660_MW超临界机组FCB功能逻辑设计及应用_傅旭峰.pdf

第 39 卷第 4 期电站系统工程Vol.39 No.42023 年 7 月PowerSystemEngineering35文章编号：1005-006X(2023)04-0035-04660 MW 超临界机组 FCB 功能逻辑设计及应用傅旭峰汪泽明鄢传武（华电电力科学研究院有限公司）摘要：针对国外工程中火力发电厂对 FCB 功能的需求，为更科学、安全地实现机组 FCB 试验，以越南某 660 MW超临界机组为例，通过机组系统配置、逻辑组态设计及调试过程的优化，完成 FCB 试验，并对试验结果进行分析和总结，为后续大容量机组 FCB 功能设计和建设提供了一些应用经验与可靠性建议。关键词：FCB 试验；超临界火电机组；系统配置；逻辑组态设计；精细调试中图分类号：TK227文献标识码：BDesign andApplication of Functional Logic of FCB of 660MW Supercritical UnitFU Xu-feng,WANG Ze-ming,YAN Chuan-wu(China Hua Dian Electric Power Research Institute Co.,Ltd.)Abstract：According to FCB function requirements of thermal power plants in foreign engineering,to achieve the unitFCB test more scientific and safe,taking a 660 MW supercritical unit in Vietnam,complete FCB test through unit systemconfiguration,logical configuration design and commissioning optimization,analyze and summarize the test results,providing some application experience and reliability suggestions for FCB function design and construction oflarge-capacity units.Key words:FCB test;supercritical thermal power unit;system configuration;logical configuration design;fine commission近年来，世界范围内的大规模停电事故引起广泛的关注。2003 年美加 8.14 大停电，停电时间长达29 h，负荷损失高达 61.8 GW；2005 年我国海南电网由于遭遇强台风的袭击导致电网系统崩溃，海南省全省大停电事故；2008 年我国南方的冰雪灾害，造成 14 个省级电网不同程度的大范围停电事故，受灾害影响 119 条 500 kV 电力线路无法正常输电；2011 年巴西东北部电网发生大规模停电事故，覆盖东北部 8 个州，影响人数 4000 万；2012 年印度发生大停电事故，波及 20 个邦，受影响的居民人数超过 6 亿1。针对国家对电力系统可靠性要求越来越高，电网侧要求部分发电厂具备快速甩负荷到厂用电运行要求，在事故或者线路出现问题时发电厂能够自带厂用电运行，加快系统恢复时间，同时提高电网的安全性23。FCB（fast cut back）是指当机组处于在某一负荷时，由于电气侧如发电机跳闸、外部电网故障和汽机侧跳闸、保护误动等与电网解列，使机组瞬间甩掉全部对外供电负荷，锅炉侧不发跳闸，使得整个机组如外部电网故障引起的自带厂用电运行，或者发电机跳闸、汽机跳闸引起的停机不停炉自动控制功能，待外部电网故障消除快速对外送电或实现停机不停炉减少锅炉启动次数，减少金属应力的大收稿日期：2022-08-09傅旭峰(1984-)，男，工学硕士，高级工程师。