350 MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐甩負(fù)荷試驗(yàn)控制要點(diǎn)及存在問題分析

王映奇， 呂 建， 惠志平

（山西世紀(jì)中試電力科學(xué)技術(shù)有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)是考核汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和對(duì)轉(zhuǎn)速的控制能力，檢查汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，預(yù)防機(jī)組超速的重要手段。甩負(fù)荷試驗(yàn)涉及的調(diào)試項(xiàng)目包括機(jī)、爐、電、熱等多個(gè)專業(yè)，對(duì)試驗(yàn)人員在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、理論水平以及組織能力上都有很高的要求，是一項(xiàng)責(zé)任重、風(fēng)險(xiǎn)大的工作。依據(jù)《火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)導(dǎo)則》（DL/T 1270—2013）采用常規(guī)法（甩電負(fù)荷）和測(cè)功法（甩汽負(fù)荷）進(jìn)行甩負(fù)荷，新建機(jī)組通常采用常規(guī)法（甩電負(fù)荷） 進(jìn)行甩負(fù)荷。

超臨界循環(huán)流化床鍋爐，由于其蓄熱能力較大，在甩負(fù)荷過程中容易造成受熱面超溫、超壓，過熱度、給水流量、床溫等各項(xiàng)參數(shù)不易控制的情況。目前，對(duì)于國內(nèi)大多數(shù)350 MW 超臨界循環(huán)流化床甩負(fù)荷試驗(yàn)，仍然采用減弱鍋爐燃燒進(jìn)行50%甩負(fù)荷，直接壓火方式進(jìn)行100%甩負(fù)荷試驗(yàn)。但是在對(duì)山西靈石啟光電廠350 MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐采用上述方法進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)了諸多問題，并進(jìn)行了分析研究，為同類型機(jī)組進(jìn)行甩負(fù)荷提供參考。

1 設(shè)備及系統(tǒng)介紹

1.1 鍋爐簡(jiǎn)介

山西靈石啟光電廠的鍋爐為上海鍋爐廠制造的350 MW 超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，型號(hào)為SG-1208/25.4-M4605，循環(huán)流化床燃燒方式，單爐膛、汽冷式旋風(fēng)氣固分離器、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣；過熱器采用兩級(jí)噴水調(diào)節(jié)蒸汽溫度（直流負(fù)荷之后以調(diào)節(jié)煤水比來調(diào)節(jié)溫度），再熱器采用以煙氣擋板調(diào)節(jié)蒸汽溫度為主，同時(shí)設(shè)置微量噴水和事故噴水調(diào)溫為輔的調(diào)溫方式。每臺(tái)鍋爐設(shè)置2 臺(tái)引風(fēng)機(jī)，1 臺(tái)40%容量啟動(dòng)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)，1 臺(tái)100%容量汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)，左右對(duì)稱布置，正常運(yùn)行采用汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)只在鍋爐啟動(dòng)及事故處理過程中使用。

1.2 汽輪機(jī)簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界汽輪機(jī)，型號(hào)為CJK350-24.2/0.4/566/566，一次中間再熱、單軸、雙缸雙排、間接空冷（兩機(jī)一塔）、一級(jí)調(diào)整抽汽、凝汽式汽輪機(jī)，采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)組配置1 臺(tái)100% 鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量BMCR（boiler maximum continuous rating） 容量的汽動(dòng)給水泵組，汽動(dòng)給水泵前置泵與主泵同軸連接設(shè)計(jì)。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1 臺(tái)40%BMCR 容量的啟動(dòng)（備用） 電動(dòng)給水泵，在機(jī)組啟動(dòng)和事故情況下使用。汽機(jī)旁路系統(tǒng)容量為鍋爐額定出力的40%，采用德國SIPOS 兩級(jí)電動(dòng)高、低壓串聯(lián)旁路。汽輪機(jī)采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH（digital electronic hydraulic control） 的啟動(dòng)順控子組SGC來控制350 MW 汽輪機(jī)在不同溫度下的啟動(dòng)流程和模式。

2 試驗(yàn)方法及要求

常規(guī)法甩負(fù)荷試驗(yàn)是指發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)突然斷開、主汽閥不關(guān)閉、機(jī)組與電網(wǎng)解列失去全部或部分負(fù)荷的情況下，測(cè)取轉(zhuǎn)速變化的動(dòng)態(tài)過渡過程，考核汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制特性的方法。50%與100%甩負(fù)荷后要求超速保護(hù)不動(dòng)作，動(dòng)態(tài)過程應(yīng)能迅速穩(wěn)定。試驗(yàn)考察機(jī)組及各配套輔機(jī)、附屬設(shè)備和相關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)甩負(fù)荷工況的適應(yīng)性。

