出口超临界火电机组FCB原则性方案研究

出口超临界火电机组FCB原则性方案研究

唐志军

（上海电气集团股份有限公司电站分公司上海市201612）

摘要：文章以出口印度的火电超临界机组典型系统配置为背景，对该类型机组FCB功能的原则性方案进行了探讨与研究。对实现该功能所涉及的主要设备与系统进行了逐一调研论证，提出了边界条件与实现过程，并对主要难点进行了论述。

关键词：火电超临界FCB

前言:FCB（FASTCUTBACK）是指机组在高于某一负荷之上运行时，因内部或外部（电网）发生故障与电网解列，瞬间甩掉全部对外供电负荷，维持锅炉、汽机、发电机的低负荷运行，用以带厂用电孤岛运行的自动控制功能①。

1.研究背景

FCB功能对电厂和电网的安全都极为有利②③：一方面有助于机组尽快重新并网，使电网在最短时间内恢复正常供电负荷；另一方面有助于发电机组的安全运行，同时减少停机次数，保障了电厂运行的安全性与经济性。

随着国内主机厂家近几年工程产业的迅速发展以及对海外新兴市场的不断开拓，FCB已经成为项目的普遍要求。由于海外项目所在国普遍电网容量小，且一般都不具备机组“黑启动”经验，对机组的FCB功能有其现实需求。为提高工程项目投标技术竞争力，开发具备FCB功能的机组系统成为迫在眉睫的任务。

2.研究内容

本文章将依据出口印度的超临界火电机组典型系统配置，通过验算和分析，制定合理的超临界机组FCB试验实施方案。

2.1锅炉

锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热。制粉系统配置7台磨煤机，正常运行为5用2备。锅炉主要参数为：主蒸汽流量1976t/h，主蒸汽压力25.2MPa，主汽温度571℃。再热蒸汽流量1658.1t/h，再热蒸汽出口压力4.28MPa，再热蒸汽出口温度569℃，给水温度280℃。

2.2汽轮机

汽轮机为超临界、单轴、中间再热、三缸四排汽、双背压凝汽式汽轮机。主要参数为：额定进汽压力为24.2MPa，额定进汽温度566℃，额定进汽流量1976t/h，再热进汽压力4.21MPa，再热进汽温度566℃，工作转速3000r/min，回热级数为8级，正常运行给水泵为汽动给水泵。

2.3发电机

发电机为水氢氢冷、静态自并励型，功率因数0.85，配置出口断路器GCB。主变采用单相3×270MVA变压器，765/22KV。

2.4旁路

2台各30%BMCR容量高压旁路装置，旁路减温水来自高压给水，由高加前给水管道引出。2台各30%容量低压旁路装置，总容量按60%BMCR+高旁喷水量设置，旁路减温水来自凝结水。

2.5锅炉安全阀及过热器出口PCV阀

过热器进口2×2弹簧安全门；过热器出口2×2弹簧安全门；再热器进口2×2弹簧安全门；再热器出口2×2弹簧安全门，均为100%排量。过热器出口共布置3只额定工况下过热器蒸汽流量7%的PCV阀。

2.6凝汽器

凝汽器的设计冷却能力为826MW（VWO工况下的凝汽器冷却需求）。热井的设计容量可保证机组在试验工况下10分钟不需要补水。

2.7给水泵

机组配置2台50%具备内切换功能的汽动给水泵和1台50%电动给水泵，正常工况下电泵为备用状态。

2.8除氧器

除氧器水箱有效容积（正常水位与低低水位间容积）：在除氧器凝结水断水时，满足TMCR工况运行5min。

2.10凝结水泵

凝泵按3×50%容量设置，额定工况下2运1备。

3.关键设备的调研确认

3.1高、低压旁路

高、低压旁路的实际容量直接关系到FCB发生后汽压的控制，是FCB试验成功的首要条件。对高压旁路在最大KV值下的实际通流能力进行核算，额定工况下（24.2MPa，566℃）的实际通流能力为1672.2t/h，相当于78.4%BMCR。加上锅炉过热器出口3只7%BMCR的PCV阀，完全能够满足100%TMCR时发生FCB的通流要求。根据低旁最大Kv值对应的通流能力，计算得出低旁在额定参数下实际通流能力为2408t/h，相当于112.8%BMCR，完全能够满足100%TMCR时发生FCB的全过程通流要求。

3.2高排通风阀

高排通风阀选型为10英寸，高排压力0.828MPa时通流能力为100t/h。为防止高排温度超温，专家建议将冷再压力控制在0.7MPa，且在机组重新并网后迅速增加高压缸进汽流量（0.7MPa下约为250t/h），从而尽快顶开高排逆止门。

3.3给水泵汽轮机

FCB发生后，由于高排压力急剧下降至0.828MPa以下，此时四抽及冷再蒸汽作为给水泵汽轮机的汽源都无法满足给水泵的出力要求。可采用辅助蒸汽作为汽动给水泵的汽源来保证汽泵在FCB发生以后的出力。

4．FCB过程分析

4.1实施FCB的边界条件

FCB发生时汽机最大负荷为100%TMCR

FCB发生后锅炉RB动作，负荷降至35%BMCR

FCB全过程中锅炉过热器、再热器安全门不开启FCB全过程10~15分钟

4.2FCB信号的产生

在发生如下情况时触发FCB：

主变出口开关跳闸（3取2）且发变组保护无故障跳闸信号

4.3FCB初始阶段

机组在100%TMCR工况发生FCB后，主要动作过程如下：

汽机在OPC动作结束后开启中调门（高调门保持关闭），控制转速在3000rpm，机组带厂用电运行，高排通风阀开启；

锅炉转入FCBRB方式，快速减负荷至35%BMCR，快速切除磨煤机直至3台磨运行，风水煤指令随RB指令变化；

锅炉过热器出口3只PCV阀瞬间全开；

高旁快开随后投入压力、温度自动，压力设定值按滑压曲线变化；

低旁调节开，最终目标压力0.7MPa，投入压力、温度自动；

除氧器用汽、#2高加用汽和辅助蒸汽汽源迅速切换至再热冷段；

给水泵汽轮机用汽按内切换进行，先切换至高压汽源（再热冷段），随后逐渐切回备用低压汽源（辅助蒸汽）

备用凝结水泵投入联锁自启，可以保证凝结水量突然增加的需要；

4.4FCB结束重新并网

在并网前需等冷再压力降至0.7MPa。当冷再压力接近0.7MPa时，可以打开高调门进汽，尽快重新并网带负荷，随后关闭3只PCV阀和高排通风阀。

5.结论

FCB成功的前提是锅炉顺利达到35%BMCR，汽机可以稳定的带厂用电运行，同时冷再压力最终达到0.7MPa。锅炉负荷达到35%BMCR、冷再压力0.7MPa工况时，低压旁路和三级减温装置接近实际通流能力，热再压力的设定值变化趋势切合锅炉负荷的变化趋势最为理想。

参考文献

1.王立地，姚金环.FCB功能的成功应用与一种新的实现方案[J]。自动化仪表，2004,25（6）：48-52

2.冯伟忠.大机组实现快速甩负荷的现实性和技术分析[J]。动力工程，2008,28（4）：532-536

3.冯伟忠.1000MW超超临界机组FCB试验[J].中国电力，2008，41（10）：62-66