CFB機(jī)組小島運(yùn)行方案

李彩芬

（西安興儀科技股份有限公司，陜西 西安 710003）

1 FCB工況概述

對于小島運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組，RB（Run Back）和FCB（Fast Cut Back）尤為重要，特別是在發(fā)生機(jī)組事故或電網(wǎng)事故時(shí)，良好的RB和FCB控制功能可以大大減少發(fā)生主燃料跳閘（Main Fuel Trip，簡稱MFT）的次數(shù)。尤其是在電網(wǎng)嚴(yán)重故障時(shí)，F(xiàn)CB保證機(jī)組仍然維持運(yùn)行，提供給電廠最重要的廠用電源，對消除故障，快速恢復(fù)并網(wǎng)供電具有重要的意義。

電網(wǎng)發(fā)生有限故障時(shí)，運(yùn)行機(jī)組首先是一次調(diào)頻和及時(shí)恰當(dāng)?shù)亩握{(diào)頻發(fā)揮作用，使電網(wǎng)參數(shù)恢復(fù)支持。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障發(fā)電廠孤立運(yùn)行時(shí)，成功實(shí)現(xiàn)機(jī)組迅速穩(wěn)定到額定轉(zhuǎn)速并帶廠用電運(yùn)行（即FCB狀態(tài)）是電網(wǎng)恢復(fù)的最佳對策。

2 循環(huán)流化床（CFB）機(jī)組基礎(chǔ)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)組DCS系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)有4 種運(yùn)行模式，即基本運(yùn)行模式（BM）、鍋爐跟隨運(yùn)行模式（BF）、汽機(jī)跟隨運(yùn)行模式（TF）和機(jī)爐協(xié)調(diào)運(yùn)行模式（CCS）。

機(jī)組的協(xié)調(diào)控制運(yùn)行模式（CCS）從簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，一般設(shè)計(jì)為以鍋爐跟隨為主的協(xié)調(diào)控制方式，鍋爐主制器自動控制主汽壓力為主，協(xié)助調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，汽機(jī)自動控制負(fù)荷，同時(shí)進(jìn)行汽壓修正。

3 循環(huán)流化床（CFB）機(jī)組FCB控制策略

3.1 FCB控制功能

3.1.1 機(jī)組FCB工況介紹

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)生嚴(yán)重故障，例如機(jī)組突然與電網(wǎng)解列或汽輪機(jī)跳閘，快速切回FCB功能可以根據(jù)故障狀況控制機(jī)組帶廠用電或甩空負(fù)荷運(yùn)行。

當(dāng)鍋爐運(yùn)行正常，發(fā)生汽輪機(jī)跳閘故障時(shí)，從有利于汽輪機(jī)組故障的快速恢復(fù)考慮，F(xiàn)CB將系統(tǒng)置基本方式，停機(jī)不停爐，爐維持在穩(wěn)燃點(diǎn)最低負(fù)荷運(yùn)行。

