百万等级超(超)临界机组运行及控制技术研讨会-超超临界机组FCB功能和作用

超临界及超超临界机组的运行特性研究*刘国跃1，朱宝田2，雷兆团2（1华能国际电力股份公司，北京市 100031；2西安热工研究院，陕西省西安市 710032）摘要：研究了超临界及超超临界机组运行中的一些特殊问题，如高蒸汽参数对锅炉、汽轮机启动及变负荷运行特性影响；机组的旁路系统、机组低负荷运行、负荷变化范围、负荷阶跃、负荷变动率、启动时间等运行特性等。

文章认为超超临界机组运行在60%～100%负荷范围内比较经济合理，其效率仅下降2.3%。

关键词：超临界机组；超超临界机组；锅炉；汽轮机；旁路系统；变负荷；运行；火力发电厂超临界及超超临界机组有较高的主蒸汽压力和主蒸汽温度，机组设备选用的材料有所不同，承压部件的壁厚较厚，在运行中存在一些特殊问题。

对其运行特性进行研究，对确保机组的安全、经济运行是必要的。

1高蒸汽参数对锅炉运行特性的影响1.1锅炉启动系统超临界及超超临界机组采用直流锅炉。

直流锅炉在启动前必须建立一定的启动流量和启动压力，强迫工质流经受热面，使其得到冷却。

但是，不同于汽包锅炉那样有汽包作为汽水固定的分界点，直流锅炉是水在锅炉管中加热、蒸发和过热后直接向汽轮机供汽，在启停或低负荷运行过程中有可能提供的不是合格蒸汽，而是汽水混合物，甚至是水。

因此，直流锅炉必须配套特有的启动系统，以保证锅炉启停和低负荷运行期间水冷壁的安全和正常供汽。

超超临界直流锅炉的启动流量一般选取为额定流量的30%～35%。

丹麦超超临界锅炉的启动流量为30％最大持续定额功率（MCR）。

我国引进前苏联超临界锅炉的启动流量为30％MCR。

石洞口二厂ABB超临界锅炉的启动流量为35%MCR。

日本超临界锅炉启动流量选取得较小，一般为25%～30%MCR。

根据超临界直流锅炉启动分离器的运行方式，启动系统可分为内置式和外置式2种。

外置式启动分离器系统只在机组启动和停运过程中投入运行，而在正常运行时被解列。

我国125MW和300MW亚临界机组锅炉均采用外置式启动分离器系统。

孤网运行中火电厂机组FCB的重要作用摘要：由于某地区组成的区域电网存在比较单薄的设备配电结构，系统配电稳定性差，单个部件故障将会造成区域电网的振荡波动甚至解列，那么利用火电厂的FCB功能使机组在电网事故时保持“孤岛运行”，能使机组快速有效地恢复区域电网供电，带有FCB功能的机组这时候就能在电网崩溃时使机组幸存下来，对电网恢复起到了举足轻重的作用。

本文根据某省出现的一个孤网运行故障，介绍了火电厂FCB设施在孤网运行中起到的作用，并对于孤网运行特征提出了科学的处理策略。

关键词：孤网运行；重要作用；火电厂；FCB机组孤网一般泛指脱离大电网的区域电网的简称。

FCB是指火电机组在电网或线路出现设备故障而汽机锅炉正常的情况下不联跳汽机和锅炉，汽机保持3000r/min，或者是发电机和汽机故障跳闸，保持锅炉继续运行，汽机仍可保持3000r/min空载运行，锅炉快速减少燃料量，同时高低压旁路快速开启，以实现机组仅带厂用电的孤岛运行方式。

为不断提升复杂电力系统故障下火电设备启动性能，某地区组成的区域电网中火电机组设备相继开展了FCB功能建设与技术改造，具有迅速切负荷（FCB）作用。

由于孤网运行中大停电后发电机组在没有任何外来电源的条件下进行黑启动是极为困难的，FCB设备具有在故障状态下与系统分列，带厂用电孤岛运转的能力，进而为电力系统保留一定电源点，能用作电力系统的开启电源，既能快速恢复发电，又有利于电网安全，也节约了锅炉重新点火的启动成本，对减少锅炉寿命也起了很大作用。

1、孤网运转中火电厂FCB设备的重要性FCB属于发电机组由于内外部事故与电力系统解列，但没有出现锅炉MFT现象，瞬间甩掉所有对外配电负荷的条件下，保持发电机解列厂用电运转和停机不停炉的智能操控功能。

