關于循環流化床鍋爐爐床料位測量技術的探討

劉孟文

摘 要：循環流化床鍋爐的床料料位檢測直接影響著鍋爐的正常投運，根據我公司循環流化床鍋爐的特點，闡述了流體靜力學的有關原理在正壓鍋爐床料料位監控技術中的應用，并介紹了差壓測量儀表在循環流化床鍋爐床料料位上進行測量時存在問題、解決對策及改造效果，以及在運行過程中應采取的技術措施，以提高測量的準確性和可靠性。

關鍵詞：流化床 床層料位 床層差壓 取壓方式

中圖分類號：TK17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0036-01

我公司3臺240 t/h循環流化床鍋爐，是高溫、高壓中溫分離循環流化床、采用床下風道點火方式，自然循環單汽包、單爐膛、平衡通風、露天布置鍋爐。改造前爐床料位采用帶壓力補償裝置的壓力變送器測量。

1 料位參數測量區域的壓力特性

1.1 工況的復雜性

如圖1所示，循環流化床鍋爐爐膛內不同部位的介質流動具有不同的氣固兩相流動特點，顆粒間存在強烈擾動和返混等性質；[1]運行時床料燃燒室處于正壓工況，二次風區、三次風區處于微正壓或負壓區，爐膛出口以后風區是負壓區。風室甲側、乙側進口，二次風區、三次風區南、北墻的進口風道上均裝有調節風量的調節風門。

1.2 對床壓參數測量的擾動因素

（1）床料厚度變化；（2）風室進風調節門開度變化；（3）二次風區、三次風區調節門開度變化；（4）鍋爐尾部引風機轉速的變化；（5）加到床層上的煤量、石灰石顆粒量；（6）分離器經加料閥返回到床層上的床料；7）從下料口經冷渣機排出的爐渣。

所以，床壓參數并不是床層料位的單值函數，只通過測量布風板上側的風壓大小，并不能準確測量料位的高低。

2 差壓變送器測量物位

2.1 采用差壓變送器測量物位的原理

如果把爐膛燃燒室看成一個封閉的、氣相壓力不斷變化的系統，則可簡化問題如圖2所示密閉容器的液位測量，氣相壓力P0隨工藝不斷變化，這種情況下，應選用差壓變送器來測量液的。

由流體靜力學原理，變送器正負壓室所受壓力分別是：

P+=P0+Hρg P-= P0 △P= P+-P-=Hρg [2]

上式說明：變送器測量的壓差只與料位高度成正比，而與料位上方氣相壓力無關。

2.2 采用差壓變送器測量床層料位的可行性

綜上所述，選用差壓變送器來側量循環流化床鍋爐床料的料位，可以很容易的將所有與風壓有關的干擾濾掉，如果鍋爐負荷平穩，進入爐膛的煤量、從分離器返回爐膛的爐渣顆粒物量基本穩定，那么，只有從冷渣機放出的爐渣量將是料位的主要干擾因素。此時系統達到了動態平衡，由于從布風板吹進的風量是穩定的，懸浮的床層的平均密度就可以近似為常數，這時，如果準確測量出料層的差壓也就測得了料層厚度的變化。

事實上，由于鍋爐負荷在不斷的變化，床料高度也要求不斷做出調整，處在懸浮、流動、沸騰狀態中的床料的平均密度也在變化。采用上述差壓法，測出密相區內固定高度（如取H=1 m）的壓差，可即時測出此刻料層的密度：△P2=Hρg=1×ρg。[3]通過DCS組態，兩變送器信號引入除法器，計算結果就是當前的床層料位。

2.3 日常維護工作規定

為保證測量系統的穩定運行，我們對日常維護工作做了如下規定：

（1）當鍋爐停止運行時，鍋爐測壓管將埋入沉降的床料中，為避免堵塞和燒損，可關閉閥2，打開閥1進行吹掃，然后調節閥1在小開度狀態，維持取壓點處為正壓，防止顆粒床料堵塞取壓口。

（2）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，為防止床料堵塞取壓管口和測壓管線，需每周吹掃一次。方法是先關閉閥2再打開閥1即可。

