循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展趨勢及控制設(shè)計

1、大型循環(huán)流化床鍋爐的儀表與控制系統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐具有高效、低污染、低本錢等的特點，在目前被廣泛的看好。1996年，華電內(nèi)江高壩電廠從芬蘭引進(jìn)的第一臺100MW機(jī)組，2002年分宜電廠投產(chǎn)的國產(chǎn)第一臺100MW，到2006年四川白馬電廠引進(jìn)的第一臺300MW機(jī)組，再到2006年底國產(chǎn)第一臺300MW機(jī)組的相繼投產(chǎn)，在中國的市場在不斷擴(kuò)大。CFB鍋爐燃燒技術(shù)是煤干凈燃燒發(fā)電的核心技術(shù)之一。CFR電廠具有環(huán)保性能好、煤種適應(yīng)性廣、綜合利用性能好、優(yōu)越的調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大等顯著特點，是符合國家環(huán)保政策、產(chǎn)業(yè)政策和市場需求的電廠新技術(shù)。目前我國已掌握了135MWCFB電廠的制造和設(shè)計技術(shù)，已建和

2、在建同等容量的機(jī)組已有100多臺。300MW級CFB鍋爐電廠技術(shù)是我國十五國家重大技術(shù)裝備研制工程，該工程由原國家經(jīng)貿(mào)委立項，體制改革后變更為由國家開展和改革委員會高技術(shù)產(chǎn)業(yè)司負(fù)責(zé)。經(jīng)過研究論證和比選，國家最終決定采用技貿(mào)結(jié)合的方式對300MW魯奇型CFB鍋爐系統(tǒng)設(shè)計與制造采用技術(shù)引進(jìn)和消化吸收的方式最終形成自主設(shè)計、制造能力，盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商品化，從而縮短開發(fā)周期，推動我國發(fā)電設(shè)備技術(shù)進(jìn)步和優(yōu)化火電構(gòu)造，目前大型CFB已成為國內(nèi)電廠建立的熱門話題。中國電力工程參謀集團(tuán)公司承當(dāng)了對法國ALSTOM魯奇爐型鍋爐島系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)引進(jìn)相吸收消化工作，并在此根底上實現(xiàn)了CFB鍋爐系統(tǒng)的自主設(shè)計，成為國

3、內(nèi)唯一一家(包括下屬7個子公司)擁有法國ALSTOM公司200350MWCFB電廠系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)轉(zhuǎn)讓產(chǎn)權(quán)并具備獨立設(shè)計和審查大型CFB電廠能力的企業(yè)。魯奇型CFB鍋爐是國際上三大主流CFB技術(shù)之一，ALSTOM公司也是國際上兩大生產(chǎn)大型CFB鍋爐的廠家之一。200350MW等級的CFB鍋爐在國內(nèi)外的應(yīng)用實踐較少，法國普羅旺斯250MWCFB電廠是世界首臺該爐型電廠并已成功投運近l0a。四川白馬工程是ALSTOM公司在世界范圍內(nèi)第1臺300MW級CFB鍋爐電廠，該工程已進(jìn)入設(shè)備安裝階段。在白馬1300MWCFB鍋爐示范電廠工程之后，我國正在進(jìn)展河北秦皇島、內(nèi)蒙古蒙西、云南巡檢司、云南小龍?zhí)兜纫慌?/p>

4、型CFB鍋爐電廠的前期工作，因此，對ALSTOM公司設(shè)計的儀表與控制系統(tǒng)方案進(jìn)展不斷完善相優(yōu)化，逐步形成自主設(shè)計能力勢在必行。CFR機(jī)組與常規(guī)煤粉爐機(jī)組相比，從控制策略和儀表檢測2個方面都有很大不同，鑒于大型CFB技術(shù)轉(zhuǎn)讓的知識產(chǎn)權(quán)要求，現(xiàn)僅就CFB機(jī)組儀表與控制系統(tǒng)的主要設(shè)計原那么進(jìn)展討論。一、大型CFB鍋爐儀表設(shè)計的特殊性目前，國外大型CFB鍋爐主要有兩大流派，一是以德國的LurgiLentjiesBabcock(LLB)、法國的Stein和ABB-CE等公司為代表的魯奇(Lurgi)派;二是以美國的FosterWheeler(FW)、芬蘭的ALSTROM(后者于1995年被前者兼并)等公

