和利时中小型流化床锅炉电气自动化仪表技术方案.docx

1、和利时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

2、经验而编制，对流化床炉工艺、自动化仪表在循环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.

3、系统组成循环流化床锅炉本体主要由燃烧系统、气固分离循环系统、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

4、进入炉膛后，首先在主床燃烧。经过预热器的高压风，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

5、下，使煤燃烧所产生的热量尽可能快的适应负荷的要求，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

6、和提供优质蒸汽的重要参数，尤其对现代锅炉而言，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

7、给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调，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

8、压性和耐温性较差，通常在低温低压锅炉中使用。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

9、量计是差压式流量计中的一种，其具有压力损失小、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

10、供流量的使用范围以便计算出正确的Cv值，提高调节阀的调节性能。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

11、过热蒸汽温度在允许范围之内。在过热蒸汽温度控制系统中，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

12、 在热电行业中锅炉减温水因压力较高，通常采用孔板流量计或喷嘴流量计进行测量。在孔板和喷嘴选型中，其测量元件材质应高于304材质，引压管尺寸应采用18*3mm。孔板流量计以及喷嘴流量计制造加工标准应符合国际标准ISO5167、ISO9300以及国家标准GB/T2624-2006中的规定。4.1.2.3减温水调节阀选型减温水调节阀是过热蒸汽温度调节的执行者，直接影响锅炉蒸汽品质。减温水与锅炉主给水来自同一条管路中，其压力可达6Mpa，但因减温水管道尺寸通常较小，在阀门选择中也可以选用单座阀作为调节阀阀体。阀体选用WCB材质，阀芯阀座材质选用304材质。调节阀执行机构为直行程执行机构，6400N力矩

13、可以满足调节阀使用要求。4.2. 燃烧控制系统燃烧部分的控制是整个锅炉控制的核心。燃烧过程控制又可以分成：床温控制、料层差压控制、返料控制。4.2.1床温控制床温控制是流化床锅炉特有的一个非常重要的控制系统，所谓床温是指燃烧密相区内流化物料的温度。它是一个关系到锅炉安全稳定运行以及脱硫效果的关键参数。流化床锅炉典型的特征是在整个负荷范围内床温保持不变。一般控制在850950之间。温度过高，容易使流化床体结焦造成停炉事故；温度过低，则易发生低温结焦及灭火。影响床温的因素很多，如燃料量、风量、返料量等。凡是影响负荷变化的因素均会对床温产生影响。床温可通过改变一、二次风的比率调节。流化床锅炉中一二次

14、风量占总风量的90%以上，不仅满足锅炉燃烧需要，而且参与床温调节。增大一次风量减小二次风量可降低床温、反之床温则提高。在床温控制中还可以通过调节燃料量与返料量来调节床温。因此料床温度、一二次风量、一二次风门执行机构选型的正确与否在整个床温控制中是至关重要的。4.2.1.1料床温度测量选型料床温度检测是整个床温控制的关键，也是床温控制的目标元素。在循环流化床锅炉中，料床温度通常在850950，通常选用K型热电偶进行料床温度的测量。热电偶的保护套管是整个热电偶选型的核心。普通热电偶保护套管为1Cr18Ni9Ti，使用温度在-200800之间，温度过高会造成保护套管变形甚至融化。所以普通热电偶保护套

15、管是无法满足料床温度测量要求的。针对料床温度应该选择耐高温合金钢保护套管，常用材质有：GH2025、GH3030、GH3039、OR13000等材质。因料床中存在流化物料，对热电偶保护套管有很大的磨损。所以在热电偶保护套管的测量端还需要通过堆焊或喷涂工艺对保护套管做耐磨处理，以提高热电偶的耐磨性。4.2.1.2.一次风、二次风量测量选型一次风、二次风风量比率调节是料床温度调节的关键。在热电行业中对于风量测量中主要有如下几种测量方式：匀速管（巴类）流量计、机翼测风装置、插入式双文丘里流量计、热式质量流量计、文丘里流量计等。其中匀速管流量计、机翼测风装置、插入式双文丘里流量计、文丘里流量计均属于差

