鄭 韜

(武漢凱迪電力環(huán)保有限公司，湖北 武漢 430071)

由于化石燃料過(guò)度開(kāi)采、全球氣候變化等原因，越來(lái)越多的國(guó)家正積極開(kāi)發(fā)新的替代能源。生物質(zhì)作為可替代部分石油和煤炭的清潔能源而得到重視，生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在全球諸多國(guó)家得到了較為廣泛的應(yīng)用。

循環(huán)流化床鍋爐是目前生物質(zhì)直燃鍋爐中較為常用的爐型，燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中通常會(huì)遇見(jiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是爐膛底部經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，爆燃產(chǎn)生的高壓導(dǎo)致高溫?zé)熁鸱锤Z至給料系統(tǒng)，使鍋爐存在嚴(yán)重的安全隱患。產(chǎn)生爆燃的原因基本概括為以下三點(diǎn)：第一，入爐的生物質(zhì)燃料含水量超標(biāo)，濕度大，進(jìn)入爐膛底部后未及時(shí)被吹起流化燃燒，燃料在底部堆積后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的高溫烘烤，水分蒸發(fā)，可燃揮發(fā)分析出，產(chǎn)生爆燃；第二，給料量突然增加，導(dǎo)致?tīng)t膛底部的燃料堆積，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的高溫烘烤突然爆燃；第三，爐膛流化不正常，局部結(jié)焦或者爐膛配風(fēng)不平衡，燃料入爐產(chǎn)生積壓，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的高溫烘烤突然爆燃。

生物質(zhì)電廠針對(duì)鍋爐爆燃問(wèn)題的傳統(tǒng)應(yīng)對(duì)方法是依靠運(yùn)行操作人員實(shí)時(shí)觀察給料系統(tǒng)是否有明顯的煙火反竄情況來(lái)采取相關(guān)措施。即出現(xiàn)明顯的煙火反竄時(shí)，立即手動(dòng)停止給料系統(tǒng)，同時(shí)安排巡檢人員就地檢查給料系統(tǒng)，但沒(méi)有實(shí)質(zhì)的隔離高溫?zé)熁鹋c給料系統(tǒng)的措施。傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)方法有很大的滯后性、主觀性、危險(xiǎn)性及不確定性，對(duì)運(yùn)行人員的技能有很高的要求，精力消耗極大，同時(shí)為安全生產(chǎn)留下重大隱患。

1 技術(shù)領(lǐng)域

燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)料管一旦發(fā)生鍋爐正壓導(dǎo)致的高溫?zé)熁鸱锤Z就會(huì)發(fā)生重大事故，本文就是專門研究防止高溫?zé)熁鸱锤Z的措施。筆者在本公司下屬生物質(zhì)電廠的鍋爐進(jìn)料管上進(jìn)行了試驗(yàn)。這種防高溫?zé)熁鸱锤Z裝置，具體說(shuō)是一種燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐給料及安全燃燒的監(jiān)測(cè)與保護(hù)裝置，屬于燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐給料與燃燒的安全監(jiān)測(cè)與保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

2 技術(shù)方案

為了更好地解決燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)料管高溫?zé)熁鸱锤Z的問(wèn)題，本文提出了一種燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)料管防高溫?zé)熁鸱锤Z裝置。它能在鍋爐發(fā)生爆燃的情況下，自動(dòng)將爐膛內(nèi)部的高溫?zé)熁鹋c給料系統(tǒng)進(jìn)行安全隔離，具有全程自動(dòng)化、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本文論述的技術(shù)方案如下所示。

燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)料管防高溫?zé)熁鸱锤Z裝置是在鍋爐上設(shè)有多個(gè)進(jìn)料管，每個(gè)進(jìn)料管上安裝有1個(gè)紅外測(cè)溫探頭，用于采集進(jìn)料管溫度信號(hào)。每個(gè)紅外測(cè)溫探頭的輸出端與信息處理模塊的輸入端相連接。信息處理模塊用于接收紅外測(cè)溫探頭采集的模擬信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并具備邏輯運(yùn)算、報(bào)警信號(hào)輸出和信息存儲(chǔ)能力。

