燃煤電站在我國能源體系中占有很高的比重，目前燃煤電站煙氣中的NOx、SO2以及煙塵對大氣的污染已成為一個不容忽視的問題。據統計，60%以上的NOx是由煤炭燃燒所產生的，近年來隨著環保要求日益嚴格，如何控制煤炭燃燒過程中NOx的排放是目前研究的重點。

循環流化床（circulating fluidized bed boiler, CFB）燃燒技術是近三十年來迅速發展起來的一種新型潔凈煤燃燒技術，其主要特點為爐內有大量的混合床料與脫硫劑，在流化狀態下進行反復的燃燒和脫硫反應，在實現爐內脫硫的同時抑制了氮氧化物的生成。該技術還具有煤種適應性廣、負荷調節性能好和灰渣易于利用等優點，是目前潔凈煤發電技術研究的重點。

我國CFB燃燒技術的發展起步較晚但進步較快，截止2012年底，我國已有不同容量的CFB機組3000多臺，投入商業運行的發電容量近1億kW，已投運的300MW級CFB機組達到110多臺。

1 超臨界CFB鍋爐儀表選型特殊點

超臨界CFB鍋爐運行時，床料在燃燒室內呈流化狀態進行燃燒，未燃盡的床料通過旋風分離器分離后再次送入燃燒室內進行二次燃燒。與普通的煤粉爐相比，CFB鍋爐的燃燒方式更為復雜。

因此，超臨界CFB鍋爐儀控設備的選型應結合鍋爐結構特性及運行維護的經驗開展。儀控設備選型設計主要應從以下幾個方面進行考慮。

1）儀表的防堵及防磨損設計

在CFB鍋爐的運行維護過程中，如何解決儀表的堵塞及磨損問題，是影響CFB鍋爐技術發展的重要因素。

CFB鍋爐儀表的磨損主要發生在鍋爐內固體濃度較高、流速較快的區域，包括燃燒室下部、旋風分離器、返料裝置等區域。

在此類區域附近設置的儀表長期受到固體離子的沖刷，在正常運行中其磨損程度均遠高于其他區域的儀表。因此在循環流化床鍋爐煙氣側測量儀表的設置和選型方面需要進行特殊考慮和設計，既要保證測量準確還要保證儀表本身的防磨損。

由于CFB鍋爐為正壓鍋爐，正常運行中壓力測點取樣管內容易積累粉塵使得取樣管堵塞，因此對于爐膛、煙道、返料裝置等部位設置的壓力及差壓測點需要設置相應的防堵措施及定期吹掃裝置。

2）需增加設置的測點

CFB鍋爐與常規燃煤機組相比，其燃料是在鍋爐內進行反復燃燒的，初步燃燒后的氣固混合物離開爐膛后進入旋風分離器進行分離，分離后的固體顆粒通過高壓流化風重新送回爐膛進行燃燒。循環燃燒的特性使得運行時需要對高壓流化風參數、旋風分離器參數以及返料裝置參數進行測量，用于對爐膛燃燒狀況進行控制。

同時，CFB鍋爐的脫硫反應是在爐內進行的，通過在爐內加入石灰石的方式進行脫硫，在加入石灰石時需要精確控制其加入量以確保脫硫效果，同時降低運行成本。因此要對石灰石料倉料位及給料量進行檢測。

3）不建議設置爐膛火焰電視

CFB鍋爐內燃料是呈高速流化狀態進行燃燒的，與傳統的燃煤鍋爐有很明顯的區別，難以直接觀察到爐膛的燃燒情況，因此CFB鍋爐一般不設置火焰電視系統。

4）不建議設置爐管泄漏探測裝置

CFB鍋爐在運行過程中其噪聲較大，會嚴重干擾到爐管泄漏探測裝置的工作，使其難以判斷鍋爐爆管情況，因此不建議設置爐管泄漏探測裝置。

本文的主要研究內容是依托于某350MW超臨界CFB機組對超臨界循環流化床鍋爐壓力、溫度的測量以及電纜選型等內容進行研究，該工程鍋爐為一次中間再熱，鍋爐由主循環回路（包括爐膛、旋風分離器、回料器以及爐內屏過、屏再、冷渣器等）、尾部煙道（包括中過、低過、低再和省煤器）、空氣預熱器3部分組成，整體采取M型布置方式，其整體結構如圖1所示。

