引言
 
CFB鍋爐燃燒技術是煤潔凈燃燒發(fā)電的核心技術之一。CFR電廠具有環(huán)保性能好、煤種適應性廣、綜合利用性能好、優(yōu)越的調(diào)峰經(jīng)濟性和負荷調(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。目前我國已掌握了135MWCFB電廠的制造和設計技術，已建和在建同等容量的機組已有100多臺。

300MW級CFB鍋爐電廠技術是我國”十五”國家重大技術裝備研制項目，該項目由原國家經(jīng)貿(mào)委立項，體制改革后變更為由國家發(fā)展和改革委員會高技術產(chǎn)業(yè)司負責。經(jīng)過研究論證和比選，國家最終決定采用技貿(mào)結合的方式對300MW魯奇型CFB鍋爐系統(tǒng)設計與制造采用技術引進和消化吸收的方式最終形成自主設計、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)電設備技術進步和優(yōu)化火電結構，目前大型CFB已成為國內(nèi)電廠建設的熱門話題。

中國電力工程顧問集團公司承擔了對法國ALSTOM魯奇爐型鍋爐島系統(tǒng)設計技術引進相吸收消化工作，并在此基礎上實現(xiàn)了CFB鍋爐系統(tǒng)的自主設計，成為國內(nèi)唯一一家（包括下屬7個子公司）擁有法國ALSTOM公司200～350MWCFB電廠系統(tǒng)設計技術轉(zhuǎn)讓產(chǎn)權并具備獨立設計和審查大型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。200～350MW等級的CFB鍋爐在國內(nèi)外的應用實踐較少，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，該項目已進入設備安裝階段。在白馬1×300MWCFB鍋爐示范電廠項目之后，我國正在進行河北秦皇島、內(nèi)蒙古蒙西、云南巡檢司、云南小龍?zhí)兜纫慌笮虲FB鍋爐電廠的前期工作，因此，對ALSTOM公司設計的儀表與控制系統(tǒng)方案進行不斷完善相優(yōu)化，逐步形成自主設計能力勢在必行。

CFR機組與常規(guī)煤粉爐機組相比，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技術轉(zhuǎn)讓的知識產(chǎn)權要求，現(xiàn)僅就CFB機組儀表與控制系統(tǒng)的主要設計原則進行討論。
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 一、大型CFB鍋爐儀表設計的特殊性
 
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的法國ALSTOM的Lurgi型鍋爐進行研究。

CFB鍋爐儀表與控制的設計范圍至少包括:鍋爐汽包、蒸發(fā)受熱面及其聯(lián)箱、省煤器、空氣預熱器、過熱器、再熱器、減溫器、旋風分離器、密封槽、鍋爐布風板及噴嘴、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備;鍋爐汽水系統(tǒng);一次風、二次風系統(tǒng);密封風系統(tǒng);高壓流化風系統(tǒng);鍋爐煙氣系統(tǒng);鍋爐灰系統(tǒng);石灰石破碎及輸送系統(tǒng);輸煤設備及系統(tǒng);除灰渣設備及系統(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計與選型方面具有一定的特殊性和難點。儀表與控制設計人員應根據(jù)CFB鍋爐本體的結構特點、工藝系統(tǒng)設計要求和鍋爐運行方式等進行檢測儀表的設計與選型，要注意選用技術先進、質(zhì)量可靠、有成熟應用業(yè)績的設備和元器件。CFB鍋爐的過程測量儀表除滿足常規(guī)要求外，還應考慮以下幾方面的特殊性。

1.1儀表的防堵與耐磨設計

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。例如用于爐膛、床料循環(huán)系統(tǒng)、石灰石、熱風或煙道的壓力、差壓等測量儀表應采取有效的防堵措施，必要時應加裝吹掃裝置，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，并將多個測量值進行綜合運算后得出床溫信號，床溫熱電偶應選用穩(wěn)定性好、反應靈敏、耐磨、維護量小的檢測元件。

1.2需增設的工藝檢測儀表

與常規(guī)煤粉爐相比，熱工檢測除應增加CFB鍋爐床溫和床壓的測量外，還應增加流化風壓力、流量和溫度檢測，石灰石料倉料位及給料量檢測，旋風分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鍋爐系統(tǒng)的風量測量儀表是CFB的重要檢測儀表之一，包括一次風、二次風和流化風的母管和支管風量測量。白馬1×300MWCFB示范電廠風量測量儀表近40支，選用了插入式測量裝置，滿量程測量精度可達到±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基本相同且都能滿足CFB鍋爐風量測量要求，具體工程實施時應通過招標方式擇優(yōu)選擇。

