660MW超超临界循环流化床锅炉仪控设备选型研究

骆长勇

[摘    要]针对超超临界循环流化床锅炉仪表选型的问题，在明确循环流化床锅炉特点的基础上，对压力测量仪表、温度测量仪表、仪控电缆、煙气分析仪等设备在选型中的难点进行了分析，并根据同类型机组工程经验给出了选型建议。

[关键词]循环流化床锅炉;超超临界;仪表选型;现场总线

[中图分类号]TM621.2 [文献标志码]A [文章编号]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

循环流化床作为节能环保低碳的洁净煤发电技术，近30a来在我国得到快速发展和应用。国家能源集团国神公司是全球循环流化床机组装机容量最大的企业，拥有中温中压、高温高压、超高压、亚临界、超临界各类型的循环流化床锅炉产品和技术。公司联合装备企业和研发机构，汇聚各类技术专家，着眼于不同循环流化床机组在经济和环保运行水平的差异，发现问题、分析问题、解决问题，推动循环流化床发电技术向大型化、高参数、高负荷调节比、深度调峰和智能智慧方向迈进。充分发挥技术研究院作用，进一步挖掘循环流化床机组在经济性、灰渣综合利用、环保升级改造、深度节能等方面的潜能。

文章结合示范工程660 MW高效超超临界汽轮发电机组配套的燃煤CFB锅炉。工程采用高效超超临界参数直流炉、循环流化床燃烧方式，一次中间再热、单炉膛、带外置床、平衡通风、固态排渣、设置紧急补水系统、采用带循环泵启动系统、燃煤锅炉、半露天布置，运转层以下封闭，运转层以上敞开，炉顶设轻型屋盖，全钢架结构，同步设置炉内烟气SNCR脱硝。

1 超超临界CFB锅炉仪表选型特殊点

超超临界CFB锅炉运行时，床料在燃烧室内呈流化状态进行燃烧，未燃尽的床料通过旋风分离器分离后再次送入燃烧室内进行二次燃烧。与普通的煤粉炉相比，CFB锅炉的燃烧方式更为复杂。因此，超超临界CFB锅炉仪控设备的选型应结合锅炉结构特性及运行维护的经验开展。仪控设备选型设计主要应从以下几个方面进行考虑。

1.1 仪表的防堵及防磨损设计

CFB锅炉仪表的磨损主要发生在锅炉内固体浓度较高、流速较快的区域，包括燃烧室下部、旋风分离器、返料装置等区域。在此类区域附近设置的仪表长期受到固体离子的冲刷，在正常运行中其磨损程度均远高于其他区域的仪表。因此，在循环流化床锅炉烟气侧测量仪表的设置和选型方面需要进行特殊考虑和设计，既要保证测量准确还要保证仪表本身的防磨损。

由于CFB锅炉为正压锅炉，正常运行中压力测点取样管内容易积累粉尘使得取样管堵塞;因此，对于炉膛、烟道、返料装置等部位设置的压力及差压测点需要设置相应的防堵措施及定期吹扫装置。

1.2 需增加设置的测点

CFB锅炉与常规燃煤机组相比，循环燃烧的特性使得运行时需要对高压流化风参数、旋风分离器参数以及返料装置参数进行测量，用于对炉膛燃烧状况进行控制。

同时，CFB锅炉的脱硫反应是在炉内进行的，通过在炉内加入石灰石的方式进行脱硫，在加入石灰石时需要精确控制其加入量以确保脱硫效果的同时降低运行成本。因此，要对石灰石料仓料位及给料量进行检测。