爐膛為單爐膛單布風板水冷風室結構，水冷風室為兩側進風。爐內布置屏過、屏再和水冷隔墻，采用低質量流速垂直管技術膜式水冷壁。

由以上工藝系統介紹可知，超臨界循環流化床機組鍋爐汽水以及汽機側儀控設備的選型設計同超臨界煤粉鍋爐區別不大，其特殊性主要體現在鍋爐本體以及常規煤粉鍋爐所沒有的相關系統上，其中，又以床溫和床壓的控制為關鍵點。

提高床溫有利于煤中揮發物的析出，縮短燃盡時間，但床溫同時會受到灰熔點和最佳脫硫溫度的限制，因此，為了兼顧燃燒效率和脫硫效率，平均床溫一般控制在870℃～920℃之間。而床壓的高低不僅影響物料流化，也會造成鍋爐的結渣，正常運行時，床壓應控制在7kPa～8kPa。

對過程參數準確的檢測是控制的先決條件，傳統的儀表選型方案往往只注重儀表的精度、測量范圍等參數，沒有考慮到CFB鍋爐復雜的內部條件，導致儀表的使用壽命較短，本文根據超臨界CFB鍋爐結構和工藝系統的特點對儀表的選型進行了針對性的分析。

2 爐膛壓力測量儀表選型

2.1 防堵型爐膛壓力取樣裝置

在燃燒過程中，循環物料在爐內是高速運動的，同時，布風板上方密相區下部的壓力大約為6kPa～8kPa，到燃燒室出口壓力是逐漸遞減的，而且密相區壓力、燃燒室出口煙壓等壓力信號在運行過程中是相當重要的參數，參與床料厚度計算。

在機組運行中，若爐膛壓力測點發生堵塞現象，會使運行人員錯誤判斷床料的厚度，導致廠用電量增加，嚴重時還會造成床料流化不良而使鍋爐結焦。

為了防止儀表管堵塞，一般采取的方法是增加防堵取樣裝置，定期使用壓縮空氣對儀表管路進行吹掃，這種方式基本可以防止堵塞。但是由于該裝置需要穩定的儀表氣源，操作吹掃過程把握要準，因此，在鍋爐的實際運行中，大多數的防堵取樣裝置常常會成為閑置沒用的裝置。

本文根據多個工程運行經驗總結出一種防堵取樣裝置，該裝置采用特殊形式防磨、防堵型測量裝置，采用小口徑、大傾角防堵型測量取樣管，能夠避免物料順著取壓管進入儀表引壓管而堵塞測量，其結構如圖2所示。

圖1 超臨界循環流化床鍋爐本體結構圖

圖2 超臨界CFB鍋爐防堵取樣裝置示意圖

2.2 爐膛壓力儀表布置

CFB鍋爐中爐膛壓力是調節的關鍵參數，為了對爐膛壓力進行準確監測，一般壓力儀表采取冗余設置。直觀來說，對同一個被測量設置越多的儀表，控制系統的安全裕量就越高，同時，被測量也越能反映真實的工況，避免由于被測空間過大，儀表過于分散使被測量的局部變化無法被測得。但是過多的儀表不可避免地增加了工程成本，也不便于運行過程中的檢修維護工作。

本文對同類型機組實施案例進行總結，得出CFB鍋爐相關部位壓力測點設置如下：爐膛床層壓力測點8點（左右側各4點）、爐膛下部壓力測點4點（左右側各2點）、爐膛中部壓力測點2點（左右側各1點）、爐膛壓差測點2點（左右側各1點）、爐膛上部壓力測點18點（左右側各9點）、旋風筒差壓測點3點（每旋風筒1點）、旋風筒出口壓力測點（每旋風筒1點）、U閥密度測點（每旋風筒2點）、U閥料位測點（每旋風筒2點）、U閥入口靜壓測點（每旋風筒1點）、U閥出口靜壓測點（每旋風筒2點）。

