摘 要：以東方鍋爐（集團）股份有限公司410 t/h循環流化床（CFB）鍋爐在河北熱電技改工程應用為例，從測點配置、主保護設立及模擬量控制方面分析了循環流化床鍋爐熱工控制系統的特點及存在的問題。
關鍵詞：CFB鍋爐；配置；特點
1機組概況
河北熱電技改工程安裝4×410 t/h循環流化床（CFB）鍋爐和2×200 MW 汽輪機，鍋爐由東方鍋爐(集團)股份有限公司生產，汽輪機和發電機由德國ALSTOM公司生產，汽輪機為CC200/1508.83/0.98/0.16型聯合供熱式汽輪機。機組采用兩爐一機母管制運行方式。
鍋爐采用平衡通風、半露天布置。單爐膛、單汽包、膜式水冷壁，雙絕熱旋風分離器雙回料閥，風水聯合冷渣器，固態排渣。鍋爐設計燃料為貧煤，采用2支床下＋4支床上點火啟動燃燒器，鍋爐配有2臺引風機、2臺一次風機、2臺二次風機、2臺J閥風機、2臺播煤風機、4臺給煤機、1臺點火增壓風機、4臺冷渣器。
鍋爐的主要設計參數如下：
過熱蒸汽流量410 t/h
過熱蒸汽壓力9.81 MPa
過熱蒸汽溫度540 ℃
汽包壓力10.95 MPa
給水溫度220 ℃
燃燒空氣總量361 000 m3/h
床溫896 ℃
燃料消耗量46.93 t/h
鍋爐效率91.46%
2控制系統配置
控制系統采用美國西屋公司的OVATION分散控制系統。每單元（2臺鍋爐和1臺汽機）配置1個工程師站，1個歷史站，6個運行操作員站。共設計有12面控制柜，其中：電源柜1個，直流繼電器柜9個，共有10對DPU（#1、#2 DPU為#23爐，#3、#4DPU為#24爐，#5、#6 DPU為除氧給水，#7、#8 DPU為汽機，#9、#10 DPU為電氣）。針式打印機3臺，噴墨打印機1臺，激光打印機1臺。
東方鍋爐(集團)股份有限公司410 t/h CFB鍋爐測點配置（不包含石灰石、吹灰、排渣）見表1。
CFB鍋爐熱力系統復雜，與常規煤粉鍋爐相比，其送引風系統、二次風系統、汽水系統基本相同；一次風系統與煤粉鍋爐有很大的區別，其主要作用是用于CFB料；增加了J閥風系統、播煤風系統、冷渣器、石灰石系統等。在沒有制粉系統的情況下，其測點配置是常規煤粉鍋爐的2倍多，這反映出CFB鍋爐需要監視與控制的量很多，主要體現如下。
2.1溫度
CFB鍋爐安裝了大量溫度測點，有J閥壁溫、冷渣器床溫、進出冷渣器的風水及床溫、鍋爐床溫、播煤系統溫度等，CFB的顯著特點是用溫度監視燃燒、排渣、物料再循環等系統的運行情況。床溫是CFB鍋爐運行*重要的指標之一，床溫一般控制在850～900 ℃。如果布風板上任一熱電偶顯示出低的溫度，則表明床料有可能已不再處于良好的流化狀態，床溫過高或過低都可能造成床料結焦,床溫對CFB鍋爐的**運行和SO2的排放量至關重要。
2.2風量
CFB鍋爐需要監視的風量很多：一次風總風量及各分支管的風量、二次風總風量及各分支管的風量、流化風量、J閥各部位風量、播煤風量總量及各播煤管風量、床下點火風道旋轉風和直流風風量、冷渣器各風室風量，這些風量對CFB鍋爐的**穩定運行非常重要。
2.3風壓
CFB鍋爐除了需要監視風煙系統的壓力外，還需要監視與控制床壓、J閥各部位風壓、冷渣器各室風壓、爐膛上中下部壓力等，以判斷燃燒、給煤、排渣、物料再循環等系統的運行是否正常。
3常規儀表的配置
CFB鍋爐的主要監視儀表有主汽壓、主汽溫、爐膛壓力、電接點汽包水位、汽包水位工業電視、爐膛火焰工業電視。
爐膛火焰電視在常規儀表的配置方面作用不大，可以取消。因為常規煤粉燃燒裝置會形成典型的火焰，而CFB爐膛內的物料始終處于流化狀態，濃度較高，燃燒反應充滿整個爐膛，不象煤粉爐那樣可以分清歸屬于某個燃燒器的火焰，CFB整個爐膛是一種渾濁狀態，不能從電視畫面了解整個爐膛的情況。另一個原因是：煤粉爐的火焰電視能反映出爐膛的燃燒狀況，在鍋爐滅火時火焰電視能給運行人員準確指示并做出判斷。但是CFB鍋爐在鍋爐跳閘的前后，爐膛燃燒狀況沒有明顯變化，因此爐膛工業電視對CFB鍋爐沒有很大的作用。