3 試驗(yàn)過程

3.1 50%甩負(fù)荷試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前要做的準(zhǔn)備工作有以下幾方面：一是甩負(fù)荷之前維持鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行，采用汽輪機(jī)功率控制方式，盡量減小鍋爐側(cè)主汽壓力，防止甩負(fù)荷后超壓；二是高底旁暖管；三是PCV 開關(guān)試驗(yàn)；四是廠用電源切至啟備變；五是解除機(jī)跳爐、電跳機(jī)邏輯保護(hù)；六是逐個(gè)試驗(yàn)油槍著火情況；七是啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，維持出口壓力略低于汽泵出口壓力，甩負(fù)荷以后，直接手動(dòng)打閘汽泵，由電泵上水。

甩負(fù)荷過程：02:12:55 試驗(yàn)總指揮下令甩掉50%負(fù)荷。02:12:57 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升至3 090 r/min，02:13:07 汽輪機(jī)高排溫度高（實(shí)際溫度432 ℃）觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘。由于本工程為上汽SGC 機(jī)組，02:56:46 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)224 r/min，汽輪機(jī)掛閘重新沖轉(zhuǎn)，所以03:02:55 汽輪機(jī)定速3 000 r/min。03:07:48 再次并網(wǎng)帶初負(fù)荷。從甩負(fù)荷至再次并網(wǎng)，時(shí)間長達(dá)55 min，而且爐側(cè)水冷屏和高溫再熱器超溫嚴(yán)重。

鍋爐側(cè)主要操作：接到甩負(fù)荷指令以后，鍋爐側(cè)專人打開PCV 閥進(jìn)行泄壓，高旁開至63%，低旁根據(jù)再熱器壓力逐漸開至33%，主汽壓力由11.6 MPa 升至21.3 MPa，再熱壓力由2.1 MPa升至2.87 MPa，主汽溫度由544 ℃升至561 ℃，再熱氣溫由548 ℃升至587 ℃。汽泵打閘后，根據(jù)主汽壓力調(diào)整電泵出力，維持給水流量400 t/h左右，給煤量由147 t/h 減至90 t/h，維持鍋爐燃燒穩(wěn)定。由于汽輪機(jī)跳閘以后不能快速掛閘沖轉(zhuǎn)，而且循環(huán)流化床蓄熱量較大，所以導(dǎo)致水冷屏溫度最高至511 ℃，高溫再熱器壁溫最高至610 ℃，關(guān)閉PCV 后，02:26:55 鍋爐手動(dòng)BT，水冷屏及高溫再熱器壁溫恢復(fù)正常。

1 號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷后，甩負(fù)荷預(yù)判回路動(dòng)作觸發(fā)硬回路快關(guān)電磁閥失電，調(diào)門快速關(guān)閉同時(shí)轉(zhuǎn)速控制回路PID 維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 r/min。試驗(yàn)表明，DEH 負(fù)荷預(yù)判回路動(dòng)作快速、可靠，調(diào)節(jié)性能良好，轉(zhuǎn)子飛升轉(zhuǎn)速3 089 r/min 為甩負(fù)荷前3 000 r/min 的3%，遠(yuǎn)小于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5%的要求值。試驗(yàn)合格，可進(jìn)行100%甩負(fù)荷試驗(yàn)。

3.2 100%甩負(fù)荷試驗(yàn)過程

50%甩負(fù)荷試驗(yàn)合格后，機(jī)組負(fù)荷升至350 MW，100%甩負(fù)荷采用鍋爐壓火方式，基本操作及控制點(diǎn)與50%甩負(fù)荷相同。

甩負(fù)荷過程：07:11:58 試驗(yàn)總指揮下令甩掉100%負(fù)荷。07:12:13 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至3 206 r/min，07:12:58，高排溫度高（實(shí)際溫度431 ℃） 導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。09:14:06，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至64 r/min，開始掛閘沖轉(zhuǎn)，09:21:16，汽輪機(jī)定速3 000 r/min，09:27:23 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。從甩負(fù)荷至再次并網(wǎng)共用136 min，鍋爐側(cè)各項(xiàng)參數(shù)正常。