采用差壓法測量流化床床料厚度，克服了干擾，比原來采用壓力變送器測量獲得了較準確的測量結果，為運行人員平穩操作提供了保證。因此，從差壓儀表測量物位的原理入手，探討流化床鍋爐料位的測量方法。最后獲得直觀可靠的料位信息，同時，通過改造也消除了原來補償裝置異常給測量帶來的誤差和維護費用，改造效果顯著。

3 結語

循環流化床鍋爐內的流體動力學特性，至今還未被完全認識清楚。爐內介質的密相區和稀相區隨鍋爐負荷變化的規律還需進一步探索。爐床料位檢測研究的目的主要是下部密相區壓差值與浮動料位高度的關系。當負荷變化較大時，給煤量及分離器返回的爐渣量將發生變化，對料位產生影響。因此，穩定操作，使爐內風煤在爐床上混合分布均勻，促使爐內溫度、壓力、氧濃度分布均勻，進一步提高鍋爐燃燒效率，同時，也使密相區平均密度得以恒定，提高料位測量的準確性，為將來料位控制投入自控調節創造條件。

參考文獻

[1] 徐齊勝，等.300 MW循環流化床鍋爐爐膛數值模擬及優化與試驗研究[D].

[2] 范玉久.化工測量及儀表[M].化學工業出版社，2003（2）：27-31.

[3] 王森，朱炳興.儀表工試題集[M].化學工業出版社，2001（4）：115-117，133-134.endprint

摘 要：循環流化床鍋爐的床料料位檢測直接影響著鍋爐的正常投運，根據我公司循環流化床鍋爐的特點，闡述了流體靜力學的有關原理在正壓鍋爐床料料位監控技術中的應用，并介紹了差壓測量儀表在循環流化床鍋爐床料料位上進行測量時存在問題、解決對策及改造效果，以及在運行過程中應采取的技術措施，以提高測量的準確性和可靠性。

關鍵詞：流化床 床層料位 床層差壓 取壓方式

中圖分類號：TK17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0036-01

我公司3臺240 t/h循環流化床鍋爐，是高溫、高壓中溫分離循環流化床、采用床下風道點火方式，自然循環單汽包、單爐膛、平衡通風、露天布置鍋爐。改造前爐床料位采用帶壓力補償裝置的壓力變送器測量。

1 料位參數測量區域的壓力特性

1.1 工況的復雜性

如圖1所示，循環流化床鍋爐爐膛內不同部位的介質流動具有不同的氣固兩相流動特點，顆粒間存在強烈擾動和返混等性質；[1]運行時床料燃燒室處于正壓工況，二次風區、三次風區處于微正壓或負壓區，爐膛出口以后風區是負壓區。風室甲側、乙側進口，二次風區、三次風區南、北墻的進口風道上均裝有調節風量的調節風門。

1.2 對床壓參數測量的擾動因素

（1）床料厚度變化；（2）風室進風調節門開度變化；（3）二次風區、三次風區調節門開度變化；（4）鍋爐尾部引風機轉速的變化；（5）加到床層上的煤量、石灰石顆粒量；（6）分離器經加料閥返回到床層上的床料；7）從下料口經冷渣機排出的爐渣。

所以，床壓參數并不是床層料位的單值函數，只通過測量布風板上側的風壓大小，并不能準確測量料位的高低。

2 差壓變送器測量物位

2.1 采用差壓變送器測量物位的原理

如果把爐膛燃燒室看成一個封閉的、氣相壓力不斷變化的系統，則可簡化問題如圖2所示密閉容器的液位測量，氣相壓力P0隨工藝不斷變化，這種情況下，應選用差壓變送器來測量液的。

由流體靜力學原理，變送器正負壓室所受壓力分別是：

P+=P0+Hρg P-= P0 △P= P+-P-=Hρg [2]

