220t/h循环流化床锅炉温度测点布置及其仪表选型

蔡 丹 魏庆韪

(中国五环工程有限公司，武汉 430223)

为克服沸腾炉飞灰含碳量高、燃烧效率低、埋管受热面磨损严重及脱硫剂利用率低等缺点，循环流化床锅炉燃烧技术应运而生。循环流化床锅炉的循环方式包括内循环和外循环，掺入石灰石后的煤被送入炉膛中燃烧，物料由一次风带入炉膛中上部燃烧，没有燃烧充分的大颗粒通过自身重力沿着炉膛内壁落入炉膛下部，此即为内循环；细小颗粒被烟气扬吸、夹带入旋风分离器中，由于离心力和重力作用落入返料器中，通过返料风和松动风送入炉膛，构成了外循环。循环流化床锅炉的燃烧效率比较高，对煤种的适应范围广，而且采用低温燃烧可使烟气中的NOx排放量很低，烟气不经过脱硫脱硝便可满足环保排放要求。 由于循环流化床锅炉自身的特点，一旦运行中不能满足其热工参数的特殊要求，极易造成锅炉出力不足、燃烧效率低、磨损严重、床温偏高、煤灰分离效率低、回料器堵灰、结焦，以至于停炉等现象。因此，对循环流化床锅炉中温度测点的仪表选型进行探讨很有必要，笔者结合安化年产20万t乙二醇项目(以下简称安化项目)，介绍220t/h循环流化床燃煤锅炉热工测点的布置和温度仪表的选型与安装。

1 循环流化床燃煤锅炉简介①

安化项目采用的是唐山信德锅炉集团有限公司生产的220t/h高温高压低倍率循环流化床燃煤锅炉，该炉具有高效、低磨损，中温分离，灰循环安全易控，运行可靠性高和启动迅速的特点。

安化项目采用的锅炉为室外布置，由前部和尾部两个竖井组成，如图1所示。前部竖井是炉膛，为悬吊结构，炉膛四周由膜式水冷壁组成。自下而上依次为密相区、悬浮段、一级蒸发管、三级过热器、二级过热器、一级过热器、二级蒸发管和高温省煤器。尾部是尾部受热面烟道竖井，采用支承结构，布置有低温省煤器和管式空气预热器。两个竖井之间由旋风分离器柔性连通，分离器下部接回送装置和螺旋除灰器。经旋风筒分离下来的回送灰由回送装置从炉后随煤一起送入炉膛。从分离器分离下来的多余的灰经螺旋除灰器排走。

图1 循环流化床燃煤锅炉室外布置示意图

由图1可以看出，一级过热器、二级过热器、三级过热器和高温省煤器布置在前部竖井炉膛内，这与大多数锅炉的布置不同。大多数锅炉是把过热器和省煤器布置在尾部烟道，这样前部竖井炉膛烟气出口温度将达到900℃以上并进行气、固分离，而烟气中的煤灰在900℃以上时，易变成焦状粘附在烟道设备表面上，不利于设备表面灰尘随烟气排走，需要设置吹灰器定期对尾部烟道各设备表面的积灰进行吹扫。而循环流化床燃煤锅炉将过热器及高温省煤器等布置在前部竖井炉膛，前部竖井炉膛烟气出口温度可降至450℃，煤灰在450℃时，不易变成焦状粘着在锅炉尾部烟道设备表面上，因此不需要设置吹灰器，有利于烟气和煤灰分离，节约了成本。

锅炉的参数指标如下：

额定蒸发量 220t/h

过热蒸汽出口压力 9.81MPa

过热蒸汽温度 540℃

给水温度 158℃

排烟温度 小于150℃

对锅炉燃料的要求：燃料的最大粒度不超过10.0mm，其中99%应小于8.0mm、50%应小于1.5mm、30%应小于1.0mm。

2 锅炉温度测点布置

要合理地选择锅炉上的温度仪表，首先要确定温度测点的位置。安化项目中，锅炉热工温度测点位置有：低温省煤器进、出口水温4处；高温省煤器进、出口水温两处；锅炉锅筒上、下壁温6处；一级、二级、三级过热器蛇形管壁温6处；一级、二级过热器和减温器出口汽温4处；集汽集箱汽温两处；风室温度两处；一次风、二次风进(出)空预器风温4处；锅炉炉膛床温10处；返料床上床温4处；二次、三次风炉膛烟温20处；一级、二级、三级过热器入口烟温20处；炉膛出口烟温8处；二级蒸发管进口烟温8处；高温省煤器进、出口烟温16处；进烟道烟温10处；分离器进、出口烟温4处；低温省煤器入口烟温两处；二次风空预器进、出口烟温4处；一次风空预器中间烟温两处；排烟温度两处。