信息處理模塊輸出端分別與氣動(dòng)閘閥、爐前給料機(jī)相連接。

紅外測(cè)溫探頭安裝在爐膛進(jìn)料管斜管段正上方預(yù)置的保護(hù)套筒內(nèi)。為了防止運(yùn)行過(guò)程中燃料粉塵在紅外測(cè)溫探頭上黏結(jié)，影響測(cè)量結(jié)果，現(xiàn)接一路壓縮空氣進(jìn)入保護(hù)套筒，對(duì)紅外測(cè)溫探頭進(jìn)行吹掃。保護(hù)套筒與紅外測(cè)溫探頭采用螺紋連接形式，便于紅外測(cè)溫探頭的安裝與檢修清理。

信息處理模塊為電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)，DCS系統(tǒng)接收紅外測(cè)溫探頭采集的模擬信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果所述的數(shù)字信號(hào)大于報(bào)警值，DCS系統(tǒng)則輸出報(bào)警信號(hào)。

氣動(dòng)閘閥安裝在進(jìn)料管豎直段，以及在撥料風(fēng)進(jìn)口、密封風(fēng)進(jìn)口的上端，以保證在氣動(dòng)閘閥關(guān)閉的狀態(tài)下，沒(méi)有高溫?zé)熁?、撥料風(fēng)或密封風(fēng)倒流至給料系統(tǒng)。

3 有益效果

本方案在每個(gè)爐膛進(jìn)料管斜管段安裝紅外測(cè)溫探頭，用于實(shí)時(shí)采集進(jìn)料管斜管段的溫度信號(hào)。當(dāng)爐膛底部發(fā)生爆燃時(shí)，高溫?zé)熁鸱锤Z入進(jìn)料管，使進(jìn)料管斜管段內(nèi)溫度急劇升高，進(jìn)而使信號(hào)處理模塊接收到的溫度信號(hào)值超出預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，信號(hào)處理模塊自動(dòng)輸出兩路報(bào)警信號(hào)。

第一路信號(hào)是關(guān)閉對(duì)應(yīng)進(jìn)料管的氣動(dòng)閘閥。關(guān)閉氣動(dòng)閘閥可以快速隔離爆燃的高溫?zé)熁?，防止高溫?zé)熁鹨冀o料系統(tǒng)。第二路信號(hào)是關(guān)閉對(duì)應(yīng)進(jìn)料管的爐前給料機(jī)。停止?fàn)t前給料機(jī)能避免燃料的持續(xù)投入可能導(dǎo)致的更劇烈爆燃，同時(shí)可以防止燃料卡澀氣動(dòng)閘閥的閘板。

本裝置以最快速度消除高溫?zé)熁鸱锤Z對(duì)爐前給料系統(tǒng)的威脅，整個(gè)工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)、判斷、執(zhí)行全程自動(dòng)化，而且全程不需要電廠操作人員干預(yù)，為操作人員減輕了監(jiān)盤負(fù)擔(dān)，有利于鍋爐安全運(yùn)行。

4 實(shí)施方式

為了使本方案的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施案例，對(duì)本方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施案例僅用以解釋本技術(shù)方案，并不用于限定具體實(shí)施方式。

在本方案的優(yōu)選實(shí)施案例中，如圖1、圖2所示，在燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)料管防高溫?zé)熁鸱锤Z裝置中，鍋爐設(shè)置有多個(gè)進(jìn)料管100，每個(gè)進(jìn)料管100的斜管段安裝保護(hù)套筒101。用于采集進(jìn)料管100溫度信號(hào)的多個(gè)紅外測(cè)溫探頭200，每個(gè)紅外測(cè)溫探頭200的輸出端與信息處理模塊300的輸入端相連接。

圖1 本方案的優(yōu)選實(shí)施案例

圖2 本方案的優(yōu)選實(shí)施案例的具體應(yīng)用

信息處理模塊300用于接收紅外測(cè)溫探頭200采集的模擬信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行大小比較，如果轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)大于報(bào)警值，信息處理模塊300輸出報(bào)警信號(hào)。

信息處理模塊300輸出端分別與氣動(dòng)閘閥400、爐前給料機(jī)500相連接。

如圖1所示，紅外測(cè)溫探頭200安裝在爐膛進(jìn)料管100斜管段正上方預(yù)置的保護(hù)套筒101內(nèi)。

為了防止運(yùn)行過(guò)程中燃料粉塵在紅外測(cè)溫探頭200上黏結(jié)，影響測(cè)量結(jié)果，須接一路壓縮空氣102進(jìn)入保護(hù)套筒101，對(duì)紅外測(cè)溫探頭200進(jìn)行吹掃。保護(hù)套筒101與紅外測(cè)溫探頭200采用螺紋連接形式，便于紅外測(cè)溫探頭200的安裝與檢修清理。紅外測(cè)溫探頭200選用大測(cè)量范圍的型號(hào)。