5、司為代表的FWPyropower派。大型CFB鍋爐的爐型主要有3種:德國Lurgi公司的Lurgi型、原芬蘭ALSTROM公司(現(xiàn)為美國FosterWheeler公司)的Pyroflow型和德國Babcock公司研制的Circofluid型。本文主要針對我國引進(jìn)的法國ALSTOM的Lurgi型鍋爐進(jìn)展研究。CFB鍋爐儀表與控制的設(shè)計范圍至少包括:鍋爐汽包、蒸發(fā)受熱面及其聯(lián)箱、省煤器、空氣預(yù)熱器、過熱器、再熱器、減溫器、旋風(fēng)別離器、密封槽、鍋爐布風(fēng)板及噴嘴、鍋爐點火系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)及助燃油系統(tǒng)、爐底灰冷卻器、外置床、錐形閥等鍋爐本體設(shè)備;鍋爐汽水系統(tǒng);一次風(fēng)、二次風(fēng)系統(tǒng);密封風(fēng)系統(tǒng);高壓流化風(fēng)系統(tǒng)

6、;鍋爐煙氣系統(tǒng);鍋爐灰系統(tǒng);石灰石破碎及輸送系統(tǒng);輸煤設(shè)備及系統(tǒng);除灰渣設(shè)備及系統(tǒng)等。國內(nèi)300MW亞臨界、600MW亞臨界/超臨界常規(guī)煤粉爐的儀表與控制系統(tǒng)設(shè)計與選型都已非常成熟，而300MW級的CFB鍋爐與常規(guī)煤粉爐相比在儀表設(shè)計與選型方面具有一定的特殊性和難點。儀表與控制設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)CFB鍋爐本體的構(gòu)造特點、工藝系統(tǒng)設(shè)計要求和鍋爐運行方式等進(jìn)展檢測儀表的設(shè)計與選型，要注意選用技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、有成熟應(yīng)用業(yè)績的設(shè)備和元器件。CFB鍋爐的過程測量儀表除滿足常規(guī)要求外，還應(yīng)考慮以下幾方面的特殊性。CFB鍋爐的工藝流程和被測介質(zhì)的要求決定了其一次檢測元件及儀表的選型必須考慮防堵和耐磨。例如用

7、于爐膛、床料循環(huán)系統(tǒng)、石灰石、熱風(fēng)或煙道的壓力、差壓等測量儀表應(yīng)采取有效的防堵措施，必要時應(yīng)加裝吹掃裝置，吹掃氣源可來自電廠內(nèi)儀表用壓縮空氣。CFB床溫測量信號是床溫控制的重要參數(shù)，要求在爐膛燃燒室內(nèi)密相區(qū)分層布置多支熱電偶，并將多個測量值進(jìn)展綜合運算后得出床溫信號，床溫?zé)犭娕紤?yīng)選用穩(wěn)定性好、反響靈敏、耐磨、維護(hù)量小的檢測元件。 與常規(guī)煤粉爐相比，熱工檢測除應(yīng)增加CFB鍋爐床溫和床壓的測量外，還應(yīng)增加流化風(fēng)壓力、流量和溫度檢測，石灰石料倉料位及給料量檢測，旋風(fēng)別離器溫度和壓力檢測，冷渣器溫度、壓力和冷卻水流量檢測，風(fēng)量檢測，密封回料器溫度和壓力檢測及用于爐膛燃燒和脫硫控制等的檢測。CFB鍋爐系

