660 MW燃煤機組一次風機跳閘的工況分析

繆水寶

(蕪湖發(fā)電有限責任公司，安徽 蕪湖 241009)

0　概　述

蕪湖發(fā)電有限責任公司2號機組鍋爐為超超臨界、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的螺旋爐膛的SWUP型鍋爐。鍋爐采用一次風機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配置6臺中速磨煤機。燃燒設(shè)計煤種時，5臺磨煤機運行、1臺備用。燃燒校核煤種時，運行6臺磨煤機。鍋爐配備2臺動葉可調(diào)軸流式一次風機，額定功率為 2 500 kW。系統(tǒng)設(shè)計時，2臺一次風機出力為700 MW，6臺磨煤機的出力為810 MW(每臺磨煤機的出力為135 MW)。汽輪機為超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機，最大出力為 709.872 MW，額定出力 為660 MW。鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)，如見表1所示。

表1鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

名稱BMCRBRL過熱蒸汽流量/(t·h-1)20911985過熱蒸汽溫度/℃585585過熱蒸汽壓力/MPa26.1526.03再熱蒸汽流量/(t·h-1)16861596再熱蒸汽進口壓力/MPa5.345.05再熱蒸汽出口壓力/MPa5.134.85再熱蒸汽進口溫度/℃346340再熱蒸汽出口溫度/℃603603

2號機組采用單元制機、爐、電網(wǎng)絡(luò)集中控制方式，控制系統(tǒng)為DCS。DCS采用I/A’S 系 統(tǒng)，實現(xiàn)機組數(shù)據(jù)采集(DAS)、模擬量調(diào)節(jié)(MCS)、順序控制(SCS)、爐膛安全監(jiān)控(FSSS)等功能。同時，還配置了小汽輪機電液控制系統(tǒng)(MEH)、汽輪機數(shù)字電液控制(DEH)、汽輪機危急跳閘(ETS)、汽輪機安全監(jiān)控(TSI)、汽輪機旁路控制(BPS)、吹灰程控等系統(tǒng)，構(gòu)架了完整的自動化控制系統(tǒng)。在機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，設(shè)計有RB功能(減負荷功能)。

1　RB功能

當機組高負荷運行時，若由于某種原因造成部分重要輔機跳閘，導致機組不能維持高負荷運行時，RB控制功能將根據(jù)跳閘的輔機類型、故障程度及機組運行現(xiàn)狀，自動計算當前機組保持安全運行的最大負荷，并依據(jù)最大負荷值，協(xié)調(diào)機組的各個控制系統(tǒng)，快速地降低機組負荷。而且，在快速減負荷過程中，將維持機組主要參數(shù)仍運行在安全范圍內(nèi)，不會引發(fā)機組保護動作，確保機組的穩(wěn)定運行。RB控制功能的投運及控制方式，將直接影響機組的穩(wěn)定運行。因此，RB控制的投用效果，也是考核機組控制性能的重要指標[1]。

2　RB控制的基本思路

2.1　控制特點

從控制過程分析，RB 控制屬于機組聯(lián)鎖保護控制范疇。當機組輔機發(fā)生故障時，為防止故障擴大而聯(lián)鎖相關(guān)設(shè)備動作，是機組在異常工況下的負荷控制。因此，RB 控制既有負荷模擬量的控制性質(zhì)，又具有聯(lián)鎖保護控制的開關(guān)量控制性質(zhì)的復合控制系統(tǒng)[2]。

2.2　控制系統(tǒng)的組成

RB控制的系統(tǒng)的架構(gòu)，如圖 1 所示。 RB控制系統(tǒng)的邏輯、RB 控制方式、汽機主控以及鍋爐主控，實際上是 MCS 的機組負荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的一部分，可實現(xiàn) RB 動作的判定、機組的減負荷速率計算、機組的目標負荷計算等功能。MCS、FSSS、DEH 是 RB 控制系統(tǒng)中的執(zhí)行層，可實現(xiàn)快減負荷、切換燃燒器、投等離子等功能[3]。與MCS相關(guān)的子系統(tǒng)，是鍋爐燃料量控制、給水流量控制、總風量控制等系統(tǒng)。

