110 MW無旁路循環流化床機組FCB試驗鍋爐側控制策略

楊 杰，田新荊，盧雙龍

(國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077)

110 MW無旁路循環流化床機組FCB試驗鍋爐側控制策略

楊 杰，田新荊，盧雙龍

(國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077)

針對印度尼西亞某110 MW無旁路循環流化床機組主要設計特點，進行了100%負荷下的FCB試驗。介紹了FCB試驗鍋爐側的主要控制方法，分析了試驗中發現的問題，指出了原因并提出了解決辦法。結果表明：鍋爐側主要參數均達到要求，鍋爐運行穩定，試驗實現機組全過程無人為干預帶廠用電自動運行5 min后快速并網并恢復負荷，試驗結果對鍋爐運行及當地電網穩定有重要指導意義。

110 MW無旁路循環流化床機組；100%負荷FCB試驗；鍋爐側控制策略

0 引言

印度尼西亞某電廠建設2臺110 MW燃煤循環流化床機組，該機組在啟動調試期間成功進行了100%負荷工況的FCB試驗，本試驗的要求為當機組甩負荷后能自動進入小島運行狀態，鍋爐不停爐，汽輪機維持3 000 r/min，發電機帶廠用電負荷運行，當外部電網具備條件后，機組快速并網并重新帶負荷正常運行。由于該機組為當地最大容量發電機組，其FCB功能的實現對電網穩定運行及居民生活生產提供了可靠保障。本文針對該類型機組特點，對FCB試驗中發現的問題給出了解決方法。

1 設備簡介

該機組鍋爐為中國東方電氣集團東方鍋爐廠生產的DG430/9.81-Ⅱ1型循環流化床鍋爐。汽輪機采用中國東方電氣集團東方汽輪機有限公司生產的N110-8.83雙缸、單軸、雙排汽、凝汽式汽輪機，額定蒸汽壓力8.83 MPa，額定蒸汽溫度535℃，主汽流量為430 t/h。發電機為中國東方電氣集團東方電機有限公司生產的QF-110-2-13.8空冷汽輪發電機。

鍋爐共設有四臺給煤裝置，給煤裝置全部置于爐前，在前墻水冷壁下部收縮段沿寬度方向均勻布置。爐膛底部是由水冷壁管彎制圍成的水冷風室，水冷風室兩側布置有一次熱風道，進風型式為從風室兩側進風，經一次風空氣預熱器加熱后的熱風從兩側墻進入爐膛底部的水冷風室，通過布置在布風板上的風帽使床料流化，并形成向上通過爐膛的氣固兩相流。經二次風空氣預熱器加熱后的熱二次風直接經爐膛下部前后墻的二次風箱分二層送入爐膛。在尾部豎井中從上到下依次布置有高溫過熱器、低溫過熱器、鰭片管省煤器和管式空氣預熱器。過熱器系統中設有兩級噴水減溫器。鍋爐采用平衡通風，壓力平衡點位于爐膛出口。

2 機組特性

在進行FCB試驗之前，該機組經過多次啟停操作，并首先成功進行了一次風機RB試驗、送風機RB試驗，通過對機組啟停以及RB試驗的觀察，該機組具有以下特點。

（1）該機組汽機無高、低壓旁路系統，鍋爐僅配備一只20.23%BMCR容量的PCV閥，一只10%容量的電動對空排氣閥以及4個彈簧安全閥(見表1)。

表1 安全閥整定壓力Tab.1 Safety valves setting pressure

鍋爐側沒有靈活可靠的控壓手段，一旦發生汽包壓力劇烈變化的情況，汽包壓力將很難得到及時有效的控制，更加無法維持汽包壓力穩定，嚴重時可能引起汽包超壓。試驗期間為了避免彈簧安全閥動作，從而引起不必要的問題，主要考慮PCV閥與對空排氣閥的控制策略。由于負荷劇烈變化引起的汽包壓力劇烈變化以及虛假水位的影響，對汽包水位的控制提出了極高的要求。