8、統(tǒng)的風(fēng)量測量儀表是CFB的重要檢測儀表之一，包括一次風(fēng)、二次風(fēng)和流化風(fēng)的母管和支管風(fēng)量測量。白馬1300MWCFB示范電廠風(fēng)量測量儀表近40支，選用了插入式測量裝置，滿量程測量精度可到達(dá)1%。目前阿牛巴、威力巴及德國的易它巴(ITAB)測量儀表的測量原理根本一樣且都能滿足CFB鍋爐風(fēng)量測量要求，具體工程實施時應(yīng)通過招標(biāo)方式擇優(yōu)選擇。汽包水位是CFB鍋爐啟動和運行的重要監(jiān)視參數(shù)之一，應(yīng)設(shè)置汽包雙側(cè)水位工業(yè)電視攝像探頭，并單獨設(shè)置彩色監(jiān)視器布置在機(jī)組集中控制室內(nèi)便于運行人員監(jiān)視。為到達(dá)良好的脫硫和脫硝效果，滿足環(huán)保要求，CFB鍋爐爐膛燃燒室溫度應(yīng)控制在850-900，實現(xiàn)中溫穩(wěn)定燃燒。根據(jù)法國AL

9、STOM公司有關(guān)資料，在鈣/硫為1.5時脫硫效率能到達(dá)90%，脫硝后NOx的體積分?jǐn)?shù)能到達(dá)(l00-300)l0-6，完全能滿足我國國家標(biāo)準(zhǔn)GBl3223-2003?火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?的要求。CFB鍋爐機(jī)組設(shè)置的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)的測量工程包括NOx、S02、CO及粉塵濃度等，其中S02信號通過硬接線接入機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)的模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制石灰石給料量從而控制脫硫效率，其余測量結(jié)果可通過通信方式接入DCS，在單元控制室指示及記錄。同時，煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的信號接口還應(yīng)能滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保檢測站的要求。CFB鍋爐爐膛物料的燃燒是高速流化狀態(tài)的，燃燒方式與常規(guī)煤粉爐有很大區(qū)別

10、，所觀察到的爐膛火焰并不明顯，因此一般建議不設(shè)置爐膛火焰監(jiān)視工業(yè)電視系統(tǒng)。CFB鍋爐爐膛燃燒的噪音相對較大，國內(nèi)在煤粉爐上設(shè)置的爐管泄漏檢測裝置大多采用聲波導(dǎo)入原理，根據(jù)法國ALSTOM公司設(shè)計師的經(jīng)歷和目前135MWCFB鍋爐的運行經(jīng)歷，建議不設(shè)CFB鍋爐爐管泄漏檢測裝置。爐膛構(gòu)造和運行方式的不同決定了CFB鍋爐燃燒器與煤粉爐燃燒器存在很大區(qū)別。CFB鍋爐的風(fēng)道燃燒器和床上燃燒器應(yīng)裝設(shè)火焰檢測裝置，床槍不設(shè)火焰檢測裝置。隨CFB鍋爐本體成套提供的風(fēng)道燃燒器設(shè)備應(yīng)包括油槍、點火槍、伸進(jìn)和退出裝置、高能點火器、就地點火控制箱等現(xiàn)場儀表設(shè)備。CFB鍋爐的火焰檢測裝置數(shù)量比煤粉爐的數(shù)量要少，火焰檢測

11、冷卻風(fēng)也無需設(shè)置專門的冷卻風(fēng)機(jī)。由于國內(nèi)幾大鍋爐廠早期分別引進(jìn)過100MW級CFB鍋爐不同技術(shù)流派的爐型，國內(nèi)建立投運的中、小型CFB電廠五花八門。本次ALSTOM公司300MW級CFB魯奇爐型的制造與系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)轉(zhuǎn)讓期限為15a，且屬于中國市場獨家轉(zhuǎn)讓。在國家開展和改革委員會統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，于2003年底至2004年，由東方、上海、哈爾濱三大鍋爐制造集團(tuán)和中國電力工程參謀集團(tuán)公司共同承當(dāng)300MWCFR鍋爐制造與系統(tǒng)技術(shù)引進(jìn)和消化吸收工作。為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計院與鍋爐制造廠商的接口工作，建議設(shè)計院和制造廠之間的設(shè)計界面在依據(jù)國內(nèi)電力市場慣例劃分的根底上，按鍋爐系統(tǒng)設(shè)計的一次檢測元件和儀表、控制系統(tǒng)應(yīng)由設(shè)計