3 系統的應用情況

超臨界CFB鍋爐溫度儀表設置主要有床溫、壁溫、爐膛溫度、旋風分離器入出口煙溫、回料器灰溫測量。

由于CFB鍋爐特殊的燃燒方式，大量高溫粒子不斷在鍋爐內循環，在這些粒子經過的區域，儀表取樣元件受到劇烈的磨損，同時由于其高溫環境，很容易被損壞。溫度元件的磨損問題造成日常維護量大，檢修費用高昂，同時嚴重影響了機組的安全穩定運行，因此，CFB鍋爐的溫度測量元件選型應重點考慮耐磨、維護量小的檢測元件。

本文經過對同類型機組工程總結，得出超臨界CFB鍋爐溫度元件選型原則如下：

對于鍋爐密相區來說，其難點是床溫的測量，一般通過在爐膛燃燒室內密相區分層布置多支熱電偶以獲得準確的床溫。考慮到床溫的最高運行值不會超過1000℃，因此宜選用分度號為K（適用于0～1200℃范圍內的測量）的熱電偶。

鍋爐床層前后墻分別布置8支K分度熱電偶，分為爐左、爐中、爐右3個區域，熱電偶型號宜選用WRN2-4325NM，雙支型，精度I級，L/l=1000mm/850mm，高溫耐磨型，耐磨段長度200mm，保護套管25mm，帶法蘭，配安裝管座長750mm， 32mm×3，安裝管座法蘭與保護管法蘭配對，配防水型接線盒。

對于鍋爐稀相區、旋風分離器入出口煙溫以及回料器灰溫等測量，其最高運行溫度均不會超過1000℃，因此選用K分度熱電偶可以滿足運行要求。這部分元件的選型主要注意的問題是應配耐磨保護管，綜合考慮成本因素，位于安裝套管內的熱電偶保護管材質可為不銹鋼1Cr18Ni9Ti，但伸出安裝套管外進入爐膛的熱電偶保護管材質應為特種耐磨耐高溫合金鋼。

CFB鍋爐金屬壁溫元件的選取與常規鍋爐區別不是很大，主要是因爐型不同導致測點安裝位置及數量上的差異。

4 儀控電纜選型

超臨界CFB鍋爐電纜的選型原則與常規燃煤機組基本一致，應注意的是耐高溫電纜的應用范圍有所變化，本文對CFB鍋爐機組中耐高溫電纜的選取范圍進行了分析總結，耐高溫電纜用于爐膛吹灰器、火檢探頭、床上/床下燃燒器點火柜、床下點火風道執行機構、二次風門執行機構、疏水罐液位開關、管道層設備（如抽汽逆止閥、抽汽電動門、抽汽溫度、抽汽管壁溫）、汽機本體及接線盒等。

對于電纜的具體型號、截面積以及芯數，需要根據不同的工程進行實際選型，本文根據CFB鍋爐設計經驗給出了一般性的電纜基本選型表，供讀者參考，具體內容見表1。

表1 超臨界CFB機組電纜基本選型表

5 煙氣分析儀表

CFB鍋爐作為一種清潔、高效、煤種適應性廣的燃燒技術而備受重視，這與它能在燃燒過程中有效地控制SO2的產生密切相關。作為燃燒控制和煙氣排放控制的重要一環，煙氣分析是CFB鍋爐控制系統必不可少的檢測內容。

超臨界CFB機組工程煙氣分析檢測的內容主要有煙氣含氧量及SO2，測點設置在空預器前煙道上。其中煙氣含氧量信號在鍋爐調節系統中被用于總風量調節和二次風量調節的校正，SO2信號被用于石灰石給料量的調節。

CFB鍋爐為正壓鍋爐，根據同類型工程實施經驗，采用吸氣式分析儀能夠有效地滿足煙氣分析儀對于煙氣采樣流量的要求。因此SO2分析儀宜采用吸氣式紅外吸收測量方式。含氧量分析儀宜采用氧化鋯氧量分析儀，同時應注意防塵裝置的耐磨性。

6 結論

超臨界CFB鍋爐是目前電力行業研究的重點，由于其本體結構、工藝系統配置與常規燃煤鍋爐相比較為復雜，因此儀表選型是工程中的難點。

本文根據該類型鍋爐的實際結構、工藝系統特點，并結合同類型機組工程實施的成功經驗，總結出了該類型鍋爐儀表選型、電纜選型等設計特點和原則，為超臨界循環流化床機組儀控設備投入率、運行可靠性和經濟性等方面提供合理、可靠的儀控設備。