引言
　　
　　CFB鍋爐燃燒技術是煤潔凈燃燒發電的核心技術之一。CFR電廠具有環保性能好、煤種適應性廣、綜合利用性能好、*的調峰經濟性和負荷調節范圍大等顯著特點，是符合國家環保政策、產業政策和市場需求的電廠新技術。目前我國已掌握了135MWCFB電廠的制造和設計技術，已建和在建同等容量的機組已有100多臺。
　　
　　300MW級CFB鍋爐電廠技術是我國"十五"國家重大技術裝備研制項目，該項目由原國家經貿委立項，體制改革后變更為由國家發展和改革委員會高技術產業司負責。經過研究論證和比選，國家zui終決定采用技貿結合的方式對300MW魯奇型CFB鍋爐系統設計與制造采用技術引進和消化吸收的方式zui終形成自主設計、制造能力，盡快實現產業化、商品化，從而縮短開發周期，推動我國發電設備技術進步和優化火電結構，目前大型CFB已成為國內電廠建設的熱門話題。
　　
　　中國電力工程顧問集團公司承擔了對法國ALSTOM魯奇爐型鍋爐島系統設計技術引進相吸收消化工作，并在此基礎上實現了CFB鍋爐系統的自主設計，成為國內*一家（包括下屬7個子公司）擁有法國ALSTOM公司200～350MWCFB電廠系統設計技術轉讓產權并具備獨立設計和審查大型CFB電廠能力的企業。
　　
　　魯奇型CFB鍋爐是上三大主流CFB技術之一，ALSTOM公司也是上兩大生產大型CFB鍋爐的廠家之一。200～350MW等級的CFB鍋爐在國內外的應用實踐較少，法國普羅旺斯250MWCFB電廠是世界*該爐型電廠并已成功投運近l0a。四川白馬工程是ALSTOM公司在世界范圍內第1臺300MW級CFB鍋爐電廠，該項目已進入設備安裝階段。在白馬1×300MWCFB鍋爐示范電廠項目之后，我國正在進行河北秦皇島、內蒙古蒙西、云南巡檢司、云南小龍潭等一批大型CFB鍋爐電廠的前期工作，因此，對ALSTOM公司設計的儀表與控制系統方案進行不斷完善相優化，逐步形成自主設計能力勢在必行。
　　
　　CFR機組與常規煤粉爐機組相比，從控制策略和儀表檢測2個方面都有很大不同，鑒于大型CFB技術轉讓的知識產權要求，現僅就CFB機組儀表與控制系統的主要設計原則進行討論。
　　
　　一、大型CFB鍋爐儀表設計的特殊性
　　
　　目前，國外大型CFB鍋爐主要有兩大流派，一是以德國的LurgiLentjiesBabcock（LLB）、法國的Stein和ABB-CE等公司為代表的魯奇（Lurgi）派;二是以美國的FosterWheeler（FW）、芬蘭的ALSTROM（后者于1995年被前者兼并）等公司為代表的FWPyropower派。
　　
　　大型CFB鍋爐的爐型主要有3種:德國Lurgi公司的Lurgi型、原芬蘭ALSTROM公司（現為美國FosterWheeler公司）的Pyroflow型和德國Babcock公司研制的Circofluid型。本文主要針對我國引進的法國ALSTOM的Lurgi型鍋爐進行研究。
　　
　　CFB鍋爐儀表與控制的設計范圍至少包括:鍋爐汽包、蒸發受熱面及其聯箱、省煤器、空氣預熱器、過熱器、再熱器、減溫器、旋風分離器、密封槽、鍋爐布風板及噴嘴、鍋爐點火系統、吹灰系統及助燃油系統、爐底灰冷卻器、外置床、錐形閥等鍋爐本體設備;鍋爐汽水系統;一次風、二次風系統;密封風系統;高壓流化風系統;鍋爐煙氣系統;鍋爐灰系統;石灰石破碎及輸送系統;輸煤設備及系統;除灰渣設備及系統等。
　　
