燃生物质循环流化床锅炉进料管防高温烟火反窜装置设计

郑 韬

(武汉凯迪电力环保有限公司，湖北 武汉 430071)

由于化石燃料过度开采、全球气候变化等原因，越来越多的国家正积极开发新的替代能源。生物质作为可替代部分石油和煤炭的清洁能源而得到重视，生物质直燃发电技术已经在全球诸多国家得到了较为广泛的应用。

循环流化床锅炉是目前生物质直燃锅炉中较为常用的炉型，燃生物质循环流化床锅炉在运行过程中通常会遇见一个问题，就是炉膛底部经常会产生爆燃现象，爆燃产生的高压导致高温烟火反窜至给料系统，使锅炉存在严重的安全隐患。产生爆燃的原因基本概括为以下三点：第一，入炉的生物质燃料含水量超标，湿度大，进入炉膛底部后未及时被吹起流化燃烧，燃料在底部堆积后经过一段时间的高温烘烤，水分蒸发，可燃挥发分析出，产生爆燃；第二，给料量突然增加，导致炉膛底部的燃料堆积，经过一段时间的高温烘烤突然爆燃；第三，炉膛流化不正常，局部结焦或者炉膛配风不平衡，燃料入炉产生积压，经过一段时间的高温烘烤突然爆燃。

生物质电厂针对锅炉爆燃问题的传统应对方法是依靠运行操作人员实时观察给料系统是否有明显的烟火反窜情况来采取相关措施。即出现明显的烟火反窜时，立即手动停止给料系统，同时安排巡检人员就地检查给料系统，但没有实质的隔离高温烟火与给料系统的措施。传统的应对方法有很大的滞后性、主观性、危险性及不确定性，对运行人员的技能有很高的要求，精力消耗极大，同时为安全生产留下重大隐患。

1 技术领域

燃生物质循环流化床锅炉进料管一旦发生锅炉正压导致的高温烟火反窜就会发生重大事故，本文就是专门研究防止高温烟火反窜的措施。笔者在本公司下属生物质电厂的锅炉进料管上进行了试验。这种防高温烟火反窜装置，具体说是一种燃生物质循环流化床锅炉给料及安全燃烧的监测与保护装置，属于燃生物质循环流化床锅炉给料与燃烧的安全监测与保护技术领域。

2 技术方案

为了更好地解决燃生物质循环流化床锅炉进料管高温烟火反窜的问题，本文提出了一种燃生物质循环流化床锅炉进料管防高温烟火反窜装置。它能在锅炉发生爆燃的情况下，自动将炉膛内部的高温烟火与给料系统进行安全隔离，具有全程自动化、响应速度快、结构简单的优点。本文论述的技术方案如下所示。

燃生物质循环流化床锅炉进料管防高温烟火反窜装置是在锅炉上设有多个进料管，每个进料管上安装有1个红外测温探头，用于采集进料管温度信号。每个红外测温探头的输出端与信息处理模块的输入端相连接。信息处理模块用于接收红外测温探头采集的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并具备逻辑运算、报警信号输出和信息存储能力。

信息处理模块输出端分别与气动闸阀、炉前给料机相连接。

红外测温探头安装在炉膛进料管斜管段正上方预置的保护套筒内。为了防止运行过程中燃料粉尘在红外测温探头上黏结，影响测量结果，现接一路压缩空气进入保护套筒，对红外测温探头进行吹扫。保护套筒与红外测温探头采用螺纹连接形式，便于红外测温探头的安装与检修清理。

信息处理模块为电厂分散控制系统(DCS)，DCS系统接收红外测温探头采集的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号与预先设定的报警值进行比较，如果所述的数字信号大于报警值，DCS系统则输出报警信号。

气动闸阀安装在进料管竖直段，以及在拨料风进口、密封风进口的上端，以保证在气动闸阀关闭的状态下，没有高温烟火、拨料风或密封风倒流至给料系统。

3 有益效果

本方案在每个炉膛进料管斜管段安装红外测温探头，用于实时采集进料管斜管段的温度信号。当炉膛底部发生爆燃时，高温烟火反窜入进料管，使进料管斜管段内温度急剧升高，进而使信号处理模块接收到的温度信号值超出预先设定的报警值，信号处理模块自动输出两路报警信号。