（2）鍋爐配備一次風機、送風機、引風機各2臺，除一次風機略有余量外，送風機及引風機均沒有調節余量，表現為當機組帶100%負荷時，2臺一次風機進口導葉開度約55%～65%，2臺送風機和2臺引風機進口導葉開度均達到100%。爐膛壓力劇烈變化時，該機組基本沒有調節余地。此外，兩臺一次風機出力偏差大，在機組帶100%負荷時，B側風機進口導葉開度65%時，A側風機進口導葉開度僅需55%，兩側風機電流就能保持一致。

（3）該循環流化床鍋爐配備4臺變頻調節皮帶稱重式給煤機，對入爐煤量調節靈活，入爐煤量統計精確可靠，其精度可達0.1 t/h，且調節反應時間短，對FCB試驗燃料量的控制提供了很大幫助。

（4）鍋爐配備3臺50%容量電動給水泵，2臺投運1臺備用，給水調節速度快，易于控制。

（5）鍋爐配備兩級減溫水，各減溫水門調節靈活，無內漏，減溫水流量對主汽溫度影響迅速。

（6）流化床鍋爐相對于煤粉爐具有更大的蓄熱量，調整燃燒后，燃燒系統及主汽系統參數反應相對煤粉爐存在滯后。但通過觀察，其蓄熱量對各主要參數的影響均在可接受的范圍內，試驗期間無需特別考慮各參數反應滯后的影響。

（7）鍋爐燃燒印度尼西亞當地煤種，其工業分析見表2。

表2 煤的工業分析Tab.2 Industry analysis of the coal

可見設計煤種揮發分超過50%，燃煤極易燃燒。且由于循環流化床鍋爐的燃燒原理，只要避免床溫過低，試驗期間基本不會發生鍋爐熄火的情況。

（8）印度尼西亞當地電網容量小，且該機組為當地最大單機裝機容量機組，FCB試驗對當地電網沖擊較大，對FCB功能的可靠性以及FCB試驗的成功率提出了極高的要求。

3 FCB試驗鍋爐側控制策略

該機組FCB試驗的要求為：FCB試驗觸發時，機組由110 MW滿負荷工況甩負荷至只帶約8 MW廠用電運行，并全自動運行5 min，之后并網快速恢復負荷。期間鍋爐不停爐且各參數無明顯異常，汽輪機不超速并維持3 000 r/min，發電機帶廠用電負荷運行。為了滿足上述要求，并結合現場機組特性，鍋爐側采取了以下控制策略。

3.1 汽包壓力控制

FCB觸發時，由于汽機沒有旁路，試驗開始后主汽系統壓力必將急劇升高，試驗后期由于輸入熱量的減少，主汽壓力會下降。鍋爐的泄壓手段為汽機側帶廠用電時部分蒸汽通流量、PCV閥與對空排氣閥通流量。不考慮彈簧安全閥開啟，因為一旦安全閥開啟，極有可能發生不能回座等后續問題。

控制策略為：FCB一旦觸發，即DCS收到FCB已觸發信號的同時，由DCS控制直接開啟PCV與對空排氣閥，其目的為抑制主汽壓力的快速上升。對空排氣閥開啟后將保持開啟狀態，直到運行人員手動關閉。同時為了避免試驗后期壓力下降過快，PCV開啟后，將由邏輯自動控制開啟與關閉，即系統壓力低于PCV開啟時壓力0.5 MPa時，PCV將自動關閉，否則將維持開啟狀態。同時，鍋爐燃燒系統快速降低燃料量，配合控制汽包壓力。

通過上述手段的控制，汽包壓力由正常運行時的9.31 MPa最高上升到10.27 MPa，試驗結束時汽包壓力約為8.9 MPa，試驗期間彈簧安全閥未動，汽包壓力波動在控制范圍內（見圖1）。

