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循环流化床锅炉热工仪表与控制分析

 循环流化床锅炉热工仪表与控制分析
Analysis of Thermal Instruments and Control for CFB Boiler
1、引言
      循环流化床锅炉具有燃料迢应性强、低污染、便于调节的特点。随着当前节能环保要求的提高,其单元机组容量不断增加,在国内火力发电厂的应用也逐渐成熟起来。
      鄂尔多斯双欣电厂一期工程建设2X 135MW机组,采用济南锅炉集团公司440t/h循环流化床锅炉和哈尔滨汽轮机厂135MW凝汽式汽轮机。结合电厂按单元制运行的特点,采用以分散控制系统DCS为主,配以相适应的现场自动化仪表,对全厂机、炉、电包括机组公用系统,实现启动,停机和运行监视、控制以及保护等功能。
2、热工控制系统介绍
      2.1、控制为一案简介
      本期工程热土自动化设计采用机组DCS十辅助PLC的控制方案,其中机组部分采用新华控制工程XDPS-400+型DCS控制系统,并将锅炉本体温度、循环水泵房等测晕控制采用远程I/O的方式。化学水处理、综合水泵房、除灰、除渣等全厂辅助公用部分采用湖南湘计PLC控制系统,保证了电厂的可靠性和整体自动化控制水平的提高。控制系统构成如图1所示。
      2.2、控制系统特点
      循环流化床锅炉汽水系统的控制调节与煤粉炉基本相同,区别在于燃烧方式的不同,导致燃烧系统的控制调节具有其特殊性。
      2.2.1、汽水侧控制
       汽水侧控制对象主要是锅炉给水量、汽包水位、过热蒸汽和再热蒸汽的温度压力、给水和蒸汽品质等。汽水侧控制应与燃烧侧控制协调一致。
      2.2.2、烟气侧控制
       锅炉烟气侧控制对象主要是燃料系统、炉膛温度、床温、料层差压和炉膛差压、返料装置等。
       锅炉燃烧系统控制调节的基本原则是:按负荷要求调整给煤量;调煤的原则是加煤前先加风,减煤后再减风。按负荷、煤和氧量调节一、二次风总风量一次风保证物料流化和维持一定的物料循环量。通过凋整一、二次风比例控制炉膛温度,调整引风机开度控制炉膛出口的负压值。除常规锅炉的自动或联锁保护装置外,循环流化床锅炉还具有如下特点:
     (1)锅炉本体包括炉膛、水冷风室、旋风分离器、料腿、返料风室、空预器、引风机前烟道等分别装有烟风压力和温度、风量、氧量测点,以控制锅炉的燃烧过程。
      (2)对燃料量控制以满足锅炉负荷变化的要求。
      (3) CFB锅炉的重要控制对象就是床温和料层差压。通过控制一、二次风风量、入炉燃料量、入炉石灰石量调节炉内燃烧温度,达到蕞佳的脱硫效率与经济性能指标。打开或关闭排渣(排灰)阀控制料层差压及炉膛差压,满足燃烧要求。
      2.3、控制室和电子设备间布置
      设置“两机一控”集中控制室和电子设备间,集中控制室内不设BTG盘,全部实现计算机键盘+LCD监控。同时设置紧急操作台,少量紧急停炉、停机操作设备,提供启停或事故状态下必要的硬操作手段。根据厂区总体规划,结合适度物理分散配置的原则,达到减少电缆长度和敷设工作量的目的,将化水补水箱和辅助供热蒸汽系统DCS机柜布置在设备附近,循环水
泵房等机组公用系统采用DCS一体化远程I/O柜。
3、仪表设备选型和故障处理措施
       如上所述,循环流化床锅炉汽水系统运行工况的仪表设备故障也与煤粉炉基本相同。按照《火力发电厂热工自动化设计技术规定》,结合工程仪表设备选型、调试的实际情况,下面主要分析燃烧系统运行工况的特殊性及其故障处理方法。
  3.1、风量测量
      工艺系统设置一次风机、三次风机和高压流化风机。风机是循环流化锅炉的主要耗能设备,因此合理设计配风系统,对降低厂用电能有着重要的意义。
      锅炉采用平衡通风,一次风除流化床料,提供初级燃烧的空气外,还提供床下风道燃烧器点火、冷却的空气。播煤风取自热一次风,用来消除播煤口燃料集巾现象。热二次风上级至二次风环型风箱,补充助燃空气,下级至床上启动燃烧器,必要时作为维持床温的调节手段。称重式计量给煤机密封风取自空气预热器前冷二次风。单独设置高压流化风机实现物料循环,高压流化风和冷一次风管道之间设置联络风门。
      进入炉膛的各冷、热一次风,二次风,高压流化风以及播煤风,给煤机密封风工艺管道分别设计风量测量装置,并合理配置热电偶作为一次风流量的温度补偿,纳入MCS系统。
      实际运行中,当床下风道燃烧器点火时出现烟气反窜现象,致使膨胀节损坏。运行人员要求锅炉一次风入口加装热电偶保护膨胀节。经分析发现,运行人员为了防止主一次风过大引起熄火事故,启动床下风道燃烧器时强制关闭了主一次风流量调节阀(需要保持5%左右开度),致使烟气倒流。另外,由于风机出口振动大,安装温度测量仪表如双金属温度计或热电阻时需要采取合理防振措施。
3.2、床温控制
      维持正常的床温是循环流化床锅炉稳定运行的关键,本期工程布置12支耐磨热电偶在密相区下部和10支耐磨热电偶在密相区上部。