上式說明：變送器測量的壓差只與料位高度成正比，而與料位上方氣相壓力無關。

2.2 采用差壓變送器測量床層料位的可行性

綜上所述，選用差壓變送器來側量循環流化床鍋爐床料的料位，可以很容易的將所有與風壓有關的干擾濾掉，如果鍋爐負荷平穩，進入爐膛的煤量、從分離器返回爐膛的爐渣顆粒物量基本穩定，那么，只有從冷渣機放出的爐渣量將是料位的主要干擾因素。此時系統達到了動態平衡，由于從布風板吹進的風量是穩定的，懸浮的床層的平均密度就可以近似為常數，這時，如果準確測量出料層的差壓也就測得了料層厚度的變化。

事實上，由于鍋爐負荷在不斷的變化，床料高度也要求不斷做出調整，處在懸浮、流動、沸騰狀態中的床料的平均密度也在變化。采用上述差壓法，測出密相區內固定高度（如取H=1 m）的壓差，可即時測出此刻料層的密度：△P2=Hρg=1×ρg。[3]通過DCS組態，兩變送器信號引入除法器，計算結果就是當前的床層料位。

2.3 日常維護工作規定

為保證測量系統的穩定運行，我們對日常維護工作做了如下規定：

（1）當鍋爐停止運行時，鍋爐測壓管將埋入沉降的床料中，為避免堵塞和燒損，可關閉閥2，打開閥1進行吹掃，然后調節閥1在小開度狀態，維持取壓點處為正壓，防止顆粒床料堵塞取壓口。

（2）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，為防止床料堵塞取壓管口和測壓管線，需每周吹掃一次。方法是先關閉閥2再打開閥1即可。

采用差壓法測量流化床床料厚度，克服了干擾，比原來采用壓力變送器測量獲得了較準確的測量結果，為運行人員平穩操作提供了保證。因此，從差壓儀表測量物位的原理入手，探討流化床鍋爐料位的測量方法。最后獲得直觀可靠的料位信息，同時，通過改造也消除了原來補償裝置異常給測量帶來的誤差和維護費用，改造效果顯著。

3 結語

循環流化床鍋爐內的流體動力學特性，至今還未被完全認識清楚。爐內介質的密相區和稀相區隨鍋爐負荷變化的規律還需進一步探索。爐床料位檢測研究的目的主要是下部密相區壓差值與浮動料位高度的關系。當負荷變化較大時，給煤量及分離器返回的爐渣量將發生變化，對料位產生影響。因此，穩定操作，使爐內風煤在爐床上混合分布均勻，促使爐內溫度、壓力、氧濃度分布均勻，進一步提高鍋爐燃燒效率，同時，也使密相區平均密度得以恒定，提高料位測量的準確性，為將來料位控制投入自控調節創造條件。

參考文獻

[1] 徐齊勝，等.300 MW循環流化床鍋爐爐膛數值模擬及優化與試驗研究[D].

[2] 范玉久.化工測量及儀表[M].化學工業出版社，2003（2）：27-31.

[3] 王森，朱炳興.儀表工試題集[M].化學工業出版社，2001（4）：115-117，133-134.endprint

摘 要：循環流化床鍋爐的床料料位檢測直接影響著鍋爐的正常投運，根據我公司循環流化床鍋爐的特點，闡述了流體靜力學的有關原理在正壓鍋爐床料料位監控技術中的應用，并介紹了差壓測量儀表在循環流化床鍋爐床料料位上進行測量時存在問題、解決對策及改造效果，以及在運行過程中應采取的技術措施，以提高測量的準確性和可靠性。

關鍵詞：流化床 床層料位 床層差壓 取壓方式

中圖分類號：TK17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0036-01

我公司3臺240 t/h循環流化床鍋爐，是高溫、高壓中溫分離循環流化床、采用床下風道點火方式，自然循環單汽包、單爐膛、平衡通風、露天布置鍋爐。改造前爐床料位采用帶壓力補償裝置的壓力變送器測量。

1 料位參數測量區域的壓力特性

1.1 工況的復雜性

如圖1所示，循環流化床鍋爐爐膛內不同部位的介質流動具有不同的氣固兩相流動特點，顆粒間存在強烈擾動和返混等性質；[1]運行時床料燃燒室處于正壓工況，二次風區、三次風區處于微正壓或負壓區，爐膛出口以后風區是負壓區。風室甲側、乙側進口，二次風區、三次風區南、北墻的進口風道上均裝有調節風量的調節風門。

