220t/h循環(huán)流化床鍋爐溫度測(cè)點(diǎn)布置及其儀表選型

蔡 丹 魏慶韙

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，武漢 430223)

為克服沸騰爐飛灰含碳量高、燃燒效率低、埋管受熱面磨損嚴(yán)重及脫硫劑利用率低等缺點(diǎn)，循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)方式包括內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，摻入石灰石后的煤被送入爐膛中燃燒，物料由一次風(fēng)帶入爐膛中上部燃燒，沒(méi)有燃燒充分的大顆粒通過(guò)自身重力沿著爐膛內(nèi)壁落入爐膛下部，此即為內(nèi)循環(huán)；細(xì)小顆粒被煙氣揚(yáng)吸、夾帶入旋風(fēng)分離器中，由于離心力和重力作用落入返料器中，通過(guò)返料風(fēng)和松動(dòng)風(fēng)送入爐膛，構(gòu)成了外循環(huán)。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率比較高，對(duì)煤種的適應(yīng)范圍廣，而且采用低溫燃燒可使煙氣中的NOx排放量很低，煙氣不經(jīng)過(guò)脫硫脫硝便可滿足環(huán)保排放要求。 由于循環(huán)流化床鍋爐自身的特點(diǎn)，一旦運(yùn)行中不能滿足其熱工參數(shù)的特殊要求，極易造成鍋爐出力不足、燃燒效率低、磨損嚴(yán)重、床溫偏高、煤灰分離效率低、回料器堵灰、結(jié)焦，以至于停爐等現(xiàn)象。因此，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐中溫度測(cè)點(diǎn)的儀表選型進(jìn)行探討很有必要，筆者結(jié)合安化年產(chǎn)20萬(wàn)t乙二醇項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱安化項(xiàng)目)，介紹220t/h循環(huán)流化床燃煤鍋爐熱工測(cè)點(diǎn)的布置和溫度儀表的選型與安裝。

1 循環(huán)流化床燃煤鍋爐簡(jiǎn)介①

安化項(xiàng)目采用的是唐山信德鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的220t/h高溫高壓低倍率循環(huán)流化床燃煤鍋爐，該爐具有高效、低磨損，中溫分離，灰循環(huán)安全易控，運(yùn)行可靠性高和啟動(dòng)迅速的特點(diǎn)。

安化項(xiàng)目采用的鍋爐為室外布置，由前部和尾部?jī)蓚€(gè)豎井組成，如圖1所示。前部豎井是爐膛，為懸吊結(jié)構(gòu)，爐膛四周由膜式水冷壁組成。自下而上依次為密相區(qū)、懸浮段、一級(jí)蒸發(fā)管、三級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)蒸發(fā)管和高溫省煤器。尾部是尾部受熱面煙道豎井，采用支承結(jié)構(gòu)，布置有低溫省煤器和管式空氣預(yù)熱器。兩個(gè)豎井之間由旋風(fēng)分離器柔性連通，分離器下部接回送裝置和螺旋除灰器。經(jīng)旋風(fēng)筒分離下來(lái)的回送灰由回送裝置從爐后隨煤一起送入爐膛。從分離器分離下來(lái)的多余的灰經(jīng)螺旋除灰器排走。

圖1 循環(huán)流化床燃煤鍋爐室外布置示意圖

由圖1可以看出，一級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)過(guò)熱器、三級(jí)過(guò)熱器和高溫省煤器布置在前部豎井爐膛內(nèi)，這與大多數(shù)鍋爐的布置不同。大多數(shù)鍋爐是把過(guò)熱器和省煤器布置在尾部煙道，這樣前部豎井爐膛煙氣出口溫度將達(dá)到900℃以上并進(jìn)行氣、固分離，而煙氣中的煤灰在900℃以上時(shí)，易變成焦?fàn)钫掣皆跓煹涝O(shè)備表面上，不利于設(shè)備表面灰塵隨煙氣排走，需要設(shè)置吹灰器定期對(duì)尾部煙道各設(shè)備表面的積灰進(jìn)行吹掃。而循環(huán)流化床燃煤鍋爐將過(guò)熱器及高溫省煤器等布置在前部豎井爐膛，前部豎井爐膛煙氣出口溫度可降至450℃，煤灰在450℃時(shí)，不易變成焦?fàn)钫持阱仩t尾部煙道設(shè)備表面上，因此不需要設(shè)置吹灰器，有利于煙氣和煤灰分離，節(jié)約了成本。

