论文部分内容阅读
[摘 要]对循环流化床（CFB）锅炉的仪表与控制系统的主要设计原则进行了探讨与研究，并论述了循环流化床锅炉的测量仪表设置和检测、调节、联锁及保护功能的设计。
[关键词]循环流化床； 仪表； DCS
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0056-01
1、前言
循环流化床（CFB）锅炉燃烧技术是煤洁净燃烧发电的核心技术之一，具有环保性能好、煤种适应性广、综合利用性能好、优越的调峰经济性和负荷调节范围大等优点。CFB锅炉与常规煤粉炉相比，在仪表检测和控制系统方面有很大不同。
2、循环流化床锅炉仪表设计的特殊性
仪表与控制设计人员应根据CFB锅炉本体的结构特点、工艺系统设计要求和锅炉运行方式等进行检测仪表的设计与选型，要注意选用技术先进、质量可靠、有成熟应用业绩的设备和元器件。CFB锅炉的过程测量仪表除满足常规要求外，还应考虑以下几方面的特殊性。
2.1 仪表的防堵与耐磨设计
CFB锅炉的工艺流程和被测介质的要求决定了其一次检测元件及仪表的选型必须考虑防堵和耐磨。例如用于炉膛、床料循环系统、石灰石、热风或烟道的压力、差压等测量仪表应采取有效的防堵措施，必要时应加装吹扫装置，吹扫气源可来自电厂内仪表用压缩空气。
CFB床温测量信号是床温控制的重要参数，要求在炉膛燃烧室内密相区分层布置多支热电偶，并將多个测量值进行综合运算后得出床温信号，床温热电偶应选用稳定性好、反应灵敏、耐磨、维护量小的检测元件。
2.2 需增设的工艺检测仪表
与常规煤粉炉相比，热工检测除应增加CFB锅炉床温和床压的测量外，还应增加流化风压力、流量和温度检测，石灰石料仓料位及给料量检测，旋风分离器温度和压力检测，冷渣器温度、压力和冷却水流量检测，风量检测，密封回料器温度和压力检测及用于炉膛燃烧和脱硫控制等的检测。
2.3 设置汽包水位工业电视和烟气连续监测系统
汽包水位是CFB锅炉启动和运行的重要监视参数之一，应设置汽包双侧水位工业电视摄像探头。
为达到良好的脱硫和脱硝效果，满足环保要求，CFB锅炉炉膛燃烧室温度应控制在850-900℃，实现中温稳定燃烧。
CFB锅炉机组设置的烟气连续监测系统（CEMS）的测量项目包括NOx、S02、CO及粉尘浓度等，其中S02信号通过硬接线接入机组DCS的模拟量调节系统，控制石灰石给料量从而控制脱硫效率，其余测量结果可通过通信方式接入DCS，在单元控制室指示及记录。
2.4 不宜装设炉膛火焰监视工业电视系统
CFB锅炉炉膛物料的燃烧是高速流化状态的，燃烧方式与常规煤粉炉有很大区别，所观察到的炉膛火焰并不明显，因此一般不设置炉膛火焰监视工业电视系统。
2.5 不宜装设炉管泄漏检测装置
CFB锅炉炉膛燃烧的噪音相对较大，国内在煤粉炉上设置的炉管泄漏检测装置大多采用声波导入原理，根据目前CFB锅炉的运行经验，建议不设CFB锅炉炉管泄漏检测装置。
2.6 带点火装置的燃烧器应装设火焰检测装置
炉膛结构和运行方式的不同决定了CFB锅炉燃烧器与煤粉炉燃烧器存在很大区别。CFB锅炉的风道燃烧器和床上燃烧器应装设火焰检测装置，床枪不设火焰检测装置。随CFB锅炉本体成套提供的风道燃烧器设备应包括油枪、点火枪、伸进和退出装置、高能点火器、就地点火控制箱等现场仪表设备。CFB锅炉的火焰检测装置数量比煤粉炉的数量要少，火焰检测冷却风也无需设置专门的冷却风机。
2.7 系统设计方与锅炉本体制造商的接口原则
为规范设计院与锅炉制造厂商的接口工作，建议设计院和制造厂之间的设计界面在依据国内电力市场惯例划分的基础上，按锅炉系统设计的一次检测元件和仪表、控制系统应由设计院设计方案，由业主招标采购的原则进行。但CFB锅炉本体制造商应提供监控和性能试验所必需的压力、差压、液位测点开孔，并提供相应一次仪表阀门、门前脉冲管、必需的空气过滤减压阀等附件。