鍋爐側(cè)主要操作：甩負(fù)荷倒計(jì)時(shí)到8 s 直接開鍋爐PCV 閥，倒計(jì)時(shí)到5 s 鍋爐手動(dòng)BT，倒計(jì)時(shí)到0 s，斷開發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)，負(fù)荷降至0 MW。汽泵打閘，根據(jù)主汽壓力調(diào)整給水泵出力，維持給水流量400 t/h 左右。高旁開至50%，低旁開至23%，由于低旁調(diào)門卡死，導(dǎo)致低旁不能開啟。為防止再熱器超壓，將高旁關(guān)至15%。08:55:43 低旁處理完畢后，高旁開至63%，低旁開至89%，維持主汽壓力穩(wěn)定。07:15:13，啟動(dòng)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)，維持負(fù)壓-300 Pa。主汽壓力由21.6 MPa 升至26.1 MPa，再熱壓力由4.3 MPa 降至1.3 MPa，主汽溫度由555 ℃降至438 ℃，再熱器溫度由564 ℃降至502 ℃。08:52:16，啟動(dòng)風(fēng)煙系統(tǒng)，維持最低流化風(fēng)量，啟動(dòng)前墻6 臺(tái)給煤機(jī)，此時(shí)平均床溫為616 ℃，總給煤量90 t/h，氧量由18.9%降至6.4%后維持燃燒穩(wěn)定，等待沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)。

100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，甩負(fù)荷預(yù)判回路動(dòng)作觸發(fā)硬回路快關(guān)電磁閥失電，調(diào)門快速關(guān)閉同時(shí)轉(zhuǎn)速控制回路PID 維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 r/min，試驗(yàn)表明DEH 負(fù)荷預(yù)判回路動(dòng)作快速、可靠，調(diào)節(jié)性能良好，轉(zhuǎn)子最高飛升轉(zhuǎn)速3 201 r/min，危機(jī)保安器未動(dòng)作，符合試驗(yàn)要求。

4 甩負(fù)荷過程中的問題及控制要點(diǎn)

4.1 50%甩負(fù)荷過程中的控制要點(diǎn)

由于本工程沒有啟動(dòng)鍋爐，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)汽源取至四段抽汽和輔汽聯(lián)箱，輔汽聯(lián)箱的汽源由再熱器冷段提供，在50%甩負(fù)荷過程中，只有采用不停爐減弱燃燒的方式進(jìn)行，直接打閘汽泵，通過高低旁來控制冷再壓力的穩(wěn)定，才能保證汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，從而維持鍋爐燃燒穩(wěn)定。汽泵打閘后，通過40%出力的電泵給鍋爐上水。甩負(fù)荷后主汽壓力突升，導(dǎo)致給水泵上水困難。循環(huán)流化床鍋爐本身蓄熱量較大，如果繼續(xù)維持燃燒，若控制不當(dāng)或者并網(wǎng)時(shí)間較長，會(huì)直接導(dǎo)致受熱面超溫。50%甩負(fù)荷不停爐控制要點(diǎn)如下。

a） 試驗(yàn)前將汽機(jī)切至功率控制模式，盡量減小主汽壓力。

b） 汽壓控制：主要通過PCV 閥和減弱燃燒的方式進(jìn)行汽壓控制。通過高低旁控制汽壓，受限較多，同時(shí)還需保證再熱壓力，維持汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，當(dāng)主汽壓力回頭后要及時(shí)關(guān)閉PCV 閥，防止再熱器超溫。

c） 汽溫控制：甩負(fù)荷初期需注意水冷壁壁溫，過熱器、再熱器壁溫，防止超溫。待氣壓回頭后要迅速關(guān)閉減溫水總門，防止氣溫下降過快，10 min 下降50 ℃將停機(jī)。應(yīng)預(yù)見性地開啟一、二級(jí)減溫水調(diào)整門以及再熱器的減溫水調(diào)整門，防止汽溫的快速上漲。同時(shí)保證汽溫的最好辦法就是保證鍋爐的蒸發(fā)量，所以旁路對(duì)防止超溫也是至關(guān)重要的。另外，在機(jī)組并網(wǎng)后，應(yīng)根據(jù)鍋爐的熱負(fù)荷及時(shí)地增加負(fù)荷來滿足鍋爐的蒸發(fā)量要求。需要強(qiáng)調(diào)的是，如果汽溫超溫嚴(yán)重應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)鍋爐BT。

d） 給水控制：根據(jù)分離器壓力提高電泵轉(zhuǎn)速，控制電泵出口壓力大于分離器壓力。過熱度是給水控制的主要參考對(duì)象，如果過熱度不正常上升時(shí)，一定要增大給水流量，防止水冷壁超溫。