鍋爐的參數(shù)指標(biāo)如下：

額定蒸發(fā)量 220t/h

過(guò)熱蒸汽出口壓力 9.81MPa

過(guò)熱蒸汽溫度 540℃

給水溫度 158℃

排煙溫度 小于150℃

對(duì)鍋爐燃料的要求：燃料的最大粒度不超過(guò)10.0mm，其中99%應(yīng)小于8.0mm、50%應(yīng)小于1.5mm、30%應(yīng)小于1.0mm。

2 鍋爐溫度測(cè)點(diǎn)布置

要合理地選擇鍋爐上的溫度儀表，首先要確定溫度測(cè)點(diǎn)的位置。安化項(xiàng)目中，鍋爐熱工溫度測(cè)點(diǎn)位置有：低溫省煤器進(jìn)、出口水溫4處；高溫省煤器進(jìn)、出口水溫兩處；鍋爐鍋筒上、下壁溫6處；一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)過(guò)熱器蛇形管壁溫6處；一級(jí)、二級(jí)過(guò)熱器和減溫器出口汽溫4處；集汽集箱汽溫兩處；風(fēng)室溫度兩處；一次風(fēng)、二次風(fēng)進(jìn)(出)空預(yù)器風(fēng)溫4處；鍋爐爐膛床溫10處；返料床上床溫4處；二次、三次風(fēng)爐膛煙溫20處；一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)過(guò)熱器入口煙溫20處；爐膛出口煙溫8處；二級(jí)蒸發(fā)管進(jìn)口煙溫8處；高溫省煤器進(jìn)、出口煙溫16處；進(jìn)煙道煙溫10處；分離器進(jìn)、出口煙溫4處；低溫省煤器入口煙溫兩處；二次風(fēng)空預(yù)器進(jìn)、出口煙溫4處；一次風(fēng)空預(yù)器中間煙溫兩處；排煙溫度兩處。

《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的第164條規(guī)定了鍋爐應(yīng)設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)的部位，與之對(duì)比后，確定安化項(xiàng)目鍋爐溫度測(cè)點(diǎn)的布置是符合要求的。而且此項(xiàng)目中鍋爐溫度測(cè)點(diǎn)的布置也符合《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》表3.1.11-1“200MW及以下機(jī)組主要工藝系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)目”中對(duì)鍋爐溫度檢測(cè)項(xiàng)目的規(guī)定。

3 溫度儀表選型

溫度測(cè)量?jī)x表按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式。接觸式儀表簡(jiǎn)單、可靠、價(jià)廉而且測(cè)量精確度較高，但由于受檢測(cè)元件熱慣性的影響，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，而且不適宜腐蝕性介質(zhì)和高溫測(cè)量。非接觸式儀表有著測(cè)量范圍寬和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但由于易受外界因素影響，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格也高。

在選擇溫度檢測(cè)儀表時(shí)，不能片面追求測(cè)量范圍寬、精度高和自動(dòng)化程度高，而要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝要求、被測(cè)介質(zhì)的具體情況及經(jīng)濟(jì)適用等進(jìn)行綜合考慮。當(dāng)檢測(cè)儀表能達(dá)到測(cè)溫上、下限且大于被測(cè)介質(zhì)溫度變化范圍，精度達(dá)到要求，能適應(yīng)于所在工況，使用方式符合操作人員觀察需要、檢修維護(hù)與更換方便等條件的前提下，盡量選用價(jià)格較低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的檢測(cè)儀表。因此，筆者認(rèn)為選擇溫度儀表時(shí)至少應(yīng)考慮5個(gè)因素：監(jiān)控方式、測(cè)量范圍、被測(cè)介質(zhì)特性、測(cè)量精度要求和測(cè)點(diǎn)所在工況。

根據(jù)上述對(duì)鍋爐溫度儀表測(cè)點(diǎn)布置的分析，筆者將溫度測(cè)點(diǎn)歸納為六大類：

a. 省煤器進(jìn)、出口水溫；

b. 過(guò)熱器、減溫器出口和集汽集箱汽溫；

c. 鍋爐鍋筒和過(guò)熱器蛇形管壁溫；

d. 一次風(fēng)、二次風(fēng)進(jìn)出空預(yù)器風(fēng)溫；

e. 鍋爐爐膛各處煙溫；

f. 分離器進(jìn)、出口和尾部煙道各處煙溫。

上述測(cè)點(diǎn)共140處，都是遠(yuǎn)傳信號(hào)。考慮到熱電阻溫度計(jì)的測(cè)溫上限不高，為減少溫度計(jì)和電纜的種類，筆者在安化項(xiàng)目中采用了熱電偶溫度計(jì)，針對(duì)不同處的溫度測(cè)點(diǎn)，給出了詳細(xì)的儀表選型方案。