原则上建议CFB锅炉制造商仅成套提供就地显示仪表，包括弹簧管压力表、双金属温度计、就地风量指示仪、汽包双色水位计、锅炉安全控制阀（PCV）就地控制装置、空气预热器间隙调整控制装置、空气预热器着火监测报警装置等。
3、循环流化床锅炉的控制方式和控制水平
CFB锅炉系统自动控制的设计应包括一次检测元件及仪表配置、控制系统配置与功能、主辅机可控性、控制室布置及运行管理模式等方面。控制系统的设计原则应遵循“安全可靠、先进适用、符合国情”的原则。
3.1 控制方式
CFB锅炉机组的控制设计水平应不低于相同容量常规煤粉炉机组的监控水平，应采用CFB锅炉、汽轮机、发电机一变压器组组成的单元集中控制方式，根据不同工程的实际建设规模可采用1台机组设1个集中控制室、2台机组合设1个集中控制室或多台机组合设1个集中控制室的布置方案，在集中控制室内实现单元机组的炉、机、电全能值班运行管理模式。
3.2 控制系统
采用DCS作为机组的核心控制系统，以操作员站和键盘等人机界面作为监视和控制中心，实现CFB锅炉机组的炉、机、电统一集中监控，满足机组冷态、温态、热态、极热态启动方式，正常运行工况（带基本负荷或调峰），事故处理工况，安全停机及机组快速减负荷的需要。
CFB锅炉机组DCS对工艺系统实现集中监控，完成数据采集和处理（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）及炉膛安全监控（FSSS）功能。
CFB锅炉机组DCS的设计采用功能和物理分散的总体原则，控制网络按分级、分组结构配置，即在垂直方向分层或分级，水平方向分组。DCS重要的控制器、通信网络、I/O通道应采用冗余设计以满足系统安全可靠运行的需要。
3.3 控制系统的后备手操设置
CFB锅炉采用DCS对其工艺系统实现集中监控后尚需设置必要的后备手操。后备手操是指独立于DCS软手操之外的后备硬操作。
当DCS发生全局性或重大故障时，如DCS电源丧失、通信网络故障、全部操作员站死机、重要控制器失去控制和保护功能等，为确保CFB锅炉紧急安全停机，并结合锅炉运行的实际特点，建议设置下列后备手操：锅炉紧急跳闸、锅炉安全门打开、汽包事故放水门打开、锅炉汽包紧急补水泵启动。
4、循环流化床锅炉的热工调节设计
热工调节包括单冲量和多冲量的调节，CFB锅炉模拟量调节由DCS实现，应能满足机、炉协调控制的要求，参与电网一、二次调频和调峰。
CFB锅炉控制系统的设计要求对风煤比、配风比等回路进行控制，实现CFB锅炉稳定、经济的中温燃烧并满足环保脱硫、脱硝的要求。在控制策略上CFB锅炉与常规煤粉炉有很大不同，如锅炉主控，协调控制，给煤控制，总风量控制，二次风压力、流量、温度控制，一次风压力、流量、温度控制，流化风压力、流量控制，床枪压力控制，炉膛压力控制，一、二级喷水温度控制，再热蒸汽温度调节，炉膛温度、差压调节，给水调节，空气预热器冷端温度调节，旁路控制等均有不同的控制策略和调节回路。
5、循环流化床锅炉的热工联锁设计
CFB锅炉的热工联锁应能满足机组启动、停机、正常及异常工况下的控制要求，CFB锅炉辅机联锁项目至少包括：风机、空气预热器、除尘器及引风机在启停和事故跳闸时的顺序联锁；风机、空气预热器、除尘器之间的跳闸顺序及与烟、风道中有关阀门、挡板的启闭联锁；燃料系统的投入/切除及与风道燃烧器、床上燃烧器和床枪之间的启停顺序及联锁；石灰石制备、输送系统中各设备启停顺序及与阀门、挡板之间的联锁；煤燃料制备、输送系统中各设备启停顺序及与阀门、挡板之间的联锁；渣循环系统的相关冷渣器、密封回料器设备之间及相应的烟、风道中有关阀门、挡板之间的启停顺序及联锁等。
6、循环流化床锅炉的热工保护设计
CFB锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）在DCS中实现，它包括以下主要功能：锅炉吹扫；风进入炉膛的允许条件；燃料进入炉膛的允许条件；主燃料跳闸；锅炉跳闸。
