循环流化床锅炉床压补偿监控技术的应用

一、 循环流化床锅炉的特点概述
　　河南新乡豫新发电有限责任公司本期扩建工程装设两台440t/h循环流化床锅炉，是国内首台135MW，一次中间再热的循环流化床锅炉。其主要技术参数如下：
过热器流量 440t/h
过热蒸汽出口压力 13.7MPa
过热蒸汽温度 540℃
给水温度 249.3℃
再热蒸汽流量 360 t/h
再热蒸汽进/出口压力 2.621/2.493 Mpa
再热蒸汽进/出口温度 316/540℃
　　与其他锅炉相比，循环流化床锅炉增加了高温物料循环回路部分即分离器、回料阀；还增加了底渣冷却装置-冷渣器。分离器的作用在于实现气固两相分离，将烟气中夹带的绝大多数固体颗粒分离下来，回料阀的作用：一是将分离器分离下来的固体颗粒返送回炉膛，实现锅炉燃烧及石灰石的往复循环燃烧和反应；二是通过循环物料在回料阀进料管内形成一定的料位，实现料封，防止炉内的正压烟气反窜进入负压的分离器内造成烟气短路，破坏分离器内的正常气固两相流动及炉内正常的燃烧和传热。
二、 循环流化床锅炉炉内的压力特性
　　循环流化床锅炉的不同部位处于不同的气固两相流动形式，炉内处于快速床的工作状态，具有颗粒间存在强烈扰动和返混等性质；回料阀进料管内处于负差压移动填充床状态，返料管处于鼓泡床流动状态；风水联合式冷渣器进渣仓室处于移动填充床状态，另外的仓室处于鼓泡床流动状态；尾部烟道处于气力输送状态。锅炉采用平衡通风方式，压力平衡点位于炉膛出口，所以运行时燃烧室处于正压工况，为了防止泄漏，确保燃烧室的密封性，所有门、孔以及管束穿墙处都进行了密封。锅炉在满负荷运行状态下，炉内及烟道各部压力如表1所示。

三、 压力补偿、防堵测量装置的工作原理
　　在循环流化床锅炉中，炉内床压为正压。在测压时，由于反吹气体在测量管线内流动而产生的管内压差，会造成测压的严重失真。另外由于进行固体燃料的循环燃烧，其流化状态的固体燃料具有一般流体的性质，流动的物料极容易堵塞测压点和测压管线，故采用常规的测量装置不能进行准确可靠的连续测量。根据循环流化床锅炉床压的特点，为确保压力测量的真实准确和可靠的连续测量，采取压力补偿防堵的方式进行测压，从而提高压力测量的精度是必要的。压力补偿、防堵监测系统的原理结构如图所示：

原理说明：在系统原理示意图中，压力变送器入口A点的压力与取样器入口B点的炉内压力之间，由于反吹气体流动而产生的管内压差为*P，设：A点测量压力为PA ，B点炉内压力为PB，则PA=PB+*P。设流动气体的重度为γ，该段空气流速为V，空气阻力参数为ξ，根据流体力学的原理，则：*P=γ·ξ·V2/2g（见"压差测试曲线图"中的*P曲线），可以看出，气体因流量变化会引起气体压差*P的改变。为保证测量精度，在常规的反吹方法中只能选用较小的流量（一般为0.5M3/H），因而容易引起取源部件堵塞和烧毁。如加大流量，*P也随之增加，这时只得采取变送器和显示仪表调零的方法，因而引起显示系统混乱。在运行中出现问题也较难校正。
　　为克服以上弊病，提高测量的精度，故在系统中加入了压力补偿装置，设补偿压力为Pb，使Pb≈-γ·ξ·V2/2g（见曲线图中Pb曲线），补偿后测量管路内的压差为Pc，则Pc= Pb+*P（见曲线图中Pc曲线），此时测量压力PA=PB+Pc。由于Pc在图中F直线左侧近似为零，即补偿气体的流量小于2M3/H时， Pb = -*P，Pc≈0；使测量管内的压差得到补偿，从而确保炉内压力PB与测量压力PA相等；另外，在补偿流量小于2M3/H的范围内，由于Pb随流量变化的过程中， Pb与*P的变化幅度一致，使PA不受气源压力和反吹气体流量变化的影响，保证了测量值的准确性。
　　在压力测试曲线图中，D直线右侧为不堵塞区（流速大于7米/秒）；E直线右侧为不烧毁堵塞区（流速大于9.5米/秒）；F直线左侧为补偿线性区（流量小于2M3/H）。一般应在E直线与F直线之间，或D直线与F直线之间选取流量，进行补偿调试。