16、压式流量计，在热电锅炉中使用较为普遍。其测量效果文丘里流量计优于机翼测风装置，机翼测风装置优于插入式双文丘里流量计，插入式双文丘里流量计优于匀速管流量计。匀速管流量计价格较低，但因部分锅炉管道尺寸大，流速低，造成匀速管流量计在应用时产生差压值过小，差压变送器无法测量，造成测量值得不准确。在此种情况下应优先选择机翼测风装置或插入式双文丘里流量计。热式质量流量计是几年发展起来的新型流量计，其特点是可测量低流速微小流量，精度高，性能相对可靠，安装方便。但因价格较高，在锅炉风量测量中应用较少。4.2.1.3.一二风门执行机构选型在流化床锅炉运行中，风门是整个风量控制的执行者，风门执行机构的好坏直接影响

17、到整个风量调节的性能。风门执行机构应具有如下性能：电源电压220VAC/380VAC，输入输出420mA，输出行程090度，基本误差1.0%，全行程时间：25S10%，防护等级应高于IP65。电动执行机构应为智能一体化型，对执行机构进行任何外部调节、调试、及设定值的修改均可通过外部操作进行，不需要拆开执行机构的密封端盖。执行机构还应该具有过载保护、温度保护、力矩堵转保护、断信号保护、故障自诊断等保护功能，以确保执行机构在现场安全运行。4.2.1.4.烟道氧含量测量选型在锅炉燃烧控制中，烟道中的烟含量直接反应了锅炉的燃烧效率，烟道含氧量较高，锅炉燃烧不经济，热损失较大。烟道含氧量较低，锅炉燃烧不

18、充分，造成燃料的浪费。烟道氧含量测量，在热电行业中普遍采用氧化锆氧分析仪进行烟道氧含量的测量。在氧化锆氧分析仪选型中，仪表的精度应该优于2.0级。响应时间T90应小于等于5S。检测器探头外护管材质应优于SUS321材质。氧化锆氧分析仪的制造、生产加工、实验方法、检验规格应符合GB/T 8281-1999与GB/T-11606-2007标准。4.2.2.料层差压控制料层差压是一个反映燃烧室料层厚度的参数。通常将所测得的风室与燃烧室上界面之间的压力差值作为料层差压的监测数值，在运行都是通过监视料层差压值来得到料层厚度大小的。在流化床锅炉运行中，料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量，如料层厚度过大，

19、有可能引起流化不好造成炉膛结焦或灭火。一般来说，料层差压应控制在7000-9000Pa之间。料层的厚度(即料层差压)可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节。4.2.2.1.料层差压测量选型料层差压作为锅炉运行的重要参数，直接影响锅炉的运行质量。所以在料层差压测量的可靠性和准确性是锅炉稳定运行的关键。在测量料层差压时，因炉膛中含有大量的粉尘会造成差压变送器导压管的堵塞，从而影响测量的准确性，所以在测量料层差压时，压力变送器取压点应安装防堵测风装置，以防止因为导压管堵塞带来的测量误差。4.2.3.返料控制返料控制系统是循环流化床锅炉所特有的，循环流化床锅炉的返料器多采用非机械密封阀，为了保证物料的

20、可靠循环，通常返料器设有一路高压返料风来自高压罗茨风机。返料控制系统相对比较简单，在不参与床温控制时，基本上为单回路控制系统。返料控制中主要仪表测点为返料风量测量。4.2.3.1.返料风风量测量选型返料风是循环流化床特有的风量测量之一，它的测量结果时返料器是否正常运行的重要指标。在循环流化床锅炉上，返料风通常风量管道尺寸较小，可以采用经典文丘里流量计进行测量。经典文丘里流量计主要优点为：性价比高，永久压力损失小，精度高，要求前后直管段短，寿命长等优点。4.3. 点火控制系统锅炉点火控制系统是循环流化床锅炉启动的关键步骤。中小型循环流化床锅炉通常采用床下点火的方式，锅炉后侧设两支点火油枪，轻柴油