[关键词]循环流化床； 仪表； DCS
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0056-01
1、前言
循环流化床（CFB）锅炉燃烧技术是煤洁净燃烧发电的核心技术之一，具有环保性能好、煤种适应性广、综合利用性能好、优越的调峰经济性和负荷调节范围大等优点。CFB锅炉与常规煤粉炉相比，在仪表检测和控制系统方面有很大不同。
2、循环流化床锅炉仪表设计的特殊性
仪表与控制设计人员应根据CFB锅炉本体的结构特点、工艺系统设计要求和锅炉运行方式等进行检测仪表的设计与选型，要注意选用技术先进、质量可靠、有成熟应用业绩的设备和元器件。CFB锅炉的过程测量仪表除满足常规要求外，还应考虑以下几方面的特殊性。
2.1 仪表的防堵与耐磨设计
CFB锅炉的工艺流程和被测介质的要求决定了其一次检测元件及仪表的选型必须考虑防堵和耐磨。例如用于炉膛、床料循环系统、石灰石、热风或烟道的压力、差压等测量仪表应采取有效的防堵措施，必要时应加装吹扫装置，吹扫气源可来自电厂内仪表用压缩空气。
CFB床温测量信号是床温控制的重要参数，要求在炉膛燃烧室内密相区分层布置多支热电偶，并將多个测量值进行综合运算后得出床温信号，床温热电偶应选用稳定性好、反应灵敏、耐磨、维护量小的检测元件。
2.2 需增设的工艺检测仪表
与常规煤粉炉相比，热工检测除应增加CFB锅炉床温和床压的测量外，还应增加流化风压力、流量和温度检测，石灰石料仓料位及给料量检测，旋风分离器温度和压力检测，冷渣器温度、压力和冷却水流量检测，风量检测，密封回料器温度和压力检测及用于炉膛燃烧和脱硫控制等的检测。
2.3 设置汽包水位工业电视和烟气连续监测系统
汽包水位是CFB锅炉启动和运行的重要监视参数之一，应设置汽包双侧水位工业电视摄像探头。
为达到良好的脱硫和脱硝效果，满足环保要求，CFB锅炉炉膛燃烧室温度应控制在850-900℃，实现中温稳定燃烧。
CFB锅炉机组设置的烟气连续监测系统（CEMS）的测量项目包括NOx、S02、CO及粉尘浓度等，其中S02信号通过硬接线接入机组DCS的模拟量调节系统，控制石灰石给料量从而控制脱硫效率，其余测量结果可通过通信方式接入DCS，在单元控制室指示及记录。
2.4 不宜装设炉膛火焰监视工业电视系统
CFB锅炉炉膛物料的燃烧是高速流化状态的，燃烧方式与常规煤粉炉有很大区别，所观察到的炉膛火焰并不明显，因此一般不设置炉膛火焰监视工业电视系统。
2.5 不宜装设炉管泄漏检测装置
CFB锅炉炉膛燃烧的噪音相对较大，国内在煤粉炉上设置的炉管泄漏检测装置大多采用声波导入原理，根据目前CFB锅炉的运行经验，建议不设CFB锅炉炉管泄漏检测装置。
2.6 带点火装置的燃烧器应装设火焰检测装置
炉膛结构和运行方式的不同决定了CFB锅炉燃烧器与煤粉炉燃烧器存在很大区别。CFB锅炉的风道燃烧器和床上燃烧器应装设火焰检测装置，床枪不设火焰检测装置。随CFB锅炉本体成套提供的风道燃烧器设备应包括油枪、点火枪、伸进和退出装置、高能点火器、就地点火控制箱等现场仪表设备。CFB锅炉的火焰检测装置数量比煤粉炉的数量要少，火焰检测冷却风也无需设置专门的冷却风机。
2.7 系统设计方与锅炉本体制造商的接口原则
为规范设计院与锅炉制造厂商的接口工作，建议设计院和制造厂之间的设计界面在依据国内电力市场惯例划分的基础上，按锅炉系统设计的一次检测元件和仪表、控制系统应由设计院设计方案，由业主招标采购的原则进行。但CFB锅炉本体制造商应提供监控和性能试验所必需的压力、差压、液位测点开孔，并提供相应一次仪表阀门、门前脉冲管、必需的空气过滤减压阀等附件。