實際上CFB內溫度分布均勻，爐膛徑向和軸向溫度波動很小，安裝于CFB鍋爐爐床及爐膛內部適當位置的熱電偶即可監視爐膛內的燃燒情況。
另外，位于床下的點火風道有必要安裝火焰電視，監視床下油槍的燃燒情況。如果沒有火焰電視監視手段，運行人員很難調整床下油槍的直流風和旋轉風控制火焰的形狀，若不能調整好火焰的形狀，火焰可能會緊貼點火風道內壁燃燒，往往造成點火風道金屬外壁的超溫變形、澆筑料脫落以及用于監視澆筑料溫度的S形熱電偶燒毀，因此有必要安裝床下油槍火焰電視，便于運行人員監視調整火焰燃燒情況。
4保護系統的設置特點
4.1床溫高于990 ℃
控制床溫是CFB鍋爐**穩定運行*重要的任務之一，床溫一般控制在850～900℃，不能高于900 ℃,原因有3個方面。
a. 當溫度大于950 ℃時脫硫反應CaO+SO2+0.5O2=CaSO4不能發生。若要取得*佳的脫硫效果，理想的床溫為840～900 ℃；
b. 空氣中的N2一般不會轉化為NOx，如果床溫太高就象煤粉爐（爐膛溫度大于1 450 ℃）那樣大量生成NOx；
c. 一般應保證密相區溫度低于灰的初始變形溫度100～150 ℃或更多，床溫高于1 150 ℃可能造成灰的變形，導致床料結焦，損壞熱電偶套管、熱電偶和風帽等造成嚴重事故。
床溫共有16點，均勻分布在床上密相區，保護系統的設計取各測點的平均值。如果任一測點與平均床溫相差大于168 ℃，則該測點在平均床溫中剔除，不參與平均床溫的運算。
4.2平均床溫低于650 ℃且風道點火器未投運
床溫低于650 ℃停爐，是指鍋爐運行過程中床溫下降，且2個風道點火器都不能投運來提高床溫，這不但增加燃料的不完全燃燒率，而且不能維持燃料的正常燃燒。焦炭的著火溫度為800 ℃，為此要求床溫控制不低于800 ℃。本項保護相當于煤粉爐的滅火保護功能。
4.3爐膛風室壓力高19 620 Pa，延時5 s
爐膛風室壓力高意味著布風板阻力大，可能的原因是鍋爐結焦，造成床料不能正常流化。鍋爐結焦是一個加速的過程，一點結焦將造成大面積結焦使布風板阻力加大。同時爐膛風室壓力高可能引起風道和風室振動。
4.42臺J閥風機全停延時8 s
CFB鍋爐燃燒效率高，效率可達到97.5%～99.5%，主要是因為能實現燃料的多次循環燃燒，使可燃物燃盡，該鍋爐設計循環倍率為40,配備2臺100%的J閥風機，1臺J閥風機運行就能保證J閥系統的正常工作。如果2臺J閥風機全停，J閥失去流化風，旋風分離器分離出的料就不能返回爐膛，而在J閥內積聚，并且可能在J閥內繼續燃燒造成結焦。因此，該項保護的設置十分必要。
4.52臺播煤風機全停，且播煤風量<6 110 m3/h，延時60 s
鍋爐配備4臺給煤機，煤分為6個播煤口進入爐膛，播煤風由2臺播煤風機或熱一次風提供，正常運行時由2臺播煤風機提供播煤風，在2臺播煤風機全停情況下,可以由熱一次風作為播煤風，如果要2臺播煤風機全停，且播煤風量<6 110 m3/h，標志著煤不能正常進入爐膛，進入爐膛的煤播灑也不均勻，引起床溫的不均衡。
4.6一次風壓<5 kPa，一次風量<52 000 m3/h
一次風是床料流化的動力，如果由于一次風壓和風量不夠將導致床料流化**甚至不能流化，影響鍋爐的燃燒,勢必會導致鍋爐結焦等嚴重后果。
4.7CFB鍋爐火檢保護系統及MFT的特點
該CFB鍋爐的燃料系統配置4臺給煤機、4支床上啟動點火油槍、2支床下風道啟動點火油槍。2支床下風道點火油槍布置在爐膛水冷風室下部風室前一次風道內。4支床上點火油槍分別布置在爐膛下部前、后墻，4臺給煤機的給煤分成6個給煤口布置在鍋爐前墻。采用輕油作為燃料。鍋爐啟動時首先使用床下油槍加熱床料，當床溫加熱至550 ℃左右，再投入床上油槍繼續加熱，床溫上升到650 ℃時可以少量投煤，如果煤能燃燒床溫會迅速上升到800 ℃以上，此時就可以逐步停油槍。