圖1 甩負荷后汽包壓力曲線Fig.1 Curve of the boiler drum pressure and the load

3.2 燃燒系統控制

機組110 MW滿負荷時約耗煤80 t/h，試驗時考慮到機組需要帶8 MW廠用電負荷自動運行5 min的要求，且床溫不能下降過快與過多的原因，通過在鍋爐啟動期間觀察與總結，試驗期間將總給煤量控制在約16 t/h。同時為了配合控制主汽系統壓力，總給煤量設計由80 t/h迅速降至16 t/h，中間無延時，同時為了維持床溫無偏差，試驗期間4臺給煤機每臺出力約為4 t/h，見圖2。

通過對給煤量的控制，首先汽包壓力得到有效控制，未引起汽包超壓及彈簧安全門動作的情況發生；其次，鍋爐床溫由滿負荷時910℃降至約724℃，由于當地煤種揮發分高且極易燃燒，該機組床溫高于500℃以上時鍋爐均可正常燃燒，溫降在合理范圍內，鍋爐燃燒穩定，帶廠用電自動運行5 min，鍋爐側各主要參數無異常情況發生，見圖3。

圖2 甩負荷后鍋爐給煤量曲線Fig.2 Curve of the coal consump and the load

圖3 甩負荷后鍋爐床溫曲線Fig.3 Curve of the bed temperature and the load

3.3 主蒸汽溫度控制

試驗期間，由于負荷的快速減少引起主蒸汽流量快速減少，以及短時間內鍋爐蓄熱量的影響，試驗開始階段主汽溫度的變化趨勢為先上升。試驗后期由于燃料量大幅度減少引起輸入熱量大幅減少，主蒸汽溫度變化趨勢為快速下降。

經過對鍋爐進行變負荷試驗的分析，試驗開始時為避免主汽溫度過快上升，在試驗開始后20 s內一二級減溫水調門均處于“自動”狀態，自動調整控制主汽溫度即隨主汽溫度升高兩級減溫水調門自動開大，延時20 s后兩級減溫水調門完全關閉。由于一二級減溫水調門嚴密無內漏，且該調門動作快速、靈活，整個試驗期間只對一二級減溫水調門進行操作，而一二級減溫水關斷門開關的動作時間長，不利于減溫水的快速調整，故其始終保持開啟狀態。

在整個試驗的5 min過程中，主汽溫度由正常運行時的536℃最高上升至543℃，最低下降至525℃，均在合理范圍內，未影響機組正常運行。

3.4 煙風系統控制

煙風系統控制的原則為三項：維持爐膛壓力穩定；避免床溫下降過快，維持床溫穩定；保證鍋爐正常燃燒。FCB試驗開始時，需要快速減燃料，同時減少風量，這樣才能避免試驗前期鍋爐超溫超壓，同時燃料量與風量的減少還要考慮試驗后期避免鍋爐參數快速下降的問題。

通過對鍋爐啟停操作以及一次風機RB試驗和送風機RB試驗的觀察，發現相對于二次風來說，一次風量對爐膛壓力影響更大、更直接，一次風量對床溫影響更大。因此，為了避免同時大幅度減少燃煤與風量引起爐膛壓力劇烈惡化，本試驗設計一次風機在120 s內進口導葉由當前開度緩慢且均勻的減至45%，即A側一次風機進口導葉開度由機組100%負荷工況時的55%降至45%，B側一次風機進口導葉開度由65%降至45%，見圖4。通過采取上述方法，不僅避免了燃料與風量同時減少引起爐膛壓力過低的風險，同時也避免了由于一次風量過大引起床溫快速降低的問題。此外，A、B側一次風機45%的開度也能滿足一次風流量大于最低臨界流化風量（75 000 m3/h）的要求，流化風量由試驗開始時約245 000 m3/h降至最低84 000 m3/h，見圖5。