圖1RB控制系統(tǒng)的架構(gòu)

3　一次風機的RB邏輯回路

3.1　觸發(fā)條件

若機組處于協(xié)調(diào)控制方式，且RB功能已投入。此時，若機組負荷指令大于350 MW、或有任1臺一次風機跳閘，均形成一次風機RB的觸發(fā)條件。

3.2　控制方法

當一次風機跳閘報警或一次風機RB報警，機組負荷目標值將降至350 MW，主汽壓力按一定速率，下滑至壓力目標值17 MPa。此時，將鍋爐主控切為手動，按照250 t/min速率下滑，至RB動作后鍋爐主控輸出目標值。燃料主控將每臺給煤機的給煤量，按輸出量的上限值，閉鎖22 s。給水主控及水燃比控制保持自動，并根據(jù)實際燃料量，計算給水流量。汽機主控保持自動運行方式。此時，機組的運行方式，由協(xié)調(diào)方式切換為汽機跟隨方式(TF方式)。汽機主控由調(diào)節(jié)負荷，改為調(diào)節(jié)主汽壓力。主汽壓力的設(shè)定值自動切為實際壓力與RB壓力目標值的較大值，即當主汽壓力實際值>RB動作時對應(yīng)的壓力目標值，主汽壓力設(shè)定值跟蹤主汽壓力的實際值。當RB發(fā)生時，且磨煤機出力限制>輔機最大出力，RB跳磨煤機的順序，為A、B、E磨煤機跳閘，最后仍保持3臺磨煤機運行。跳閘磨煤機的間隔時間為10s(燃燒器的順序，為前墻 A、F、D，后墻 B、E、C)。當RB被觸發(fā)，且D磨煤機運行時，等離子電弧啟動順序為1→3→5→2→4→6。每隔2s，啟動1臺等離子電弧。在 RB過程中，汽機主控閉鎖增加。 RB結(jié)束后，自動切換汽機主控至手動方式，機組進入基本方式運行。

在SCS執(zhí)行程序中，也需按相關(guān)順序進行。

(1)關(guān)閉已跳閘一次風機出口處的風門擋板。

(2)聯(lián)動關(guān)閉空預器進、出口處的一次風門擋板。

(3)在風煙MCS的執(zhí)行程序中，將跳閘一次風機的電動調(diào)閥超馳指令，設(shè)為零。

3.3　動作結(jié)束的條件

當RB發(fā)生40 s后，且負荷指令小于磨煤機的出力限制(3×135=405 MW)，可手動切除RB功能，此時，機組的運行方式切為基本方式。

4　一次風機RB的動作過程

4.1　跳閘過程

(1)在2017-06-27的11:26:45之前，2號機組的2A一次風機潤滑油站內(nèi)，1號油泵工作，2號油泵停運。2A一次風機潤滑油站的壓力，為0.7 MPa。

(2)即日的11:26:45，啟動了2號機組2A一次風機潤滑油站的2號油泵，此時1號油泵繼續(xù)運行，2A一次風機潤滑油站的壓力，為0.7 MPa。

(3)時間到了11:26:49， 2號機組2A一次風機潤滑油站的1號油泵停運(根據(jù)DCS組態(tài)邏輯，同側(cè)一次風機的第2臺潤滑油泵運行,延時4 s后，停運第1臺油泵)，由2號油泵接替運行。2A一次風機潤滑油站的壓力，為0.7 MPa。

(4)在11:26:53， 2號油泵運行，2A一次風機潤滑油站壓力，由0.7 MPa降至0.08 MPa，延時5 s后，2A一次風機跳閘。因2號油泵出力不夠，油站壓力低于0.1 MPa，從而觸發(fā)2A一次風機跳閘。

(5)在11:26:59，一次風機RB。

4.2　RB動作前的機組工況

2017-06-27的11:26:57，機組的實際負荷為500.86 MW，主汽壓力為20.31 MPa，燃料量為204.20 t/h，總風量1 925.25 t/h，爐膛負壓為-186.37 Pa，給水流量為1381.49 t/h。鍋爐的主控指令為198.25 t/h，汽機的主控指令為97.12%。機組為協(xié)調(diào)方式運行?？刂葡到y(tǒng)的RB功能、AGC為投入狀態(tài)，C、D、E、F磨煤機運行。

