探讨循环流化床锅炉本体温度仪表的安装方案

徐家坤

（杭州市节能技术设计研究所有限公司 浙江杭州 310051）

探讨循环流化床锅炉本体温度仪表的安装方案

徐家坤

（杭州市节能技术设计研究所有限公司 浙江杭州 310051）

监控锅炉汽水和燃烧系统的温度情况是保障锅炉正常运行的必要条件，这就需要在循环流化床锅炉的一些本体设备部件都安装测温仪表，由于这些部件的机械构成形式、介质工况参数各不相同，很多部件温度仪表的安装方案没有出版社发行的仪表安装通用图册作为设计依据，本文通过简析循环流化床锅炉燃烧系统介质的运行特点，重点剖析典型事故案例，来探讨锅炉本体测温仪表，尤其是炉膛测温仪表的可行安装方案。

安装；测温；仪表；流化床；炉膛

前言

循环流化床锅炉可以使用多种燃料，且运行效率高，对环境的污染低，目前已在国内外广泛应用，而每套锅炉的实际应用都离不开完善的仪表检测系统，这其中也不应少了周全的仪表安装方案，循环流化床锅炉汽水和燃烧系统的压力、流量、物位仪表均有出版社发行的仪表安装通用图册来知道安装工作，锅炉的分析仪表安装方案虽没有仪表安装通用图册来参考，但种类和数量少，本文主要探讨锅炉本体汽水和燃烧系统的测温仪表安装方案，这些测温仪表通常采用直接接触工作介质的方式来反应介质工作温度，有些介质温度最高可达900～1000℃，没有周全的温度仪表安装方案，可对锅炉的正常运行带来安全隐患。

印度尼西亚PT Polychem3台75t/h循环流化床锅炉中，由于采用了不正确的温度仪表安装方案，导致1号与3号炉均在锅炉炉膛测温仪表点处发生水冷壁管炉水泄露事故，导致锅炉停炉更换部分水冷壁管道，造成的直接和间接经济损失可能是此温度仪表价值的数十倍，甚至百倍，为锅炉的安全运行，进行长期稳定的锅炉温度监视，需重视锅炉本体的温度仪表的安装问题。

1 循环流化床锅炉本体温度仪表测点

（1）循环流化床锅炉的本体工艺系统分为汽水系统和燃烧系统。目前各锅炉厂对锅炉本体温度仪表的配置方案一般是只配锅炉汽水系统中的就地温度计，锅炉汽水系统的远传型温度仪表，以及锅炉本体燃烧系统的温度仪表，一般交由设计院设计，对应此部分仪表的安装方案也由设计院负责设计，对没有直接的出版社发行的仪表安装通用图册作为设计依据的部分仪表，设计人员也需要凭知识和经验完成仪表的安装方案设计工作，画出仪表安装图，开出仪表安装材料清单。

（2）循环流化床锅炉汽水系统中的就地或远传型温度仪表，测量的介质有水和蒸汽，介质温度和介质压力视不同压力等级的循环流化床锅炉，锅炉厂或设计院可在仪表安装通用图册中有据可查，或可以借鉴，安装方案较为稳妥、成熟，在安装方案方面出现的问题较少，本文主要探讨锅炉本体燃烧系统的测温仪表。

（3）锅炉本体燃烧系统的测温仪表分布在锅炉本体的各个设备部件，按锅炉烟气走向，分别分布在锅炉底部的风室、炉膛下部密相区、炉膛出口、旋风分离器入口、旋风分离器出口，锅炉尾部烟井的高温过热器、低温过热器、省煤器、空气预热器的进出口，其中旋风分离器及其返料管道段也有物料温度测量仪表。

锅炉本体燃烧系统的有些测温仪表在仪表安装通用图册没有直接的安装方案供参考，如锅炉炉膛水冷壁上安装的燃烧物测温仪表，设计此类仪表安装方案时，更需考虑周全，并结合锅炉运行时可能出现的问题，设计出切实可行、可靠的温度仪表安装方案，以利于锅炉安全运行，同时还要兼顾测量效果。

2 循环流化床锅炉本体燃烧系统介质工况

循环流化床锅炉正常运行时，燃料由给料机送入炉膛后，先进入如图1中的3-密相区料层区域，经燃烧后的颗粒物经过旋风分离器后，分离成两部分，一部分沿着如图1所示1走向经锅炉尾部烟道的各热交换器排出，另一部分沿着如图1中2走向成为回料，返回炉膛再次参与燃烧。