1.3 不宜设置炉膛火焰电视

CFB锅炉内燃料是呈高速流化状态进行燃烧的，与传统的燃煤锅炉有很明显的区别，难以直接观察到炉膛的燃烧情况，因此CFB锅炉一般不设置火焰电视系统。

1.4 不宜设置炉管泄漏探测装置

CFB锅炉在运行过程中其噪声较大，会严重干扰到炉管泄漏探测装置的工作，使其难以判断锅炉爆管情况，因此不建议设置炉管泄漏探测装置。

由以上工艺系统介绍可知，超超临界循环流化床机组锅炉汽水以及汽机侧仪控设备的选型设计同超超临界煤粉锅炉区别不大，其特殊性主要体现在锅炉本体以及常规煤粉锅炉所没有的相关系统上，其中又以床温和床压的控制为关键点。

提高床温有利于煤中挥发物的析出，缩短燃尽时间，但床温同时会受到灰熔点和最佳脱硫温度的限制。因此，为了兼顾燃烧效率和脱硫效率，床温一般控制在870～920 ℃。而床压的高低不仅影响物料流化，也会造成锅炉的结渣，正常运行时床压应控制在7～8 kPa。对过程参数准确的检测是控制的先决条件，传统的仪表选型方案往往只注重仪表的精度，测量范围等参数，没有考虑到CFB锅炉复杂的内部条件，导致仪表的使用寿命较短，文章根据超超临界CFB锅炉结构和工艺系统的特点对仪表的选型进行了针对性分析。

2 就地典型仪表选型原则

2.1 压力测量装置

就地压力指示一般选用弹簧管压力表，有腐蚀或易堵介质压力测量选用膜片隔离式压力表。压力表精度为±1.5 %。

压力远传选用压力变送器，测量压差或微压力选用差压变送器，精度为±0.075 %。

在机组运行中，若炉膛压力测点发生堵塞现象，会造成测点显示不准确、厂用电量增加的情况，严重时还会造成床料流化不良而使锅炉结焦等不安全事件。

为了防止取样管路堵塞，一般采取的方法是增加防堵取样装置，定期使用压缩空气对仪表管路进行吹扫，这种安装的方式基本可以防止堵塞。

2.2 温度仪表选型原则

温度仪表选型原则包括以下几个方面：①就地温度指示选用万向型抽芯式双金属温度计。②温度测量元件选用双支型铠装热电阻/热电偶。③热电阻选用Pt100、双支三线制。④不采用电接点仪表用于报警、联锁、控制。

2.3 流量/液位仪表选型原则

流量、液位仪表选型原则包括以下几方面：①流量测量元件优先选用标准节流装置（长径喷嘴、标准喷嘴和孔板）。特殊情况下，或用标准节流装置不合适的场合，可选用插入式流量计等。②标准节流装置采用国际标准计算、制造和验收。根据管道情况，合理选择节流装置的前后直管段。③就地液位指示选用磁翻板液位计。④液位仪表测量优先选用差压式液位仪表，在特殊场合选用超声波、导波雷达液位计。⑤连续料位测量可选用超声波料位计、雷达料位计、无源核子料位计。

3 现场总线技术应用原则

鉴于炉膛安全监控系统（FSSS）、汽机数字电液控制系统（DEH）、汽机本体紧急跳闸系统（ETS）、给水泵汽机电液控制系统（MEH）、给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）对机组安全运行至关重要，回路处理速度要求高，建议采用成熟的常规控制系统。

旁路控制系统采用常规控制方案。机组SOE点要求有1 ms的分辨率，建议仍采用硬接线方式接入常规DI卡或专用SOE卡。

用于影响机组安全运行的主机和主要辅机的保护不纳入总线控制，用于联锁保护的气动开关阀、电磁阀不纳入现场总线。由于主厂房内电磁阀控制的二位式气动阀门布置较为分散，如采用带总线接口的阀岛进行控制不太合适，应采用常规I/O方式接入DCS。