4.3　動作時參數(shù)的變化趨勢

在11:27:00，將AGC切除，鍋爐主控切為手動，汽機主控為自動，協(xié)調(diào)控制切除，機組運行方式為TF方式。實際負荷為500.38 MW，實際主汽壓力為20.31 MPa，燃料量為204 t/h，總風量為1921.01 t/h，爐膛負壓為-189.38 Pa，給水流量為1379.67 t/h，汽機主控指令為97%，鍋爐主控指令為198.25 t/h。

在一次風機RB的動作過程中，機組主要參數(shù)的變化趨勢，如圖2所示。

1.鍋爐主控2.燃料量3.實際負荷4.爐膛負壓5.給水流量6.水燃比7. 一次風機RB8.一次風壓

圖2 機組RB時的參數(shù)變化

4.4　動作后主控輸出及速率限制

(1)RB動作后，鍋爐主控目標值= 輔機出力限制值/RB動作前機組實際負荷×RB動作前鍋爐主控輸出。RB動作前，鍋爐主控輸出值為198.25 t/h，輔機出力限制值為350 MW，機組實際負荷為500.86 MW。由此得出，在11:27:16時，鍋爐主控輸出值目標值為350/500.86×198.25=138.54 t/h，與鍋爐主控實際輸出值140.12 t/h基本吻合。由此說明，在RB動作過程中，系統(tǒng)的邏輯運算正常。

(2)一次風機RB的速率為250 t/min。一次風機RB動作后，鍋爐主控輸出值由198.25 t/h降至140.12 t/h，降值為58.13 t/h。粗略計算為58.13/250=13.95 s。從圖2可知，從RB發(fā)生到鍋爐主控輸出值為140.12 t/h，所需時間約為15 s。下降速率與正常值較為吻合，說明邏輯動作正確。

4.5　動作后等離子電弧的啟動

一次風機RB發(fā)生時，運行的磨煤機為2C、2D、2E、2F，2A、2B磨煤機為停運備用。磨煤機的出力限制為540 MW，大于輔機最大出力限制(350 MW)。在11:27:00，磨煤機2E跳閘。2E磨煤機冷風及熱風隔絕門、熱風調(diào)整門、2E磨煤機出口煤粉排出閥的關(guān)閉動作正常。此時，運行的磨煤機為2C、2D、2F，停運的磨煤機為2A、2B、2E。因磨煤機停運數(shù)量≥3臺，RB動作。當RB發(fā)生時，2D磨煤機正在運行。從11:27:06開始，按等離子序號1→3→5→2→4→6，每隔2s，啟動1臺等離子電弧。

4.6　RB動作結(jié)束

在11:29:33，啟動了2A一次風機，實際負荷為465.48 MW，主汽壓力為18.43 MPa，燃料量為143.2 t/h，總風量為1 498.54 t/h，爐膛負壓為-220.31 Pa，給水流量為1 052.08 t/h，鍋爐主控指令為140.12 t/h，汽機主控指令為96.59%。在11:29:36， 汽機主控切除自動，機組進入基本方式運行，一次風機RB結(jié)束。RB的動作過程，歷時155 s。

4.7　動作時機組參數(shù)的變化

在一次風機RB過程中，機組的主要參數(shù)變化，如表 2 所示。

表22A一次風機RB時機組的主參數(shù)

控制參數(shù)最低最高實際負荷/MW465.48500.23燃料量/(t·h-1)143.2204.1總風量/(t·h-1)1491.92034.9一次風壓/kPa5.257.11爐膛負壓/Pa-809.3-220.3主汽壓力/MPa18.4320.31主汽溫/℃565.69575.76再熱汽溫/℃578.59585.63給水流量/(t·h-1)1052.081416.32過熱度/℃5.3511.21水燃比7.36959.5069負荷指令/MW466.1500.6

