大型600MW涉外機(jī)組小島運(yùn)行功能簡析

袁明

（山東電力建設(shè)第一工程公司，濟(jì)南 250100）

大型600MW涉外機(jī)組小島運(yùn)行功能簡析

袁明

（山東電力建設(shè)第一工程公司，濟(jì)南 250100）

通過對(duì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)小島運(yùn)行（FCB）功能的條件及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行分析，提出了實(shí)現(xiàn)FCB功能應(yīng)采取的各項(xiàng)措施，探討了機(jī)組FCB功能實(shí)現(xiàn)的可行性和可靠性，為實(shí)現(xiàn)FCB功能提供參考借鑒。

600MW機(jī)組；小島運(yùn)行；設(shè)計(jì)

0 引言

小島運(yùn)行（FCB），即機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，因內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障而解列，但未發(fā)生鍋爐主燃料跳閘（MFT），瞬時(shí)甩掉全部外界供電負(fù)荷，用以維持“發(fā)電機(jī)解列帶廠用電”的自動(dòng)控制功能，待故障消除后立即并網(wǎng)，從而節(jié)省機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，保障機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性。實(shí)現(xiàn)FCB功能需要從設(shè)計(jì)、設(shè)備、調(diào)試運(yùn)行等多方面提前組織策劃。

1 設(shè)計(jì)方面

1.1 汽輪機(jī)控制方式

FCB瞬時(shí)工況時(shí)，為防止汽輪機(jī)超速，需同時(shí)關(guān)閉高、中壓主調(diào)門，待轉(zhuǎn)速回落后可采用高壓缸進(jìn)汽或中壓缸進(jìn)汽2種模式驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶廠用電運(yùn)行。通常選擇中壓缸進(jìn)汽控制模式，主要原因有2點(diǎn)：一方面是在FCB瞬時(shí)工況下，為防止鍋爐超溫、超壓需快速減負(fù)荷，新蒸汽溫度急劇下降，若采用高壓缸進(jìn)汽方式，在短時(shí)間內(nèi)高壓缸蒸汽溫度急劇下降，調(diào)節(jié)級(jí)和轉(zhuǎn)子表面遭遇急速冷卻，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，從而造成巨大的壽命損耗；另一方面，汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)低壓缸必須通入一定量蒸汽來冷卻低壓末級(jí)葉片，防止低壓末級(jí)葉片超溫。例如，國產(chǎn)某600MW亞臨界機(jī)組低壓末級(jí)葉片所需蒸汽冷卻流量約180 t／h，要求在FCB工況下中、低壓缸必須引入蒸汽，若采用高壓缸進(jìn)汽方式，將分流一部分蒸汽進(jìn)入中、低壓缸，遠(yuǎn)不能滿足低壓缸冷卻蒸汽流量的需求，容易造成低壓排汽超溫，威脅汽輪機(jī)末級(jí)葉片的安全。

綜合上述原因，優(yōu)先考慮采用中壓缸進(jìn)汽方式。當(dāng)采用中壓缸進(jìn)汽模式時(shí)，高壓缸處于“悶缸”狀態(tài)，由于鼓風(fēng)效應(yīng)極易造成高壓缸超溫，從而危及設(shè)備安全。因此，為保證高壓缸運(yùn)行安全，在高壓缸排汽口處設(shè)置一路高壓缸排汽（以下簡稱高排）通風(fēng)閥與凝汽器連通。高排通風(fēng)閥采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，具有快開功能，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷或打閘時(shí)，迅速打開高排通風(fēng)閥，降低高壓缸排汽溫度，防止高壓缸超溫。

1.2 旁路系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)

高、低壓旁路容量的設(shè)計(jì)選型對(duì)實(shí)現(xiàn)FCB功能至關(guān)重要。以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，常規(guī)選用30%～40%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）的旁路時(shí)，僅能滿足機(jī)組啟、停功能需求，無法滿足FCB功能需求。目前，國際上較為流行的設(shè)計(jì)理念是采用100%BMCR的高壓旁路+65%BMCR的低壓旁路。鍋爐設(shè)計(jì)最低穩(wěn)燃負(fù)荷多為35%～40%BMCR，因此選用100%高壓旁路設(shè)計(jì)冗余過大，造成設(shè)備資源浪費(fèi)，且低壓旁路容量受凝汽器設(shè)備造價(jià)的影響，凝汽器最大選用容量為70%BMCR，若超出則不具經(jīng)濟(jì)性。綜合上述因素并遵循FCB工質(zhì)平衡的原則，擬選用60%BMCR的高、低壓旁路。

