循环流化床锅炉炉膛火焰TV系统的研究开发
发布时间：2010-09-15
来源：中国自动化网
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循环流化床
导读：
【摘要】阐述了直观监视循环流化床(CFB)锅炉炉内燃烧工况的重要性，用于CFB锅炉的炉膛火焰TV系统的特点及构成，同时将沈北电厂、正定电厂的试用情况进行了分析。 【关键词】循环流化床锅炉炉膛火焰TV ...
【摘要】阐述了直观监视循环流化床(CFB)锅炉炉内燃烧工况的重要性，用于CFB锅炉的炉膛火焰TV系统的特点及构成，同时将沈北电厂、正定电厂的试用情况进行了分析。
【关键词】循环流化床锅炉炉膛火焰TV
前言
循环流化床燃烧技术具有对燃料适应性强，有害气体排放量低等优点，这两大优点正好符合了我国动力用煤品质差而多变，国家对环保要求日益严格却又资金不足的国情。因此，近10年来，CFB锅炉发展异常迅速，容量35t/h、75t/h、130t/h的锅炉遍地开花，容量220t/h等级的高压锅炉已是成熟产品，目前410～440t/h等级带再热的超高压锅炉已制造成功，300MWCFB机组的制造技术正在引进，传统的大型煤粉锅炉正面临着CFB锅炉的严峻挑战，面对飞速发展的市场，CFB锅炉在锅炉的可控性方面(包括锅炉的监控及保护设备)的开发以及运行方式的研究等领域还略显薄弱。特别是CFB锅炉的炉膛中、下部为正压状态，其中密相区的床料流化状态以及燃烧情况只能根据床温热电偶的指示值和一、二次风量的指标值间接分析而得。即使如此，又由于床温热电偶易损坏，且有一定的延迟，一、二次风流量测量也并非准确，况且它们的调整变化如何影响床料的流化状态也不好分析，尤其是在点炉和投煤时极易发生床温过高和过低结焦，甚至停炉等事故。
因此，运行人员急需一种产品能在点炉及正常运行时看到炉内的真实情况，为运行人员提供操作的科学根据。
1CFB锅炉炉膛火焰TV系统的技术特点及装置构成
根据市场的需求，兴科公司于1996年组织了技术人员对这一产品进行了开发设计，并于1997年初生产出样机，在沈阳新北热电厂投入使用。之后又于1999年开发出了Ⅳ型产品在石家庄正定热电厂投入使用，都取得了良好的效果。
该类产品与煤粉锅炉上使用的火焰TV系统的重要区别是其可在低照度(光强大于10LUX)的条件下清晰成像，而国内外常规产品需在光强大于500LUX的照度下才能工作，因此不能在循环流化床上使用。
HJY－Ⅳ型产品由于是针对循环流化床锅炉的专用产品，所以也根据循环流化床锅炉的特点采用了特殊的结构和耐磨材料，不怕烧损，只需用一次风(风压≥0.012MPa)吹扫镜头即可保证系统长期正常运行。在安装时可根据不同炉型采用不同的位置和数量：对75t/h、130t/h的循环流化床锅炉只需在任一侧墙距布风板上方约2.5m处安装一套，而对220t/h、410t/h的循环流化床锅炉则需在两侧墙距布风板上方约3.0m处各安装一套，这样即可看到密相区的燃烧工况和床料的流化状态，从而保证锅炉的正常运行。具体的安装标高应按其床料的设计流化速度以及二次风口的位置计算确定。
图1为CFB炉膛火焰TV系统的配置。
图1系统组成图
1—预制管；2—炉墙；3—镜管固定螺母；4—调焦环；
5—保护罩；6—靶面调整法兰；7—温控器；8—镜管；
9—阀门；10—风管；11—镜管制冷器；12—摄像机
2现场试验过程以及试验结果分析
下面结合石家庄正定热电厂在点火过程中的实况，对这一产品的功能和实际作用加以分析。
该装置前端安装于侧墙，标高位于布风板上约2.5m处，倾角45°，前端将采集到的图像通过视频线传到集控室的监视器上，从而形成一套完整的监视系统，该装置在指导点火过程中作用很大。因为流化床点火是一个缓慢过程，如图像所示，床温在400℃时能看到少量的细煤粒燃烧的火星；床温升至500℃～600℃时，能见到大量的火星；当床温升到700℃时整个炉膛充满暗红流态化床料，此时已达到煤的燃烧温度。当炉温在600℃～700℃时是爆燃区，必须及时正确控制床温，此时应适当投煤。同时调整流化风和二次风使物料流化和助燃。如控制不好，使炉温过高超过1000℃时，炉内煤粉形成粘稠状不能正常流化，造成物料结焦导致停炉事故。如投料过多使温度过低，造成燃煤由高温状态急速降温，结成块状亦不能流化，就会造成结焦导致停炉事故发生。
上述点火过程非常直观，且操作准确不易失误，一改过去那种试探投煤，再根据床温和烟气含氧量的变化间接判断炉内是否点火成功的原始办法。
通过几次点火和试运行，该装置在监视床料燃烧情况时，彩色显示器所反映的床料燃烧区火焰颜色、亮度与炉内实际工况是一致的、同步的，床温热电偶有一定的迟缓性。因此该装置显示出速度快的优点，当出现炉膛超温或灭火故障时，能使运行人员及时准确判断，防止事故发生。
当床温升到850℃～900℃时，CFB锅炉处于正常工作状态，此时，影响炉内运行工况的主要因素有一、二次风比，给煤量，给石灰石量以及排渣量等，其中一、二次风比是通过控制密相区的氧量(还原气氛)和流化程度进而调节床温，一、二次风比增加，则床温降低，反之亦然；其他三个因素则是通过控制燃烧率及床料粒度构成达到调节床温和床压的目的。合理地使用上述控制手段，就必须了解炉膛的真实情况，仅靠床温和床压这些间接信息是不够的。安装了火焰TV系统之后，运行人员可根据图像中局部发暗或过亮的情况(此时床温指示可能无明显变化)及时调整配风、给料和排渣量，确保密相区的床料流化与燃烧正常，避免发生局部结焦事故。
3结论
对已安装了炉膛火焰电视监视系统的循环流化床锅炉，在运行人员操作过程中用电视图像配合床温热电偶提供的信息可正确指导点炉和正常运行，既可防止在点火过程中出现爆燃或结焦，同时也可在正常运行中指导运行人员进行燃烧状况的优化调整。
目前，我们正在开发电视图像的分析软件，以便为运行人员提供伪彩图、温度分布图、床面结焦预警以及指标优化运行的定量依据。
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