行時(shí)床壓應(yīng)控制在7～8 kPa。對(duì)過(guò)程參數(shù)準(zhǔn)確的檢測(cè)是控制的先決條件，傳統(tǒng)的儀表選型方案往往只注重儀表的精度，測(cè)量范圍等參數(shù)，沒(méi)有考慮到CFB鍋爐復(fù)雜的內(nèi)部條件，導(dǎo)致儀表的使用壽命較短，文章根據(jù)超超臨界CFB鍋爐結(jié)構(gòu)和工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)儀表的選型進(jìn)行了針對(duì)性分析。

2 就地典型儀表選型原則

2.1 壓力測(cè)量裝置

就地壓力指示一般選用彈簧管壓力表，有腐蝕或易堵介質(zhì)壓力測(cè)量選用膜片隔離式壓力表。壓力表精度為±1.5 %。

壓力遠(yuǎn)傳選用壓力變送器，測(cè)量壓差或微壓力選用差壓變送器，精度為±0.075 %。

在機(jī)組運(yùn)行中，若爐膛壓力測(cè)點(diǎn)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，會(huì)造成測(cè)點(diǎn)顯示不準(zhǔn)確、廠用電量增加的情況，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成床料流化不良而使鍋爐結(jié)焦等不安全事件。

為了防止取樣管路堵塞，一般采取的方法是增加防堵取樣裝置，定期使用壓縮空氣對(duì)儀表管路進(jìn)行吹掃，這種安裝的方式基本可以防止堵塞。

2.2 溫度儀表選型原則

溫度儀表選型原則包括以下幾個(gè)方面：①就地溫度指示選用萬(wàn)向型抽芯式雙金屬溫度計(jì)。②溫度測(cè)量元件選用雙支型鎧裝熱電阻/熱電偶。③熱電阻選用Pt100、雙支三線制。④不采用電接點(diǎn)儀表用于報(bào)警、聯(lián)鎖、控制。

2.3 流量/液位儀表選型原則

流量、液位儀表選型原則包括以下幾方面：①流量測(cè)量元件優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（長(zhǎng)徑噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和孔板）。特殊情況下，或用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置不合適的場(chǎng)合，可選用插入式流量計(jì)等。②標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算、制造和驗(yàn)收。根據(jù)管道情況，合理選擇節(jié)流裝置的前后直管段。③就地液位指示選用磁翻板液位計(jì)。④液位儀表測(cè)量?jī)?yōu)先選用差壓式液位儀表，在特殊場(chǎng)合選用超聲波、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。⑤連續(xù)料位測(cè)量可選用超聲波料位計(jì)、雷達(dá)料位計(jì)、無(wú)源核子料位計(jì)。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用原則

鑒于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、汽機(jī)本體緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）、給水泵汽機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）、給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要，回路處理速度要求高，建議采用成熟的常規(guī)控制系統(tǒng)。

旁路控制系統(tǒng)采用常規(guī)控制方案。機(jī)組SOE點(diǎn)要求有1 ms的分辨率，建議仍采用硬接線方式接入常規(guī)DI卡或?qū)Ｓ肧OE卡。

用于影響機(jī)組安全運(yùn)行的主機(jī)和主要輔機(jī)的保護(hù)不納入總線控制，用于聯(lián)鎖保護(hù)的氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥、電磁閥不納入現(xiàn)場(chǎng)總線。由于主廠房?jī)?nèi)電磁閥控制的二位式氣動(dòng)閥門(mén)布置較為分散，如采用帶總線接口的閥島進(jìn)行控制不太合適，應(yīng)采用常規(guī)I/O方式接入DCS。

用于重要保護(hù)連鎖的開(kāi)關(guān)量?jī)x表，如壓力/差壓、液位、溫度等過(guò)程開(kāi)關(guān)不納入現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均考慮采用具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的設(shè)備，重要回路的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用冗余接口或常規(guī)硬接線方式。

調(diào)節(jié)型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于非重要回路的設(shè)備采用總線型式，用于重要回路的設(shè)備采用常規(guī)硬接線方式。

變送器均采用現(xiàn)場(chǎng)總線型智能變送器，重要系統(tǒng)的變送器，采用常規(guī)硬接線方式。

380 V電動(dòng)機(jī)及電氣開(kāi)關(guān)柜控制納入現(xiàn)場(chǎng)總線，重要對(duì)象（保安段）采用冗余接口。

在離主廠房較遠(yuǎn)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)比較集中的區(qū)域，如在爐頂壁溫區(qū)域、發(fā)電機(jī)本體溫度區(qū)域等溫度監(jiān)視密集區(qū)可采用遠(yuǎn)程I/O或智能前端接入DCS系統(tǒng)。

