探討循環(huán)流化床鍋爐本體溫度儀表的安裝方案

徐家坤

（杭州市節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)研究所有限公司 浙江杭州 310051）

探討循環(huán)流化床鍋爐本體溫度儀表的安裝方案

徐家坤

（杭州市節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)研究所有限公司 浙江杭州 310051）

監(jiān)控鍋爐汽水和燃燒系統(tǒng)的溫度情況是保障鍋爐正常運(yùn)行的必要條件，這就需要在循環(huán)流化床鍋爐的一些本體設(shè)備部件都安裝測溫儀表，由于這些部件的機(jī)械構(gòu)成形式、介質(zhì)工況參數(shù)各不相同，很多部件溫度儀表的安裝方案沒有出版社發(fā)行的儀表安裝通用圖冊作為設(shè)計(jì)依據(jù)，本文通過簡析循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)介質(zhì)的運(yùn)行特點(diǎn)，重點(diǎn)剖析典型事故案例，來探討鍋爐本體測溫儀表，尤其是爐膛測溫儀表的可行安裝方案。

安裝；測溫；儀表；流化床；爐膛

前言

循環(huán)流化床鍋爐可以使用多種燃料，且運(yùn)行效率高，對環(huán)境的污染低，目前已在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用，而每套鍋爐的實(shí)際應(yīng)用都離不開完善的儀表檢測系統(tǒng)，這其中也不應(yīng)少了周全的儀表安裝方案，循環(huán)流化床鍋爐汽水和燃燒系統(tǒng)的壓力、流量、物位儀表均有出版社發(fā)行的儀表安裝通用圖冊來知道安裝工作，鍋爐的分析儀表安裝方案雖沒有儀表安裝通用圖冊來參考，但種類和數(shù)量少，本文主要探討鍋爐本體汽水和燃燒系統(tǒng)的測溫儀表安裝方案，這些測溫儀表通常采用直接接觸工作介質(zhì)的方式來反應(yīng)介質(zhì)工作溫度，有些介質(zhì)溫度最高可達(dá)900～1000℃，沒有周全的溫度儀表安裝方案，可對鍋爐的正常運(yùn)行帶來安全隱患。

印度尼西亞PT Polychem3臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐中，由于采用了不正確的溫度儀表安裝方案，導(dǎo)致1號與3號爐均在鍋爐爐膛測溫儀表點(diǎn)處發(fā)生水冷壁管爐水泄露事故，導(dǎo)致鍋爐停爐更換部分水冷壁管道，造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失可能是此溫度儀表價(jià)值的數(shù)十倍，甚至百倍，為鍋爐的安全運(yùn)行，進(jìn)行長期穩(wěn)定的鍋爐溫度監(jiān)視，需重視鍋爐本體的溫度儀表的安裝問題。

1 循環(huán)流化床鍋爐本體溫度儀表測點(diǎn)

（1）循環(huán)流化床鍋爐的本體工藝系統(tǒng)分為汽水系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)。目前各鍋爐廠對鍋爐本體溫度儀表的配置方案一般是只配鍋爐汽水系統(tǒng)中的就地溫度計(jì)，鍋爐汽水系統(tǒng)的遠(yuǎn)傳型溫度儀表，以及鍋爐本體燃燒系統(tǒng)的溫度儀表，一般交由設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，對應(yīng)此部分儀表的安裝方案也由設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，對沒有直接的出版社發(fā)行的儀表安裝通用圖冊作為設(shè)計(jì)依據(jù)的部分儀表，設(shè)計(jì)人員也需要憑知識和經(jīng)驗(yàn)完成儀表的安裝方案設(shè)計(jì)工作，畫出儀表安裝圖，開出儀表安裝材料清單。

（2）循環(huán)流化床鍋爐汽水系統(tǒng)中的就地或遠(yuǎn)傳型溫度儀表，測量的介質(zhì)有水和蒸汽，介質(zhì)溫度和介質(zhì)壓力視不同壓力等級的循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐廠或設(shè)計(jì)院可在儀表安裝通用圖冊中有據(jù)可查，或可以借鑒，安裝方案較為穩(wěn)妥、成熟，在安裝方案方面出現(xiàn)的問題較少，本文主要探討鍋爐本體燃燒系統(tǒng)的測溫儀表。