第一路信号是关闭对应进料管的气动闸阀。关闭气动闸阀可以快速隔离爆燃的高温烟火，防止高温烟火引燃给料系统。第二路信号是关闭对应进料管的炉前给料机。停止炉前给料机能避免燃料的持续投入可能导致的更剧烈爆燃，同时可以防止燃料卡涩气动闸阀的闸板。

本装置以最快速度消除高温烟火反窜对炉前给料系统的威胁，整个工作过程实现了监测、判断、执行全程自动化，而且全程不需要电厂操作人员干预，为操作人员减轻了监盘负担，有利于锅炉安全运行。

4 实施方式

为了使本方案的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本方案进行详细说明。此处所描述的具体实施案例仅用以解释本技术方案，并不用于限定具体实施方式。

在本方案的优选实施案例中，如图1、图2所示，在燃生物质循环流化床锅炉进料管防高温烟火反窜装置中，锅炉设置有多个进料管100，每个进料管100的斜管段安装保护套筒101。用于采集进料管100温度信号的多个红外测温探头200，每个红外测温探头200的输出端与信息处理模块300的输入端相连接。

图1 本方案的优选实施案例

图2 本方案的优选实施案例的具体应用

信息处理模块300用于接收红外测温探头200采集的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号与预先设定的报警值进行大小比较，如果转换后的数字信号大于报警值，信息处理模块300输出报警信号。

信息处理模块300输出端分别与气动闸阀400、炉前给料机500相连接。

如图1所示，红外测温探头200安装在炉膛进料管100斜管段正上方预置的保护套筒101内。

为了防止运行过程中燃料粉尘在红外测温探头200上黏结，影响测量结果，须接一路压缩空气102进入保护套筒101，对红外测温探头200进行吹扫。保护套筒101与红外测温探头200采用螺纹连接形式，便于红外测温探头200的安装与检修清理。红外测温探头200选用大测量范围的型号。

在信息处理模块300中预先设定进料管温度报警值，因实际运行过程中，爆燃产生的高温烟火温度在700 ℃以上，为避免装置误动或拒动，报警值选300 ℃。

本方案在具体应用时，如图2所示，信息处理模块300为电厂分散控制系统(DCS)；DCS系统接收红外测温探头200采集的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号与预先设定的报警值进行比较，当所述的数字信号大于报警值时，DCS系统输出报警信号。同时，电厂DCS系统还能将所有红外探头200采集到的温度信号、气动闸阀400的状态信号、炉前给料机500的状态信号显示在集控室操作台的画面上，便于运行人员直观、清晰地了解各个进料口状况。

气动闸阀400安装在进料管100竖直段，以及密封风103、拨料风104进口的上端，以保证在气动闸阀400关闭的状态下，没有高温烟火、密封风103或拨料风104倒流至给料系统。

5 工作过程

信号处理模块预先设定红外测温探头的高温报警值为300 ℃。当锅炉正常运行不发生爆燃时，进料管斜管段在生物质燃料的流动及密封风、拨料风的吹扫状态下，红外测温探头检测到的温度一般为30～70 ℃，即便密封风、拨料风采用热风，红外测温探头检测到的温度一般为70～100 ℃，所以正常情况下进料管斜管段温度不会超过报警温度值。

当炉膛底部发生爆燃情况时，高温烟火在爆燃的高压下反窜入进料管，红外测温探头检测到的温度信号值急剧升高，爆燃情况下的高温烟火温度一般高于350 ℃，信息处理模块接收到大于高温报警值(300 ℃)的温度信号后，立即输出两路报警信号：第一路信号是关闭对应进料管的气动闸阀，第二路信号是关闭对应进料管的炉前给料机。关闭气动闸阀可以快速隔离爆燃的高温烟火，防止高温烟火反窜引燃给料系统；停止炉前给料机能避免燃料的持续投入可能导致的更加剧烈的爆燃，同时可以防止燃料卡涩气动闸阀的闸板。本装置以最快速度消除高温烟火反窜对炉前给料系统的威胁，为燃生物质循环流化床锅炉进料管防高温烟火反窜提供了优秀的解决方案，整个工作过程实现了监测、判断、执行全程自动化，为操作人员减轻了监盘负担，有利于锅炉安全运行。

6 结论

本文提出的技术方案成功地解决了燃生物质循环流化床锅炉进料管高温烟火反窜的问题，能在锅炉发生爆燃情况下，自动将炉膛内部的高温烟火与给料系统进行安全隔离，具有安全、全自动、快速、结构简单的特点，可以在全国生物质电厂推广。