3.1.2 機(jī)組FCB控制功能

機(jī)組發(fā)生FCB時(shí)，其控制功能大致有12個(gè)。1）相應(yīng)FCB觸發(fā)器記憶，系統(tǒng)發(fā)出FCB工況指令，并首出報(bào)警。2）根據(jù)不同F(xiàn)CB動作源CCS系統(tǒng)置與機(jī)組狀態(tài)相適應(yīng)的運(yùn)行方式。3）爐機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)置機(jī)跟隨運(yùn)行方式，閉鎖各控制系統(tǒng)不危及設(shè)備安全的越限報(bào)警和保護(hù)，維持運(yùn)行系統(tǒng)在自動狀態(tài)下運(yùn)行。4）生成按設(shè)定變化率減小的快速切回負(fù)荷執(zhí)行指令。5）連鎖BMS迅即減給煤機(jī)燃料量，并聯(lián)動投點(diǎn)火槍，以穩(wěn)定鍋爐燃燒。6）主汽壓力設(shè)定回路切換為定-滑壓運(yùn)行方式。7）發(fā)生FCB時(shí)，由于蒸汽需求量急劇大幅度減小，系統(tǒng)快速啟動旁路系統(tǒng)，為鍋爐生產(chǎn)的過剩蒸汽提供流通通道，維持主汽壓力在允許范圍內(nèi)。如果旁路系統(tǒng)不夠大時(shí)，鍋爐將會有安全門動作配合。8）如果系統(tǒng)為FCB小島方式運(yùn)行時(shí)，機(jī)主控按設(shè)定的定-滑壓主汽壓力穩(wěn)定機(jī)前壓力，迅速關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)速汽門，穩(wěn)定機(jī)前壓力，使機(jī)組快速減小到廠用孤網(wǎng)負(fù)荷水平運(yùn)行。9）如果系統(tǒng)FCB為發(fā)電機(jī)故障跳閘時(shí)，DEH與機(jī)主控脫機(jī)，維持汽輪機(jī)3 000 rpm定速運(yùn)行。10）如果系統(tǒng)FCB為汽輪機(jī)故障跳閘，鍋爐將在旁路系統(tǒng)配合下維持最低蒸汽流量運(yùn)行。11）爐主控按照FCB負(fù)荷設(shè)定信號（load FCB reference），協(xié)調(diào)控制煤量、給水、配風(fēng)、主汽溫度以及再熱器溫度等各子系統(tǒng)完成機(jī)組快速減負(fù)荷過程。12）特別是對于甩負(fù)荷到“小島運(yùn)行”模式的工況，當(dāng)甩負(fù)荷動作瞬態(tài)過程結(jié)束后，機(jī)組處于小島運(yùn)行方式。運(yùn)行若干時(shí)間后，如果發(fā)電機(jī)組至電網(wǎng)故障排除，并重新開始向電網(wǎng)供電后，系統(tǒng)退出小島運(yùn)行方式，機(jī)組按照正常的升負(fù)荷模式，以極熱態(tài)曲線恢復(fù)到帶正常負(fù)荷的工況。

3.2 FCB工況時(shí)協(xié)調(diào)管理中心的邏輯運(yùn)算

上述FCB工況分類和控制功能基本上都是由協(xié)調(diào)管理控制中心完成邏輯運(yùn)算和判斷，指令爐、機(jī)主控制器和其下位的子系統(tǒng)完成FCB快速返回減負(fù)荷控制。

協(xié)調(diào)管理控制中心FCB工況觸發(fā)源邏輯運(yùn)算判據(jù)和FCB目標(biāo)負(fù)荷指令設(shè)定分為以下4種。

3.2.1 小島方式FCB觸發(fā)源判據(jù)

當(dāng)主汽流量＞30%MCR，且下面5個(gè)條件均成立時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出小島方式FCB指令。1）汽輪機(jī)未跳閘。2）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)合閘。3）廠用電開關(guān)合閘。4）電網(wǎng)主開關(guān)跳閘。5）旁路在自動狀態(tài)。

3.2.2 發(fā)電機(jī)跳閘汽輪機(jī)定速FCB觸發(fā)源判據(jù)

當(dāng)主汽流量＞30%MCR，且下面3個(gè)條件均成立時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出發(fā)電機(jī)跳閘汽輪機(jī)定速FCB指令。1）汽輪機(jī)未跳閘。2）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)合閘。3）旁路在自動狀態(tài)。

3.2.3 汽輪機(jī)跳閘爐最小流量FCB觸發(fā)源判據(jù)

當(dāng)主汽流量＞30%MCR，且下面2個(gè)條件均成立時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出汽輪機(jī)跳閘爐最小流量FCB指令。1）汽輪機(jī)跳閘。2）旁路在自動狀態(tài)。

3.2.4 FCB目標(biāo)負(fù)荷指令設(shè)定

當(dāng)機(jī)組FCB工況發(fā)生時(shí)， 協(xié)調(diào)管理控制中心將選定FCB目標(biāo)負(fù)荷值及負(fù)荷快速切回變化率，運(yùn)算并發(fā)出FCB快速返回減目標(biāo)負(fù)荷指令。

考慮到FCB工況時(shí)鍋爐燃料的穩(wěn)燃對爐膛熱容量的需求以及旁路容量和穩(wěn)定運(yùn)行的可能，通常FCB目標(biāo)負(fù)荷值選30% MCR～35% MCR，減負(fù)荷速率選100%MCR/Min。

3.3 FCB時(shí)DEH的控制

3.3.1 CCS與DEH的通信

機(jī)組發(fā)生FCB時(shí)，CCS向DEH發(fā)出FCB工況狀態(tài)、FCB負(fù)荷目標(biāo)值、FCB負(fù)荷變化率和FCB快速返回減負(fù)荷指令（SP）。

