机组FCB探讨.pdf

出口发电机组小岛运行 出口发电机组小岛运行 FCB 实现策略探讨 实现策略探讨 Discussion for Realization Strategy of Exporting Generation Unit Fast Cut Back FCB 上海电气电站集团工程公司 上海 201100 吕春雷 摘要摘要 本文提出了典型出口 300MW 及以上容量煤粉炉机组实现 FCB 的策略 并列出 FCB 试验的 基本条件 详述了试验的主要动作情况和注意事项 文章最后还是强调加强全厂和技术管理工作 以降低发生 FCB 的几率 关键词关键词 40 MCR 锅炉 PCV 高 低旁路 汽轮机进汽控制 给水控制 汽温 发电机组小岛 孤岛运行 FCB 是个老话题 行业内的人都知道 对机组尤其是汽 轮机的损伤极大 会大大缩短机组寿命 但是 在印度 印尼等等电力发展不足的国家 电网非常薄弱 也很不稳定 整个电网和发电厂的管理还存在很多问题 发电机组的误 跳或电网侧原因造成的机组跳闸几率高 出于能早一会儿发电和少用网内供电的目的 业主普遍要求机组能够 FCB 运行 当年日本人为了开拓中国市场 设计了适合中国路况的轿车 我们为什么就不能设 计适应印度等国家市场的发电机组呢 这就需要发挥我们的聪明才智 从设计 制造 调试各个方面着手 把锅炉 汽轮机 电气各个专业的资源整合到一起 通盘考虑 进 行系统化的设计和逻辑修改 才能实现 FCB 还能够较少的影响机组的寿命 就这个命 题 我提出一些想法 供业内人士探讨 一 机组 系统配置概况一 机组 系统配置概况 以成套出口的典型设计的 300MW 及其以上容量煤粉炉 配 2 汽 1 电驱动给水泵 配 有快开功能的 60 MCR 高 低压旁路机组为基础展开讨论 二 机组 FCB 实现策略 二 机组 FCB 实现策略 设想机组在 100 MCR 工况下发电机跳闸 直接甩到只带厂用电 即 FCB 此时最大 的危险是汽轮机超速 锅炉超压和蒸汽温度的大幅下降 以及因此造成的锅炉厚壁器件 的应力和由于进入汽轮机的蒸汽温度大幅降低对汽轮机急剧冷却造成的极大损害 所以 我们必须运用相应策略 采取相应的措施 竭尽全力去避免上述工况的危险和损害 为 此我们要在原来机组一般设计上的基础上做一定的修改和完善 1 首先我们把机组在 40 MCR 以上运行时发生 FCB 锅炉甩负荷至最低出力设置为 40 MCR 1 首先我们把机组在 40 MCR 以上运行时发生 FCB 锅炉甩负荷至最低出力设置为 40 MCR 原因如下 1 1 锅炉 40 MCR 工况的蒸汽温度参数与 100 MCR 时接近 1 2 我们出口机组普遍设计最低无油稳燃负荷为 30 35 MCR 直流锅炉一般也在 30 35 MCR 转直流 FCB 锅炉甩负荷至 40 MCR 保持煤燃烧方式 汽水运行方式不变 而且燃煤运行也有利于蒸汽温度保持高位 1 3 机组的 60 MCR 旁路此时尚有足够可调余量 方便机组蒸汽参数调节 2 在此基础上 我们再在锅炉 汽轮机 电气专业等诸多方面采取一些综合措施 2 1 锅炉侧 2 在此基础上 我们再在锅炉 汽轮机 电气专业等诸多方面采取一些综合措施 2 1 锅炉侧 2 1 1 锅炉 PCV 控制要单独设置 FCB 定值区 一般情况下 PCV 只是到超压到触发 值才动作 到正常压力则自动关闭 在 FCB 工况下 这样动作显然太迟 FCB 工况锅炉 出力变化从 100 直到 40 MCR PCV 及其他锅炉安全阀超压再动作 锅炉蒸汽压力变化幅 度过大 锅炉 PCV 必须要提前泄压 FCB 信号一发出 锅炉 PCV 必须立即触发开启泄压 直到锅炉主蒸汽压力降至 16 17MPa 以亚临界锅炉为例 再关闭 这样设置减小了蒸 汽压力波动幅度 对给水调节 高旁开启有利 也能最大程度避免超压 2 1 2 给水控制回路的修正 发生 FCB 时锅炉汽水系统变化剧烈 汽包虚假水位 严重且不可避免 对给水系统的调节性能有很高的要求 控制回路要有 FCB 造成的汽包 压力波动前馈 此时的给水控制的三冲量中的主汽流量因为主汽门关闭 PCV 排放和高 旁旁路流量而被破坏 必须屏蔽传统的主汽流量信号 