12、院設(shè)計方案，由業(yè)主招標(biāo)采購的原那么進(jìn)展。但CFB鍋爐本體制造商應(yīng)提供監(jiān)控和性能試驗所必需的壓力、差壓、液位測點開孔，并提供相應(yīng)一次儀表閥門、門前脈沖管、必需的空氣過濾減壓閥等附件。原那么上建議CFB鍋爐制造商僅成套提供就地顯示儀表，包括彈簧管壓力表、雙金屬溫度計、就地風(fēng)量指示儀、汽包雙色水位計、鍋爐平安控制閥(PCV)就地控制裝置、空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整控制裝置、空氣預(yù)熱器著火監(jiān)測報警裝置等。二、大型CFB鍋爐的控制方式和控制水平CFB鍋爐系統(tǒng)自動控制的設(shè)計應(yīng)包括一次檢測元件及儀表配置、控制系統(tǒng)配置與功能、主輔機(jī)可控性、控制室布置及運行管理模式等方面?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計原那么應(yīng)遵循平安可靠、先進(jìn)適用、

13、符合國情的原那么。 CFB鍋爐機(jī)組的控制設(shè)計水平應(yīng)不低于一樣容量常規(guī)煤粉爐機(jī)組的監(jiān)控水平，應(yīng)采用CFB鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)一變壓器組組成的單元集中控制方式，根據(jù)不同工程的實際建立規(guī)?？刹捎?臺機(jī)組設(shè)1個集中控制室、2臺機(jī)組合設(shè)1個集中控制室或多臺機(jī)組合設(shè)1個集中控制室的布置方案，在集中控制室內(nèi)實現(xiàn)單元機(jī)組的爐、機(jī)、電全能值班運行管理模式。采用DCS作為機(jī)組的核心控制系統(tǒng)，以操作員站和鍵盤等人機(jī)界面作為監(jiān)視和控制中心，實現(xiàn)CFB鍋爐機(jī)組的爐、機(jī)、電統(tǒng)一集中監(jiān)控，滿足機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)啟動方式，正常運行工況(帶根本負(fù)荷或調(diào)峰)，事故處理工況，平安停機(jī)及機(jī)組快速減負(fù)荷(RUNBACK)的需

14、要。CFB鍋爐機(jī)組DCS對工藝系統(tǒng)實現(xiàn)集中監(jiān)控，完成數(shù)據(jù)采集和處理(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)及爐膛平安監(jiān)控(FSSS)功能。CFB鍋爐機(jī)組DCS的設(shè)計采用功能和物理分散的總體原那么，控制網(wǎng)絡(luò)按分級、分組構(gòu)造配置，即在垂直方向分層或分級，水平方向分組。DCS重要的控制器、通信網(wǎng)絡(luò)、I/O通道應(yīng)采用冗余設(shè)計以滿足系統(tǒng)平安可靠運行的需要。CFB鍋爐采用DCS對其工藝系統(tǒng)實現(xiàn)集中監(jiān)控后尚需設(shè)置必要的后備手操。后備手操是指獨立于DCS軟手操之外的后備硬操作。當(dāng)DCS發(fā)生全局性或重大故障時，如DCS電源喪失、通信網(wǎng)絡(luò)故障、全部操作員站死機(jī)、重要控制器失去控制和保護(hù)功能等，為確保C