      床温的控制既要有利于脱硫效果,又要防止结焦。一次风量是影响床温的主要因素。当给煤量一定时,增加一次风量则床温下降,反之床温升高。还可以通过增加石英石返料量或石灰石输送量,提高循环物料量来降低床温,以及增加排渣量来升高床温。
      需要特别说明的是,DCS对所有温度保护跳闸信号都必须考虑品质鉴定和温升率限制功能,密相区内要求安装带有防磨套管的热电偶来监视温度,热电偶露出炉墙的长度取150-200mm。
3.3、炉膛差压和床压控制
      炉膛差压是反映炉膛内循环物料浓度的重要参数。炉内循环物料多,炉膛差压就大.锅炉负荷也越高,反之则小。测量炉膛差压可以间接反映循环物料浓度和返料装置工作是否正常。同样.循环流化床锅炉运行中要求维持相对稳定的床压(料层差压)。
      根据不同的负荷保持不同的炉膛差压和床压,可以通过控制排渣(排灰)阀进行调节。
      DCS逻辑组态时,设置“炉膛差压”为密相区上部压力与炉膛出口压力之差。根据调试实际情况,将“料层差压”优化成密相区上部压力与密相区下部压力(代替风室压力)之差,压力变送器在炉膛两侧冗余对称布置。由于循环流化床锅炉一般是微正压运行,其烟风系统的压力取样均配置了补偿式防堵吹扫装置,以免堵塞。
3.4、返料装置
      返料装置是循环流化床的关键部件,一旦返料装置故障,将会造成炉内循环物料不足,床温难以控制甚至危及锅炉的正常运行。返料的关键是有足够的料位高度,通过控制高压流化风量和循环倍率可实现对料位的控制。工程中两侧U阀设计了对称布置的压力变送器和耐磨热电偶,测温可监视是否存在高温结焦和二次燃烧,测压保证分离器效率和循环物料高度。
3.5、爆燃和磨损问题
      循环流化床炉膛点火爆燃事故现象与煤粉炉类似,主要区别在于要求床温高于590C(调试确定)时才能投运给煤机。排渣阀出口的高温炉底渣和冷渣器水蒸汽作用时,可能产生水煤气,要求冗余配置断水保护和超温报警信号预防事故发生。另外,冷渣器出口由于高温、粉尘,工作环境恶劣,其高温闸阀执行机构选择气动或电动也是需要进一步探讨的问题。
      相对煤粉炉来说,特殊的物料循环过程使磨损问题在循环流化床上显得非常突出,除增加炉管泄漏报警装置监视锅炉本体外,对于一次测温元件也需要选择耐磨热电偶。
3.6、其他现场故障处理措施
    根据现场运行、调试情况,在此列举一些仪表设备故障处理措施进行交流。
3.6.1、液压逆止阀电磁线圈续流保护
      汽机液压逆止阀厂家供货是双线圈220VDC电磁铁,其中关阀电磁铁MZZ1-100A型(功率210W),开阀电磁铁MZZ6-60SG型(功率635 W )。按照常规续流二极管工N4001保护已不能满足要求,需要耐压等级更高的二极管,如ZP系列整流一极管。
3.6.2超声波液位计安装注意事项
      鄂尔多斯双欣电厂一期工程地处北部干旱少雨,全厂循环水朴]工业水取自封闭清水池,因此需要监视清水池液位。现场安装超声波液位计时出现一直满量程的现象。经过现场分析,超声波液位计探头基本被测量孔屏蔽,需要调整固定支架高度,避开盲区并保证发射波夹角要求。
4、控制逻辑分析
4.1、现有电厂的设计模式
      当前火力发电厂的建设过程中,设计院一般不再参与DCS或PLC系统施工图阶段的网络构建与软硬件配置工作,只负责提供控制室电子设备间的布置、P&ID和I/O清册,蕞终完成DCS或PLC的端子接线图。这样,控制策略、系统组态以及功能分配基本上由控制系统厂家确定。ft}此设计院如何抓住机遇,提高设计深度来摆脱系统优化、网络配置、功能分配方面的桎桔,是值得每个设计人员深思的问题。
4.2、机炉联锁的探讨
      机炉协调控制系统主要包括锅炉主控和汽机土控两种方式。一般将机组负荷指令以并行协调的方式转化为对锅炉燃料和风量的控制,以保证合适的风煤比。同时向汽轮控制系统发出机组负荷指令,实现炉、机协调控制。
      现场运行人员从循环流化床锅炉热惯性人的特性出发,甚至有相关电厂运行经验,希望在停炉故障的时候汽机切换至手动操作。这种单纯考虑经济性的目的与保证系统可靠性、维护重要设备安全相矛盾,必须服从电叮生产“安全第一”的方针。
4.3、风机报警与联锁
      首先,MFT跳闸条件中,任何两台引风机、一次风机、高压流化风机、二次风机全停都将启动MFT。据厂家资料,上述风机的本体轴承温度、定子线圈温度和轴承振动都设置了报警和跳闸值,但鉴于测量位置的特殊性,信号一般不能冗余配置,频繁出现风机跳闸现象。因此,需要分析影响风机跳I}l的主要原因,既要符合《火力发电厂设计技术规程》的要求,保护设备安全,又要防止误动影响整个系统的稳定运行。
5、结束语

      实践证明热下控制和仪表设各满足机组运行要求,有助于循环流化床的设计运行优化,达到降低经济成木和提高系统可靠性之目的。面对国内火力发电厂建设的机遇,循环流化床燃烧技术的进一步发展应用迫切需要完善相关标准规范,提高其控制逻辑设计和管理水平,有效地解决工程应用中存在的问题。


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