5　RB動作后系統(tǒng)的相關(guān)控制

5.1　爐膛負壓的變化

(2)RB動作前，2臺引風機電動調(diào)閥均處于自動狀態(tài)，其中2A引風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，為44.58%，反饋值為44.91%。2B引風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，為48.58%，反饋值為49.10%。爐膛負壓為-189.38 Pa，爐膛負壓的設(shè)定值為-74.98 Pa。2A引風機電流為279.35 A, 2B引風機電流為279.83 A。

(3)在11:26:58，2A一次風機跳閘后，一次風機RB動作，一次風壓由8.1 kPa降至5.3 kPa。在11:27:00，一次風機RB跳2E磨煤機。在11:27:05，燃料量從204 t/h降至154.42 t/h，由于一次風壓迅速下降，因此，燃料量也迅速減少，使爐膛內(nèi)燃燒工況劣化，導致負壓急劇下降。在11:27:26，爐膛負壓最低降至-808.83 Pa，此時，2A引風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，為34.11%，反饋值為35.25%。2B引風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，為38.11%，反饋值為38.34%。爐膛負壓的設(shè)定值，為-74.98 Pa。2A引風機電流下降至209.25 A, 2B引風機電流下降至211.65 A,隨后，在PID自動調(diào)節(jié)的作用下，爐膛負壓逐漸上升趨于穩(wěn)定。

5.2　總風量的變化

(1)RB動作前，總風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，2A送風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，為29.96%，反饋值為30.17%。2B送風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，為29.96%，反饋值為29.42%?？傦L量為1 925.25 t/h，總風量的設(shè)定值，為1 855.66 t/h。

(2)2A一次風機RB動作后，氧量修正系數(shù)始終穩(wěn)定在1.149 8?？傦L量的設(shè)定值，由1 855.66 t/h降至1 428.14 t/h。2A、2B送風機電動調(diào)節(jié)閥均處在自動狀態(tài)。在PID調(diào)節(jié)作用下，2A送風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，由29.96%降至18.03%，反饋值從30.17%降至18.20%。2B送風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，由29.96% 降至18.03%，反饋值從29.36%降至17.30%?？傦L量由1927.11t/h降至1494.39t/h后，才趨于穩(wěn)定。

5.3　主蒸汽溫和再熱汽溫及給水的變化

(1)主蒸汽溫度由576.34℃降至566.68℃、左側(cè)再熱汽溫由584.80℃降至578.69℃、右側(cè)再熱汽溫由578.94℃降至566.68℃，主蒸汽溫度、再熱汽溫的變化幅度，均在正常運行范圍。

(2)主汽壓力由 20.31 MPa 降至18.43 MPa，并逐漸趨于穩(wěn)定。

(3)RB動作的時間，從11:26:59至11:29:34，在這段時間內(nèi)，鍋爐主控從198.25 t/h降至140.12 t/h。給水控制一直處在自動狀態(tài)。焓值由2 552.32 kJ/kg升至2 569.18 kJ/kg。一級過熱器減溫器前的蒸汽溫度，由409.44℃降至405.39℃。給水流量的設(shè)定值，由1 356.05 t/h降至906.68 t/h，在給水控制PID調(diào)節(jié)作用下， 2A小機的轉(zhuǎn)速，由4 636.84 r/min降至4 247.60 r/min，2B小機轉(zhuǎn)速由4 633.28 r/min降至4 238.71 r/min，給水流量由1 382 t/h降至1 060 t/h。給水流量下降約320 t/h。隨后，在PID調(diào)節(jié)作用下，給水流量慢慢趨于穩(wěn)定。

(4)過熱度由8.84℃升至11.18℃，然后降至6.08℃。過熱度隨之上升后又下降，主要是由于爐膛內(nèi)存在大量蓄熱所致，經(jīng)迅速增加給水量后，溫度開始回落。

(5)水燃比由6.808 2升至9.506 9，然后又下降至7.369 5。由于燃料量減得較快，而給水量的下降相對較慢，所以，在RB過程中，水燃比略微有所上升，再慢慢趨于穩(wěn)定。