因为规避了锅炉主燃料跳闸，进而极大减少了电力系统恢复配电的时间，还有利于机械的稳定停运。

现存的机组FCB作用有如下三类：（1）停网不断电。

当发电机组出现外部事故时，汽轮机不断电，带厂用电负荷一直运行。

关于大型发电机组FCB方案的探讨国内电网容量比较大，既有火电也有水电，因此对老火电机组装设FCB功能并没有特别要求，但对新建机组都要求具备FCB功能。

FCB是大型机组适应电网突发事故的一种孤岛运行方式；在这种方式下，汽轮机若能在较短时间内快速并网发电，对机组的安全经济运行及电网的安全稳性定具有重要意义。

标签：FCB；孤岛运行；安全经济；安全稳定FCB是指火电机组在电网发生故障情况下，机组主变出线开关跳闸，不联跳锅炉和汽机，高低旁路快开，发电机带机组的厂用电运行；若汽机故障跳闸，则厂用电切至备用电源，高低旁路快开，锅炉快速减少燃料，停机不停炉。

1 实现FCB的前提条件1.1 硬件条件（1）锅炉具有较好动态调节特性；（2）汽轮机具备低负荷运转能力；（3）足够容量的汽机旁路系统；（4）厂用电快切可靠。

1.2 软件条件（1）热工水平必要的基本条件：（2）机组控制DCS须硬件一体化；（3）模拟量（MCS）自动调节须全程控制，必须投入机炉协调控制（CCS）；（4）设计合理的机组顺序控制（SCS）；（5）可靠的设备联锁控制；（6）安全的熱工保护。

1.3 主要验证试验项目（1）低旁容量试验；（2）凝结水系统供水能力试验；（3）冷再供辅汽能力试验；（4）小机汽源切换试验；（5）除氧器供汽切换试验；（6）甩负荷试验。

2 大型机组设备概况（以红海湾发电厂机组为例）3号机组装机容量为660MW；锅炉为单炉膛、一次再热、平衡通风、低NOx 旋流式煤粉燃烧器、超超临界压力直流炉；给水系统配置2×50%BMCR汽动给水泵和1台30%BMCR电动给水泵。

汽机为一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式；汽轮机旁路为高、低压二级串联、容量分别为40%BMCR，52%BMCR。

发电机冷却方式为水-氢-氢，励磁方式为静态可控硅自并励。

3 FCB逻辑功能FCB逻辑条件如下（见图1）：（1）机组负荷小于245MW（38%BMCR），汽轮机跳闸，锅炉运行，停机不停炉。

660MW机组FCB功能的应用与分析摘要FCB是Fast Cut Backe的缩写，即快速减负荷。

FCB即刻动作，能快速、安全地急降锅炉出力，实现机组自带厂用电运行或停机不停炉，从而避免机组停运。

本文中的PAYRA电站是“一带一路”上的中孟合资项目，由于孟加拉国电网比较薄弱，抗干扰能力差，容易出现电网故障、线路跳闸等事故，而FCB是保障机组自身安全的重要措施，因此该电站两台机组在设计时均配备FCB功能。

本文以PAYRA电站为例，主要探讨机组FCB后相关专业的处理方法以及技术分析。

关键字FCB 运行负荷厂用电主要系统简介PAYRA 2×660MW电站是孟加拉国最大的燃煤电厂。

其中，锅炉为东方锅炉股份有限公司制造的超超临界燃煤直流炉、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、变压运行。

锅炉型号：DG1922.32/28.25－Ⅱ3型。

汽轮机型号N660-27/600/610，采用上海电气集团有限公司制造的超超临界参数、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。

发电机为上海电气集团 QFSN-660-2-22型隐极式、双极、三相同步汽轮发电机。

升压站采用屋内 GIS配电装置由，400kV电压等级送出，每台机组主变通过400kV架空线路送至 400kV升压站。

FCB的特点Fast Cut Backe英文直译是“快速切回”，在电力系统中采用意译，即“快速减负荷”。

而实际中最能对应原意的应该是：锅炉快速减出力。

因为，无论从逻辑功能、主要控制作用还是最终结果，FCB控制的对象主要是锅炉。

当运行中的发电机组由于电网故障、线路跳闸，或者汽轮机、发电机跳闸，瞬间甩掉全部发电负荷，而此时锅炉燃烧仍然维持着原有出力，锅炉产生的强大蒸汽量和发电机对外供电的零负荷严重不平衡，如果不及时采取应对之策，后果就是运行参数超限引发机组全停。

如果此时FCB正确动作，能快速、安全地急降锅炉出力，从而实现机组正常运行自带厂用电运行或停机不停炉方式。

超超临界百万机组汽轮机超速保护系统优化与改造摘要：上海汽轮机厂超超临界机组转速测量探头安装使用环境、超速保护回路一直存在一些问题和隐患，国内出现了多起由于超速保护系统工作异常导致的机组不安全事件和非停事件的发生。

