660MW超超臨界機(jī)組快速甩負(fù)荷控制策略及試驗(yàn)

郭萌，何亞剛，顧玉春，俞基安，蘇乾

(1.中國(guó)能建西北電力建設(shè)工程有限公司，西安市710032；2.國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市017209)

660MW超超臨界機(jī)組快速甩負(fù)荷控制策略及試驗(yàn)

郭萌1，何亞剛1，顧玉春2，俞基安2，蘇乾2

(1.中國(guó)能建西北電力建設(shè)工程有限公司，西安市710032；2.國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市017209)

快速甩負(fù)荷功能對(duì)于維持電網(wǎng)及大型火電廠穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義,布連電廠660 MW超超臨界機(jī)組快速甩負(fù)荷(fast cut back,FCB)試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)合理調(diào)整磨煤機(jī)跳閘次序及時(shí)間間隔，以及合理控制一、二次風(fēng)和引風(fēng)，能夠維持良好的爐膛負(fù)壓及鍋爐的正常燃燒。探討了對(duì)高、低壓旁路的控制方式，以及汽溫、汽壓、凝汽器及除氧器水位等重要參數(shù)的控制策略，結(jié)果顯示，各主要參數(shù)波動(dòng)幅度小并能夠迅速穩(wěn)定，驗(yàn)證了控制策略的合理性和邏輯功能設(shè)計(jì)的完善性，為超超臨界機(jī)組快速甩負(fù)荷試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

動(dòng)力機(jī)械工程；超超臨界機(jī)組；快速甩負(fù)荷(FCB)；控制策略

0 引 言

機(jī)組快速甩負(fù)荷(fast cut back，F(xiàn)CB)通常指機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，因內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障與電網(wǎng)解列，瞬間甩掉全部對(duì)外供電負(fù)荷，并維持自帶廠用電或者停機(jī)不停爐的自動(dòng)控制功能，俗稱“小島運(yùn)行”。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的需求越來(lái)越大。電網(wǎng)容量日趨龐大，其安全性也受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。近年來(lái)，世界各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的關(guān)注，制定了各種應(yīng)對(duì)大停電的措施。除加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)外，發(fā)電廠機(jī)組快速甩負(fù)荷功能已引起越來(lái)越高的關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)FCB功能的超(超)臨界機(jī)組除外高橋二期、三期外，多數(shù)文獻(xiàn)中的試驗(yàn)都事先采取了一系列的措施[1-6]，或者僅在中低負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)FCB功能，方法值得商榷，距離實(shí)用尚有一定的距離。此外，F(xiàn)CB試驗(yàn)控制策略與機(jī)組類型及系統(tǒng)配置密切相關(guān)，探索不同類型機(jī)組的試驗(yàn)方法對(duì)于提高我國(guó)火電機(jī)組控制性能、電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，具有非常重要的意義。國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司布連電廠采用1×100%容量汽動(dòng)給水泵組，鍋爐在國(guó)內(nèi)首次采用空氣預(yù)熱器、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)單列布置方式。高壓旁路系統(tǒng)采用100%容量，并設(shè)置了65%容量低壓旁路+100%容量可調(diào)式再熱器安全閥的組合配置，來(lái)保證熱力系統(tǒng)的工質(zhì)平衡和空冷凝汽器水位穩(wěn)定。結(jié)合本機(jī)組的系統(tǒng)配置特點(diǎn)，對(duì)FCB控制策略進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，本文對(duì)FCB試驗(yàn)時(shí)鍋爐的燃燒系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)的主要參數(shù)的變化進(jìn)行分析，重點(diǎn)探討調(diào)整與控制的原則方法。