代之以 FCB 状态下主汽系统的一 个新的数学预估模型参数来参与给水控制 2 1 3 汽包锅炉燃烧控制要有 FCB 造成的汽包压力波动前馈和高 低加退出运行 的回路参数修正 在 FCB 动作燃烧系统甩到 40 MCR 先稳定工况 然后 根据汽包压力 变化前馈适当提前增加燃料 提高蒸汽温度 汽温回升后再逐步递减回 40 MCR 正常工 况 2 1 4 直流锅炉的燃 水比控制同样要有 FCB 造成的主汽压力波动前馈和高 低加 退出运行的回路参数修正 即针对此时锅炉蒸汽压力和温度的快速上升区段设一定时间 的调节死区 以求尽快稳定汽水系统工况 在之后主汽压快速下降的区段应适当增加燃 水比 以尽快提高蒸汽温度 汽温回升后再逐步递减回 40 MCR 正常工况 2 1 5 FCB 触发 主 再热汽减温水控制立即将减温水快减到 0 且闭锁投运减温 水 2 分钟 将烟道挡板再热器一侧全开 低过一侧关闭 退出锅炉吹灰器运行 2 2 汽机侧 2 2 汽机侧 2 2 1 汽轮机 DEH 的阀门控制方式修正 发生 FCB 时能够实现单独由中压调门控 制汽轮机转速和负荷为好 由于 FCB 状态机组只带厂用电 汽轮机的进汽量非常少 锅 炉汽温在经历主汽压剧烈波动后会快速下降 经大幅节流的蒸汽温度下降幅度也很大 造成汽轮机此前高温的转子和缸体急速快冷 严重缩短汽轮机寿命 如果此时关闭主汽 门和高压调门 由中压调门控制进汽来调节汽轮机转速和负荷则比高中压联合调节要好 的多 首先 经高压旁路 HP BYPASS 节流传来的中压蒸汽的压力要比主汽压低的多 蒸汽温度变化相对小 中压调门开度相比较大 节流温降小 对汽轮机寿命影响相对小 当然 如果可以只开一个中压调门控制此时的汽轮机转速和负荷 节流损失会更小 再则是再热蒸汽参数低 汽轮机同样转速和负荷 只开中压调门再热进汽量相对 大 对 DEH 来说 调节汽轮机转速和负荷 中压调门控制要比高中压联合控制相对容易 的多 降低了汽轮机超速的可能性 一旦发电机重新并网 高 低旁控制蒸汽压力 温度稳定 开启高排逆止门和高 压缸疏水门 DEH 控制中压调门升负荷至中压调门一半开度 然后开启高压主汽门和调 门 高中压联合控制升负荷至 30 50 MCR 关闭高低旁和高压缸疏水门 之后稳定升 负荷即可 2 2 2 汽轮机轴向推力计算 要考虑 FCB 工况下 单独由中压调门控制汽轮机转 速和负荷时的承受能力 推力瓦不能超温 2 2 3 汽机逻辑修正 为和 2 2 1 条所述配合 FCB 触发 必须关闭主汽门 高 压调门 高排逆止门 高排逆止门前疏水门开启 30 秒后再关闭 所有抽汽解列 除高 压缸的疏水门保持关闭外 其他缸体疏水门联锁打开 高压缸在此时属于闷缸状态 这和我们的常规逻辑不同 目的 一是降低汽轮机超速的可能性 二是防止高压缸和高 压转子快速冷却 但是为了防止高压缸末级叶片由于鼓风效应过热 高排温度如果达到 400 高排逆止门前疏水门要自动开启 30 秒后再自动关闭 经计算如果此管路不足以 排掉鼓风热量 可考虑加大其管道 阀门管径 如配有高排通风阀 则不必动作高排逆 止门前疏水门 2 2 4 高 低旁路是必须是液压控制 具备快开功能 自动调节性能良好 平时 高 低旁路在热备用状态 FCB 触发 高 低旁路立即开启泄压 和 PCV 配合 消除锅 炉超压危险后 直到把锅炉主汽压降至 40 MCR 值再维持该压力 旁路的这个降压曲线 要考虑诸多配合和影响的因素 经认真计算 能尽快提高再热蒸汽温度 2 2 5 如果有可能的话 可否高 中压缸分缸设计 以避免 FCB 时只是中压缸进 汽对高压缸的影响 更大型的汽轮机如果业主要求 FCB 功能可以考虑此设计 2 3 电气侧 2 3 电气侧 要修正灭磁逻辑 一般情况下 发电机解列后厂用电会切换至启备变 由励磁柜灭 磁 出口电压到 0 但 FCB 不一样 励磁系统要能快速减磁而非灭磁 必须实现维持发 电机出口电压正常且带厂用电的功能 这和正常的逻辑是不一样的 3 3 机组在 40 MCR 及其以下负荷发生 FCB 则锅炉侧无须动作 仅机侧 电气侧动 作即可 机组在 40 MCR 及其以下负荷发生 FCB 则锅炉侧无须动作 仅机侧 电气侧动 作即可 