高、低壓旁路系統(tǒng)要求具有快開功能，能在接收FCB動(dòng)作信號(hào)后3 s內(nèi)快速開啟，因此，旁路控制系統(tǒng)優(yōu)先選用液壓控制系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)相對(duì)于氣動(dòng)和電動(dòng)控制系統(tǒng)，具有響應(yīng)快速、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)勢，能夠滿足FCB瞬時(shí)工況下的調(diào)節(jié)需求。

1.3 給水泵汽輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)

大型機(jī)組通常設(shè)計(jì)配置2×50%BMCR的汽動(dòng)給水泵組和1×30%BMCR的電動(dòng)啟動(dòng)給水泵，能夠滿足機(jī)組正常運(yùn)行和FCB工況的需求。在FCB工況下，維持汽包水位穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)FCB功能的重要保障。在FCB瞬時(shí)工況下，由于各抽汽系統(tǒng)止回閥關(guān)閉，給水泵汽輪機(jī)無法繼續(xù)從抽汽系統(tǒng)獲得汽源，因此，需要考慮從再熱冷段高壓旁路閥后引入一路備用汽源繼續(xù)驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)。這就需要選擇更為穩(wěn)妥的給水泵汽輪機(jī)汽源切換方式。

目前，國際上常用的給水泵汽輪機(jī)汽源切換形式有2種，一種是外切換方式，一種是內(nèi)切換方式。汽源切換在汽輪機(jī)本體內(nèi)實(shí)現(xiàn)的稱為內(nèi)切換，在汽輪機(jī)本體之外實(shí)現(xiàn)的稱為外切換，2種切換方式的特點(diǎn)如下。

（1）外切換方式管道布置復(fù)雜；內(nèi)切換方式外部管道布置簡單。

（2）外切換方式內(nèi)部進(jìn)汽結(jié)構(gòu)簡單；內(nèi)切換方式內(nèi)部進(jìn)汽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備造價(jià)高。

綜合考慮上述因素，推薦給水泵汽輪機(jī)采用外切換方式，且在備用汽源管道上配置1臺(tái)具有快開功能的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥（快開時(shí)間小于3 s），確?？焖偾袚Q汽源。

1.4 除氧器的選型設(shè)計(jì)

目前，大型火電機(jī)組多選用帶有Stork噴嘴的一體化除氧器，將除氧頭與除氧水箱合為一體，此種除氧器效率高、結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省空間、除氧效果好。除氧器的選型設(shè)計(jì)直接影響FCB瞬時(shí)狀態(tài)給水流量的供應(yīng)及給水溫度的波動(dòng)。

正常運(yùn)行時(shí)，通常從四段抽汽引入加熱汽源供除氧器加熱且輔助蒸汽作為備用汽源。在FCB工況下，各抽汽止回閥關(guān)閉，無法向除氧器供汽，因此，需考慮從再熱冷段管道引入1路汽源作為除氧器加熱氣源，保證除氧器汽源供應(yīng)的連續(xù)性。為保證汽源的無擾切換，需在汽源管上加裝具有快開功能的氣動(dòng)閥（3 s快開）。另外，當(dāng)旁路開啟后，需要消耗大量的給水，因此，為保證除氧器運(yùn)行水位的平穩(wěn)和給水系統(tǒng)的供水需求，適當(dāng)考慮除氧水箱容積，按照6min的BMCR容量選型設(shè)計(jì)。

1.5 給水溫度的保障

在FCB瞬時(shí)狀態(tài)下，為保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行，各抽汽止回閥均強(qiáng)制關(guān)閉，沒有抽汽供給，導(dǎo)致高、低壓加熱器退出系統(tǒng)運(yùn)行，從而使凝結(jié)水、給水溫度比正常運(yùn)行時(shí)低。僅依靠除氧器和凝汽器的加熱不能滿足系統(tǒng)需求，因此，需考慮將二段抽汽接口布置在高排止回閥后，即使高壓缸沒有蒸汽流通，只要旁路系統(tǒng)閥門打開，就可以獲得加熱汽源來提升給水溫度，保障鍋爐安全運(yùn)行。同時(shí)，由于＃1和＃3高壓加熱器均已退出運(yùn)行，因此，＃2高壓加熱器疏水直接通過危急疏水系統(tǒng)送至凝汽器。

1.6 鍋爐壓力釋放閥（PCV）的選擇

機(jī)組突然甩負(fù)荷時(shí)，由于設(shè)計(jì)旁路系統(tǒng)容量為60%BMCR，僅能接收60%的蒸汽量，還有部分蒸汽無法排放，為防止鍋爐超壓，這部分剩余蒸汽需要通過PCV進(jìn)行排放。根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)要求，PCV容量按照10%BMCR進(jìn)行選型，考慮FCB瞬時(shí)工況下蒸汽流量的問題，設(shè)計(jì)時(shí)選擇3×7.5%BMCR的PCV，2運(yùn)1備。