1.3設置汽包水位工業(yè)電視和煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)

汽包水位是CFB鍋爐啟動和運行的重要監(jiān)視參數(shù)之一，應設置汽包雙側水位工業(yè)電視攝像探頭，并單獨設置彩色監(jiān)視器布置在機組集中控制室內(nèi)便于運行人員監(jiān)視。

為達到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控制在850-900℃，實現(xiàn)中溫穩(wěn)定燃燒。根據(jù)法國ALSTOM公司有關資料，在鈣/硫為1.5時脫硫效率能達到90%，脫硝后NOx的體積分數(shù)能達到（l00-300）×l0-6，完全能滿足我國國家標準GBl3223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》的要求。CFB鍋爐機組設置的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）的測量項目包括NOx、S02、CO及粉塵濃度等，其中S02信號通過硬接線接入機組分散控制系統(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)的信號接口還應能滿足當?shù)丨h(huán)保檢測站的要求。

1.4不宜裝設爐膛火焰監(jiān)視工業(yè)電視系統(tǒng)

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，所觀察到的爐膛火焰并不明顯，因此一般建議不設置爐膛火焰監(jiān)視工業(yè)電視系統(tǒng)。

1.5不宜裝設爐管泄漏檢測裝置

CFB鍋爐爐膛燃燒的噪音相對較大，國內(nèi)在煤粉爐上設置的爐管泄漏檢測裝置大多采用聲波導入原理，根據(jù)法國ALSTOM公司設計師的經(jīng)驗和目前135MWCFB鍋爐的運行經(jīng)驗，建議不設CFB鍋爐爐管泄漏檢測裝置。

1.6帶點火裝置的燃燒器應裝設火焰檢測裝置

爐膛結構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鍋爐的風道燃燒器和床上燃燒器應裝設火焰檢測裝置，床槍不設火焰檢測裝置。隨CFB鍋爐本體成套提供的風道燃燒器設備應包括油槍、點火槍、伸進和退出裝置、高能點火器、就地點火控制箱等現(xiàn)場儀表設備。CFB鍋爐的火焰檢測裝置數(shù)量比煤粉爐的數(shù)量要少，火焰檢測冷卻風也無需設置專門的冷卻風機。

1.7系統(tǒng)設計方與鍋爐本體制造商的接口原則

由于國內(nèi)幾大鍋爐廠早期分別引進過100MW級CFB鍋爐不同技術流派的爐型，國內(nèi)建設投運的中、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)設計技術轉(zhuǎn)讓期限為15a，且屬于中國市場獨家轉(zhuǎn)讓。在國家發(fā)展和改革委員會統(tǒng)一領導下，于2003年底至2004年，由東方、上海、哈爾濱三大鍋爐制造集團和中國電力工程顧問集團公司共同承擔300MWCFR鍋爐制造與系統(tǒng)技術引進和消化吸收工作。

為規(guī)范設計院與鍋爐制造廠商的接口工作，建議設計院和制造廠之間的設計界面在依據(jù)國內(nèi)電力市場慣例劃分的基礎上，按鍋爐系統(tǒng)設計的一次檢測元件和儀表、控制系統(tǒng)應由設計院設計方案，由業(yè)主招標采購的原則進行。但CFB鍋爐本體制造商應提供監(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。

原則上建議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、就地風量指示儀、汽包雙色水位計、鍋爐安全控制閥（PCV）就地控制裝置、空氣預熱器間隙調(diào)整控制裝置、空氣預熱器著火監(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)自動控制的設計應包括一次檢測元件及儀表配置、控制系統(tǒng)配置與功能、主輔機可控性、控制室布置及運行管理模式等方面。控制系統(tǒng)的設計原則應遵循”安全可靠、先進適用、符合國情”的原則。

2.1控制方式

CFB鍋爐機組的控制設計水平應不低于相同容量常規(guī)煤粉爐機組的監(jiān)控水平，應采用CFB鍋爐、汽輪機、發(fā)電機一變壓器組組成的單元集中控制方式，根據(jù)不同工程的實際建設規(guī)?？刹捎?臺機組設1個集中控制室、2臺機組合設1個集中控制室或多臺機組合設1個集中控制室的布置方案，在集中控制室內(nèi)實現(xiàn)單元機組的爐、機、電全能值班運行管理模式。

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標簽：儀表、控制、控制系統(tǒng)、鍋爐

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文章名稱：《大型循環(huán)流化床鍋爐的儀表與控制系統(tǒng)》

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