每個油槍配有FORNEY可見光火焰檢測裝置，火檢探頭安裝在油槍尾部。由于CFB鍋爐的燃燒特點決定了沒有全爐膛滅火保護，因此煤火焰不配置火檢裝置。安裝于點火風道的2個床下油槍火檢反應靈敏，能準確反應火焰的燃燒情況；床上油槍的火檢受安裝位置、安裝探頭的套筒內集灰和爐膛內流化物料的遮擋因素影響，不能準確反應油火焰的燃燒情況，實際運行中床上油火檢信號時有時無，只能靠強制火檢信號來投入油槍，給鍋爐的運行帶來不**因素。針對這種情況,可從以下方面嘗試解決問題：一是床上油燃燒器安裝傾斜向下進入爐膛，火焰受向上一次風的影響一定不會按原來的方向燃燒而是向上漂移，火檢探頭只是檢測到火焰的尾部，不能檢測到火焰的中心，因此可以把火檢探頭的安裝位置上移，使其檢測的范圍對準火焰燃燒強度*大的部位。二是采用紫外線火檢探頭?，F在河北熱電技改工程采用FORNEY公司的IDDII型火檢裝置，該類型火檢適用于重油、煤和褐煤火焰可見光的檢測，如果采用適用于輕油或燃氣的紫外線探頭，可能火檢的效果會好。三是增加探頭冷卻風的流量和壓力，確?；以荒苓M入探頭安裝套筒內阻擋探頭視線。
常規煤粉爐在鍋爐停爐保護動作后，為防止爐膛爆燃，會立刻切斷進入爐膛的所有燃料；CFB鍋爐在MFT動作后，雖然燃料被立刻中斷，但是爐膛內依然有大量燃料存在，還會繼續燃燒，不是真正意義的鍋爐滅火。CFB鍋爐的這種特性決定了其獨有的可以采用熱態啟動方式啟動或采用壓火方式正常停爐便于鍋爐的快速啟動的特性。
5模擬量控制系統的特點
CFB鍋爐是一個多變量、相關聯、非線性、時變和分布參數的控制對象，其各控制參數之間存在著較為復雜的耦合關系，一個變量的變化，會影響幾個參數變化，這就增加了控制的難度。主要表現在鍋爐燃料、風量、爐床溫度、爐床壓力和爐膛壓力控制比較困難，調節品質較差，尤其是在負荷變化時或某一重要輔機故障導致鍋爐燃燒極不穩定，床溫波動較大、易結焦，*終可能導致停爐。
5.1床溫控制系統
CFB一般將床溫控制在850～900 ℃，這個溫度范圍是*佳脫硫、脫硝的范圍，床溫過低使鍋爐燃燒效率下降，床溫過高則會造成NOx及SOx排放增多，污染環境，甚至造成床料結焦，影響設備**運行。主要的調節手段是改變通過布風板流化風量的大小調節床溫。
5.2鍋爐床壓控制
床壓控制的目的是控制燃燒室內床料的數量，燃燒室內床料的數量直接正比于床壓，床壓對床溫和傳熱率都有直接影響；另外，它還影響到SO2脫除率。鍋爐床壓通過調節到冷渣器的排渣量來控制床料的高度，床壓可以通過冷渣器連續排渣和間斷排渣2種方式調節。該鍋爐配有4臺冷渣器，正常情況2臺運行即可滿足床壓調整的需要。
5.3鍋爐SO2控制
CFB鍋爐能適應各種劣質煤的燃燒，適用范圍很廣，尤其是適應那些燃燒含硫量大和含熱量小的煤。但是，燃料在燃燒過程中釋放出的大量SO2、NOx等，如果這些含硫量大的煤在燃燒過程中投入一定比例的石灰石，燃燒生成的SO2在合適的溫度下與石灰石發生反應，生成CaSO4，而不是直接排入大氣，這樣就會減少對環境的污染，所以CFB鍋爐的燃燒稱為一種潔凈的燃燒方式。根據給煤量和煙氣中SO2的含量，調節2個石灰石旋轉閥的開度，控制煙氣中SO2排放量。
6運行中經常出現的問題
a. 監視爐膛壓力、床壓、冷渣器壓力等的測點很多，因為CFB鍋爐為正壓運行，這些測點極易堵塞，保證這些壓力測點的吹掃裝置正常運行非常重要，因此，對壓力測點吹掃裝置要進行及時維護和檢修，保證其正常運行和壓力信號測量的準確。
b. 鍋爐床溫和冷渣器床溫測量熱電偶容易損壞，其使用壽命在2月到1 a。原因有產品質量、安裝等諸多方面：床料磨損造成套筒損壞；熱電偶本身質量問題；風帽安裝位置不合適造成流化風直吹熱電偶跟部；由于熱電偶安裝穿過底部風道，風道受熱變形，損壞熱電偶，甚至熱電偶芯不能抽出。