1 機(jī)組主要設(shè)備和系統(tǒng)配置

國(guó)電建投布連電廠鍋爐選用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司設(shè)計(jì)、制造的B&WB-2082/28-M型超超臨界、螺旋上升、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、緊身封閉的Ⅱ型鍋爐，鍋爐配有不帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。鍋爐設(shè)計(jì)煤種和校核煤種均為當(dāng)?shù)孛旱V的煙煤。鍋爐采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對(duì)沖燃燒方式，配置B&W公司雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及NOx噴口。鍋爐尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣調(diào)溫?fù)醢逭{(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。鍋爐尾部采用單列布置，鍋爐豎井下設(shè)置1臺(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

鍋爐主要參數(shù)：過(guò)熱蒸汽流量2 082 t/h；過(guò)熱蒸汽出口壓力28.0 MPa；過(guò)熱蒸汽溫度605 ℃，再熱蒸汽流量1 755 t/h；再熱蒸汽進(jìn)/出口壓力6.102/5.882 MPa；再熱蒸汽進(jìn)/出口溫度370/603 ℃；給水溫度297 ℃，保證熱效率94%；鍋爐排煙溫度118.3 ℃。

汽輪機(jī)采用由上海電氣集團(tuán)股份有限公司汽輪機(jī)廠自主設(shè)計(jì)、制造，型式為一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、直接空冷凝汽式，設(shè)計(jì)背壓為12 kPa，型號(hào)為ZKN660-27/600/600的汽輪機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(digital electro-hydraulic control system，DEH)。所配發(fā)電機(jī)選用上海電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-660-2型水-氫-氫冷卻式發(fā)電機(jī)。

旁路系統(tǒng)配置高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，高壓旁路容量為2×50% 鍋爐最大蒸發(fā)量(boiler maximum continue rate，BMCR)，低壓旁路為2×32.5% BMCR。取消過(guò)熱器安全門，設(shè)置了4×25% BMCR容量的可調(diào)式再熱器安全門。

給水系統(tǒng)設(shè)置1×100% BMCR容量的汽動(dòng)給水泵，2臺(tái)機(jī)組共用1×30% BMCR容量的電動(dòng)定速給水泵，用于機(jī)組啟動(dòng)。凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)全容量凝結(jié)水泵，1運(yùn)1備。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1套1拖2的變頻調(diào)速裝置。機(jī)組發(fā)生FCB時(shí)備用凝結(jié)水泵啟動(dòng)，以維持機(jī)組的工質(zhì)平衡。

電氣一次系統(tǒng)采用發(fā)電機(jī)、變壓器單元接線，接入廠內(nèi)500 kV配電裝置，電廠一期出2回線，均接至500 kV布日都變電站。電氣主接線采用3/2斷路器接線，2個(gè)完整串，1個(gè)半串，其中第1、2串各接有1回主變壓器500 kV進(jìn)線和1回500 kV出線，不完整串為降壓變壓器500 kV進(jìn)線串。啟動(dòng)/備用電源由500 kV配電裝置引接1回500 kV電源，經(jīng)1臺(tái)500/110 kV和1臺(tái)110/10.5 kV的變壓器降壓后作為2臺(tái)機(jī)組的備用電源。發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，正常的并網(wǎng)、解列操作在主變壓器高壓側(cè)斷路器上實(shí)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)與主變壓器采用離相封閉母線相連接，發(fā)電機(jī)采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)高壓廠用變壓器，高壓廠用變壓器高壓側(cè)與發(fā)電機(jī)封閉母線連接，每臺(tái)高壓廠用變壓器的低壓側(cè)帶2段10 kV廠用母線，每段母線配置1套10 kV母線快切裝置，實(shí)現(xiàn)10 kV廠用母線電源的正常并聯(lián)切換和事故狀態(tài)下的串聯(lián)切換。每臺(tái)機(jī)組配置1臺(tái)1 300 kW的柴油發(fā)電機(jī)，作為事故保安電源。

