和利时-中小型流化床锅炉电气自动化仪表技术方案

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1、中小型流化床锅炉电气自动化仪表技术方案目 录1. 引言22. 适用范围22.1. 编写本文的目的22.2. 适用范围23. 工艺介绍23.1. 系统组成23.2. 工艺流程24. 控制要求34.1. 汽水控制系统44.1.1.汽包水位控制44.1.2.过热蒸汽温度控制44.2. 燃烧控制系统54.2.1床温控制54.2.2.料层差压控制64.2.3.返料控制64.3. 点火控制系统65. 仪表技术方案76. 难点及特点237. 总结23中小型流化床锅炉电气自动化仪表技术方案1. 引言本文依照热电行业流化床炉的工艺特点以及和利时近年来在该类项目上的实施经验而编制，对流化床炉工艺、自动化仪表在循环

2、流化床炉控制中的应用、流化床锅炉自动化仪表配置方案、选型注意事项均作了详细介绍。2. 适用范围2.1. 编写本文的目的本文目的是为中小规模流化床锅炉项目自动化仪表的应用和选型提供技术性指导。2.2. 适用范围本文适用于和利时承接的中小规模蒸汽流化床锅炉仪表项目。3. 工艺介绍循环流化床锅炉是八十年代发展起来的高效率、低污染和良好综合利用的燃煤技术，由于它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势，使其得到迅速发展。循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，是介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。3.1. 系统组成循环流化床锅炉本体主要由燃烧系统、气

3、固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分；气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。3.2. 工艺流程循环流化床锅炉燃烧所需要的一次风和二次风分别由炉膛的底部和侧墙送入。原煤块经过破碎后，通过刮板式给煤机将煤送入煤斗，煤斗下方有螺旋式给煤机，经播煤风将煤吹入炉内。炉膛出口水平烟道内装有多级烟灰分离器，分离出的高温灰落入灰斗。经锁灰装置和J阀回送至炉膛。飞灰通过分离器经尾部烟道受热面进入除尘器经灰沟冲到沉灰池，床体下部已燃尽的灰渣定期排放。煤进入炉膛后，首先在主床燃烧。经过预热器的高压

4、风，从炉床床下风室向上进入炉膛，使在床上煤颗粒沸腾燃烧，当烟气达到一定速度，大量的颗粒就会离开床层，由烟气携带到炉膛上部燃烧，并随烟气直至炉膛出口。在炉膛出口处一般装有多级烟灰分离器，对颗粒和烟气进行分离，而后进入烟道。分离后的烟气流入烟道，通过省煤器、空气预热器得到进一步的冷却。而分离后的颗粒，下落回到炉膛继续燃烧，再次进行燃烧上升、分离，形成颗粒循环。由于颗粒反复循环延长了在炉内的停留时间，因此，各煤种均可在850950的低温下得到充分的燃烧，提高了燃尽度。其工艺结构图如下：4. 控制要求循环流化床自动控制的任务是在保证锅炉的安全、稳定运行的前提下，使煤燃烧所产生的热量尽可能快的适应负荷的

5、要求，同时保证经济燃烧及环保要求。循环流化床锅炉与普通锅炉一样是一个非线性、分布参数、时变、大滞后、多变量紧密耦合的控制对象，但它有比其他普通锅炉具有更多的输入输出变量，主要输入变量有给水量、减温水量、给煤量、一次风、二次风、引风量、飞灰返料量等。主要输出变量有汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、料床温度、料层差压、炉膛出口温度、炉膛负压、烟气含氧量等。其主要控制系统包括汽水控制系统、燃烧控制系统、点火控制系统。4.1. 汽水控制系统流化床锅炉汽水控制系统主要包含汽包水位控制系统、过热蒸汽温度控制系统。4.1.1.汽包水位控制锅炉汽包水位是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，尤其对现代锅炉而言

6、，由于蒸发量显著提高，汽包容积相对减小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水，或者烧干。同时缺水也会因为水位过低而影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。由于现代锅炉对运行的安全性要求越来越高，允许的汽包蓄水量波动也越来越小，因此必须严格控制水位在规定范围之内。为保证良好的控制效果，锅炉汽包水位控制通常采用三冲量汽包水位控制系统。它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路，其实质是蒸汽流量前馈与液位-流量串级系统组成的复合控制系统。当蒸汽流量变化时，锅炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调，