浙江杭州，310030幅度变化24。国产 600 MW 等级机组容量大、参数高，FCB为机组最恶劣的运行工况，FCB 一个综合试验与汽机、锅炉、电气和热控专业均有关系，试验能否成功取决于系统设计、设备配置、运行人员操作经验及系统自动水平，国内机组设计具备 FCB 的机组不多，同时经历试验很少1。越南某电厂批复时要求具备 FCB 功能，通过在设备配置和系统设计过程中均进行全面优化，机组在调试结束时，成功完成50%和 100%带厂用电的 FCB 试验，稳定运行 2 h 后快速并网。1设备介绍电厂选用东方锅炉厂生产的 660 MW 超临界变压直流炉，锅炉型式为单炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、型露天布置。锅炉最大连续蒸发量（BMCR）为 2086 t/h，额定蒸汽参数为 25.4MPa(g)/571/569。锅炉采用低 NOx燃烧技术，燃烧器对冲布置，同步建设烟气脱硝装置。锅炉采用不带启动循环泵的内置式分离器启动系统。PCV阀排放量分别为：236.414 t/h、488.394 t/h，总占比为 34.32%。汽轮机是东方汽轮机有限公司生产的 N660-24.2/566/566 型超临界参数、四缸四排汽、一次中间再热、单轴、八级回热抽汽、凝汽式汽轮机。主36电站系统工程2023 年第 39 卷蒸汽和主给水系统为单元制热力系统，给水系统共设置 2 台 50%BMCR 容量汽动给水泵和一台 40%BMCR 容量液耦调节的电动给水泵。主蒸汽系统采用高、低压二级串联液动旁路系统，高压旁路为单路，低压旁路为双路。高旁系统设计容量：高旁 60%B-MCR，低旁 60%B-MCR+高旁喷水量。发电机为东方电气集团东方电机有限公司生产的 QFSN-660-2-22C 型汽轮发电机，采用自并励静止励磁系统，励磁系统为 ABB 生产的 UNITROL-6800 型机组励磁装置，发电机带出口断路器 GCB，发电机与主变压器之间采用离相封闭母线相连。发电机-变压器组系统通过 500 kV 架空线路接入电网公司 500 kV 配电装置。主接线图如图 1 所示。图 1机组电气主接线图2FCB 关键逻辑组态设计火电机组 FCB 是极为恶劣的动态过渡过程，其中涉及锅炉的稳燃、汽轮机的转速控制、发电机励磁系统的控制以及如何实现各个系统之间的精准配合等诸多关键控制技术问题，主要包括 FCB 触发条件及复位条件设计、锅炉侧稳燃设计、PCV 动作逻辑设计、汽机转速控制设计、高低旁动作逻辑设计、小机汽源切换设计、辅汽联箱汽源控制设计。2.1FCB 触发及复位条件根据机组主接线方式和机组设备配置，FCB 组态内部设计分为带厂用电运行和不带厂用运行。2.1.1机组带厂用电运行当这几个信号同时出现时，触发 FCB：500 kV主变高压侧边断路器 564 已分闸、中断路器 584 已分闸、GCB 开关已合闸、汽机在运行信号。当以下条件全部满足时，复位 FCB 信号：500kV主变高压侧边断路器 564 已合闸或中断路器584已合闸、GCB 开关已合闸、汽机在运行。2.1.2不带厂用电运行当这几个信号同时出现时，触发 FCB：汽机跳闸（ETS 动作）且发电机 GCB 开关已分闸、三取二且锅炉未 MFT；GCB 分闸且无 ETS 且无 MFT时触发 FCB 逻辑（针对汽机甩负荷工况）。当以下条件任一满足时，则复位 FCB 信号：机组已并网；MFT 动作；运行人员手动复位。2.1.3机组大联锁实现 FCB 功能的机组，机炉电大联锁为：厂用电 FCB 触发后，若延时 15 s，汽机旁路未开（高旁、低旁任意一个开度5%），锅炉 MFT；汽轮机跳闸，联跳发电机；发电机故障跳闸，联跳汽轮机；当机组负荷大于 30%时，汽轮机跳闸，锅炉通过旁路系统维持运行，若延时 15 s，汽机旁路未开（高旁、低旁任意一个开度5%），锅炉 MFT；锅炉跳闸，联跳汽轮发电机及 GCB。