2 FCB控制策略及邏輯

FCB包括3種類型：(1)因內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障，如低頻、失步等，引發(fā)線路開(kāi)關(guān)跳閘，機(jī)組與系統(tǒng)解列，汽輪發(fā)電機(jī)帶廠用電運(yùn)行，即狹義FCB功能；(2)發(fā)電機(jī)發(fā)生某些故障，如定冷水溫高、氫溫高、發(fā)電機(jī)過(guò)電壓等，聯(lián)鎖發(fā)電機(jī)跳閘，但汽輪機(jī)維持轉(zhuǎn)速3 000 r/min；(3)汽輪機(jī)本身故障跳閘或發(fā)電機(jī)-變壓器組故障聯(lián)鎖汽輪機(jī)跳閘，汽輪發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行，鍋爐維持最小負(fù)荷旁路運(yùn)行，即停機(jī)不停爐FCB。因狹義FCB試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)難度最大，而廣義的FCB功能全面，有效緩解超超臨界啟動(dòng)時(shí)引起的固體顆粒侵蝕問(wèn)題，因此本電廠采用廣義的FCB功能。

對(duì)于FCB試驗(yàn)而言，目前尚無(wú)明確的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)可以遵循和借鑒，所以試驗(yàn)方案和結(jié)果評(píng)估存在一定分歧。甩負(fù)荷試驗(yàn)和FCB試驗(yàn)從汽輪機(jī)超速控制的角度看僅相差廠用電負(fù)荷，其比例較小，鍋爐調(diào)整、汽水平衡等控制策略基本一致，但是，F(xiàn)CB作為實(shí)施難度極高而且風(fēng)險(xiǎn)極大的一項(xiàng)試驗(yàn)，涉及機(jī)、爐、電、熱等專業(yè)，對(duì)于機(jī)組是最嚴(yán)峻的綜合考驗(yàn)。而從試驗(yàn)?zāi)康膩?lái)看，甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)僅僅用于考核汽輪機(jī)在發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷下汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；FCB試驗(yàn)的目的是考核在電網(wǎng)突發(fā)事故的情況下，機(jī)組能否快速甩負(fù)荷并轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行。由于這種突發(fā)事故通常不會(huì)有任何先兆，因此，F(xiàn)CB試驗(yàn)時(shí)機(jī)組應(yīng)處于全真運(yùn)行工況，試驗(yàn)前不應(yīng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況或控制系統(tǒng)采取任何臨時(shí)性干預(yù)措施，在試驗(yàn)時(shí)唯一的操作就是將電氣主開(kāi)關(guān)拉閘。但對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中是否允許人為干預(yù)，業(yè)界內(nèi)有較大爭(zhēng)議。筆者認(rèn)為由于快速甩負(fù)荷試驗(yàn)過(guò)程中工況突變量較大，擾動(dòng)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)15%額定負(fù)荷(economical continuous rating，ECR)，類似于“階躍干擾”，諸如主汽壓力、給水流量、凝汽器水位、除氧器水位，爐膛負(fù)壓等重要參數(shù)變化劇烈，有可能切至手動(dòng)并報(bào)警，如果不及時(shí)人為采取措施，可能發(fā)生保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，以致試驗(yàn)中斷。因此，必要的手動(dòng)干預(yù)可視為允許的操作程序。

2.1 FCB控制策略

快速甩負(fù)荷試驗(yàn)采用電氣人員手動(dòng)斷開(kāi)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，跳滅磁開(kāi)關(guān)，使機(jī)組與電網(wǎng)解列，甩去全部負(fù)荷。參考甩負(fù)荷試驗(yàn)大綱的要求，試驗(yàn)按50%及100%額定負(fù)荷2級(jí)依次進(jìn)行。試驗(yàn)前進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)準(zhǔn)備工作，主要有以下項(xiàng)目：甩50%負(fù)荷時(shí)，試驗(yàn)前10 s開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，不進(jìn)行任何操作，倒計(jì)時(shí)至“0”時(shí)由電氣人員斷開(kāi)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，解列后視壓力自動(dòng)調(diào)整高、低旁開(kāi)度。甩100%負(fù)荷時(shí)，試驗(yàn)前10 s開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，不進(jìn)行任何操作，倒計(jì)時(shí)至“0”時(shí)由電氣人員斷開(kāi)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，自動(dòng)停運(yùn)上層D(或B)磨煤機(jī)，調(diào)整各磨煤機(jī)給煤量至42～43 t/h，10 s后停E磨煤機(jī)，鍋爐保留3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，總煤量130 t/h。根據(jù)水煤比，自動(dòng)調(diào)整給水流量，水煤比宜控制在6.5～7.5之間，根據(jù)中間點(diǎn)溫度調(diào)整給水流量偏置；自動(dòng)方式下根據(jù)壓力調(diào)整高、低旁開(kāi)度(不做手動(dòng)干預(yù))，同時(shí)根據(jù)給煤量自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量。

