(04)金峰――上海外高桥第三发电厂1000MW机组快速甩负荷(FCB)功能控制策略

金峰：上海外高桥第三发电厂研发中心首席热控工程师高级工程师。从事火力发电厂的基建、设备维护和上海申能科技公司节能减排关键技术及综合优化咨询和改造服务等工作。负责外高桥二期2×900MW、外高桥三期2×1000MW超超临界机组工程的热控专业筹建，参与外高桥三厂多项世界首创和国内首创科技项目的热控技术研发和实施，在机组协调控制策略、热控智能保护逻辑等方面有着丰富的实践经验。会议交流题目：上海外高桥第三发电厂1000MW机组快速甩负荷（FCB）功能控制策略上海外高桥第三发电厂1000MW机组快速甩负荷（FCB）功能控制策略金峰上海外高桥第三发电有限责任公司国内1000MW超超临界机组厂际技术交流会本文主要章节1、外三厂1000MW机组系统概况简介2、系统及辅机配置原则介绍3、FCB功能的控制策略4、FCB预备性试验5、机组正常运行期间发生的FCB数据分析6、结束语引言几十年来，超过10个国家累计发生15起以上因电网故障引起的大面积城市停电事故电网故障使机组解列并跳闸，由于这时网上没有电源，机组无法再次启动，只能等待网上救援，而电网也在等待电厂的供电，这就形成死循环以前常用“黑启动”方案恢复电网供电，即启动柴油发电机供机组辅机用电，此法仅用于小型机组，且启动时间较长，导致电网恢复时间较长引言FCB功能使该问题迎刃而解具有FCB功能的机组可切换到带厂用电的孤岛运行模式，成为星星之火，可随时恢复对外供电FCB功能优于“黑启动”方案外高桥三厂1000MW机组系统概况锅炉：德国ALSTOM技术，上锅厂制造，超超临界，塔式炉，滑压运行汽机：德国西门子技术，上汽厂制造，单轴、四缸四排汽外高桥三厂1000MW机组系统概况主蒸汽、再热蒸汽参数100％BMCR时的汽机入口参数主蒸汽流量、压力、温度/再热蒸汽温度2955t/h、27Mpa、600℃/600℃外高桥三厂1000MW机组系统及辅机配置原则FCB功能是个系统工程，在设计之初就需定位，作为各系统和设备设计、选型、采购、施工、调试、优化的基本依据外高桥三厂1000MW机组系统及辅机配置高压旁路系统容量：100％BMCR，4个高旁阀门制造厂：德国Bopp&Reuther公司特点：具有安全快开功能，完全代替锅炉安全阀外高桥三厂1000MW机组系统及辅机配置低压旁路系统和再热器安全门低压旁路配置：65％BMCR容量再热器安全门配置：100％BMCR容量，调节型阀门外高桥三厂1000MW机组系统及辅机配置给水泵配置配置单台100％BMCR容量汽动给水泵，德国ALSTOM公司制造，不配电泵小汽机具有内切换功能，低压汽源（汽机第5级抽汽）和高压汽源（冷再蒸汽）分别经不同的调门引至与其参数相匹配的调节级喷嘴组，两路汽源可以单独带至满负荷，也可同时运行，不存在切换问题外高桥三厂1000MW机组系统及辅机配置大容量除氧器外三厂1000MW机组：在外二厂900MW机组基础上增大了水箱贮水量，完全满足100％FCB时锅炉的用水需求外高桥三厂1000MW机组系统及辅机配置7号高压加热器加热汽源来自冷再，FCB后仍可运行作用一：回收冷再蒸汽工质作用二：减轻低旁蒸汽通流量压力，减少再热器安全门工质排放损失作用三：提高给水温度外高桥三厂1000MW机组系统及辅机配置凝泵容量的选择凝泵容量的设计要考虑100％FCB时低旁的减温水量外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略FCB的全称为FastCutBackFCB发生时，机组参数剧烈变化，除了设备选型配置合理，各系统之间的密切配合非常重要，这完全依靠控制系统的合理设计，充分考虑本体设备的特点和系统的交叉影响，其目的都是维持机组的工质平衡和能量平衡，确保参数平稳变化不超限外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略FCB的含义和运行方式机组大联锁原则的变化外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略高压旁路控制旁路系统控制纳入DCS，加强了旁路与锅炉、汽机间的联系旁路控制大致分启动模式、溢流模式和压力控制模式FCB发生时高压旁路阀快开泄压外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略低压旁路和再热器安全门控制FCB发生后，低压旁路按一定的压力定值控制再热汽压力再热器安全门在压力高时可分组调节开启，协助低旁泄压，并起到平缓泄压的作用外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略除氧器压力控制FCB时，汽机抽汽逆止阀关闭，除氧器失去抽汽汽源，除氧器压力骤降，易引起给水泵入口汽蚀而跳泵为确保除氧器不失压，冷再汽源可快速补充，维持除氧器压力和温度外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略高压加热器运行控制6号、8号高压加热器因抽汽中断而退出运行7号高加接受冷再汽源，FCB后仍可维持运行，其好处是工质和热量均得到回收提高了除氧器的温度。因此确保7号高压加热器在FCB后的正常运行非常重要，但要防止冷再压力波动引起7号高压加热器异常跳闸的情况外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略凝结水泵的控制1000MW机组满负荷FCB时低旁减温水流量超过1000t/h，对凝泵是个严峻的考验，应确保低旁减温水量和除氧器供水量，维持工质平衡外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略DEH控制逻辑FCB时DEH由压力控制回路或功率控制回路切到转速控制回路，确保甩负荷时汽机不超速，维持汽机3000rpm运行，为处于孤岛运行的厂用电提供动力外高桥三厂1000MW机组FCB功能的控制策略DCS控制逻辑FCB时锅炉的任务是快速减少热负荷，控制好煤水比、锅炉风量及炉膛压力。