4 電纜橋架和電纜設(shè)計(jì)選型原則

主廠房及一般輔助車(chē)間儀控用電纜橋架全部采用鍍鋅鋼橋架。

主廠房控制電纜、計(jì)算機(jī)電纜、補(bǔ)償電纜采用阻燃型，高溫環(huán)境下敷設(shè)的電纜采用耐高溫電纜。

超超臨界CFB鍋爐電纜的選型原則與常規(guī)燃煤機(jī)組基本一致，應(yīng)注意的是耐高溫電纜的應(yīng)用范圍有所變化，文章對(duì)CFB鍋爐機(jī)組中耐高溫電纜的選取范圍進(jìn)行了分析總結(jié)，耐高溫電纜用于爐膛吹灰器、火檢探頭、床上/床下燃燒器點(diǎn)火柜、床下點(diǎn)火風(fēng)道執(zhí)行機(jī)構(gòu)、二次風(fēng)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、疏水罐液位開(kāi)關(guān)、管道層設(shè)備（如抽汽逆止閥、抽汽電動(dòng)門(mén)、抽汽溫度、抽汽管壁溫）、汽機(jī)本體及接線盒等。

對(duì)于電纜的具體型號(hào)、截面積以及芯數(shù)，需要根據(jù)不同的工程進(jìn)行實(shí)際選型。

不同電壓等級(jí)的儀表控制電纜分開(kāi)設(shè)置在不同層的電纜橋架中，或同層在電纜橋架中設(shè)置分隔板，同一根多芯電纜所傳輸?shù)男盘?hào)為同類信號(hào)。儀表控制電纜橋架主通道架空敷設(shè)。從就地控制柜和接線盒到就地儀表的電纜穿管敷設(shè)。

電纜通道按SDJ26—1989《發(fā)電廠、變電所電纜選擇與敷設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定設(shè)置電纜著火阻燃措施：對(duì)易遭受外部著火影響的架空敷設(shè)電纜，采取防護(hù)措施。如涂刷防火涂料，采用耐火隔板及槽盒等，減少電纜著火率。對(duì)電纜著火后易造成延燃的區(qū)段，采取分段隔離措施，盡可能縮小事故范圍，減少損失。如電纜隧道通往豎井處設(shè)防火門(mén)，用耐火材料封堵;電纜豎井，電纜貫穿樓板、墻孔及車(chē)間配電屏的電纜孔洞均用耐火隔板與軟性耐火材料嚴(yán)密封堵;廠區(qū)電纜溝進(jìn)入建筑物入口處設(shè)阻火隔墻等。

5 煙氣分析儀表配置

CEMS即煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠在線測(cè)量二氧化硫濃度、氮氧化物濃度、顆粒物濃度、含氧量等氣體參數(shù)。CEMS系統(tǒng)包括：采樣探頭、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、上位分析系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并留有與當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)的數(shù)據(jù)傳輸接口。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括SO2、煙塵、NOx等，附帶測(cè)量參數(shù)包括煙氣溫度、流量、壓力、含濕量、氧量等。

脫硫煙氣連續(xù)分析系統(tǒng)可采用稀釋法取樣分析或抽取法，滿足超低排放要求。脫硫出入口煙塵測(cè)量禁止采用激光對(duì)穿法測(cè)量，原煙氣煙塵測(cè)量可采用光散射法測(cè)量，凈煙氣煙塵測(cè)量可采用抽取加熱式或光散射加震蕩天平法測(cè)量。脫硫、脫硝CEMS系統(tǒng)必須滿足國(guó)家環(huán)保局和當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及電網(wǎng)公司的要求。

煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除參與脫硫、脫硝過(guò)程的控制外，還將保證在脫硫、脫硝系統(tǒng)運(yùn)行或停運(yùn)時(shí)均能分別對(duì)鍋爐的煙氣排放進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)論

超超臨界CFB鍋爐是目前電力行業(yè)研究的重點(diǎn)，由于其本體結(jié)構(gòu)、工藝系統(tǒng)配置與常規(guī)燃煤鍋爐相比較為復(fù)雜，因此儀表選型是工程中的難點(diǎn)。文章根據(jù)該類型鍋爐的實(shí)際結(jié)構(gòu)、工藝系統(tǒng)特點(diǎn)，并結(jié)合同類型機(jī)組工程實(shí)施的成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了該類型鍋爐儀表選型、電纜選型等設(shè)計(jì)特點(diǎn)和原則，為超超臨界循環(huán)流化床機(jī)組儀控設(shè)備投入率、運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面提供合理、可靠的儀控設(shè)備。

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