2.2锅炉侧主要控制设计FCB 锅炉侧主要控制设计：锅炉快速减燃烧负荷、防止主汽再热器汽温突降、锅炉不超压、防止直流炉转入湿态兼顾机组稳燃的要求。2.2.1锅炉侧燃烧控制FCB 发生时，当负荷小于 50%，锅炉侧维持运行；负荷大于 50%且 CCS 投入，FCB 发生时，触发（FCB）RB 工况，汽机主控、锅炉主控切手动。快速跳磨，保留底下 3 台制粉系统运行，投入相应的微油油枪。迅速调整给水、燃料、送风和炉膛压力控制回路，保证锅炉燃烧稳定，中间点温度在可控范围，调整主蒸汽温度、再热蒸汽温度。2.2.2PCV 阀控制FCB 发生时，DCS 控制逻辑中负荷大于 462MW时联锁开PCV逻辑30 s，压力降低后自动回座；当压力小于 25.91 MPa，或 FCB 动作且压力下降（10s 前后主汽压差值为负数）时，延时 1 min 关 PCV。2.3汽机侧主要控制设计FCB 工况下，汽机侧主要控制设计：汽机转速控制、高低旁控制、小机汽源切换、辅汽联箱汽源切换。2.3.1转速控制设计FCB 动作后，DEH 实现汽轮机的转速控制，并送出 3 个 FCB 硬接线信号至 DCS 系统，DCS 系统接收到 DEH 系统的 FCB 动作信号以后，DCS 系统负责机炉的协调控制；当 FCB 信号复位后，DEH退出转速控制。FCB 发生后 DEH 切除远方 DCS 遥控，并网信号消失，机组触发 OPC 动作，FCB 工况时 OPC 动作转速设置为 3120 r/min，汽轮机转入转速调节维持 3000 r/min 运行。2.3.2高低旁控制FCB 动作，高旁作用主要防止过热器超压，同时确保锅炉再热器避免干烧，低旁主要就是控制再第 4 期傅旭峰等：660 MW 超临界机组 FCB 功能逻辑设计及应用37热器超压，调压过程中需要注意降压速率，配合给水调节以防止汽温突降。机组 FCB 触发后，汽机高、低旁进行闭环调节，高、低压旁路减压阀根据负荷大小超驰开、减温阀全开，然后自动投入自动，期间高旁压力设定值设定为 14.2 MPa（低于 14.2 MPa时选择当前值），切换速率 1 min，低旁压力设定值设定 2.2 MPa（低于 2.2 MPa 时选择当前值），切换速率 1 min。FCB 复位后按锅炉主汽流量（汽机蒸汽流量+旁路蒸汽流量）的函数产生低旁压力设定值进行调节。高低旁减温水控制：FCB 动作时超驰开 100%，自动投自动，高旁减温水自动设定350，低旁减温水超驰开 100%，自动投自动跟踪当前温度。2.3.3小机汽源控制FCB 工况下小机汽源切换主要确保锅炉给水流量，防止给水量低而触发锅炉 MFT。依据过程中小汽轮机试验：冷再至辅汽调门开度、小机高调阀门开度，确定冷再至辅汽至小机低调时小机能带最大的负荷，FCB 时小机综合阀位根据负荷大小超驰至一定开度，按照这个计算公式：综合阀门开度=（机组负荷*0.0333+12.847+3）/103*40+60。2.3.4辅汽及除氧器汽源切换控制FCB 工况，再热冷段供汽气动闸阀应自动开启，再热冷段供汽气动调节阀自动调节辅汽压力，实现冷再对辅汽联箱的供汽。同时联锁开启辅汽联箱至除氧器加热蒸汽管道旁路气动阀，实现辅汽联箱对除氧器的供汽。控制冷段至辅汽系统所需压力，FCB 动作超驰开至 40%然后投入自动，设定值为0.88 MPa。除氧器加热，关闭主路上的电动闸阀和调节阀，同时开启旁路气动闸阀，蒸汽通过旁路进入除氧器。3FCB 试验及过程分析机组在成功完成 50%、100%甩负荷和 50%负荷FCB 试验的基础上，于 2021 年 5 月 8 日 14:49 机组进行 100%负荷 FCB 试验，运行人员远方断开主变高压侧断路器 564 和 584 开关，机组 FCB 触发，机组运行方式由 CCS 干态转为 BM 模式干态，机组瞬间负荷稳定在 25.1 MW，只带厂用电；汽轮机转速FCB 动作后 1.5 s 时最高达到 3186 r/min，OPC 动作5 s 后转速惰走至 3120 r/min，OPC 动作复位，大机恢复 DEH 内部转速调节，120 s 后大机转速稳定。