（3）鍋爐本體燃燒系統(tǒng)的測溫儀表分布在鍋爐本體的各個(gè)設(shè)備部件，按鍋爐煙氣走向，分別分布在鍋爐底部的風(fēng)室、爐膛下部密相區(qū)、爐膛出口、旋風(fēng)分離器入口、旋風(fēng)分離器出口，鍋爐尾部煙井的高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器的進(jìn)出口，其中旋風(fēng)分離器及其返料管道段也有物料溫度測量儀表。

鍋爐本體燃燒系統(tǒng)的有些測溫儀表在儀表安裝通用圖冊沒有直接的安裝方案供參考，如鍋爐爐膛水冷壁上安裝的燃燒物測溫儀表，設(shè)計(jì)此類儀表安裝方案時(shí)，更需考慮周全，并結(jié)合鍋爐運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行、可靠的溫度儀表安裝方案，以利于鍋爐安全運(yùn)行，同時(shí)還要兼顧測量效果。

2 循環(huán)流化床鍋爐本體燃燒系統(tǒng)介質(zhì)工況

循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，燃料由給料機(jī)送入爐膛后，先進(jìn)入如圖1中的3-密相區(qū)料層區(qū)域，經(jīng)燃燒后的顆粒物經(jīng)過旋風(fēng)分離器后，分離成兩部分，一部分沿著如圖1所示1走向經(jīng)鍋爐尾部煙道的各熱交換器排出，另一部分沿著如圖1中2走向成為回料，返回爐膛再次參與燃燒。

（1）鍋爐本體燃燒介質(zhì)溫度高。從循環(huán)流化床的燃燒原理可以判斷出，圖1所示2和3循環(huán)的燃燒物在鍋爐燃燒系統(tǒng)中的溫度最高，3區(qū)域中的物料一直處于流動(dòng)燃燒狀態(tài)，各點(diǎn)溫度相差不大，2循環(huán)的物料溫度各位置段有所不同，旋風(fēng)分離筒內(nèi)物料溫度最高。

圖1 循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的介質(zhì)流向

爐膛出口的燃燒物經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離后，進(jìn)入尾部煙道的灰比較細(xì)，煙氣顆粒物流量沒有分離前大，溫度也沒有爐膛部分的燃燒物溫度高，這部分煙氣顆粒物每經(jīng)過尾部煙道的一組熱交換器，便進(jìn)行一次熱交換，相應(yīng)的煙氣顆粒物溫度便降低一次。

以無錫華光鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的UG-75/5.6-M75t/h循環(huán)流化床鍋爐為例，鍋爐處于額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的床溫控制在920℃，爐膛出口溫度一般在850～1000℃，鍋爐排煙溫度約為150℃。不同的煤種、氣候條件等因素對應(yīng)的鍋爐相關(guān)參數(shù)值不同，此處各項(xiàng)數(shù)據(jù)僅作參考。

（2）鍋爐本體燃燒介質(zhì)流速快。循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)倍率高，爐膛內(nèi)的燃燒物流速快，進(jìn)入鍋爐尾部煙道的煙氣流速也較高，如以上述無錫華光鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的UG-75/5.6-M為例，高溫過熱器入口煙氣流速約為9.5m/s。不同的煤種、氣候條件等因素對應(yīng)的鍋爐相關(guān)參數(shù)值不同，此處各項(xiàng)數(shù)據(jù)僅作參考。

綜合鍋爐本體燃燒系統(tǒng)介質(zhì)溫度高、流速快、鍋爐循環(huán)倍率高的特點(diǎn)，要求測量鍋爐本體燃燒系統(tǒng)的溫度儀表必須具有良好的耐磨損性、溫度量程應(yīng)足夠大，儀表選型時(shí)建議采用耐磨型K分度熱電偶。

3 不正確的循環(huán)流化床鍋爐爐膛測溫儀表安裝案例

（1）圖2為印度尼西亞PT Polychem 3臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐中，2號爐在鍋爐水冷壁的爐膛測溫儀表點(diǎn)處發(fā)生水冷壁嚴(yán)重磨損的照片，此臺鍋爐已經(jīng)運(yùn)行超過兩年，此照片中的水冷壁部件被切割取下后，水冷壁被沖刷磨損嚴(yán)重，而之前已經(jīng)出現(xiàn)1號與3號爐該溫度計(jì)位置點(diǎn)處發(fā)生水冷壁泄露事故，為避免2號爐發(fā)生類似問題，對2號鍋爐停爐進(jìn)行安全事項(xiàng)檢查工作時(shí)發(fā)現(xiàn)的拍下的照片，并隨后更換了這部分水冷壁管。