2.2 FCB控制邏輯

首先FCB觸發(fā)條件，F(xiàn)CB信號(hào)可用母線開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，汽輪機(jī)甩負(fù)荷(QB11斷路器和QB13斷路器均斷開(kāi))，汽輪機(jī)跳閘；或出現(xiàn)電網(wǎng)故障而母線開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)的情況，機(jī)組負(fù)荷突降發(fā)出甩負(fù)荷信號(hào)。

其次根據(jù)本機(jī)組100% BMCR的高壓旁路和65% BMCR低壓旁路的配置，對(duì)于鍋爐而言，當(dāng)FCB動(dòng)作時(shí)，利用RB功能回路減少燃料量、總風(fēng)量、給水流量，跳磨并保留3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，以100% BMCR/min的速率快速將鍋爐出力降至目標(biāo)負(fù)荷45% BMCR。FCB時(shí)目標(biāo)負(fù)荷按45%的額定負(fù)荷調(diào)整，即維持鍋爐在最小穩(wěn)態(tài)直流模式運(yùn)行又考慮一定裕度，減少鍋爐擾動(dòng)，避免由干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)運(yùn)行，又考慮低旁容量，減少對(duì)排汽裝置的熱沖擊。FCB脈沖信號(hào)觸發(fā)180 s后自動(dòng)復(fù)位，鍋爐主控切換為手動(dòng)，輸出置45% BMCR，燃料主控為自動(dòng)[7-11]。在控制邏輯上還進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

(1)機(jī)、爐、電大聯(lián)鎖，當(dāng)FCB功能切除時(shí)，鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)(主變)采取相互聯(lián)鎖跳閘的橫向大聯(lián)鎖保護(hù)方式。當(dāng)FCB功能投入時(shí)，機(jī)、爐、電采取單向聯(lián)鎖方式，鍋爐跳閘后，聯(lián)跳汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)(主變)。當(dāng)汽輪機(jī)跳閘時(shí)，向后跳發(fā)電機(jī)(主變)，但不向前聯(lián)跳鍋爐。而當(dāng)發(fā)電機(jī)故障時(shí)則聯(lián)跳主變出線開(kāi)關(guān)并滅磁開(kāi)關(guān)，但不聯(lián)跳汽輪機(jī)及鍋爐。特別是當(dāng)系統(tǒng)或主變出線故障時(shí)，只跳主變出口開(kāi)關(guān)，不聯(lián)跳爐、機(jī)、電。

(2)小汽輪機(jī)及輔汽汽源切換：1)冷再至輔汽調(diào)閥投自動(dòng)，保持定值控制；2)輔汽至除氧器進(jìn)汽氣動(dòng)蝶閥，保護(hù)開(kāi)；3)輔汽到小機(jī)調(diào)試用汽電動(dòng)門，保護(hù)開(kāi)；4)小汽機(jī)高壓進(jìn)汽電動(dòng)門，保護(hù)開(kāi)；5)冷再至輔汽調(diào)閥和輔汽至除氧器進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的關(guān)斷門，保護(hù)開(kāi)；6)除氧器進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)，保持定值控制。