對(duì)于a、b兩類溫度測(cè)點(diǎn)，其介質(zhì)為蒸汽和水，操作溫度在550℃以下，筆者在安化項(xiàng)目中選用的是熱套式熱電偶(即耐沖刷熱電偶)，主要用于鍋爐給水和蒸汽管道溫度的測(cè)量，測(cè)量范圍0～600℃。值得注意的是，鍋爐廠家在這兩類溫度測(cè)點(diǎn)處預(yù)埋了熱電偶座，因此所選溫度儀表的保護(hù)套管外徑和插入深度要滿足安裝要求，安裝方式如圖2所示。

圖2 熱套式熱電偶安裝示意圖

對(duì)于c類溫度測(cè)點(diǎn)，要測(cè)量的是設(shè)備表面溫度，操作溫度在500℃以下。《化工自控設(shè)計(jì)規(guī)定》規(guī)定溫度儀表選型時(shí)：設(shè)備、管道外壁和轉(zhuǎn)體表面溫度，選用端(表面)式，壓簧固定式或鎧裝熱電偶、熱電阻。在安化項(xiàng)目中，在第c類測(cè)點(diǎn)處選用K型鎧裝熱電偶，采用捆綁式安裝，即先用螺栓和螺母將兩條扁鋼固定在鍋爐上，再把熱電偶?jí)壕o在扁鋼里，安裝方式如圖3所示。

圖3 捆綁式熱電偶安裝示意圖

對(duì)于d、f類溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)介質(zhì)為經(jīng)空預(yù)器預(yù)熱后的空氣和尾部煙道的煙氣。預(yù)熱后的空氣操作溫度約230℃，尾部煙道的煙氣操作溫度約450℃。筆者在安化項(xiàng)目中在這類測(cè)點(diǎn)處選用的是煙、風(fēng)道專用熱電偶，保護(hù)管采用縮徑式結(jié)構(gòu)，具有反應(yīng)快和抗振性好的優(yōu)點(diǎn)，分度號(hào)K型，測(cè)量范圍0～800℃，安裝方式如圖4所示。

圖4 煙、風(fēng)道專用熱電偶安裝簡(jiǎn)圖

e類溫度測(cè)點(diǎn)是鍋爐爐膛煙氣溫度，介質(zhì)為煙氣(含固體顆粒較多)，溫度在900℃以上。需要說(shuō)明的是，f處溫度測(cè)點(diǎn)的介質(zhì)也是煙氣，但是此處的煙氣是經(jīng)氣固分離后的，含固體顆粒很少，所以不能與爐膛里的煙氣溫度測(cè)量同等考慮。

因爐膛煙氣含固體顆粒較多，溫度很高，因此筆者在安化項(xiàng)目中選用的是耐高溫耐磨熱電偶，分度號(hào)S型，測(cè)量范圍0～1 300℃。浙江倫特耐高溫耐磨熱電偶保護(hù)套管的材料有GH44、GH30、GH3039、NCF800及HASTELLOY等。此類溫度測(cè)點(diǎn)處鍋爐廠也預(yù)埋了溫度套管，長(zhǎng)度為200mm，通常測(cè)量鍋爐爐膛煙氣溫度的熱電偶深入預(yù)埋溫度套管末端300mm左右，再加上預(yù)埋溫度套管上焊的法蘭和法蘭短管的長(zhǎng)度，此處插入深度在650mm左右，安裝方式如圖5所示。

圖5 耐高溫耐磨熱電偶安裝簡(jiǎn)圖

耐高溫耐磨熱電偶前端有個(gè)耐磨頭，具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫及反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。但是耐高溫耐磨熱電偶使用壽命有限，有些鍋爐在爐膛等高溫測(cè)點(diǎn)處采用的是非接觸式溫度儀表，如輻射式或紅外式溫度儀表，非接觸式儀表有易受外界干擾、標(biāo)定困難及價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，其綜合效果有待驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者詳細(xì)地介紹了安化年產(chǎn)20萬(wàn)t乙二醇項(xiàng)目中，220t/h循環(huán)流化床燃煤鍋爐熱工測(cè)點(diǎn)的布置，以及溫度儀表的選型與安裝方式，為鍋爐的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行提供借鑒。