四、压力补偿防堵装置在安装、调试及运行维护过程中的技术措施
根据循环流化床锅炉炉内环境压力的特性及测压补偿防堵装置的原理，为确保压力测量的真实准确和可靠的连续测量，在安装、调试及运行维护过程中应采取以下几方面的技术措施：
1、安装过程中的技术要求
（1）测压补偿防堵装置控制箱应安装在无剧烈震动、环境温度低于45℃、无严重潮湿的区域，且控制箱应于水平面垂直，倾斜度不大于1°；
（2）Y型测压取样管安装时，应于水平方向倾斜30°角，炉外管部应高于炉内管部，测压管前端由炉墙内表面缩回30~40毫米。以防取样管口烧损、堵塞而影响测量的精度；
（3）安装配管时，严禁焊接管接头，以防箱内软管受损；
（4）当控制箱与炉体非刚性连接时，控制箱与Y型测压取样管间应采用金属软管连接，以作为膨胀补偿；
（5）施工后，应对管路进行严密实验，调压阀前的实验压力为1.2Mpa，调压阀后的实验压力为0.4Mpa；
（6）使用前，应先对管路进行吹扫。
2、静态调试（炉内燃烧室压力为0时）
（1）根据测压补偿防堵装置的安装位置决定补偿气体的压力和流量，一般补偿压力取0.1~0.2Mpa，密压区的流量取1.5~2M3/H，负压区的流量取1~1.5M3/H；
（2）在取压检测孔C1或C2处接入U形管差压计，当U形管差压计显示为正时，顺时针调整"调整阀"尾部的调整螺栓，使差压为零。当U形管差压计显示为负时，逆时针调整"调整阀"尾部的调整螺栓，使差压为零。然后锁紧防松螺帽。如果补偿调不到零，应更换调整阀，再进行调整；
（3）调整后，可将流量减小至0.5 M3/H，以核实"补偿量"调整是否准确。如补偿准确，则补偿流量变化时U形管差压计显示的差压变化很微小。调整结束后，取下U形管差压计的导管，封闭检测孔便可投入使用。
3、动态调试（当炉内处于工作状态时）
（1）在检测孔C1或C2处接入U形管差压计，调整减压阀的压力，使流量计调到0位，记下U形管差压计的显示值a1;
（2）将流量计调整到2M3/H，记下U形管差压计的显示值b1;
（3）当b1< a1时，逆时针调整"调整阀"尾部的调整螺栓，使b1= a1；当b1> a1时，顺时针调整"调整阀"尾部的调整螺栓，使b1= a1；
（4）将流量降至0.5 M3/H，记下U形管差压计的显示值a2，如果a2= a1，则表明调整准确，调整结束；
（5）若a2≠a1，则应将流量升至2M3/H，记下U形管差压计的显示值b2，调整"调整阀"尾部的调整螺栓，使b1= b2，如此反复调整几次，即可投入使用。
（6）动态调试后接入U形管差压计时，一定要使测压管处于反吹状态，否则由于炉内正压作用，炉内灰尘从测压管吹入，造成系统堵塞。
（7）流化床锅炉炉停止运行时，其下部炉床测压管可能埋入沉降的床料中，为避免堵塞和烧损，最好不关闭反吹空气。
4、故障分析及措施
由于各测点标高误差以及各测点距布风板的距离与设计位置可能存在的偏差，会造成锅炉运行时各点测压值相差较大。故在锅炉投运之前，须核对测孔标高以及距布风板的距离，同时对床压测点逐一检查，是否有堵塞现象。我们对测压补偿防堵装置在调试和运行中出现的故障、原因和解决措施进行了总结汇集，详见下表。

　　床压测量有别于常规的压力测量，因为流动的床料极易堵塞测压点和测压管线，所以床压测量装置中布置了外部吹扫和内部吹扫。为清除压力测孔部位堆积的床料，外部吹扫空气需12小时吹扫一次。内部吹扫空气为连续供气，系统内部设置了压力补偿装置，内部吹扫空气对床压测量产生的影响由压力补偿装置自动补偿。
五、 结 束 语
　　在对新乡火电厂技改工程#1循环流化床锅炉的安装、调试和试运过程中积累经验的基础上，我们在#2炉的安装、调试和试运过程中采取了以上技术措施，提高了压力测量的精度，根除了在多粉尘和高温状态下测压管路堵塞和氧化烧毁现象，可靠地保证了设备和控制系统的正常运行。