《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的第164条规定了锅炉应设温度测点的部位，与之对比后，确定安化项目锅炉温度测点的布置是符合要求的。而且此项目中锅炉温度测点的布置也符合《火力发电厂热工自动化设计技术规定》表3.1.11-1“200MW及以下机组主要工艺系统检测项目”中对锅炉温度检测项目的规定。

3 温度仪表选型

温度测量仪表按测量方式可分为接触式和非接触式。接触式仪表简单、可靠、价廉而且测量精确度较高，但由于受检测元件热惯性的影响，响应时间较长，难以实现精确测量，而且不适宜腐蚀性介质和高温测量。非接触式仪表有着测量范围宽和响应速度快的优点，但由于易受外界因素影响，结构较复杂，价格也高。

在选择温度检测仪表时，不能片面追求测量范围宽、精度高和自动化程度高，而要对生产过程中的工艺要求、被测介质的具体情况及经济适用等进行综合考虑。当检测仪表能达到测温上、下限且大于被测介质温度变化范围，精度达到要求，能适应于所在工况，使用方式符合操作人员观察需要、检修维护与更换方便等条件的前提下，尽量选用价格较低、经济实用的检测仪表。因此，笔者认为选择温度仪表时至少应考虑5个因素：监控方式、测量范围、被测介质特性、测量精度要求和测点所在工况。

根据上述对锅炉温度仪表测点布置的分析，笔者将温度测点归纳为六大类：

a. 省煤器进、出口水温；

b. 过热器、减温器出口和集汽集箱汽温；

c. 锅炉锅筒和过热器蛇形管壁温；

d. 一次风、二次风进出空预器风温；

e. 锅炉炉膛各处烟温；

f. 分离器进、出口和尾部烟道各处烟温。

上述测点共140处，都是远传信号。考虑到热电阻温度计的测温上限不高，为减少温度计和电缆的种类，笔者在安化项目中采用了热电偶温度计，针对不同处的温度测点，给出了详细的仪表选型方案。

对于a、b两类温度测点，其介质为蒸汽和水，操作温度在550℃以下，笔者在安化项目中选用的是热套式热电偶(即耐冲刷热电偶)，主要用于锅炉给水和蒸汽管道温度的测量，测量范围0～600℃。值得注意的是，锅炉厂家在这两类温度测点处预埋了热电偶座，因此所选温度仪表的保护套管外径和插入深度要满足安装要求，安装方式如图2所示。

图2 热套式热电偶安装示意图

对于c类温度测点，要测量的是设备表面温度，操作温度在500℃以下。《化工自控设计规定》规定温度仪表选型时：设备、管道外壁和转体表面温度，选用端(表面)式，压簧固定式或铠装热电偶、热电阻。在安化项目中，在第c类测点处选用K型铠装热电偶，采用捆绑式安装，即先用螺栓和螺母将两条扁钢固定在锅炉上，再把热电偶压紧在扁钢里，安装方式如图3所示。

图3 捆绑式热电偶安装示意图

对于d、f类温度测点，测点介质为经空预器预热后的空气和尾部烟道的烟气。预热后的空气操作温度约230℃，尾部烟道的烟气操作温度约450℃。笔者在安化项目中在这类测点处选用的是烟、风道专用热电偶，保护管采用缩径式结构，具有反应快和抗振性好的优点，分度号K型，测量范围0～800℃，安装方式如图4所示。

图4 烟、风道专用热电偶安装简图

e类温度测点是锅炉炉膛烟气温度，介质为烟气(含固体颗粒较多)，温度在900℃以上。需要说明的是，f处温度测点的介质也是烟气，但是此处的烟气是经气固分离后的，含固体颗粒很少，所以不能与炉膛里的烟气温度测量同等考虑。

因炉膛烟气含固体颗粒较多，温度很高，因此笔者在安化项目中选用的是耐高温耐磨热电偶，分度号S型，测量范围0～1 300℃。浙江伦特耐高温耐磨热电偶保护套管的材料有GH44、GH30、GH3039、NCF800及HASTELLOY等。此类温度测点处锅炉厂也预埋了温度套管，长度为200mm，通常测量锅炉炉膛烟气温度的热电偶深入预埋温度套管末端300mm左右，再加上预埋温度套管上焊的法兰和法兰短管的长度，此处插入深度在650mm左右，安装方式如图5所示。

图5 耐高温耐磨热电偶安装简图

耐高温耐磨热电偶前端有个耐磨头，具有耐磨、耐腐蚀、耐高温及反应速度快等特点。但是耐高温耐磨热电偶使用寿命有限，有些锅炉在炉膛等高温测点处采用的是非接触式温度仪表，如辐射式或红外式温度仪表，非接触式仪表有易受外界干扰、标定困难及价格昂贵等缺点，其综合效果有待验证。

4 结束语

笔者详细地介绍了安化年产20万t乙二醇项目中，220t/h循环流化床燃煤锅炉热工测点的布置，以及温度仪表的选型与安装方式，为锅炉的经济、稳定运行提供借鉴。