1.2 對床壓參數測量的擾動因素

（1）床料厚度變化；（2）風室進風調節門開度變化；（3）二次風區、三次風區調節門開度變化；（4）鍋爐尾部引風機轉速的變化；（5）加到床層上的煤量、石灰石顆粒量；（6）分離器經加料閥返回到床層上的床料；7）從下料口經冷渣機排出的爐渣。

所以，床壓參數并不是床層料位的單值函數，只通過測量布風板上側的風壓大小，并不能準確測量料位的高低。

2 差壓變送器測量物位

2.1 采用差壓變送器測量物位的原理

如果把爐膛燃燒室看成一個封閉的、氣相壓力不斷變化的系統，則可簡化問題如圖2所示密閉容器的液位測量，氣相壓力P0隨工藝不斷變化，這種情況下，應選用差壓變送器來測量液的。

由流體靜力學原理，變送器正負壓室所受壓力分別是：

P+=P0+Hρg P-= P0 △P= P+-P-=Hρg [2]

上式說明：變送器測量的壓差只與料位高度成正比，而與料位上方氣相壓力無關。

2.2 采用差壓變送器測量床層料位的可行性

綜上所述，選用差壓變送器來側量循環流化床鍋爐床料的料位，可以很容易的將所有與風壓有關的干擾濾掉，如果鍋爐負荷平穩，進入爐膛的煤量、從分離器返回爐膛的爐渣顆粒物量基本穩定，那么，只有從冷渣機放出的爐渣量將是料位的主要干擾因素。此時系統達到了動態平衡，由于從布風板吹進的風量是穩定的，懸浮的床層的平均密度就可以近似為常數，這時，如果準確測量出料層的差壓也就測得了料層厚度的變化。

事實上，由于鍋爐負荷在不斷的變化，床料高度也要求不斷做出調整，處在懸浮、流動、沸騰狀態中的床料的平均密度也在變化。采用上述差壓法，測出密相區內固定高度（如取H=1 m）的壓差，可即時測出此刻料層的密度：△P2=Hρg=1×ρg。[3]通過DCS組態，兩變送器信號引入除法器，計算結果就是當前的床層料位。

2.3 日常維護工作規定

為保證測量系統的穩定運行，我們對日常維護工作做了如下規定：

（1）當鍋爐停止運行時，鍋爐測壓管將埋入沉降的床料中，為避免堵塞和燒損，可關閉閥2，打開閥1進行吹掃，然后調節閥1在小開度狀態，維持取壓點處為正壓，防止顆粒床料堵塞取壓口。

（2）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，為防止床料堵塞取壓管口和測壓管線，需每周吹掃一次。方法是先關閉閥2再打開閥1即可。

采用差壓法測量流化床床料厚度，克服了干擾，比原來采用壓力變送器測量獲得了較準確的測量結果，為運行人員平穩操作提供了保證。因此，從差壓儀表測量物位的原理入手，探討流化床鍋爐料位的測量方法。最后獲得直觀可靠的料位信息，同時，通過改造也消除了原來補償裝置異常給測量帶來的誤差和維護費用，改造效果顯著。

3 結語

循環流化床鍋爐內的流體動力學特性，至今還未被完全認識清楚。爐內介質的密相區和稀相區隨鍋爐負荷變化的規律還需進一步探索。爐床料位檢測研究的目的主要是下部密相區壓差值與浮動料位高度的關系。當負荷變化較大時，給煤量及分離器返回的爐渣量將發生變化，對料位產生影響。因此，穩定操作，使爐內風煤在爐床上混合分布均勻，促使爐內溫度、壓力、氧濃度分布均勻，進一步提高鍋爐燃燒效率，同時，也使密相區平均密度得以恒定，提高料位測量的準確性，為將來料位控制投入自控調節創造條件。

參考文獻

[1] 徐齊勝，等.300 MW循環流化床鍋爐爐膛數值模擬及優化與試驗研究[D].

[2] 范玉久.化工測量及儀表[M].化學工業出版社，2003（2）：27-31.

[3] 王森，朱炳興.儀表工試題集[M].化學工業出版社，2001（4）：115-117，133-134.endprint