主汽压力 FCB 动作 3 s 后达最高 26.8 MPa；末过蒸汽温度最低为 545；再热汽温平最低为 553。带厂用电负荷机组稳定运行 2 h，锅炉热负荷控制40%稳定运行，通过高压侧断路器 564 再次并网，机组恢复至负荷 330 MW，整个试验结果表明具备FCB 功能的火电机组恢复发电负荷的快速性。试验过程主要参数变化如下：(1)FCB 动作时，汽轮机直接转为 DEH 本地转速控制，汽机转速瞬间飞升至 3186 r/min，OPC（3120 r/min）动作后开始转速迅速下降，OPC 复位后惰走至最低转速 2809 r/min。经过 120 s 后，转速稳定在 3000 r/min，整个试验期间汽轮机振动、轴承金属温度、推力瓦温度无明显变化；(2)FCB 动作时，瞬间跳闸 B 磨，延时 10 s后跳闸 D 磨，延时 20 s 后跳闸 E 磨，锅炉主控目标值指令 100%降至 40%；微油层 A 层和 F 层油枪自动投运；炉膛负压自动运行 70 s 后稳定在-50 Pa，最低至-1275 Pa，最高至 565 Pa；(3)FCB 动作时，高旁快开 100%，主汽压力从 24.2 MPa 最高至 26.8 MPa，随后在高旁阀自动调节下滑压至 14 MPa，高旁减温水快开 100%，高旁阀后汽温温度最低至 333.2，高旁减温水自动调节设定目标温度 350 稳定自动运行；(4)FCB 动作时，低旁阀快开，随后低旁阀自动调节再热器压力从 4.89 MPa 最高至 5.05 MPa，最后滑压至目标值 2.2 MPa，低旁减温水快开 100%后低旁温度控制自动投入自动，保持当前温度定值128；(5)主蒸汽温度随着 FCB 的发生而逐渐下降，从 560 最低降至 545，FCB 试验过程中主汽温度调整至 564 稳定运行；再热器温度从 569 最低降至 553；FCB 试验过程中凝汽器真空基本不变，从-94.1 kPa 升至-93.7 kPa，重新并网后恢复至-94.0 kPa；(6)FCB 动作时，2 台给水泵汽轮机汽源由四抽蒸汽切除，转为辅汽供汽。切源切换过程中 5 s后汽泵转速由 5380 r/min 下降至 5180 r/min，降低200 r/min，4 min 后给水流量最低降至 1100 t/h，汽泵转速最后稳定在 3700 r/min；(7)FCB 动作时，除氧器液位变化 150 s 降到300 mm，后面稳定；凝泵单台运行，凝汽器液位基本未变化、凝结水压力从正常运行压力 2.9 MPa，由于低旁减温水变大，最低降到 1.56 MPa，后面通过调整减温水，凝结水最后稳定压力 2.3 MPa；(8)FCB 动作时，发电机机端电压在 30 ms 内从初始的 21.5 kV 降至 22.36 kV，最终电压稳定在21.5 kV。4结论38电站系统工程2023 年第 39 卷FCB 过程主要锅炉快速降热负荷、汽机维持转速、发电机自带厂用电稳定运行，本次 100%负荷FCB 试验顺利完成，代表机组设计、设备配置和FCB 内部自动设计合理。同时 FCB 后由于锅炉热负荷维持 40%，所以待外部电网侧恢复以后，可以实现快速带电负荷至 40%，与国内常规承担黑起动任务的水电机组相比，该机组具有更大的恢复电负荷能力，提高越南当地电网运行安全性。同时机组具备 FCB 功能投运后，可以实现停机不停炉或孤岛运行，能够减少锅炉的事故停炉和启动次数，减少金属应力的大幅度变化，能有效控制锅炉“氧化皮”的生成，从而减少锅炉爆管事故和汽轮机被氧化皮侵蚀的发生，这对电厂来说也是实现双赢。参考文献1王学根,腾卫明,舒畅.通过控制系统改造实现国产600 MW超临界机组FCB功能J.中国电力,2009,(10):7276.2王孟,盛锦鳌,钱海龙,等.660 MW超临界机组100%负荷FCB功能的实现J.自动化仪表,2017,(4):98102.3黄卫剑,湛志刚,万文军,等.国产1000 MW火电机组FCB功能设计与实现J.中国电力,2015,(6):151155.4袁明.