（1）锅炉本体燃烧介质温度高。从循环流化床的燃烧原理可以判断出，图1所示2和3循环的燃烧物在锅炉燃烧系统中的温度最高，3区域中的物料一直处于流动燃烧状态，各点温度相差不大，2循环的物料温度各位置段有所不同，旋风分离筒内物料温度最高。

图1 循环流化床锅炉燃烧系统的介质流向

炉膛出口的燃烧物经过旋风分离器分离后，进入尾部烟道的灰比较细，烟气颗粒物流量没有分离前大，温度也没有炉膛部分的燃烧物温度高，这部分烟气颗粒物每经过尾部烟道的一组热交换器，便进行一次热交换，相应的烟气颗粒物温度便降低一次。

以无锡华光锅炉股份有限公司生产的UG-75/5.6-M75t/h循环流化床锅炉为例，锅炉处于额定负荷运行时的床温控制在920℃，炉膛出口温度一般在850～1000℃，锅炉排烟温度约为150℃。不同的煤种、气候条件等因素对应的锅炉相关参数值不同，此处各项数据仅作参考。

（2）锅炉本体燃烧介质流速快。循环流化床锅炉的循环倍率高，炉膛内的燃烧物流速快，进入锅炉尾部烟道的烟气流速也较高，如以上述无锡华光锅炉股份有限公司生产的UG-75/5.6-M为例，高温过热器入口烟气流速约为9.5m/s。不同的煤种、气候条件等因素对应的锅炉相关参数值不同，此处各项数据仅作参考。

综合锅炉本体燃烧系统介质温度高、流速快、锅炉循环倍率高的特点，要求测量锅炉本体燃烧系统的温度仪表必须具有良好的耐磨损性、温度量程应足够大，仪表选型时建议采用耐磨型K分度热电偶。

3 不正确的循环流化床锅炉炉膛测温仪表安装案例

（1）图2为印度尼西亚PT Polychem 3台75t/h循环流化床锅炉中，2号炉在锅炉水冷壁的炉膛测温仪表点处发生水冷壁严重磨损的照片，此台锅炉已经运行超过两年，此照片中的水冷壁部件被切割取下后，水冷壁被冲刷磨损严重，而之前已经出现1号与3号炉该温度计位置点处发生水冷壁泄露事故，为避免2号炉发生类似问题，对2号锅炉停炉进行安全事项检查工作时发现的拍下的照片，并随后更换了这部分水冷壁管。

图2中所示部件是循环流化床锅炉水冷壁被切割下来的一部分，两根水冷壁管中间的扁钢连片上焊接有炉膛测温仪表的φ38安装套管，材质为316不锈钢，耐磨热电偶已被从套管中取出。以图2照片中该部件的摆放方位为准，水冷壁的此面为向火面，其朝向炉膛内的燃烧颗粒物；温度计安装套管的上面对着炉膛出口方向，下面对着循环流化床锅炉的炉床风帽，该温度计安装套管的安装高度为炉膛中部，既锅炉水冷壁垂直方向高度的50%位置左右。

图2 循环流化床锅炉炉膛温度测点的错误安装案例

（2）由于水冷壁位于锅炉炉膛的四周，被其包围的炉膛中央区域有大量高温高速的燃料颗粒物在动态燃烧，这些大量的燃烧物颗粒沿着炉膛四周的水冷壁快速落下（不排除部分燃烧颗粒物自下而上冲刷水冷壁），冲刷水冷壁向火面的同时，与水冷壁进行着热交换，这是正常的热交换过程。当高温高速下行的燃烧颗粒物碰撞到此温度计套管时，便对此套管进行冲刷，也就是冲刷图2中箭头3所示的这个洞的位置，这个洞是被锅炉长期运行2年后冲刷出来的，在此温度计套管没有被冲刷破之前，高温高速下行的燃烧颗粒物撞击温度计安装套管上部后，部分燃烧颗粒物继续沿着套管的左右侧下行，然后在两根垂直的水冷壁管水平方向上形成冲击，久而久之形成了如图2所示的水冷壁外观形状，两个椭圆形的冲刷痕迹。

此温度计安装套管最初插入炉膛、超出水冷壁扁钢连片的长度大于100mm，图2中套管长度小于80mm，没有的部分是被烧掉了，烧掉后的管口呈现烧结状，套管上部左右两侧，即箭头1和2所示，可以清晰的看到管壁严重变薄，套管正上部已经被磨穿，这也是由高温高速下行的燃烧颗粒物冲刷后形成的。