圖4 甩負荷后一次風機進口導葉動作曲線Fig.4 Curve of the open angle of PAF and the load

圖5 甩負荷后流化風量曲線Fig.5 Curve of the fluidized air flow and the load

由于送風量對爐膛壓力和床溫的影響相對較小，本試驗設計不對送風機進行調整，即試驗開始后送風機維持當前工況，風機進口導葉無操作。此方法減弱了由于總風量的減少對爐膛負壓的影響，又為燃煤的充分燃燒提供了足夠的氧量，同時維持了一定的煙氣量，對避免試驗后期主蒸汽溫度的快速降低提供了幫助。

該機組由于選型等原因導致2臺引風機沒有調節余量，即機組帶100%（110 MW）負荷時2臺引風機進口導葉開度均達到100%，此外2臺引風機進口導葉在開度超過80%以后，其基本沒有調節作用，即實際運行中所說的“20%空行程”。另外，引風機進口導葉為電動執行機構，其動作時間稍長，導致引風機導葉調整時間及靈活度受該電動執行機構限制。針對上述問題，引風機控制策略如下：（1）試驗一旦開始，快速自動將引風機進口導葉關閉30%，使引風機進口導葉開度小于80%，目的是快速使引風機進入有效工作區間，同時使引風機對爐膛負壓“提前響應”，從而避免導葉在“空行程”停留時間過長，進而引起引風機無法起到調節作用，錯過最佳爐膛壓力調整時機；（2）本試驗不可避免的會引起爐膛壓力快速且大幅度的下降，為了進一步緩解爐膛壓力下降過快，在爐膛壓力低于-1 000 Pa時，引風機進口導葉將自動再次快速關閉5%；（3）引風機全程處于“自動”狀態，通過對引風機控制參數的調整，加快引風機“自動”的響應速度，同時避免了風機自動調整時出現“發散”現象，也避免了試驗期間風機退出“自動”狀態。

通過采取上述技術手段，爐膛壓力由正常運行時的－33 Pa，最低下降至－1 718 Pa（跳機值為±2 500 Pa），爐膛負壓經過幾次高低震蕩后趨于平穩，各風機振動、溫度等參數運行正常，主汽溫度、床溫等變化也在合理范圍之內，見圖6。

圖6 甩負荷后引風機開度與爐膛負壓曲線Fig.6 Curve of the open angle of IDF and the furnace pressure

4 結論

針對該110 MW無旁路循環流化床機組主要設計特點，成功進行了100%負荷下的FCB試驗。本文主要介紹了FCB試驗中鍋爐側汽包壓力、燃燒系統、主蒸汽系統、風煙系統的主要控制策略，并對試驗中發現的問題作了分析，指出了原因并提出解決辦法。結果表明：通過采取本文所述控制策略，鍋爐側主要參數均達到試驗要求，鍋爐運行穩定，試驗實現全過程無人為干預自動運行5 min后快速并網并恢復負荷的目的，試驗結果對該鍋爐運行及當地電網穩定有重要指導意義，并對同類型機組FCB試驗具有借鑒意義。

Control Methods of FCB Test of 110 MW No Bypass System CFB Boiler

YANG Jie,TIAN Xinjing,LU Shuanglong
(State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China)

FCB test has been performed on the 110 MW no bypass system CFB boiler.The control methods of the boiler are introduced,and the problems are analyzed,the solutions are made about the problems.The results show that the main parameters of the boiler can meet the requirements of FCB test,and the boiler can operate stably,the unit of the power plant can operate 5 minutes auto?matically,and then the unit can connect to the grid and rise load quickly,these results are very helpful to the actual operations of the boiler.

110 MW no bypass system CFB boiler;FCB test of 100%load;control method of the boiler

TK229.66;TP273

A

1006-3986(2016)12-0038-05

10.19308/j.hep.2016.12.009

2016-11-20

楊 杰（1980），男，天津人，碩士，高級工程師。