21、在鼓风室内充分燃烧后，其热量随一次风通过风帽进入床层，将炉料加热。通常油枪的工作压力是1.96MPa，耗油量200kg/h。点火一次耗油1.52t。点火时间通常在2h以上。对于锅炉点火控制系统中，供回油流量以及回油流量调节是锅炉点火系统自动化仪表的主要检测点。4.3.1.供回油流量测量选型在流化床锅炉点火系统中，供回油流量测量主要有如下几种方式：孔板流量计、转子流量计、椭圆齿轮流量计、质量流量计等。质量流量计测量精度高，但是价格昂贵，通常用于高精度计量。椭圆齿轮流量计属于容积式流量计一种，在上述流量仪表中精度仅次于质量流量计，性价比适中，但是在使用中如果点火油中含有固体杂质，会造成椭圆齿轮流量

22、计齿轮卡死，导致油路管道堵塞。转子流量计、孔板流量计为性价比较高的两种流量计，在点火油量测量中应用较为广泛，孔板流量计精度通常为1.5级，转子流量计精度通常为1.0级。5. 仪表技术方案仪表技术方案详见下表，该技术方案为75t/h循环流化床蒸汽锅炉仪表方案，是和利时公司结合多年的现场实际经验总结出的高性价比、高可靠性的技术方案，已成功应用在多个项目现场。序号测点名称设备名称型号仪表规格参数单位数量厂家一、热元件1冷风温度铂热电阻WZP-430Pt100， L=750mm，l=600mm 保护管直径16mm 保护套管材质1Cr18Ni9Ti DN25 PN1.6Mpa 带配对法兰个1天长海通2左

23、一次风空预器出口温度铂热电阻WZP-430Pt100， L=650mm，l=500mm 保护管直径16mm 保护套管材质1Cr18Ni9Ti DN25 PN1.6Mpa 带配对法兰个1天长海通3右一次风空预器出口温度铂热电阻WZP-430Pt100， L=650mm，l=500mm 保护管直径16mm 保护套管材质1Cr18Ni9Ti DN25 PN1.6Mpa 带配对法兰个1天长海通4左二次风空预器出口温度铂热电阻WZP-430Pt100， L=650mm，l=500mm 保护管直径16mm 保护套管材质1Cr18Ni9Ti DN25 PN1.6Mpa 带配对法兰个1天长海通5右二次风空预器

24、出口温度铂热电阻WZP-430Pt100， L=650mm，l=500mm 保护管直径16mm 保护套管材质1Cr18Ni9Ti DN25 PN1.6Mpa 带配对法兰个1天长海通6左一次风室温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通7右一次风室温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通8料层温度（左）1双支抗振耐磨热电偶WRNM2-335K分度，总长度

25、L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通9料层温度（左）2抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通10料层温度（右）1双支抗振耐磨热电偶WRNM2-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通11料层温度（右）2抗振耐磨热电偶WRNM-33

26、5K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通12沸腾层上部温度（左）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通13沸腾层上部温度（右）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通14炉膛中部温度（左）抗振耐

27、磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通15炉膛中部温度（右）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通16炉膛出口温度（左）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通17炉膛出口温度（右）抗振耐磨热电偶WRNM-33

28、5K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通18分离器进口温度（左）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通19分离器进口温度（右）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通20返料床床料温度（左）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=

29、300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通21返料床床料温度（右）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm，线径2.5mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰 保护管材质GH3030个1天长海通22燃烧器低温段温度（左）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，L=900mm， 耐磨头长度l=400mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通23燃烧器低温段温度（右）抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，L=900mm， 耐磨头长度l=400mm 保护管直径2

30、5 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通24左高温过热器进口烟气温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通25右高温过热器进口烟气温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通26左高温过热器出口烟气温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通27右高温过热器出口烟气温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通28左低温过热器出口烟气温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通29右低温过热器出口烟气温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=300mm 保护管直径25 法兰尺寸DN25 带配对法兰个1天长海通30左省煤器出口烟气温度抗振耐磨热电偶WRNM-335K分度，总长度L=1000mm， 耐磨长度l=