15、FB鍋爐緊急平安停機(jī)，并結(jié)合鍋爐運行的實際特點，建議設(shè)置以下后備手操:鍋爐緊急跳閘、鍋爐平安門翻開、汽包事故放水門翻開、鍋爐汽包緊急補(bǔ)水泵啟動。三、大型CFB鍋爐的熱工調(diào)節(jié)設(shè)計熱工調(diào)節(jié)包括單沖量和多沖量的調(diào)節(jié)，CFB鍋爐模擬量調(diào)節(jié)由DCS實現(xiàn)，應(yīng)能滿足機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制的要求，參與電網(wǎng)一、二次調(diào)頻和調(diào)峰。CFB鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計要求對風(fēng)煤比、配風(fēng)比等回路進(jìn)展控制，實現(xiàn)CFB鍋爐穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的中溫燃燒并滿足環(huán)保脫硫、脫硝的要求。在控制策略上CFB鍋爐與常規(guī)煤粉爐有很大不同，如鍋爐主控，協(xié)調(diào)控制，給煤控制，總風(fēng)量控制，二次風(fēng)壓力、流量、溫度控制，一次風(fēng)壓力、流量、溫度控制，流化風(fēng)壓力、流量控制，床槍壓力

16、控制，爐膛壓力控制，一、二級噴水溫度控制，再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)，爐膛溫度、差壓調(diào)節(jié)，給水調(diào)節(jié)，空氣預(yù)熱器冷端溫度調(diào)節(jié)，旁路控制等均有不同的控制策略和調(diào)節(jié)回路，鑒于大型CFB技術(shù)轉(zhuǎn)讓的知識產(chǎn)權(quán)要求，在此不作詳細(xì)論述。四、大型CFB鍋爐的熱工聯(lián)鎖設(shè)計CFB鍋爐的熱工聯(lián)鎖應(yīng)能滿足機(jī)組啟動、停機(jī)、正常及異常工況下的控制要求，CFB鍋爐輔機(jī)聯(lián)鎖工程至少包括:風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、除塵器及引風(fēng)機(jī)在啟停和事故跳閘時的順序聯(lián)鎖;風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、除塵器之間的跳閘順序及與煙、風(fēng)道中有關(guān)閥門、擋板的啟閉聯(lián)鎖;燃料系統(tǒng)的投入/切除及與風(fēng)道燃燒器、床上燃燒器和床槍之間的啟停順序及聯(lián)鎖;石灰石制備、輸送系統(tǒng)中各設(shè)備啟停順序及與

17、閥門、擋板之間的聯(lián)鎖;煤燃料制備、輸送系統(tǒng)中各設(shè)備啟停順序及與閥門、擋板之間的聯(lián)鎖;渣循環(huán)系統(tǒng)的相關(guān)冷渣器、密封回料器設(shè)備之間及相應(yīng)的煙、風(fēng)道中有關(guān)閥門、擋板之間的啟停順序及聯(lián)鎖等。五、大型CFB鍋爐的熱工保護(hù)設(shè)計CFB鍋爐爐膛平安監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)在DCS中實現(xiàn)，它包括以下主要功能:鍋爐吹掃;風(fēng)進(jìn)入爐膛的允許條件;燃料進(jìn)入爐膛的允許條件;主燃料跳閘;鍋爐跳閘。六、結(jié)語針對法國ALSTOM公司轉(zhuǎn)讓的魯奇(Lurgi)爐型技術(shù)就大型CFB鍋爐儀表與控制系統(tǒng)的主要設(shè)計原那么進(jìn)展了探討與研究，并論述了大型CFB鍋爐的儀表設(shè)置和檢測、調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖及保護(hù)功能的設(shè)計。目前在建的世界上第幾個大型CFB鍋爐(魯奇爐型)電廠工程四川白馬1300MWCFB工程預(yù)計2005年年底投運。相繼的大唐云南開遠(yuǎn)電廠、內(nèi)蒙古蒙西電廠、國電云南小龍?zhí)峨姀S三期、華電云南巡檢司電廠、河北秦皇島電廠、淮