7、然后再由汽包水位调节器完成水位的细调。在整个控制过程中汽包水位检测、给水流量检测、主蒸汽流量检测数据的准确性和稳定性，主给水调节阀调节性能是整个三冲量控制系统的关键。因此汽包水位、给水流量、主汽流量、主给水调节阀的选型显得尤为关键。 4.1.1.1.汽包水位仪表选型汽包液位测量方式目前主要有：石英管液位计（用于现场显示）、电接点液位计（无法连续输出）、差压式液位计、电容式液位计、磁性浮子液位计等几种测量方式。石英管液位计、电接点液位计因为无法进行将测量信号进行连续输出，所以目前此两种测量方式只能用于辅助监测，无法用于汽包液位控制中。磁性浮子液位计的耐压性和耐温性较差，通常在低温低压锅炉中使用。

8、电容式液位计目前作为新兴的汽包液位测量方式，具有精度高、安装方便等特点，但因其性价比较低，目前未被市场普遍应用。差压式液位计采用差压变送器加平衡容器方式对汽包液位进行测量，因其性价比高、稳定性好目前在市场应用普遍。在和利时技术方案中也是优先选用此种测量方式。 4.1.1.2.给水流量、主汽流量仪表选型锅炉主给水流量是锅炉重要检测点之一，通常锅炉主给水主要可以采用如下流量计进行测量：涡街流量计、匀速管（巴类）流量计、孔板流量计、喷嘴流量计。涡街流量计作为速度式流量计具有量程比高、精度高等特点，但因造价较高，通常使用在小口径主给水管路上。匀速管（巴类）流量计是差压式流量计中的一种，其具有压力损失小

9、、安装方便、量程比高等特点。但目前该产品没有统一生产加工标准，是非标准的节流元件，目前市场局面较为混乱，国产产品价格低，精度较差，进口产品精度稳定性好，但其价格较高性价比低。孔板流量计、喷嘴流量计是标准节流元件无需实流校准即可投入使用，其具有结构简单、牢固、性能稳定、使用期限长、价格低廉等特点，在热电行业得到了普遍的应用。 4.1.1.3.主给水调节阀选型主给水调节阀是汽包水位调节的执行者，直接影响汽包液位调节性能。中压蒸汽循环流化床锅炉主给水设计压力可达6Mpa，对阀体的承压性要求较高，通常选用套筒调节阀来满足现场实际工况。在阀体选型中通常还需要提供流量的使用范围以便计算出正确的Cv值，提高

10、调节阀的调节性能。调节阀执行机构是调节阀驱动装置，其驱动力矩的选择是至关重要的，力矩过小会造成阀门卡死，开关无法到位，力矩过大又会造成阀门的过度损伤。通常在75t/h循环流化床炉中，主给水执行机构力矩通常在10000N16000N之间。4.1.2.过热蒸汽温度控制 过热蒸汽的温度是循环流化床炉生产过程的重要参数，它直接关系到蒸汽的品质，过热蒸汽的温度一般由循环流化床炉和汽轮机制造厂家的工艺确定。蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，也会对负荷设备的安全运行带来不良影响。过热蒸汽的温度过低将直接影响负荷设备的正常运行。因此从安全生产和经济技术指标上看，必须控制过热蒸汽温度在允许范围之内。在过热蒸汽温度控

11、制系统中，主要是通过调节减温水流量来改变过热蒸汽的温度。其中过热蒸汽温度检测、减温水流量检测、减温水流量调节是整个过热蒸汽温度控制的关键。4.1.2.1过热蒸汽温度测量选型 过热蒸汽具有压力高、流速快等特点。在过热蒸汽温度检测中通常采用热电偶进行测量。普通热电偶连接方式为M27*2，耐压等级为4Mpa，保护套管直径为16mm，如果用此类热电偶测量高压过热蒸汽会造成热电偶保护套管爆裂，热电偶漏汽等现象，给生产运行安全带来一定影响。对于过热蒸汽的测量应选用耐压性和耐冲刷性较好的锥形螺纹连接（M33*2）或者热套式连接方式。4.1.2.2减温水流量测量选型 在热电行业中锅炉减温水因压力较高，通常采用