(3)FCB動(dòng)作后，為了防止鍋爐主汽壓超壓，高、低旁路要迅速自動(dòng)快開(kāi)。快開(kāi)約10 s后，高旁閥切到壓力控制方式，控制主汽壓力至20 MPa，低旁控制再熱蒸汽壓力至1.7 MPa(熱態(tài)沖機(jī)壓力并保證小機(jī)供汽穩(wěn)定)。

(4)DEH收到FCB信號(hào)后，立刻切至轉(zhuǎn)速控制模式，維持汽輪機(jī)3 000 r/min。

(5)2號(hào)高加繼續(xù)投入運(yùn)行，提高給水溫度及工質(zhì)回收，其它加熱器關(guān)閉抽汽。高加仍在投入，系統(tǒng)設(shè)計(jì)2號(hào)高加到除氧器的疏水管道。超馳開(kāi)啟2號(hào)高加至除氧器的疏水閥，關(guān)閉1號(hào)高加來(lái)疏水和去3號(hào)高加的疏水調(diào)閥，并控制好2號(hào)高加水位，以免水位過(guò)高切除2號(hào)高加(將2號(hào)高加疏水至除氧器調(diào)閥、2號(hào)高加緊急疏水調(diào)閥投自動(dòng)，2號(hào)高加緊急疏水調(diào)閥水位設(shè)定值為2號(hào)高加疏水至除氧器調(diào)閥設(shè)定值加20 mm)。

(6)凝結(jié)水泵在FCB后將變頻運(yùn)行的出力調(diào)至最大，根據(jù)當(dāng)時(shí)的需要凝結(jié)水泵工頻備用聯(lián)鎖啟動(dòng)。

3 FCB時(shí)主要參數(shù)的調(diào)整及變化

快速甩負(fù)荷過(guò)程中機(jī)組的運(yùn)行工況調(diào)整幅度極大，機(jī)組的主要參數(shù)會(huì)產(chǎn)生極大波動(dòng)，如控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致鍋爐壓力過(guò)高安全門動(dòng)作，過(guò)熱器、再熱器溫度突變，鍋爐燃燒不穩(wěn)或者爐膛負(fù)壓波動(dòng)過(guò)大而鍋爐保護(hù)動(dòng)作停爐等。

3.1 燃燒的控制

燃燒控制包括燃料、二次風(fēng)量、一次風(fēng)量及爐膛負(fù)壓等重要參數(shù)的調(diào)整，對(duì)于超超臨界機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)至關(guān)重要，決定著試驗(yàn)時(shí)鍋爐側(cè)控制的成功與否。燃燒控制主要考慮燃燒穩(wěn)定及防止?fàn)t膛負(fù)壓過(guò)大波動(dòng)2個(gè)因素。

燃燒控制包括燃油(或等離子)以及燃煤的控制，對(duì)于快速甩負(fù)荷試驗(yàn)，因其目標(biāo)負(fù)荷大于鍋爐的最低穩(wěn)燃負(fù)荷，合理的方法是不投燃油或者等離子，僅靠燃煤量的調(diào)整保證爐內(nèi)燃燒。這樣既能避免投油(或等離子)等復(fù)雜操作，也可以避免因投油造成的爐膛負(fù)壓波動(dòng)等隱患，保證試驗(yàn)的安全及經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于燃煤量的控制，配置低容量旁路系統(tǒng)的超臨界機(jī)組通常采用的做法是在甩負(fù)荷時(shí)鍋爐側(cè)手動(dòng)MFT(main fuel trip)，利用鍋爐余熱及蓄能保證汽輪機(jī)供汽，試驗(yàn)完成后機(jī)組恢復(fù)周期長(zhǎng)，操作復(fù)雜，費(fèi)用較高。而對(duì)配置高容量旁路系統(tǒng)的超臨界機(jī)組應(yīng)結(jié)合鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃工況、最低直流負(fù)荷工況以及變負(fù)荷時(shí)對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的擾動(dòng)確定。