3.3.2 FCB時(shí)DEH的控制

在FCB小島運(yùn)行方式時(shí)，如果DEH處于CCS控制狀態(tài)，CCS機(jī)主控控制DEH快速完成機(jī)組負(fù)荷切回控制過程，并協(xié)調(diào)DEH控制汽輪發(fā)電機(jī)組帶廠用電負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行。如果DEH處于本機(jī)控制狀態(tài)，DEH應(yīng)按CCS通知的FCB工況狀態(tài)和負(fù)荷目標(biāo)，快速完成負(fù)荷切回過程控機(jī)。

對于汽輪機(jī)定速暖機(jī)FCB，發(fā)電機(jī)已跳閘，DEH與CCS脫機(jī)，處于本機(jī)控制狀態(tài)。DEH控制汽輪機(jī)穩(wěn)定在3 000 rpm暖機(jī)運(yùn)行。

對于停機(jī)不停爐FCB、汽輪機(jī)跳閘，DEH與CCS脫機(jī)。

3.4 FCB工況時(shí)的鍋爐系統(tǒng)控制

3.4.1 FCB工況時(shí)鍋爐子系統(tǒng)的控制要點(diǎn)

循環(huán)流化床鍋爐燃燒的是煤粒，爐內(nèi)燃料及可燃煙氣呈流化狀態(tài)，整個(gè)燃燒過程較長，熱容量也比煤粉爐大很多，通常主汽壓力的變化需要10 min以上的時(shí)間。特別是其純遲延時(shí)間在整個(gè)燃燒過程中占的比例較大。隨著鍋爐容量的增大、床料增多，熱慣性會更大。因此在FCB工況時(shí)，其鍋爐子系統(tǒng)控制方案要注意較大遲延和熱慣性特性的影響。

除以上鍋爐子系統(tǒng)的控制策略外，在FCB 工況時(shí)，還要關(guān)注CFB鍋爐子系統(tǒng)以下5個(gè)控制要點(diǎn)。1）FCB工況發(fā)生時(shí)，爐機(jī)協(xié)調(diào)控制應(yīng)置機(jī)跟隨（TF）運(yùn)行方式，爐各子系統(tǒng)不危及設(shè)備安全的越限報(bào)警和保護(hù)應(yīng)予以閉鎖，維持各主要控制系統(tǒng)仍處于自動狀態(tài)下運(yùn)行。2）由于循環(huán)流化床機(jī)組存在很大的熱慣性，在FCB發(fā)生后，應(yīng)該將所有運(yùn)行給煤機(jī)投入自動，不用快速切除給煤線。燃料量通過調(diào)節(jié)控制快速下降，應(yīng)該是來得及適應(yīng)FCB快速減負(fù)荷工況的需要。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，給煤線的停運(yùn)由運(yùn)行人員判斷。3）考慮到FCB工況發(fā)生煤量下降以后，鍋爐的蒸發(fā)量仍然較大，F(xiàn)CB快速減負(fù)荷過程中，煤主控制器燃料量目標(biāo)值應(yīng)引進(jìn)FCB偏置，將其設(shè)置得更低一些。應(yīng)停止煤質(zhì)的遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端（RTU）校正運(yùn)算，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，延遲300 s后再重新將RTU校正投入[1]。4）FCB發(fā)生時(shí)外置床灰量的變化是一個(gè)滯后的過程，應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注床溫的變化，主汽溫度、再熱器汽溫會有15 ℃～25 ℃的快速上升，因此主汽溫、再熱器汽溫控制應(yīng)設(shè)置及時(shí)處理的邏輯手段。5）循環(huán)流化床機(jī)組存在最低流化風(fēng)量的限制，F(xiàn)CB快速減負(fù)荷過程中，一次風(fēng)母管壓力控制和流化風(fēng)機(jī)控制均應(yīng)引進(jìn)調(diào)節(jié)擋板的下限制邏輯。6）FCB工況時(shí)SO2含量控制切除。

3.4.2 小島運(yùn)行時(shí)鍋爐主控系統(tǒng)一次調(diào)頻響應(yīng)原則

考慮到350 MW級循環(huán)流化床機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)有較大的遲延和熱慣性，因此在進(jìn)入FCB帶廠負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行后，鍋爐主控系統(tǒng)一次調(diào)頻響應(yīng)要注意充分利用鍋爐蓄熱的原則。