5.4　一次風壓及磨煤機風量的變化

(1)2A一次風機RB動作后，一次風壓的設(shè)定值，為8.2 kPa，一次風壓的測量值，由8.136 9 kPa降至 5.25 kPa。將2A一次風機電動調(diào)節(jié)閥的指令超馳，設(shè)為關(guān)，反饋值迅速降為零。在11:27:01，2A一次風機電流由118.68 A降至零。2B一次風機電流由119.34 A升至184.04 A。2B一次風機電動調(diào)節(jié)閥一直處在自動狀態(tài)。根據(jù)一次風自動控制邏輯，在11:27:05， 2B一次風機電動調(diào)節(jié)閥的開度指令，由58.29%上升至80%(開度上限閉鎖位)。在11:27:11，反饋值從57.76%升至79.44%。在11:27:28，手動調(diào)節(jié)2B一次風機電動調(diào)節(jié)閥，此時，設(shè)定一次風的壓力跟蹤值，為6.78 kPa。在11:31:29，手動緩慢打開2A一次風機電動調(diào)節(jié)閥。在11:35:52，將 2A一次風機電動調(diào)節(jié)閥投自動。在11:35:54，將2B一次風機電動調(diào)節(jié)閥投自動。2A一次風機電流為103.10 A，2B一次風機電流為103.17A。一次風壓設(shè)定值為8.3 kPa。在PID調(diào)節(jié)作用下，一次風壓最終穩(wěn)定在8.3 kPa。在一次風機啟動過程中，2臺風機未出現(xiàn)超電流或失速等現(xiàn)象。

(2)在11:26:58，2C、2D、2E、2F磨煤機進口處的一次風壓參數(shù)，分別為6.656 3 kPa、5.741 3 kPa、6.833 8 kPa、5.695 9 kPa。在11:27:05，2C、2D、2E、2F磨煤機進口處一次風壓被降至最低，分別為4.245 4 kPa、3.61 kPa、4.196 8 kPa、4.116 2 kPa。由于2A一次風機跳閘，2B一次風機電動調(diào)節(jié)閥，通過平衡回路超馳開至閉鎖位 80%，才使磨煤機進口一次風壓緩慢回升，并逐漸趨于穩(wěn)定。

(3)在11:27:00，RB跳閘2E磨煤機，RB聯(lián)關(guān)2E磨煤機冷風和熱風隔絕門、熱風調(diào)整門以及2E機出口煤粉排出閥。在RB動作過程中，3臺運行磨煤機進口一次風量最低降至90.55 t/h，在DCS邏輯設(shè)計中，磨煤機進口一次風量報警值和磨煤機進口一次風量低跳閘值，分別為≤71.46 t/h和≤65 t/h。在RB動作過程中，運行中的磨煤機進口一次風量，均沒有達到報警值和跳閘值。

6　結(jié)　語

在RB動作過程中，機組的CCS控制方式，從協(xié)調(diào)自動切為TF方式，并使負荷指令自動跟蹤實際值。壓力設(shè)定值自動切為實際壓力與RB壓力目標值的較大值。經(jīng)驗證，鍋爐主控目標值與實際鍋爐主控的輸出值一致。RB動作后，機組控制系統(tǒng)能及時作出響應(yīng)，各系統(tǒng)的運行正常，動態(tài)特性良好，主控系統(tǒng)及設(shè)備能夠滿足RB動作的要求[4]。由于控制系統(tǒng)中RB功能的投入，避免了停機事故的發(fā)生，也減少了因輔機跳閘導致機組的MFT，提高了機組自動化運行的水平。

參考文獻：

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簡訊

我國將打造核電“巨無霸”

據(jù)美國《華爾街日報》網(wǎng)站報道，中國將對兩家大型核能企業(yè)實施合并。此舉旨在推動我國國有企業(yè)的發(fā)展，并打造一家在其他國家更有競爭力的核電集團。中核集團是一家開發(fā)和生產(chǎn)核能的企業(yè)，而中核建集團是一家建設(shè)核電站的企業(yè)。合并后，新集團將擁有大約 1000 億美元的資產(chǎn)和超過 14 萬名員工。報道稱，這兩家企業(yè)的合并程序，在 2017 年 3 月就已啟動。當時，雙方上市子公司的有關(guān)人員均表示，其母公司正在計劃重組。

摘自上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機廠技術(shù)部《信息簡訊》第232期