（3）如果2号炉在此状态下继续运行，势必会是造成如1号和3号炉的水冷壁管的泄露事故。图2中水冷壁管即将被磨穿的位置在温度计安装套管的左右两侧，水冷壁管中的炉水气压力约为5.4MPa，当炉水气以如此大的压力从泄露点喷出后，又击中温度计安装套管，这种情况下，炉水气会在短时间内击穿温度计套管，当温度计套管被击穿后，耐磨热电偶接着受到冲击，最终出现耐磨热电偶护套被击穿的情况。

4 循环流化床锅炉本体燃烧系统温度仪表的安装方案

从以上案例不难发现，炉膛内高温高速下行的燃烧颗粒物迎面遇到的阻挡物，是发生事故的原因，这种迎面阻挡物是与其流向有垂直向量的、正面突向炉膛中央方向的阻挡物，如本案例所述的温度计安装套管，但不能说这种迎面阻挡物是事故的根源，因为伸入炉膛内部的耐磨热电偶也是属于燃烧颗粒物的迎面阻挡物，还要注意热电偶与水冷壁之间的间距问题，以下针对不同的锅炉本体设备上安装的测温仪表分别简述。

4.1 炉膛部分的测温仪表

炉膛下部因燃烧颗粒物对水冷壁的磨损大，锅炉厂一般要求使用耐磨层，如使用浇注料作为耐磨层的措施来保护水冷壁，如图3中A图所示。虽然耐磨层的向火面是平整的，但温度计的安装套管不是耐磨材质，耐磨材质无法有效焊接在水冷壁上，故保护套管不应伸出耐磨层而暴漏在炉膛内部的燃烧物中。

对于水冷壁没有耐磨层的炉膛燃烧物温度测点，温度计安装套管不应输入炉膛内部，采用如图3中B图所示的安装方案，避免发生上述案例中对水冷壁管产生的不正常冲刷现象。

图3水冷壁管上安装测温仪表的方案

图3 中A图与B图的温度计安装方案都没有将温度计安装套管伸入炉膛，但这还不够，针对于B图的热电偶使用情况，还要注意伸入炉膛内部的热电偶与水冷壁管之间的间距问题，以上述案例φ38温度计安装套管为例，在热电偶护套管强度够的前期下，可以选用φ16耐磨护套管的热电偶。另外还有相对彻底的、更好的解决方案，就是锅炉厂在设计水冷壁的温度测点时，将此温度计安装套管预留孔相邻的水冷壁管以预留孔为中心向外移，所有的经过此温度计测点位置的水冷壁管做成弧形，远离温度计一定距离后通过，但这样的方案不一定适合小型循环流化床锅炉，小型循环流化床锅炉水冷壁管与管之间间距小，实际操作上有一定困难。

因炉膛内部有大量下行走向的高温高速燃烧颗粒物，应如图3中A图与B图所示，将温度倾斜安装，α可取15°。耐磨热电偶伸入炉膛的深度l一般建议在150～200mm便可充分接触介质，不会影响测量效果。

4.2 锅炉尾部烟道烟气温度的测量仪表

锅炉尾部烟道烟气温度虽然没有炉膛内部燃烧物温度高，但烟气颗粒对尾部烟道、各过热器、温度仪表的磨损是必然存在的，尾部烟道各段烟气温度仪表的安装方案可以参考炉膛部分测温仪表的安装方案，不可将温度计保护套管伸入烟道。

因各过热器管都是烟气流向迎面垂直的，故温度仪表的尽量不要倾斜安装，倾斜的意义不大，倾斜角α最好不要超过15°，有些部位甚至一定不能倾斜安装，倾斜后，插入烟道的温度仪表会碰到烟道内的过热器管束或支架等部件。测温仪表的插入深度l也是建议控制在200mm左右，此插入深度可充分接触到锅炉尾部烟气颗粒物介质。

5 结束语

锅炉本体汽水及燃烧系统的温度情况关系到锅炉是否运行的正常，温度仪表检测系统的正常工作与正确的仪表安装方案是分不开的，考虑周全的温度仪表安装方案，能最大程度的保障锅炉的安全生产运行。本文通过剖析已发生在循环流化床锅炉温度仪表安装问题上的事故案例，提出一套切实可行的锅炉本体仪表，特别是锅炉水冷壁上安装的炉膛温度测点仪表的安装方案，供广大循环流化床锅炉的仪表安装工作者及设计人员参考，也欢迎大家对诸如此类的仪表安装问题进行不断的深入探讨。

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1004-7344（2016）25-0233-02

2016-8-17