50%快速甩負(fù)荷試驗(yàn)。機(jī)組運(yùn)行工況:總煤量126.5 t/h，二次風(fēng)量959.6 kNm3/h(本文風(fēng)量均為0 ℃、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的風(fēng)量)，一次風(fēng)量452.9 kNm3/h，省煤器出口煙氣氧量8.85%。試驗(yàn)前10 s開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，不進(jìn)行任何操作，維持鍋爐燃燒、風(fēng)量等運(yùn)行狀態(tài)，從記錄的一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、爐膛負(fù)壓以及氧量等重要參數(shù)的數(shù)據(jù)源及曲線來(lái)看，各參數(shù)基本維持原狀態(tài)，鍋爐燃燒狀態(tài)未發(fā)生顯著變化。

100%快速甩負(fù)荷試驗(yàn)。機(jī)組運(yùn)行工況:總煤量231.5 t/h，二次風(fēng)量1 631.8 kNm3/h，一次風(fēng)量529.3 kNm3/h，省煤器出口煙氣氧量4.42%。試驗(yàn)前10 s開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，不進(jìn)行任何操作，倒計(jì)時(shí)至“0”時(shí)，自動(dòng)停D(或B)磨煤機(jī)，并調(diào)整運(yùn)行各磨煤機(jī)給煤量至42～43 t/h，10 s后，自動(dòng)停E磨煤機(jī)，鍋爐保留3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，總煤量130 t/h，總煤量調(diào)整變化曲線如圖1所示。隨燃煤量的變化，一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度由89.9%調(diào)整至71.6%，一次風(fēng)量隨之由529.3 kNm3/h調(diào)整至365.8 kNm3/h；二次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)整相對(duì)緩慢，開(kāi)度由64.0%調(diào)整至37.1%，二次風(fēng)量由1 608.5 kNm3/h調(diào)整至1 180.1 kNm3/h，調(diào)整變化過(guò)程如圖2、3所示。隨燃煤總量和風(fēng)量的大幅調(diào)整，爐膛負(fù)壓亦出現(xiàn)顯著波動(dòng)，最低降至-499.0 Pa，然后升高，最大僅為493.9 Pa，然后恢復(fù)至正常負(fù)壓，波動(dòng)范圍控制在±500 Pa范圍內(nèi)，如圖4所示，遠(yuǎn)低于同類型試驗(yàn)相關(guān)指標(biāo)，而且在試驗(yàn)過(guò)程中觀察，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，未發(fā)生異常。證明試驗(yàn)中燃燒、風(fēng)量以及負(fù)壓等參數(shù)的控制策略科學(xué)合理。

圖1 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)總給煤量的調(diào)整曲線

圖2 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉的調(diào)整曲線

圖3 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)一二次風(fēng)量的調(diào)整曲線

圖4 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)爐膛負(fù)壓的變化曲線

3.2 主汽、再熱蒸汽參數(shù)的控制

超(超)臨界鍋爐熱慣性遠(yuǎn)小于汽包鍋爐的，鑒于超(超)臨界鍋爐快速甩負(fù)荷后目標(biāo)負(fù)荷較高的特點(diǎn)，為確保整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程鍋爐不超壓，盡量保證相關(guān)安全閥不啟座排汽，減少工質(zhì)損失，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的泄壓手段合理控制鍋爐壓力。由于本機(jī)組僅配置高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，高壓旁路容量為2×50% BMCR，低壓旁路為2×32.5% BMCR，取消過(guò)熱器安全門，設(shè)置了4×25% BMCR容量的可調(diào)式再熱器安全門。為防止全容量高壓旁路保護(hù)快開(kāi)對(duì)汽壓的劇烈擾動(dòng)，根據(jù)機(jī)組甩負(fù)荷前的運(yùn)行負(fù)荷，進(jìn)行分段控制。當(dāng)075%時(shí)，高旁超馳開(kāi)至75%，然后轉(zhuǎn)入壓力控制模式。低壓旁路，保護(hù)全開(kāi)后轉(zhuǎn)入壓力控制模式。對(duì)于50%甩負(fù)荷試驗(yàn)，主汽壓力參數(shù)17.77 MPa遠(yuǎn)低于額定參數(shù)27.94 MPa，鍋爐自身具備一定的升壓裕量，甩負(fù)荷后，高旁保護(hù)開(kāi)至50%，低旁保護(hù)全開(kāi)，主汽壓力在2 s內(nèi)略有上升，最高至18.46 MPa，然后逐步降低。對(duì)于100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，主汽壓力參數(shù)25.19 MPa，接近額定主汽蒸汽參數(shù)，鍋爐本身的升壓裕量很小，甩負(fù)荷后，高旁保護(hù)開(kāi)至100%，低旁保護(hù)全開(kāi)，開(kāi)度調(diào)整如圖5所示，主汽壓力在1 s內(nèi)迅速上升至26.19 MPa，然后逐步降低(見(jiàn)圖6)，在并網(wǎng)時(shí)壓力達(dá)到15.59 MPa。對(duì)于再熱汽壓，由試驗(yàn)前的5.70 MPa快升至6.06 MPa逐步回落，在并網(wǎng)時(shí)壓力達(dá)到2.47 MPa，考慮到試驗(yàn)過(guò)程中汽泵的汽源，將再熱蒸汽壓力控制在2.5 MPa左右較為合適。