因此，总结了该类型机组不安全事件和非停事件的原因分析报告，提出了超超临界百万机组汽轮机超速保护系统集成优化与综合改造，确保该类型故障不再发生，提高机组的安全生产运行的可靠性。

优质服务于国家一带一路建设，提升中国企业世界品牌优质、可靠性，为共建人类命运共同体做出应有之贡献。

关键字：百万机组；超速保护系统；优化与改造0 引言目前，国内所采用的1000MW汽轮机组多来自上海汽轮机有限公司、东方汽轮机厂与哈尔滨汽轮机有限公司。

上汽超超临界机组汽轮机超速保护系统取消了传统的机械危急遮断器，由2套电子式的超速保护装置构成，采用德国BRAUN公司的E16型三通道转速监测系统，每套超速保护装置包括3个转速模块和1个测试模块，当其中任何一套装置动作后使汽轮机跳闸，所有高、中压主汽门和调门油动机的跳闸电磁阀将失电，阀门在关闭弹簧的作用下快速关闭，使汽轮机组停机。

电超速设计为失电调机，超速保护装置的动作信号经过三取二后，通过硬回路直接切断电磁阀控制回路的电源，快速停机，超速保护装置的动作信号还同时送到ETS保护系统的处理器，在软件逻辑里再进行三取二的逻辑处理实现跳机。

汽轮机转速测量系统的实际应用过程中，不可避免会遇到各种问题，因此，为了保证汽轮机转速测量系统各项优点的充分发挥，必须根据发电企业汽轮机发电机组实际情况针对相应问题提出有效性、可行性的改进措施。

由于发电企业汽轮机发电机组条件及现状的差异性，所遇到的汽轮机转速测量系统的应用问题也会有所不同。

因此，本项目主要结合典型实例进行分析，提供可借鉴性的汽轮机转速测量系统应用实践经验。

1 机组设备概况国华印尼爪哇电厂1号机组，其主设备采用上海汽轮机有限公司引进西门子技术生产的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，该汽轮机采用全周进汽+补气阀调节配汽方式，机组采用9级回热抽汽。

国内百万机组技术发展概述超超临界发电技术是目前国际上公认的具有代表性的洁净煤发电新技术，超超临界机组的发展目前正处于蓬勃时期，国家节能减排政策的提出进一步促进了超超临界机组技术的应用和推广。

并且随着电力技术的发展及电网容量的不断扩大,1000MW机组在我国相继投入商业运行, 我国的电力工业已迈上了百万级的台阶。

我国燃煤火电机组技术发展已进入超超临界参数时代的背景下，从长远发展趋势分析，常规火电机组将继续提高蒸汽参数,压力超过30MPa,温度超过700℃，机组的效率有望超过50%；现将我国1000MW超超临界机组的锅炉、汽轮机、发电机技术概况分述如下。

1 锅炉1.1 锅炉主要设计参数根据我国对超超临界机组的技术认证,推荐超超临界汽轮机进口参数为25 MPa、600/600℃,相应锅炉的设计参数为26.25 MPa、605/603℃。

但是,由于上海汽轮机厂汽轮机进口参数选用26.25 MPa、600/600℃的方案,因此,与上汽厂配套的锅炉其主汽压力将有所提高,约27.5MPa。

锅炉蒸发量的选取一般与汽轮机的VWO工况相匹配。

1.2 锅炉的总体型式国内制造的1000MW超超临界锅炉的总体型式有4种,见表1。

煤粉锅炉主要有2种燃烧方式: 墙式燃烧和切圆燃烧,对大容量锅炉来说, 墙式燃烧和切圆燃烧都被证明是可行的。

随着机组容量不断增大,对于切圆燃烧П型锅炉,由于炉内旋转气流造成炉膛出口两侧烟温偏差加大,因此机组容量达到百万千瓦级时,采用了八角切圆(双切圆)燃烧的长方型炉膛,这样有利于减小炉膛出口两侧烟温偏差。

而墙式燃烧系统的燃烧器布置方式能够使热量输入沿炉膛宽度方向均匀分布,在过热器、再热器区域的烟温分布也比较均匀。

表1 国内制造的1000MW超超临界锅炉的炉型对900~1 000 MW塔式锅炉,由于不存在炉膛出口两侧烟温偏差大的问题,可采用单炉膛四角切圆燃烧方式。

燃烧方式同样与水冷壁的结构有着密切的关系,如果切圆燃烧配螺旋管圈水冷壁,在结构处理上就比较困难,这也是采用切圆燃烧的锅炉制造厂家在不断开发适应超临界参数垂直管圈水冷壁锅炉的原因之一。