印度KMPCL电站600 MW机组FCB功能设计与实施J.山东电力技术,2016,(2):6972.（上接第 32 页）水治理等方向的高效利用。参考文献1柯希玮,蔡润夏,杨海瑞,等.循环流化床燃烧的NOx生成与超低排放J.中国电机工程学报,2018,38(2):390395.2姚禹歌,黄中,张缦,等.中国循环流化床燃烧技术的发展与展望J.热力发电,2021,50(11):1319.3柯希玮,蒋苓,吕俊复,等.循环流化床燃烧低污染排放技术研究展望J.中国工程科学,2021,23(3):120128.4柯希玮,孙国瑞,黄中,等.330 MWe 循环流化床锅炉掺烧污泥性能影响J.洁净煤技术,2022,28(3):102108.5黄中,杨娟,车得福.大容量循环流化床锅炉技术发展应用现状J.热力发电,2019,48(6):18.6骆仲泱,何宏舟,王勤辉,等.循环流化床锅炉技术的现状及发展前景J.动力工程,2004,(6):761767.7聂立.660 MW 超超临界循环流化床锅炉关键技术与方案研究D.浙江大学,2021.8岳光溪,吕俊复,徐鹏,等.循环流化床燃烧发展现状及前景分析J.中国电力,2016,49(1):113.9岳光溪.循环流化床燃煤技术在中国的快速发展J.中国科技产业,2006,(2):4347.10蔡润夏,吕俊复,凌文,等.超(超)临界循环流化床锅炉技术的发展J.中国电力,2016,49(12):17.11吕俊复,杨海瑞,杨方亮,等.低热值煤资源现状与循环流化床发电应用分析J.中国煤炭,2021,47(3):101108.（上接第34页）层煤样：精煤产出量59.1%，灰含量45.62%，S含量1.09%；下层煤样：精煤产出量71.6%，灰含量47.11%，S含量0.73%。使用干式跳汰分选方案，显著减少了原煤中的灰分含量。同时更明显的结果是硫含量较分选前降低约50%。通过对比试验结果，可以确定分选出更高品质的精煤是可行的，并且可以将精煤的干燥基含灰量降低至44%的目标以下。4结论巴西Candiota煤因其大于50%的含灰量，介于1%3%的含硫量以及12%16%的全水分含量等特性，归属于劣质动力用煤。应通过选煤工艺以降低灰分和硫的含量，同时提高热值。Medici火力发电厂早期项目的应用经验已经证明，煤矿开采的原煤不经过分选处理而直接燃用后，对电厂输煤系统、制粉系统、燃烧系统、锅炉受热面以及烟气处理系统都将产生严重的磨损，降低了电厂运行稳定性及经济性。所以，采用合适的选煤工艺及设备控制燃煤品质非常必要。南大河州联邦大学及亚琛工业大学的相关试验研究工作，为Candiota煤矿的分选工艺选择提供了充分的数据支撑，这将使后期选煤项目的实施更容易开展。由于原煤具有高空隙率特性，导致任何湿式分选方案都将产生很大的困难，并取得不理想的结果。另一方面，湿式重力浮选的方式将产生大量的废弃液体和煤泥等，容易产生环境污染，在生产过程中需要投入资金去保护环境。所以对于Candiota煤矿，采用干式跳汰选煤工艺应是更好的选择。对于分选后精煤的产出率、煤质指标以及设备出力等参数，则需在选煤项目立项、采购阶段进行经济性分析论证后，与用煤客户共同研讨确定。参考文献1梁金钢,赵环帅,何建新.国内外选煤技术与装备现状及发展趋势J.选煤技术,2008,(1):6164,76.2C H Sampaio,C F Vilela,G L Miltzarek,et al.The current status of theBrazilian coal industry J.Coal International,1997,245(6):234239.3C H Sampaio,W Aliaga,E T Pacheco,et al.Coal beatification ofCandiota Mine by dry jigging J.Fuel Processing Technology,2008,89(2):198202.欢 迎 投 稿，欢 迎 订 阅，欢 迎 刊 登 广 告欢 迎 投 稿，欢 迎 订 阅，欢 迎 刊 登 广 告