機(jī)組甩負(fù)荷后，盡管給水流量和燃料量存在大幅度的調(diào)整，但鍋爐仍保持相當(dāng)大的燃料量，不宜采取常規(guī)煤粉爐甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)全關(guān)減溫水調(diào)門和電動(dòng)門的方法，否則可能造成汽溫的大幅波動(dòng)，尤其是正常運(yùn)行減溫水量較大時(shí)。圖7為100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)主汽及再熱蒸汽溫度變化情況，由圖7可知，甩100%負(fù)荷時(shí)，主汽溫度、再熱汽溫波動(dòng)幅度均較小，主汽溫度與再熱汽溫變化趨勢(shì)基本一致，小幅下降后有所回升。主汽溫度由576.2 ℃逐漸下降至540.4 ℃，再次并網(wǎng)后上升到591.9 ℃，再熱汽溫同步由562.4 ℃逐漸下降至520.6 ℃，再次并網(wǎng)后上升到560.3℃。產(chǎn)生這種變化，主要是由于過(guò)熱、再熱汽溫具有對(duì)流特性，甩負(fù)荷后，隨著燃料量的降低，過(guò)熱、再熱汽溫隨之有所降低。考慮到試驗(yàn)過(guò)程中，給水以及凝結(jié)水系統(tǒng)的波動(dòng)較大，對(duì)于減溫水量擾動(dòng)較大的的情況，可進(jìn)行一定量的預(yù)控調(diào)節(jié)，整個(gè)試驗(yàn)中保證汽溫變化平穩(wěn)即可。

快速甩負(fù)荷后，注意監(jiān)視汽機(jī)轉(zhuǎn)速及各參數(shù)，尤其是注意高排溫度及低排溫度的變化，保證機(jī)組可以在孤島狀態(tài)下安全運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間。待汽機(jī)轉(zhuǎn)速及各參數(shù)穩(wěn)定，并網(wǎng)接帶負(fù)荷后，控制在5～10 min內(nèi)將機(jī)組負(fù)荷帶至50% ECR(額定負(fù)荷)左右，然后逐步調(diào)整各參數(shù)至正常范圍。

