循環流化床鍋爐床壓補償監控技術的應用

一、 循環流化床鍋爐的特點概述
　　河南新鄉豫新發電有限責任公司本期擴建工程裝設兩臺440t/h循環流化床鍋爐，是國內首臺135MW，一次中間再熱的循環流化床鍋爐。其主要技術參數如下：
過熱器流量 440t/h
過熱蒸汽出口壓力 13.7MPa
過熱蒸汽溫度 540℃
給水溫度 249.3℃
再熱蒸汽流量 360 t/h
再熱蒸汽進/出口壓力 2.621/2.493 Mpa
再熱蒸汽進/出口溫度 316/540℃
　　與其他鍋爐相比，循環流化床鍋爐增加了高溫物料循環回路部分即分離器、回料閥；還增加了底渣冷卻裝置-冷渣器。分離器的作用在于實現氣固兩相分離，將煙氣中夾帶的絕大多數固體顆粒分離下來，回料閥的作用：一是將分離器分離下來的固體顆粒返送回爐膛，實現鍋爐燃燒及石灰石的往復循環燃燒和反應；二是通過循環物料在回料閥進料管內形成一定的料位，實現料封，防止爐內的正壓煙氣反竄進入負壓的分離器內造成煙氣短路，破壞分離器內的正常氣固兩相流動及爐內正常的燃燒和傳熱。
二、 循環流化床鍋爐爐內的壓力特性
　　循環流化床鍋爐的不同部位處于不同的氣固兩相流動形式，爐內處于快速床的工作狀態，具有顆粒間存在強烈擾動和返混等性質；回料閥進料管內處于負差壓移動填充床狀態，返料管處于鼓泡床流動狀態；風水聯合式冷渣器進渣倉室處于移動填充床狀態，另外的倉室處于鼓泡床流動狀態；尾部煙道處于氣力輸送狀態。鍋爐采用平衡通風方式，壓力平衡點位于爐膛出口，所以運行時燃燒室處于正壓工況，為了防止泄漏，確保燃燒室的密封性，所有門、孔以及管束穿墻處都進行了密封。鍋爐在滿負荷運行狀態下，爐內及煙道各部壓力如表1所示。

三、 壓力補償、防堵測量裝置的工作原理
　　在循環流化床鍋爐中，爐內床壓為正壓。在測壓時，由于反吹氣體在測量管線內流動而產生的管內壓差，會造成測壓的嚴重失真。另外由于進行固體燃料的循環燃燒，其流化狀態的固體燃料具有一般流體的性質，流動的物料極容易堵塞測壓點和測壓管線，故采用常規的測量裝置不能進行準確可靠的連續測量。根據循環流化床鍋爐床壓的特點，為確保壓力測量的真實準確和可靠的連續測量，采取壓力補償防堵的方式進行測壓，從而提高壓力測量的精度是必要的。壓力補償、防堵監測系統的原理結構如圖所示：

原理說明：在系統原理示意圖中，壓力變送器入口A點的壓力與取樣器入口B點的爐內壓力之間，由于反吹氣體流動而產生的管內壓差為*P，設：A點測量壓力為PA ，B點爐內壓力為PB，則PA=PB+*P。設流動氣體的重度為γ，該段空氣流速為V，空氣阻力參數為ξ，根據流體力學的原理，則：*P=γ·ξ·V2/2g（見"壓差測試曲線圖"中的*P曲線），可以看出，氣體因流量變化會引起氣體壓差*P的改變。為保證測量精度，在常規的反吹方法中只能選用較小的流量（一般為0.5M3/H），因而容易引起取源部件堵塞和燒毀。如加大流量，*P也隨之增加，這時只得采取變送器和顯示儀表調零的方法，因而引起顯示系統混亂。在運行中出現問題也較難校正。
　　為克服以上弊病，提高測量的精度，故在系統中加入了壓力補償裝置，設補償壓力為Pb，使Pb≈-γ·ξ·V2/2g（見曲線圖中Pb曲線），補償后測量管路內的壓差為Pc，則Pc= Pb+*P（見曲線圖中Pc曲線），此時測量壓力PA=PB+Pc。由于Pc在圖中F直線左側近似為零，即補償氣體的流量小于2M3/H時， Pb = -*P，Pc≈0；使測量管內的壓差得到補償，從而確保爐內壓力PB與測量壓力PA相等；另外，在補償流量小于2M3/H的范圍內，由于Pb隨流量變化的過程中， Pb與*P的變化幅度一致，使PA不受氣源壓力和反吹氣體流量變化的影響，保證了測量值的準確性。
　　在壓力測試曲線圖中，D直線右側為不堵塞區（流速大于7米/秒）；E直線右側為不燒毀堵塞區（流速大于9.5米/秒）；F直線左側為補償線性區（流量小于2M3/H）。一般應在E直線與F直線之間，或D直線與F直線之間選取流量，進行補償調試。