在信息處理模塊300中預(yù)先設(shè)定進(jìn)料管溫度報(bào)警值，因?qū)嶋H運(yùn)行過(guò)程中，爆燃產(chǎn)生的高溫?zé)熁饻囟仍?00 ℃以上，為避免裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，報(bào)警值選300 ℃。

本方案在具體應(yīng)用時(shí)，如圖2所示，信息處理模塊300為電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)；DCS系統(tǒng)接收紅外測(cè)溫探頭200采集的模擬信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，當(dāng)所述的數(shù)字信號(hào)大于報(bào)警值時(shí)，DCS系統(tǒng)輸出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，電廠DCS系統(tǒng)還能將所有紅外探頭200采集到的溫度信號(hào)、氣動(dòng)閘閥400的狀態(tài)信號(hào)、爐前給料機(jī)500的狀態(tài)信號(hào)顯示在集控室操作臺(tái)的畫面上，便于運(yùn)行人員直觀、清晰地了解各個(gè)進(jìn)料口狀況。

氣動(dòng)閘閥400安裝在進(jìn)料管100豎直段，以及密封風(fēng)103、撥料風(fēng)104進(jìn)口的上端，以保證在氣動(dòng)閘閥400關(guān)閉的狀態(tài)下，沒(méi)有高溫?zé)熁稹⒚芊怙L(fēng)103或撥料風(fēng)104倒流至給料系統(tǒng)。

5 工作過(guò)程

信號(hào)處理模塊預(yù)先設(shè)定紅外測(cè)溫探頭的高溫報(bào)警值為300 ℃。當(dāng)鍋爐正常運(yùn)行不發(fā)生爆燃時(shí)，進(jìn)料管斜管段在生物質(zhì)燃料的流動(dòng)及密封風(fēng)、撥料風(fēng)的吹掃狀態(tài)下，紅外測(cè)溫探頭檢測(cè)到的溫度一般為30～70 ℃，即便密封風(fēng)、撥料風(fēng)采用熱風(fēng)，紅外測(cè)溫探頭檢測(cè)到的溫度一般為70～100 ℃，所以正常情況下進(jìn)料管斜管段溫度不會(huì)超過(guò)報(bào)警溫度值。

當(dāng)爐膛底部發(fā)生爆燃情況時(shí)，高溫?zé)熁鹪诒嫉母邏合路锤Z入進(jìn)料管，紅外測(cè)溫探頭檢測(cè)到的溫度信號(hào)值急劇升高，爆燃情況下的高溫?zé)熁饻囟纫话愀哂?50 ℃，信息處理模塊接收到大于高溫報(bào)警值(300 ℃)的溫度信號(hào)后，立即輸出兩路報(bào)警信號(hào)：第一路信號(hào)是關(guān)閉對(duì)應(yīng)進(jìn)料管的氣動(dòng)閘閥，第二路信號(hào)是關(guān)閉對(duì)應(yīng)進(jìn)料管的爐前給料機(jī)。關(guān)閉氣動(dòng)閘閥可以快速隔離爆燃的高溫?zé)熁穑乐垢邷責(zé)熁鸱锤Z引燃給料系統(tǒng)；停止?fàn)t前給料機(jī)能避免燃料的持續(xù)投入可能導(dǎo)致的更加劇烈的爆燃，同時(shí)可以防止燃料卡澀氣動(dòng)閘閥的閘板。本裝置以最快速度消除高溫?zé)熁鸱锤Z對(duì)爐前給料系統(tǒng)的威脅，為燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)料管防高溫?zé)熁鸱锤Z提供了優(yōu)秀的解決方案，整個(gè)工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)、判斷、執(zhí)行全程自動(dòng)化，為操作人員減輕了監(jiān)盤負(fù)擔(dān)，有利于鍋爐安全運(yùn)行。

6 結(jié)論

本文提出的技術(shù)方案成功地解決了燃生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)料管高溫?zé)熁鸱锤Z的問(wèn)題，能在鍋爐發(fā)生爆燃情況下，自動(dòng)將爐膛內(nèi)部的高溫?zé)熁鹋c給料系統(tǒng)進(jìn)行安全隔離，具有安全、全自動(dòng)、快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以在全國(guó)生物質(zhì)電廠推廣。