圖5 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)高旁及低旁開(kāi)度調(diào)整曲線

圖6 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)主汽及再熱蒸汽壓力變化曲線

圖7 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)主汽及再熱蒸汽溫度變化曲線

3.3 水系統(tǒng)的平衡控制

正常運(yùn)行時(shí)，汽動(dòng)給水泵的汽源取自汽輪機(jī)四段抽汽。機(jī)組快速甩負(fù)荷時(shí)，主汽輪機(jī)各段抽汽壓力迅速回落，汽泵汽源迅速切換至高壓汽源，同時(shí)高低壓旁路保護(hù)快開(kāi)后，投用大量的減溫噴水，凝結(jié)水流量、給水流量隨燃料量調(diào)整均有大幅的調(diào)整，這些因素嚴(yán)重影響水系統(tǒng)的平衡。低壓旁路系統(tǒng)需要耗用大量凝結(jié)水的減溫水，甚至達(dá)到800～900 t/h，從而導(dǎo)致凝結(jié)水壓降低，除氧器入口流量大幅下降。對(duì)于空冷機(jī)組，因空冷系統(tǒng)容量較大，凝結(jié)水回收需要一定時(shí)間，排汽裝置的水位快速上升800 mm左右，這和水冷機(jī)組的區(qū)別較大。在鍋爐給水流量較高的情況下，除氧器補(bǔ)水不及，造成除氧器水位由2 120 mm降低至1 248 mm，幅度較大，如圖8所示。因此，除氧器水箱作為整個(gè)汽水循環(huán)中主要的蓄水和緩沖環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮增大其容量有利于FCB試驗(yàn)。

圖8 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)?zāi)骷俺跗魉蛔兓€

4 結(jié) 語(yǔ)

國(guó)電建投布連電廠一期工程660 MW超超臨界機(jī)組采用單系列風(fēng)煙系統(tǒng)及100%給水泵配置，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)控制策略，在無(wú)人工干預(yù)的全真狀況下，成功實(shí)施FCB功能試驗(yàn)，各項(xiàng)參數(shù)均在合理范圍內(nèi)，各主輔設(shè)備運(yùn)行安全平穩(wěn)。設(shè)計(jì)FCB功能的機(jī)組從系統(tǒng)配置上需考慮大容量旁路系統(tǒng)、除氧器容量、小機(jī)汽源切換方式等，同時(shí)跳磨邏輯、風(fēng)量控制、旁路快開(kāi)及水系統(tǒng)等控制邏輯對(duì)于試驗(yàn)過(guò)程的影響至關(guān)重要。該試驗(yàn)為超(超)臨界空冷機(jī)組快速甩負(fù)荷相關(guān)試驗(yàn)提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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(編輯：張小飛)

ControlStrategyandExperimentalStudyofFCBin660MWUltra-SupercriticalUnits

GUO Meng1, HE Yagang1, GU Yuchun2, YU Ji’an2, SU Qian2

(1. Northwest Power Construction Corporation, China Energy Engineering Group, Xi’an 710032, China;2. Guodian & Jiantou Inner Mongolia Energy Investment Co., Ltd., Erdos 017209, Inner Mongolia Autonomous Region, China)

The function of fast-cut back (FCB) is very important to maintain the stable of power grid and large thermal power plant. In the FCB test of 660 MW ultra-supercritical units in BuLian Power Plant, the normal combustion of boiler and the good furnace pressure could been maintained very well through the reasonable adjustment of coal mill trip order and intervals, as well as the coordination control of primary air, secondary air and induced air. The control method of HP and LP bypass, steam temperature and pressure, water level of condenser and deaerator were also discussed. The results show that the main parameters are fluctuated slightly and can be quickly stabilized. The rationality of control strategy and the integrity of logic function design are verified, which can provide references for the FCB test of ultra-supercritical units.

power and mechanical engineering; ultra supercritical; fastcut back (FCB); control strategy

TM 311

： A

： 1000-7229(2014)09-0097-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2014.09.018

2014-03-06

：2014-04-27

郭萌(1974)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事火電機(jī)組調(diào)整與試驗(yàn)研究工作，E-mail：guomeng1974@sohu.com;

何亞剛(1978)，男，學(xué)士，工程師，主要從事火電機(jī)組調(diào)整與試驗(yàn)研究工作;

顧玉春(1963)，男，學(xué)士，高級(jí)工程師(教授級(jí))，主要從事能源方面管理工作;

俞基安(1964)，男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事火電機(jī)組管理工作;

蘇乾(1978)，男，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事火電機(jī)組基建管理工作。