不同容量 类型的机组设计有 FCB 功能 在很多细节上可能会有所不同 需要设计 调试人员根据实际情况做一些调整 本文不再累述 三 试验必须满足的基本条件 三 试验必须满足的基本条件 尽管我们采取了很多措施 但机组 FCB 试验毕竟是一个破坏性试验 为保证机组安 全 试验必须满足下列基本条件 1 机组正常运行至少 1 个月 锅炉燃烧优化完成 各联锁保护 自动控制回路投入 正常 2 锅炉安全阀校验完毕 动作正常 安全阀附近确认无人 3 汽轮机超速保护运行正常 4 FCB 试验逻辑静态试验合格 5 锅炉 MFT 汽轮机打闸 发电机解列硬接线回路检查正常 6 试验机组辅汽系统与相邻机组联络阀门开启 相互备用 小汽机 除氧器 轴 封备用汽源热备用良好 油枪雾化蒸汽热备用良好 7 FCB 方案获批 试验人员安排完毕 汽轮机就地打闸按钮处设专人随时准备打闸 试验其他人员各就各位 职责分明 四 机组 FCB 试验重要步骤 1 试验前准备操作 四 机组 FCB 试验重要步骤 1 试验前准备操作 试验前 先人为把蒸汽温度压低至 505 并保持运行 直到把汽轮机第一级金属温 度或中压叶片持环金属温度降至 500 以下 主蒸汽压力也要尽量低一些 在 16MPa 左 右 这样既减少了锅炉甩负荷初期超温超压的可能性 也降低了锅炉甩负荷逐步降压过 程中蒸汽温度下降对汽轮机的损害程度 以上海电气产 300MW 亚临界机组为例 其他 机组根据机组本身特点操作 2 开始试验 按下 FCB 试验按钮 立即做如下检查2 开始试验 按下 FCB 试验按钮 立即做如下检查 设定动作程序为 2 1 锅炉侧 2 1 锅炉侧 2 1 1 FCB 信号发出 则立即触发跳闸燃烧器或油枪逻辑 只留下最上面运行的 二层燃烧器 可根据锅炉实际情况决定是运行哪几层 以能尽可能在 FCB 动作后保持较 高的汽温为原则 且自动投入相应燃烧层下一层对角两个油枪稳燃 2 1 2 风烟系统自动置 40 MCR 风量控制 维持炉膛负压稳定 各层二次风挡板随 燃烧器动作调整 2 1 3 汽动给水泵汽源切换正常 FCB 触发电动给水泵自启动 保持勺管在 10 位置 随时待命 2 1 4 锅炉 PCV 必须立即触发开启泄压 直到把锅炉蒸汽压力降至 100MCR 正常值 以下再关闭 2 1 5 触发吹灰器退出运行 2 1 6 主 再热汽减温水控制保持自动控制状态且自动减减温水量到 0 2 1 7 电除尘在油枪投入 2 支以上且超过 10 分钟 要考虑退出电除尘运行 2 2 汽机侧 2 2 汽机侧 2 2 1 关闭主汽门 高压调门 高排逆止门 高排逆止门前疏水门开启 30 秒后再 关闭 所有抽汽解列 除高压缸的疏水门保持关闭外 其他缸体疏水门联锁打开 高压 缸闷缸 由中压调门控制进汽来调节汽轮机转速和负荷 2 2 2 高 低旁路立即开启泄压 旁路减温水 三级减温水同步自动运行 直到 和 PCV 配合着把锅炉主汽压降至 100MCR 正常值后 再调节再热压力 温度满足汽轮机 需要 2 2 3 检查凝汽器真空正常 2 2 4 低压缸排汽减温水 疏水扩容器减温水自动投入运行 2 2 5 检查除氧器加热汽源和水位 凝汽器水位正常 必要时手动调整 2 2 6 严密监视汽轮机振动 膨胀 胀差 轴向位移 缸温差 高排温度 轴承 温度等参数 2 2 7 监视汽轮机润滑油 发电机定子冷却水温度变化 及时进行调整 2 3 电气侧 2 3 电气侧 2 3 1 励磁系统快速减磁 维持发电机出口电压在正常运行范围内 2 3 2 检查发电机 厂用电系统运行正常 3 FCB 动作成功后的操作 3 FCB 动作成功后的操作 经全面检查 机组 FCB 动作成功 锅炉侧要尽快把蒸汽温度尤其是再热汽温度尽可 能提高温度 尽可能减少对汽轮机的损害 试验成功 汇报签字确认后 发电机重新并 网 高 低旁控制蒸汽压力 温度稳定 开启高排逆止门和高压缸疏水门 DEH 控制中 压调门升负荷至中压调门一半开度 然后开启高压主汽门和调门 高中压联合控制升汽 轮机负荷至 40 MCR 关闭高低旁和高压缸疏水门 之后进行升负荷的相应操作 结束语 结束语 试验时 我们可以采取一些预先措施尽可能减少对机组的损害 但实际动作时一些