　　國內300MW亞臨界、600MW亞臨界/超臨界常規煤粉爐的儀表與控制系統設計與選型都已非常成熟，而300MW級的CFB鍋爐與常規煤粉爐相比在儀表設計與選型方面具有一定的特殊性和難點。儀表與控制設計人員應根據CFB鍋爐本體的結構特點、工藝系統設計要求和鍋爐運行方式等進行檢測儀表的設計與選型，要注意選用技術*、質量可靠、有成熟應用業績的設備和元器件。CFB鍋爐的過程測量儀表除滿足常規要求外，還應考慮以下幾方面的特殊性。
　　
　　1.1儀表的防堵與耐磨設計
　　
　　CFB鍋爐的工藝流程和被測介質的要求決定了其一次檢測元件及儀表的選型必須考慮防堵和耐磨。例如用于爐膛、床料循環系統、石灰石、熱風或煙道的壓力、差壓等測量儀表應采取有效的防堵措施，必要時應加裝吹掃裝置，吹掃氣源可來自電廠內儀表用壓縮空氣。
　　
　　CFB床溫測量信號是床溫控制的重要參數，要求在爐膛燃燒室內密相區分層布置多支熱電偶，并將多個測量值進行綜合運算后得出床溫信號，床溫熱電偶應選用穩定性好、反應靈敏、耐磨、維護量小的檢測元件。
　　
　　1.2需增設的工藝檢測儀表
　　
　　與常規煤粉爐相比，熱工檢測除應增加CFB鍋爐床溫和床壓的測量外，還應增加流化風壓力、流量和溫度檢測，石灰石料倉料位及給料量檢測，旋風分離器溫度和壓力檢測，冷渣器溫度、壓力和冷卻水流量檢測，風量檢測，密封回料器溫度和壓力檢測及用于爐膛燃燒和脫硫控制等的檢測。
　　
　　CFB鍋爐系統的風量測量儀表是CFB的重要檢測儀表之一，包括一次風、二次風和流化風的母管和支管風量測量。白馬1×300MWCFB示范電廠風量測量儀表近40支，選用了插入式測量裝置，滿量程測量精度可達到±1%。目前阿牛巴、威力巴及德國的易它巴（ITAB）測量儀表的測量原理基本相同且都能滿足CFB鍋爐風量測量要求，具體工程實施時應通過招標方式擇優選擇。
　　
　　1.3設置汽包水位工業電視和煙氣連續監測系統
　　
　　汽包水位是CFB鍋爐啟動和運行的重要監視參數之一，應設置汽包雙側水位工業電視攝像探頭，并單獨設置彩色監視器布置在機組集中控制室內便于運行人員監視。
　　
　　為達到良好的脫硫和脫硝效果，滿足環保要求，CFB鍋爐爐膛燃燒室溫度應控制在850-900℃，實現中溫穩定燃燒。根據法國ALSTOM公司有關資料，在鈣/硫為1.5時脫硫效率能達到90%，脫硝后NOx的體積分數能達到（l00-300）×l0-6，完滿足我國國家標準GBl3223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》的要求。CFB鍋爐機組設置的煙氣連續監測系統（CEMS）的測量項目包括NOx、S02、CO及粉塵濃度等，其中S02信號通過硬接線接入機組分散控制系統（DCS）的模擬量調節系統，控制石灰石給料量從而控制脫硫效率，其余測量結果可通過通信方式接入DCS，在單元控制室指示及記錄。同時，煙氣連續監測系統的信號接口還應能滿足當地環保檢測站的要求。
　　
　　1.4不宜裝設爐膛火焰監視工業電視系統
　　
　　CFB鍋爐爐膛物料的燃燒是高速流化狀態的，燃燒方式與常規煤粉爐有很大區別，所觀察到的爐膛火焰并不明顯，因此一般建議不設置爐膛火焰監視工業電視系統。
　　
　　1.5不宜裝設爐管泄漏檢測裝置
　　
　　CFB鍋爐爐膛燃燒的噪音相對較大，國內在煤粉爐上設置的爐管泄漏檢測裝置大多采用聲波導入原理，根據法國ALSTOM公司設計師的經驗和目前135MWCFB鍋爐的運行經驗，建議不設CFB鍋爐爐管泄漏檢測裝置。