循環(huán)流化床機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)爐主控的一次調(diào)頻影響量控制邏輯設(shè)計(jì)為：經(jīng)f（t）300 s慣性緩沖后，與負(fù)荷給定綜合，作為鍋爐主控指令輸出。對于寬度小于1 min～2 min的一次調(diào)頻影響量窄脈沖，循環(huán)流化床鍋爐的蓄熱量足以滿足一次調(diào)頻的需求，設(shè)置的f（t）慣性將濾除寬度小于1 min～2 min的一次調(diào)頻窄脈沖，使?fàn)t燃燒不至于頻繁跟隨一次調(diào)頻擾動進(jìn)行調(diào)整，有利于穩(wěn)定鍋爐運(yùn)行。當(dāng)一次調(diào)頻影響量寬度較大時(shí)，經(jīng)f（t）慣性緩沖后仍會影響鍋爐主控指令的輸出，對鍋爐一次調(diào)頻引起的較大爐蓄熱量變化將予以響應(yīng)補(bǔ)償。

3.4.3 甩負(fù)荷過程中相關(guān)控制系統(tǒng)的特殊處理

由于甩負(fù)荷過程是機(jī)組快速減負(fù)荷的劇烈過程，不僅其過渡過程短暫而且幅度較大，操作員手動控制根本不可能實(shí)現(xiàn)，所以客觀上要求控制系統(tǒng)能對應(yīng)該種特殊的工況，為此，對控制系統(tǒng)需要從2個(gè)方面考慮。1）相對于正常調(diào)節(jié)參數(shù)，需要增加調(diào)節(jié)作用以滿足調(diào)節(jié)需要。2）在甩負(fù)荷過程中放大正常調(diào)節(jié)偏差切手動的限制。

3.4.4 小島運(yùn)行方式下相關(guān)控制系統(tǒng)的特殊處理

當(dāng)機(jī)組進(jìn)入小島運(yùn)行方式后，由于機(jī)組輔機(jī)供電頻率和機(jī)組轉(zhuǎn)速有電氣耦合作用，客觀上要求控制系統(tǒng)能對應(yīng)該特殊工況。為此，對控制系統(tǒng)從2個(gè)方面做考慮。1）相對于正常調(diào)節(jié)參數(shù)，須增加調(diào)節(jié)作用以滿足調(diào)節(jié)需要。2）在甩負(fù)荷過程中放大正常調(diào)節(jié)偏差切手動的限制。

3.5 FCB工況時(shí)的汽機(jī)控制

機(jī)組發(fā)生FCB工況時(shí)，機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制應(yīng)立即切除一次調(diào)頻功能，且將系統(tǒng)置機(jī)跟隨控制方式（TF）。

主汽壓力設(shè)定回路切換為定-滑壓運(yùn)行方式。機(jī)主控按設(shè)定的定-滑壓主汽壓力，迅速關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)速汽門，穩(wěn)定機(jī)前壓力，從而快速減小機(jī)組負(fù)荷到帶廠用電孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。FCB工況發(fā)生時(shí)，如果主汽壓力高于設(shè)定值，TF方式下汽輪機(jī)調(diào)門將先開啟，這有悖于減負(fù)荷的初衷。此外，快速減負(fù)荷過程中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)有可能出現(xiàn)過調(diào)振蕩，也會引起調(diào)門的反向開啟。為了盡快平穩(wěn)地完成減負(fù)荷過渡，F(xiàn)CB工況發(fā)生時(shí)，控制邏輯要以當(dāng)前汽門開度作為汽輪機(jī)指令的上限。CCS機(jī)主控和DEH本機(jī)控制邏輯中，均應(yīng)設(shè)置FCB減負(fù)荷期間汽輪機(jī)調(diào)速汽門反調(diào)振蕩的閉鎖。

在FCB快速減負(fù)荷過程結(jié)束后的帶廠用電負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行中，機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制的一次調(diào)頻功能應(yīng)自動投入。以汽輪發(fā)電機(jī)組具有的一次調(diào)頻特性，平衡廠用電負(fù)荷變化的需求。為減小FCB帶廠負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行中汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速可能發(fā)生的波動，可以考慮切換汽輪機(jī)組不等率至較大值。

3.6 FCB工況時(shí)的旁路控制

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)控制功能和性能是FCB快速返回減負(fù)荷和帶廠用電孤網(wǎng)運(yùn)行成功的關(guān)鍵。機(jī)組發(fā)生FCB時(shí)，由于蒸汽需求量急劇大幅度減小，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)應(yīng)快速按設(shè)定脈沖寬度設(shè)置“快開”運(yùn)行方式，提供負(fù)荷快速返回過程中鍋爐產(chǎn)生的過量蒸汽通道，以維持主蒸汽壓力在允許范圍內(nèi)。