由于旁路打开，锅炉主蒸汽压力下降较快，应防止直流锅炉在FCB后主蒸汽温度的大幅下降。外高桥三厂1000MW机组FCB预备性试验2008年3月12-13日：1000MW工况的磨煤机、风机Runback试验2008年3月15-16日：750MW和1000MW工况的甩负荷试验2008年3月17日：750MW工况FCB试验外高桥三厂1000MW机组100％FCB正式试验时间：2008年3月18日当前工况：1009MW前提：没有任何事先人工干预FCB后情况：1）负荷骤降至34MW，带厂用电孤岛运行2）汽机转速最高3162rpm，最低2951rpm，45秒后稳定在3000rpm，大约7min后，机组重新并网，试验非常成功外高桥三厂1000MW机组100％FCB正式试验曲线－负荷、转速曲线红线为机组负荷，蓝线为汽机转速，黑线为调门开度外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析当时机组工况2008年5月18日，负荷1006MW，发电机低压励磁保护误动，触发FCB，首次验证了机组正常运行中100％FCB的功能，使FCB功能在实际运行中接受了考验，各主要参数运行都比较平稳。11min后重新并网，23min后负荷到达500MW以上。该事故首次验证了运行中的机组100％负荷下FCB功能，成为外高桥三电厂1000MW机组FCB典型的成功运行案例。外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析燃料、风量、炉膛负压参数FCB发生时，锅炉指令、燃料量指令、风量指令基本同RB，炉膛风压变化也类似，当时均控制正常，本文不作详述外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析主蒸汽和再热蒸汽参数FCB发生后主蒸汽压力瞬间由26.3Mpa快速升高至28Mpa，高旁快开后泄压至26.7Mpa，而后转入调节模式，压力趋于平稳低旁调节开启进入压力控制，高旁和低旁的压力控制总体理想2个再热器安全门在FCB发生16s后调节开启，约80s后关闭，由于压力未继续上升，另两个安全门未开启外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析给水流量变化FCB后给水泵汽轮机汽源快速切换至冷再汽源，给水泵转速最低跌至4006rpm（较前降低了218rpm），给水流量从2885t/h降至最低2117t/h，9S后恢复正常从下表可以看出给水泵汽源切换非常快，给水泵转速恢复速度完全满足FCB时给水量需求外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析给水流量变化FCB前汽源切换前切换过程中最低值切换后9S切换后12S给水泵转速4224rpm4022rpm4006rpm4223rpm4266rpm高加出口流量2855t/h2606t/h2117t/h2606t/h2858t/h外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析FCB后各段汽温的变化FCB发生后，相继跳闸2台磨煤机，确保工况剧烈变化下合理的煤水比FCB发生后，7号高加维持运行，由于加热器进水温度降低，加强了冷凝作用，增加了蒸汽的吸入量，反而增加了7号高加进出口温升。所以FCB后给水温度并未降低很多，5min内仅下降了33℃外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析FCB后各段汽温的变化平稳锅炉水冷壁温度处于正常运行范围内，分离器出口温度变化较平滑，始终保持在比较合适的过热度范围，这对直流锅炉在极端工况下主蒸汽温度的走势非常关键主蒸汽、再热汽温度均平稳变化（见附图1），主蒸汽温度最低571℃，再热汽温度最低565℃，在如此剧烈工况下基本属于正常外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析FCB后各段汽温的变化趋势图深红色：FCB信号红线：主蒸汽温度黄线：再热蒸汽温度绿线：分离器出口温度蓝线：水冷壁金属温度黑线：给水温度亮绿线：给水流量外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析除氧器压力、水位变化FCB发生后，冷再至除氧器调压门快速打开，除氧器压力从1014kPa平稳滑降至682kPa，基本满足要求。这对稳定除氧器及给水泵的安全运行起到了重要作用由于除氧器压力变化平滑，也是使除氧器水位几乎无变化。除氧器的压力和水位的稳定是FCB成功的一个关键因素外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析低旁减温水流量和凝结水流量变化情况FCB发生后，低旁减温水量非常大，为1043t/h，凝结水流量高达2943t/h，整个凝结水系统工作正常外高桥三厂1000MW机组机组正常运行期间发生的FCB数据分析凝汽器、除氧器水位变化曲线结束语MFT对汽水管道的影响MFT时蒸汽压力和温度发生骤变，使锅炉联箱等厚壁部件产生较大应力，增加了金属疲劳度工质的剧烈变化也容易造成锅炉省煤器、水冷壁、过热器、再热器、主蒸汽和再热汽管道氧化皮层结构破坏而脱落，易引起锅炉爆管，影响机组安全，降低机组使用寿命结束语FCB功能的好处停网不停电（发电机）、停电不停机、停机不停炉，减少了锅炉MFT的次数使参数相对较平稳，延长了整个蒸汽联箱和管道寿命实现停机后快速重启机和并网，缩短机组启动时间，增加机组可利用率，降低机组重启动成本，减少停机电量损失，对电厂和电网均有利结束语本文旨在通过对外高桥三厂1000MW超超临界机组的实例应用分析，阐述FCB的意义，抛砖引玉，为电网大面积故障后的重启动预案提供参考谢谢！