四、壓力補償防堵裝置在安裝、調試及運行維護過程中的技術措施
根據循環流化床鍋爐爐內環境壓力的特性及測壓補償防堵裝置的原理，為確保壓力測量的真實準確和可靠的連續測量，在安裝、調試及運行維護過程中應采取以下幾方面的技術措施：
1、安裝過程中的技術要求
（1）測壓補償防堵裝置控制箱應安裝在無劇烈震動、環境溫度低于45℃、無嚴重潮濕的區域，且控制箱應于水平面垂直，傾斜度不大于1°；
（2）Y型測壓取樣管安裝時，應于水平方向傾斜30°角，爐外管部應高于爐內管部，測壓管前端由爐墻內表面縮回30~40毫米。以防取樣管口燒損、堵塞而影響測量的精度；
（3）安裝配管時，嚴禁焊接管接頭，以防箱內軟管受損；
（4）當控制箱與爐體非剛性連接時，控制箱與Y型測壓取樣管間應采用金屬軟管連接，以作為膨脹補償；
（5）施工后，應對管路進行嚴密實驗，調壓閥前的實驗壓力為1.2Mpa，調壓閥后的實驗壓力為0.4Mpa；
（6）使用前，應先對管路進行吹掃。
2、靜態調試（爐內燃燒室壓力為0時）
（1）根據測壓補償防堵裝置的安裝位置決定補償氣體的壓力和流量，一般補償壓力取0.1~0.2Mpa，密壓區的流量取1.5~2M3/H，負壓區的流量取1~1.5M3/H；
（2）在取壓檢測孔C1或C2處接入U形管差壓計，當U形管差壓計顯示為正時，順時針調整"調整閥"尾部的調整螺栓，使差壓為零。當U形管差壓計顯示為負時，逆時針調整"調整閥"尾部的調整螺栓，使差壓為零。然后鎖緊防松螺帽。如果補償調不到零，應更換調整閥，再進行調整；
（3）調整后，可將流量減小至0.5 M3/H，以核實"補償量"調整是否準確。如補償準確，則補償流量變化時U形管差壓計顯示的差壓變化很微小。調整結束后，取下U形管差壓計的導管，封閉檢測孔便可投入使用。
3、動態調試（當爐內處于工作狀態時）
（1）在檢測孔C1或C2處接入U形管差壓計，調整減壓閥的壓力，使流量計調到0位，記下U形管差壓計的顯示值a1;
（2）將流量計調整到2M3/H，記下U形管差壓計的顯示值b1;
（3）當b1< a1時，逆時針調整"調整閥"尾部的調整螺栓，使b1= a1；當b1> a1時，順時針調整"調整閥"尾部的調整螺栓，使b1= a1；
（4）將流量降至0.5 M3/H，記下U形管差壓計的顯示值a2，如果a2= a1，則表明調整準確，調整結束；
（5）若a2≠a1，則應將流量升至2M3/H，記下U形管差壓計的顯示值b2，調整"調整閥"尾部的調整螺栓，使b1= b2，如此反復調整幾次，即可投入使用。
（6）動態調試后接入U形管差壓計時，一定要使測壓管處于反吹狀態，否則由于爐內正壓作用，爐內灰塵從測壓管吹入，造成系統堵塞。
（7）流化床鍋爐爐停止運行時，其下部爐床測壓管可能埋入沉降的床料中，為避免堵塞和燒損，最好不關閉反吹空氣。
4、故障分析及措施
由于各測點標高誤差以及各測點距布風板的距離與設計位置可能存在的偏差，會造成鍋爐運行時各點測壓值相差較大。故在鍋爐投運之前，須核對測孔標高以及距布風板的距離，同時對床壓測點逐一檢查，是否有堵塞現象。我們對測壓補償防堵裝置在調試和運行中出現的故障、原因和解決措施進行了總結匯集，詳見下表。

　　床壓測量有別于常規的壓力測量，因為流動的床料極易堵塞測壓點和測壓管線，所以床壓測量裝置中布置了外部吹掃和內部吹掃。為清除壓力測孔部位堆積的床料，外部吹掃空氣需12小時吹掃一次。內部吹掃空氣為連續供氣，系統內部設置了壓力補償裝置，內部吹掃空氣對床壓測量產生的影響由壓力補償裝置自動補償。
五、 結 束 語
　　在對新鄉火電廠技改工程#1循環流化床鍋爐的安裝、調試和試運過程中積累經驗的基礎上，我們在#2爐的安裝、調試和試運過程中采取了以上技術措施，提高了壓力測量的精度，根除了在多粉塵和高溫狀態下測壓管路堵塞和氧化燒毀現象，可靠地保證了設備和控制系統的正常運行。