用于重要保护连锁的开关量仪表，如压力/差压、液位、温度等过程开关不纳入现场总线系统。

电动执行机构均考虑采用具有现场总线接口的设备，重要回路的电动执行机构采用冗余接口或常规硬接线方式。

调节型气动执行机构，用于非重要回路的设备采用总线型式，用于重要回路的设备采用常规硬接线方式。

变送器均采用现场总线型智能变送器，重要系统的变送器，采用常规硬接线方式。

380 V电动机及电气开关柜控制纳入现场总线，重要对象（保安段）采用冗余接口。

在离主厂房较远或现场监测点比较集中的区域，如在炉顶壁温区域、发电机本体温度区域等温度监视密集区可采用远程I/O或智能前端接入DCS系统。

4 电缆桥架和电缆设计选型原则

主厂房及一般辅助车间仪控用电缆桥架全部采用镀锌钢桥架。

主厂房控制电缆、计算机电缆、补偿电缆采用阻燃型，高温环境下敷设的电缆采用耐高温电缆。

超超临界CFB锅炉电缆的选型原则与常规燃煤机组基本一致，应注意的是耐高温电缆的应用范围有所变化，文章对CFB锅炉机组中耐高温电缆的选取范围进行了分析总结，耐高温电缆用于炉膛吹灰器、火检探头、床上/床下燃烧器点火柜、床下点火风道执行机构、二次风门执行机构、疏水罐液位开关、管道层设备（如抽汽逆止阀、抽汽电动门、抽汽温度、抽汽管壁温）、汽机本体及接线盒等。

对于电缆的具体型号、截面积以及芯数，需要根据不同的工程进行实际选型。

不同电压等级的仪表控制电缆分开设置在不同层的电缆桥架中，或同层在电缆桥架中设置分隔板，同一根多芯电缆所传输的信号为同类信号。仪表控制电缆桥架主通道架空敷设。从就地控制柜和接线盒到就地仪表的电缆穿管敷设。

电缆通道按SDJ26—1989《发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程》规定设置电缆着火阻燃措施：对易遭受外部着火影响的架空敷设电缆，采取防护措施。如涂刷防火涂料，采用耐火隔板及槽盒等，减少电缆着火率。对电缆着火后易造成延燃的区段，采取分段隔离措施，尽可能缩小事故范围，减少损失。如电缆隧道通往竖井处设防火门，用耐火材料封堵;电缆竖井，电缆贯穿楼板、墙孔及车间配电屏的电缆孔洞均用耐火隔板与软性耐火材料严密封堵;厂区电缆沟进入建筑物入口处设阻火隔墙等。

5 烟气分析仪表配置

CEMS即烟气排放连续监测系统，能够在线测量二氧化硫浓度、氮氧化物浓度、颗粒物浓度、含氧量等气体参数。CEMS系统包括：采样探头、数据采集系统、上位分析系统等，数据采集系统并留有与当地环保部门的数据传输接口。监测项目包括SO2、烟尘、NOx等，附带测量参数包括烟气温度、流量、压力、含湿量、氧量等。

脱硫烟气连续分析系统可采用稀释法取样分析或抽取法，满足超低排放要求。脱硫出入口烟尘测量禁止采用激光对穿法测量，原烟气烟尘测量可采用光散射法测量，净烟气烟尘测量可采用抽取加热式或光散射加震荡天平法测量。脱硫、脱硝CEMS系统必须满足国家环保局和当地环保部门、行业标准及电网公司的要求。

烟气连续监测系统除参与脱硫、脱硝过程的控制外，还将保证在脱硫、脱硝系统运行或停运时均能分别对锅炉的烟气排放进行实时在线监测。

6 结论

超超临界CFB锅炉是目前电力行业研究的重点，由于其本体结构、工艺系统配置与常规燃煤锅炉相比较为复杂，因此仪表选型是工程中的难点。文章根据该类型锅炉的实际结构、工艺系统特点，并结合同类型机组工程实施的成功经验，总结出了该类型锅炉仪表选型、电缆选型等设计特点和原则，为超超临界循环流化床机组仪控设备投入率、运行可靠性和经济性等方面提供合理、可靠的仪控设备。

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