4.2 100%甩負(fù)荷過程中的控制要點(diǎn)

a） 提前10 s 開PCV 閥，提前5 s 鍋爐手動(dòng)BT，充分利用循環(huán)流化床鍋爐蓄熱，盡可能降低主汽壓力，避免安全門動(dòng)作。

b） 鍋爐BT 動(dòng)作后要快速啟動(dòng)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)，維持負(fù)壓-300 Pa， 防止可燃?xì)怏w在爐膛內(nèi)集聚，發(fā)生爆炸。

c） 高低旁控制：先全開低旁，然后再開高旁，根據(jù)主汽壓力和再熱壓力控制高低旁開度。

d） 重新啟動(dòng)后，維持最低流化風(fēng)量230 000 m3/h左右，給煤量維持90 t/h 左右，根據(jù)省煤器出口氧量，適當(dāng)增減煤量。這個(gè)過程中需特別注意，給煤太多容易發(fā)生爆燃，造成鍋爐結(jié)焦事故；給煤太少不能維持床溫，必要時(shí)需投油助燃。從實(shí)際情況來看，重新啟動(dòng)風(fēng)煙系統(tǒng)后，平均床溫為616 ℃，投煤后，氧量下降明顯，床溫上升穩(wěn)定。

4.3 甩負(fù)荷過程中出現(xiàn)的問題及分析

4.3.1 兩次甩負(fù)荷過程均出現(xiàn)高排溫度高跳機(jī)

在進(jìn)行50%及100%甩負(fù)荷過程中，甩負(fù)荷預(yù)判回路動(dòng)作后，穩(wěn)定3 000 r/min 時(shí)，高排溫度＞427 ℃，跳閘，汽輪機(jī)保護(hù)動(dòng)作。分析原因，首先排除溫度測(cè)點(diǎn)問題，然后檢查高排通風(fēng)閥開關(guān)位置正常，邏輯保護(hù)核對(duì)無誤?？赡苡捎谒ω?fù)荷后，汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽流量迅速減小，導(dǎo)致汽輪機(jī)內(nèi)由于鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)被帶走，導(dǎo)致高排溫度升高。檢查高排通風(fēng)管道管徑為114 mm，相比同類型機(jī)組晉能集團(tuán)大土河電廠350 MW 超臨界循環(huán)流化床機(jī)組高排通風(fēng)管道管徑為168 mm，管道較細(xì)，導(dǎo)致高排溫度高。

4.3.2 再熱器和水冷屏超溫

在進(jìn)行50%甩負(fù)荷過程中，由于采用減弱燃燒不停爐的方式，甩負(fù)荷后主汽壓力由11 MPa 升至21 MPa，導(dǎo)致給水難以控制，過熱溫度升至90 ℃，水冷屏超溫嚴(yán)重，最高至511 ℃，同時(shí)為了控制主汽壓力，PCV 打開時(shí)間較長，導(dǎo)致再熱器蒸汽流通量小，加之爐內(nèi)物料仍在持續(xù)循環(huán)放熱，再熱器超溫嚴(yán)重，最高溫度至610 ℃，所以手動(dòng)BT。分析原因，由于本工程機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠的SGC 機(jī)組，默認(rèn)為600 r/min 以上均為臨界轉(zhuǎn)速，所以汽輪機(jī)跳閘以后需在轉(zhuǎn)速降至600 r/min以下才可以重新掛閘沖轉(zhuǎn)，時(shí)間將近30 min。而采用鍋爐壓火方式，可保證機(jī)組安全運(yùn)行。

4.3.3 閥門卡澀問題

在進(jìn)行甩負(fù)荷過程中，多次發(fā)生PCV 閥打不開，打開之后關(guān)不上，還有低旁閥卡澀，電動(dòng)引風(fēng)機(jī)靜葉脫扣等一系列影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況。所以，在甩負(fù)荷之前應(yīng)多次試驗(yàn)，保證試驗(yàn)過程中開關(guān)靈活可靠，從而保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。

5 結(jié)束語

350 MW 超臨界循環(huán)流化床機(jī)組在進(jìn)行50%及100%甩負(fù)荷時(shí)均采用鍋爐壓火方式，可保證鍋爐各項(xiàng)參數(shù)在可控范圍之內(nèi)，而且鍋爐壓火后再啟動(dòng)只需要10 min 左右，能滿足機(jī)組快速并網(wǎng)的要求，即使汽輪機(jī)跳閘，也可以在不投油情況下恢復(fù)床溫穩(wěn)定。