　　
　　1.6帶點火裝置的燃燒器應裝設火焰檢測裝置
　　
　　爐膛結構和運行方式的不同決定了CFB鍋爐燃燒器與煤粉爐燃燒器存在很大區別。CFB鍋爐的風道燃燒器和床上燃燒器應裝設火焰檢測裝置，床槍不設火焰檢測裝置。隨CFB鍋爐本體成套提供的風道燃燒器設備應包括油槍、點火槍、伸進和退出裝置、高能點火器、就地點火控制箱等現場儀表設備。CFB鍋爐的火焰檢測裝置數量比煤粉爐的數量要少，火焰檢測冷卻風也無需設置專門的冷卻風機。
　　
　　1.7系統設計方與鍋爐本體制造商的接口原則
　　
　　由于國內幾大鍋爐廠早期分別引進過100MW級CFB鍋爐不同技術流派的爐型，國內建設投運的中、小型CFB電廠五花八門。本次ALSTOM公司300MW級CFB魯奇爐型的制造與系統設計技術轉讓期限為1，且屬于中國市場*轉讓。在國家發展和改革委員會統一領導下，于2003年底至2004年，由東方、上海、哈爾濱三大鍋爐制造集團和中國電力工程顧問集團公司共同承擔300MWCFR鍋爐制造與系統技術引進和消化吸收工作。
　　
　　為規范設計院與鍋爐制造廠商的接口工作，建議設計院和制造廠之間的設計界面在依據國內電力市場慣例劃分的基礎上，按鍋爐系統設計的一次檢測元件和儀表、控制系統應由設計院設計方案，由業主招標采購的原則進行。但CFB鍋爐本體制造商應提供監控和性能試驗所必需的壓力、差壓、液位測點開孔，并提供相應一次儀表閥門、門前脈沖管、必需的空氣過濾減壓閥等附件。
　　
　　原則上建議CFB鍋爐制造商僅成套提供就地顯示儀表，包括彈簧管壓力表、雙金屬溫度計、就地風量指示儀、汽包雙色水位計、鍋爐安全控制閥（PCV）就地控制裝置、空氣預熱器間隙調整控制裝置、空氣預熱器著火監測報警裝置等。
　　
　　二、大型CFB鍋爐的控制方式和控制水平
　　
　　CFB鍋爐系統自動控制的設計應包括一次檢測元件及儀表配置、控制系統配置與功能、主輔機可控性、控制室布置及運行管理模式等方面。控制系統的設計原則應遵循"安全可靠、*適用、符合國情"的原則。
　　
　　2.1控制方式
　　
　　CFB鍋爐機組的控制設計水平應不低于相同容量常規煤粉爐機組的監控水平，應采用CFB鍋爐、汽輪機、發電機一變壓器組組成的單元集中控制方式，根據不同工程的實際建設規模可采用1臺機組設1個集中控制室、2臺機組合設1個集中控制室或多臺機組合設1個集中控制室的布置方案，在集中控制室內實現單元機組的爐、機、電值班運行管理模式。
　　
　　2.2控制系統
　　
　　采用DCS作為機組的核心控制系統，以操作員站和鍵盤等人機界面作為監視和控制中心，實現CFB鍋爐機組的爐、機、電統一集中監控，滿足機組冷態、溫態、熱態、極熱態啟動方式，正常運行工況（帶基本負荷或調峰），事故處理工況，安全停機及機組快速減負荷（RUNBACK）的需要。
　　
　　CFB鍋爐機組DCS對工藝系統實現集中監控，完成數據采集和處理（DAS）、模擬量控制（MCS）、順序控制（SCS）及爐膛安全監控（FSSS）功能。
　　
　　CFB鍋爐機組DCS的設計采用功能和物理分散的總體原則，控制網絡按分級、分組結構配置，即在垂直方向分層或分級，水平方向分組。DCS重要的控制器、通信網絡、I/O通道應采用冗余設計以滿足系統安全可靠運行的需要。
　　
　　2.3控制系統的后備手操設置
　　
　　CFB鍋爐采用DCS對其工藝系統實現集中監控后尚需設置必要的后備手操。后備手操是指獨立于DCS軟手操之外的后備硬操作。