圖2中所示部件是循環(huán)流化床鍋爐水冷壁被切割下來的一部分，兩根水冷壁管中間的扁鋼連片上焊接有爐膛測溫儀表的φ38安裝套管，材質(zhì)為316不銹鋼，耐磨熱電偶已被從套管中取出。以圖2照片中該部件的擺放方位為準(zhǔn)，水冷壁的此面為向火面，其朝向爐膛內(nèi)的燃燒顆粒物；溫度計(jì)安裝套管的上面對著爐膛出口方向，下面對著循環(huán)流化床鍋爐的爐床風(fēng)帽，該溫度計(jì)安裝套管的安裝高度為爐膛中部，既鍋爐水冷壁垂直方向高度的50%位置左右。

圖2 循環(huán)流化床鍋爐爐膛溫度測點(diǎn)的錯(cuò)誤安裝案例

（2）由于水冷壁位于鍋爐爐膛的四周，被其包圍的爐膛中央?yún)^(qū)域有大量高溫高速的燃料顆粒物在動(dòng)態(tài)燃燒，這些大量的燃燒物顆粒沿著爐膛四周的水冷壁快速落下（不排除部分燃燒顆粒物自下而上沖刷水冷壁），沖刷水冷壁向火面的同時(shí)，與水冷壁進(jìn)行著熱交換，這是正常的熱交換過程。當(dāng)高溫高速下行的燃燒顆粒物碰撞到此溫度計(jì)套管時(shí)，便對此套管進(jìn)行沖刷，也就是沖刷圖2中箭頭3所示的這個(gè)洞的位置，這個(gè)洞是被鍋爐長期運(yùn)行2年后沖刷出來的，在此溫度計(jì)套管沒有被沖刷破之前，高溫高速下行的燃燒顆粒物撞擊溫度計(jì)安裝套管上部后，部分燃燒顆粒物繼續(xù)沿著套管的左右側(cè)下行，然后在兩根垂直的水冷壁管水平方向上形成沖擊，久而久之形成了如圖2所示的水冷壁外觀形狀，兩個(gè)橢圓形的沖刷痕跡。

此溫度計(jì)安裝套管最初插入爐膛、超出水冷壁扁鋼連片的長度大于100mm，圖2中套管長度小于80mm，沒有的部分是被燒掉了，燒掉后的管口呈現(xiàn)燒結(jié)狀，套管上部左右兩側(cè)，即箭頭1和2所示，可以清晰的看到管壁嚴(yán)重變薄，套管正上部已經(jīng)被磨穿，這也是由高溫高速下行的燃燒顆粒物沖刷后形成的。

（3）如果2號爐在此狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行，勢必會(huì)是造成如1號和3號爐的水冷壁管的泄露事故。圖2中水冷壁管即將被磨穿的位置在溫度計(jì)安裝套管的左右兩側(cè)，水冷壁管中的爐水氣壓力約為5.4MPa，當(dāng)爐水氣以如此大的壓力從泄露點(diǎn)噴出后，又擊中溫度計(jì)安裝套管，這種情況下，爐水氣會(huì)在短時(shí)間內(nèi)擊穿溫度計(jì)套管，當(dāng)溫度計(jì)套管被擊穿后，耐磨熱電偶接著受到?jīng)_擊，最終出現(xiàn)耐磨熱電偶護(hù)套被擊穿的情況。

4 循環(huán)流化床鍋爐本體燃燒系統(tǒng)溫度儀表的安裝方案

從以上案例不難發(fā)現(xiàn)，爐膛內(nèi)高溫高速下行的燃燒顆粒物迎面遇到的阻擋物，是發(fā)生事故的原因，這種迎面阻擋物是與其流向有垂直向量的、正面突向爐膛中央方向的阻擋物，如本案例所述的溫度計(jì)安裝套管，但不能說這種迎面阻擋物是事故的根源，因?yàn)樯烊霠t膛內(nèi)部的耐磨熱電偶也是屬于燃燒顆粒物的迎面阻擋物，還要注意熱電偶與水冷壁之間的間距問題，以下針對不同的鍋爐本體設(shè)備上安裝的測溫儀表分別簡述。