2 實(shí)施過程中的難點(diǎn)及措施

成功實(shí)現(xiàn)FCB功能的另一個(gè)關(guān)鍵步驟就是FCB的操作，主要有以下難點(diǎn)。

2.1 過熱蒸汽壓力飛升

機(jī)組突然大幅度甩負(fù)荷，能量失衡，尤其在高于60%額定負(fù)荷時(shí)，如果處置不當(dāng)，鍋爐蓄熱和汽水潛熱會(huì)使過熱蒸汽壓力飛升而失控。因此，在具體實(shí)施過程中通常采取以下措施維持過熱蒸汽壓力穩(wěn)定。

（1）快速減少入爐煤量，磨煤機(jī)減至3臺(tái)或2臺(tái)運(yùn)行。

（2）開啟鍋爐過熱器PCV快速泄壓，若負(fù)荷在60%BMCR以下則無需打開。

（3）快速開啟汽輪機(jī)高、低壓旁路系統(tǒng)，降低蒸汽壓力。

（4）給水泵減速降壓。

2.2 汽包水位波動(dòng)

汽包壓力變化誘發(fā)的虛假水位和蒸汽流量信號(hào)的劇烈變化會(huì)引起三沖量水位調(diào)節(jié)的大幅波動(dòng)，控制汽包水位的措施如下。

（1）快速切換給水泵汽輪機(jī)備用汽源，穩(wěn)定給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，滿足鍋爐給水量的需求。

（2）開啟凝結(jié)水補(bǔ)水泵，保證凝汽器水量的供應(yīng)。

（3）除氧器迅速切換至備用汽源，保證除氧水溫。

2.3 汽輪機(jī)超速

由于甩負(fù)荷的瞬間，鍋爐仍然處于正常運(yùn)行壓力，如未及時(shí)控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)急速上升而引起超速跳閘，通常采用如下措施。

（1）汽輪機(jī)超速控制（OPC）動(dòng)作，抑制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升。

（2）汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）切換至FCB控制方式。

3 控制方式改進(jìn)

目前，國內(nèi)常規(guī)采用鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)（主變壓器）相互聯(lián)鎖跳閘的橫向大聯(lián)鎖保護(hù)方式，這種連鎖的特點(diǎn)是“同歸于盡”，機(jī)、電、爐中任何1個(gè)跳閘即導(dǎo)致機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)，這種保護(hù)配置方式與FCB不能兼容。為保證FCB功能的實(shí)施，必須采用單向聯(lián)鎖保護(hù)方式。只有當(dāng)鍋爐跳閘后，才聯(lián)跳汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)（主變壓器）。汽輪機(jī)跳閘時(shí)，只向后聯(lián)跳發(fā)電機(jī)（主變壓器），向前聯(lián)跳鍋爐；發(fā)電機(jī)故障只跳主變壓器出線開關(guān)及滅磁，不聯(lián)跳汽輪機(jī)及鍋爐；若系統(tǒng)或主變壓器出線故障，只跳主變壓器出口開關(guān)，不聯(lián)跳爐、機(jī)、電。因此，從保護(hù)聯(lián)鎖的角度而言，采用單向聯(lián)鎖保護(hù)方式能實(shí)現(xiàn)停線（路）不停電，即FCB，停電（發(fā)電機(jī)）不停機(jī)（汽輪機(jī)），停機(jī)不停爐。顯然，這種聯(lián)鎖方式有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能極其有利。

4 FCB成功的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

（1）鍋爐、汽輪機(jī)不超溫，不超壓。

（2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不超速。

（3）機(jī)、爐安全運(yùn)行帶廠用電。

（4）發(fā)電機(jī)跳閘，電氣系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換廠用電。

5 結(jié)束語

實(shí)現(xiàn)FCB功能是對(duì)機(jī)組性能最嚴(yán)峻的綜合考驗(yàn)，需要從設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、調(diào)試運(yùn)行等各方面提前策劃，并且還受運(yùn)行人員的水平、經(jīng)驗(yàn)、綜合協(xié)調(diào)能力等因素影響，只有各方通力合作才能保證FCB功能的成功實(shí)現(xiàn)。

［1］馮偉忠.900MW超臨界機(jī)組FCB試驗(yàn)［J］.中國電力，2005，38（2）：74-77.

（本文責(zé)編：弋洋）

TM 621

B

1647-1951（2015）08-0047-02

袁明（1976—），男，山東東營人，高級(jí)工程師，從事電力工程設(shè)計(jì)管理與技術(shù)方面的工作（E-mail：yuanming＠sepco1.com）。

2015-06-05；

2015-08-02