汽輪機(jī)旁路“快開”設(shè)定脈沖復(fù)位，且控制主汽壓力已進(jìn)入允許范圍內(nèi)后，旁路“快開”指令復(fù)位，汽輪機(jī)高旁和低旁進(jìn)入正常旁路汽壓調(diào)節(jié)狀態(tài)。

對旁路容量配置不足的機(jī)組，F(xiàn)CB動作前期還有可能要通過危急泄放閥釋放掉部分工質(zhì)。

3.7 小島運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷調(diào)整

3.7.1 FCB工況時(shí)機(jī)組的一次調(diào)頻控制

并網(wǎng)機(jī)組的一次調(diào)頻能力反映了機(jī)組響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化的能力。

對于燃煤熱力發(fā)電機(jī)組，一次調(diào)頻通常轉(zhuǎn)速不等率設(shè)置為5%，并設(shè)置有死區(qū)±0.033 Hz （2r/min）和最大功率量限制（8%額定負(fù)荷）FCB帶廠用電負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組具有的一次調(diào)頻特性，是快速平衡廠用電負(fù)荷變化的基本手段。為了減小FCB帶廠用電負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行中汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速可能發(fā)生的波動，在FCB帶廠用電孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，設(shè)置的轉(zhuǎn)速不等率可由5%切換至較大值（7%～8%），實(shí)現(xiàn)以較小的機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，平衡較大的廠用電變化的需求。

3.7.2 FCB工況時(shí)機(jī)組的二次調(diào)頻控制

一般說來機(jī)組一次調(diào)頻的控制范圍不會很寬，不可能完全消除頻率的偏差，使系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，對FCB帶廠用電孤網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組，往往設(shè)計(jì)有自動二次調(diào)頻功能。通過調(diào)整負(fù)荷給定值，使機(jī)組負(fù)荷逐漸與當(dāng)前小島負(fù)荷接近，從而達(dá)到穩(wěn)定孤網(wǎng)周波的目的。

FCB帶廠用電孤網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的一次調(diào)頻與二次調(diào)頻原理方框圖如圖1所示。

由圖1可知，二次調(diào)頻與一次調(diào)頻共用同一個(gè)頻差運(yùn)算，其設(shè)定點(diǎn)為額定轉(zhuǎn)速3 000 rpm，反饋?zhàn)兞繛槠啺l(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速n。圖中顯示，小島運(yùn)行機(jī)組的調(diào)頻量是一次調(diào)頻量與二次調(diào)頻量之和。一次調(diào)頻是一個(gè)帶有死區(qū)和上、下限幅（/L、H/ （斜體） ）的非線性環(huán)節(jié)。二次調(diào)頻采用PI比例積分控制器，電網(wǎng)頻率波動超過額定轉(zhuǎn)速±12 rpm時(shí)，自動投入二次調(diào)頻功能。當(dāng)電網(wǎng)頻率偏差回到額定轉(zhuǎn)速±8 rpm后，延時(shí)10 s，自動切除二次調(diào)頻功能[2]。

考慮到廠用電小島負(fù)荷的變化靠機(jī)組的一次調(diào)頻特性進(jìn)行快速平衡，為了使系統(tǒng)主動變量（小島負(fù)荷）盡快與從動調(diào)節(jié)量（機(jī)組的調(diào)頻量）間接近和平衡，圖1中小島運(yùn)行機(jī)組調(diào)頻量運(yùn)算邏輯，在CCS機(jī)主控側(cè)和DEH控制系統(tǒng)中均應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。DEH配置的調(diào)頻控制回路處于系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，比例控制特性，直接驅(qū)動汽輪機(jī)調(diào)速汽門，可以快速（2 s～3 s）響應(yīng)小島負(fù)荷的變化。CCS機(jī)主控側(cè)配置的調(diào)頻控制回路處于系統(tǒng)的外環(huán)，PI比例積分控制特性，調(diào)節(jié)速度略慢（＜15 s）， 可補(bǔ)償校正DEH快速一次調(diào)頻響應(yīng)的不準(zhǔn)確性。

圖1 小島工況一/二次調(diào)頻量原理方框圖