　　
　　當DCS發生全局性或重大故障時，如DCS電源喪失、通信網絡故障、全部操作員站死機、重要控制器失去控制和保護功能等，為確保CFB鍋爐緊急安全停機，并結合鍋爐運行的實際特點，建議設置下列后備手操:鍋爐緊急跳閘、鍋爐安全門打開、汽包事故放水門打開、鍋爐汽包緊急補水泵啟動。
　　
　　三、大型CFB鍋爐的熱工調節設計
　　
　　熱工調節包括單沖量和多沖量的調節，CFB鍋爐模擬量調節由DCS實現，應能滿足機、爐協調控制的要求，參與電網一、二次調頻和調峰。
　　
　　CFB鍋爐控制系統的設計要求對風煤比、配風比等回路進行控制，實現CFB鍋爐穩定、經濟的中溫燃燒并滿足環保脫硫、脫硝的要求。在控制策略上CFB鍋爐與常規煤粉爐有很大不同，如鍋爐主控，協調控制，給煤控制，總風量控制，二次風壓力、流量、溫度控制，一次風壓力、流量、溫度控制，流化風壓力、流量控制，床槍壓力控制，爐膛壓力控制，一、二級噴水溫度控制，再熱蒸汽溫度調節，爐膛溫度、差壓調節，給水調節，空氣預熱器冷端溫度調節，旁路控制等均有不同的控制策略和調節回路，鑒于大型CFB技術轉讓的知識產權要求，在此不作詳細論述。
　　
　　四、大型CFB鍋爐的熱工聯鎖設計
　　
　　CFB鍋爐的熱工聯鎖應能滿足機組啟動、停機、正常及異常工況下的控制要求，CFB鍋爐輔機聯鎖項目至少包括:風機、空氣預熱器、除塵器及引風機在啟停和事故跳閘時的順序聯鎖;風機、空氣預熱器、除塵器之間的跳閘順序及與煙、風道中有關閥門、擋板的啟閉聯鎖;燃料系統的投入/切除及與風道燃燒器、床上燃燒器和床槍之間的啟停順序及聯鎖;石灰石制備、輸送系統中各設備啟停順序及與閥門、擋板之間的聯鎖;煤燃料制備、輸送系統中各設備啟停順序及與閥門、擋板之間的聯鎖;渣循環系統的相關冷渣器、密封回料器設備之間及相應的煙、風道中有關閥門、擋板之間的啟停順序及聯鎖等。
　　
　　五、大型CFB鍋爐的熱工保護設計
　　
　　CFB鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）在DCS中實現，它包括以下主要功能:鍋爐吹掃;風進入爐膛的允許條件;燃料進入爐膛的允許條件;主燃料跳閘;鍋爐跳閘。
　　
　　六、結語
　　
　　針對法國ALSTOM公司轉讓的魯奇（Lurgi）爐型技術就大型CFB鍋爐儀表與控制系統的主要設計原則進行了探討與研究，并論述了大型CFB鍋爐的儀表設置和檢測、調節、聯鎖及保護功能的設計。
　　
　　目前在建的*幾個大型CFB鍋爐（魯奇爐型）電廠工程——四川白馬1×300MWCFB項目預計2005年年底投運。相繼的大唐云南開遠電廠、內蒙古蒙西電廠、國電云南小龍潭電廠三期、華電云南巡檢司電廠、河北秦皇島電廠、淮北平山電廠、內蒙古準能煤矸石電廠、廣東韶關坪石B廠三期等應用300MW級大型CFB鍋爐的建設項目正在進行工程前期工作，有的項目已進入實施階段。
　　
　　隨著四川白馬CFB電廠項目投運不斷取得應用經驗和其他后續項目的建設研究，應對ALSTOM公司的儀表與控制系統設計進行不斷補充和完善，使大型CFB鍋爐的儀表與控制系統設計更符合實際需求并日臻完善，降低CFB工程項目投資，從而在技術引進和消化吸收的基礎上實現自主化設計，促進大型CFB產業化，推動我國民族產業的發展，形成自主知識產權的設計技術，為下一步600MW超臨界CFB鍋爐電廠的自主研究開發奠定基礎。