原则上建议CFB锅炉制造商仅成套提供就地显示仪表，包括弹簧管压力表、双金属温度计、就地风量指示仪、汽包双色水位计、锅炉安全控制阀（PCV）就地控制装置、空气预热器间隙调整控制装置、空气预热器着火监测报警装置等。
3、循环流化床锅炉的控制方式和控制水平
CFB锅炉系统自动控制的设计应包括一次检测元件及仪表配置、控制系统配置与功能、主辅机可控性、控制室布置及运行管理模式等方面。控制系统的设计原则应遵循“安全可靠、先进适用、符合国情”的原则。
3.1 控制方式
CFB锅炉机组的控制设计水平应不低于相同容量常规煤粉炉机组的监控水平，应采用CFB锅炉、汽轮机、发电机一变压器组组成的单元集中控制方式，根据不同工程的实际建设规模可采用1台机组设1个集中控制室、2台机组合设1个集中控制室或多台机组合设1个集中控制室的布置方案，在集中控制室内实现单元机组的炉、机、电全能值班运行管理模式。
3.2 控制系统
采用DCS作为机组的核心控制系统，以操作员站和键盘等人机界面作为监视和控制中心，实现CFB锅炉机组的炉、机、电统一集中监控，满足机组冷态、温态、热态、极热态启动方式，正常运行工况（带基本负荷或调峰），事故处理工况，安全停机及机组快速减负荷的需要。
CFB锅炉机组DCS对工艺系统实现集中监控，完成数据采集和处理（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）及炉膛安全监控（FSSS）功能。
CFB锅炉机组DCS的设计采用功能和物理分散的总体原则，控制网络按分级、分组结构配置，即在垂直方向分层或分级，水平方向分组。DCS重要的控制器、通信网络、I/O通道应采用冗余设计以满足系统安全可靠运行的需要。
3.3 控制系统的后备手操设置
CFB锅炉采用DCS对其工艺系统实现集中监控后尚需设置必要的后备手操。后备手操是指独立于DCS软手操之外的后备硬操作。
当DCS发生全局性或重大故障时，如DCS电源丧失、通信网络故障、全部操作员站死机、重要控制器失去控制和保护功能等，为确保CFB锅炉紧急安全停机，并结合锅炉运行的实际特点，建议设置下列后备手操：锅炉紧急跳闸、锅炉安全门打开、汽包事故放水门打开、锅炉汽包紧急补水泵启动。
4、循环流化床锅炉的热工调节设计
热工调节包括单冲量和多冲量的调节，CFB锅炉模拟量调节由DCS实现，应能满足机、炉协调控制的要求，参与电网一、二次调频和调峰。
CFB锅炉控制系统的设计要求对风煤比、配风比等回路进行控制，实现CFB锅炉稳定、经济的中温燃烧并满足环保脱硫、脱硝的要求。在控制策略上CFB锅炉与常规煤粉炉有很大不同，如锅炉主控，协调控制，给煤控制，总风量控制，二次风压力、流量、温度控制，一次风压力、流量、温度控制，流化风压力、流量控制，床枪压力控制，炉膛压力控制，一、二级喷水温度控制，再热蒸汽温度调节，炉膛温度、差压调节，给水调节，空气预热器冷端温度调节，旁路控制等均有不同的控制策略和调节回路。
5、循环流化床锅炉的热工联锁设计
CFB锅炉的热工联锁应能满足机组启动、停机、正常及异常工况下的控制要求，CFB锅炉辅机联锁项目至少包括：风机、空气预热器、除尘器及引风机在启停和事故跳闸时的顺序联锁；风机、空气预热器、除尘器之间的跳闸顺序及与烟、风道中有关阀门、挡板的启闭联锁；燃料系统的投入/切除及与风道燃烧器、床上燃烧器和床枪之间的启停顺序及联锁；石灰石制备、输送系统中各设备启停顺序及与阀门、挡板之间的联锁；煤燃料制备、输送系统中各设备启停顺序及与阀门、挡板之间的联锁；渣循环系统的相关冷渣器、密封回料器设备之间及相应的烟、风道中有关阀门、挡板之间的启停顺序及联锁等。
6、循环流化床锅炉的热工保护设计
CFB锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）在DCS中实现，它包括以下主要功能：锅炉吹扫；风进入炉膛的允许条件；燃料进入炉膛的允许条件；主燃料跳闸；锅炉跳闸。