4.1 爐膛部分的測溫儀表

爐膛下部因燃燒顆粒物對水冷壁的磨損大，鍋爐廠一般要求使用耐磨層，如使用澆注料作為耐磨層的措施來保護(hù)水冷壁，如圖3中A圖所示。雖然耐磨層的向火面是平整的，但溫度計(jì)的安裝套管不是耐磨材質(zhì)，耐磨材質(zhì)無法有效焊接在水冷壁上，故保護(hù)套管不應(yīng)伸出耐磨層而暴漏在爐膛內(nèi)部的燃燒物中。

對于水冷壁沒有耐磨層的爐膛燃燒物溫度測點(diǎn)，溫度計(jì)安裝套管不應(yīng)輸入爐膛內(nèi)部，采用如圖3中B圖所示的安裝方案，避免發(fā)生上述案例中對水冷壁管產(chǎn)生的不正常沖刷現(xiàn)象。

圖3水冷壁管上安裝測溫儀表的方案

圖3 中A圖與B圖的溫度計(jì)安裝方案都沒有將溫度計(jì)安裝套管伸入爐膛，但這還不夠，針對于B圖的熱電偶使用情況，還要注意伸入爐膛內(nèi)部的熱電偶與水冷壁管之間的間距問題，以上述案例φ38溫度計(jì)安裝套管為例，在熱電偶護(hù)套管強(qiáng)度夠的前期下，可以選用φ16耐磨護(hù)套管的熱電偶。另外還有相對徹底的、更好的解決方案，就是鍋爐廠在設(shè)計(jì)水冷壁的溫度測點(diǎn)時(shí)，將此溫度計(jì)安裝套管預(yù)留孔相鄰的水冷壁管以預(yù)留孔為中心向外移，所有的經(jīng)過此溫度計(jì)測點(diǎn)位置的水冷壁管做成弧形，遠(yuǎn)離溫度計(jì)一定距離后通過，但這樣的方案不一定適合小型循環(huán)流化床鍋爐，小型循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管與管之間間距小，實(shí)際操作上有一定困難。

因爐膛內(nèi)部有大量下行走向的高溫高速燃燒顆粒物，應(yīng)如圖3中A圖與B圖所示，將溫度傾斜安裝，α可取15°。耐磨熱電偶伸入爐膛的深度l一般建議在150～200mm便可充分接觸介質(zhì)，不會(huì)影響測量效果。

4.2 鍋爐尾部煙道煙氣溫度的測量儀表

鍋爐尾部煙道煙氣溫度雖然沒有爐膛內(nèi)部燃燒物溫度高，但煙氣顆粒對尾部煙道、各過熱器、溫度儀表的磨損是必然存在的，尾部煙道各段煙氣溫度儀表的安裝方案可以參考爐膛部分測溫儀表的安裝方案，不可將溫度計(jì)保護(hù)套管伸入煙道。

因各過熱器管都是煙氣流向迎面垂直的，故溫度儀表的盡量不要傾斜安裝，傾斜的意義不大，傾斜角α最好不要超過15°，有些部位甚至一定不能傾斜安裝，傾斜后，插入煙道的溫度儀表會(huì)碰到煙道內(nèi)的過熱器管束或支架等部件。測溫儀表的插入深度l也是建議控制在200mm左右，此插入深度可充分接觸到鍋爐尾部煙氣顆粒物介質(zhì)。

5 結(jié)束語

鍋爐本體汽水及燃燒系統(tǒng)的溫度情況關(guān)系到鍋爐是否運(yùn)行的正常，溫度儀表檢測系統(tǒng)的正常工作與正確的儀表安裝方案是分不開的，考慮周全的溫度儀表安裝方案，能最大程度的保障鍋爐的安全生產(chǎn)運(yùn)行。本文通過剖析已發(fā)生在循環(huán)流化床鍋爐溫度儀表安裝問題上的事故案例，提出一套切實(shí)可行的鍋爐本體儀表，特別是鍋爐水冷壁上安裝的爐膛溫度測點(diǎn)儀表的安裝方案，供廣大循環(huán)流化床鍋爐的儀表安裝工作者及設(shè)計(jì)人員參考，也歡迎大家對諸如此類的儀表安裝問題進(jìn)行不斷的深入探討。

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1004-7344（2016）25-0233-02

2016-8-17