660 MW超超臨界機組引增風機合一改造后快速減負荷試驗分析

薛青鴻

(江蘇國華陳家港發電有限公司， 江蘇鹽城 224631)

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660 MW超超臨界機組引增風機合一改造后快速減負荷試驗分析

薛青鴻

(江蘇國華陳家港發電有限公司， 江蘇鹽城 224631)

介紹了某電廠660 MW超超臨界機組引增合一改造后快速減負荷(RB)試驗的技術方案、主要過程及參數變化，對試驗結果進行了分析。結果表明：該機組改造后RB自動控制調節性能良好，能夠滿足事故工況下機組負荷快速降低至實際所能達到的出力。

超超臨界機組； 引增風機； RB試驗; 爐膛負壓

某電廠660 MW超超臨界2號機組于2011年12月31日5:28:00通過168 h試運正式投產，鍋爐風機按常規配置，即A/B側串帶1臺增壓風機方式。2016年4月5日，2號機組停機進行超低排放改造，技術路線為：脫硝SCR反應區增加一層催化劑、電除塵器前煙道內加裝低溫省煤器、電除塵器高頻電源改造、吸收塔脫硫除塵提效改造，并同步實施拆除原2臺靜葉可調軸流引風機和1臺動葉可調軸流增壓風機及其進出口煙道。為了滿足機組煙氣系統環保排放提效改造要求，解決煙氣系統新增設備阻力的需要以及降低廠用電，特進行引增合一改造(引增合一后的風機命名為引增風機，下同)。在原引風機安裝位置安裝2臺雙級動葉可調軸流引增風機，并在原水平煙道與脫硫吸收塔進口煙道間加裝高空聯絡煙道；同時為了檢修需要，在引增風機出口擋板后加裝一檢修隔離擋板，正常運行時開啟并斷電。2016年6月11日，改造完成，機組啟動一次成功。為了檢驗主要輔機發生故障跳閘后鍋爐出力低于給定功率時，自動控制系統將機組負荷快速降低至實際所能達到的相應出力的能力，分別于2016年6月14日和15日進行了引增風機、一次風機、給水泵RB試驗。筆者就引增合一改造后RB 試驗中的主要過程及參數變化趨勢做了深入分析，針對各試驗中的關鍵要素，提出了合理的操作控制要點，為機組生產期安全運行提供寶貴經驗。

1 技術方案

機組的主要輔機工作正常與否對機組最大負荷能力起到限制作用，因此，需要進行RB試驗以其檢驗帶負荷能力[1]。試驗分三類，即燃料跳閘類(包括1臺磨煤機RB和2臺磨煤機RB)、風機跳閘類(包括送、引增風機RB 和一次風機RB)、給水泵跳閘類(包括汽泵RB 發生時電泵啟動和不啟動兩種工況)。本次引增合一改造后，主要進行了引增風機、一次風機、給水泵RB試驗，磨煤機、風機、給水泵主要配置參數見表1、表2、表3。

表1 磨煤機主要配置參數(高負荷運行時，五運一備) t/h

表2 風機主要配置參數(2臺50%BMCR配置)

表3 給水泵主要配置參數(2×50%BMCR配置)

1.1 試驗依據

RB控制作為CCS(協調控制系統)的一個重要組成部分，其功能的實現是建立在穩定的機組CCS和其他相關控制系統如SCS(輔機順控系統)、DAS(數據采集系統)、MCS(模擬量控制系統)、FSSS(爐膛安全監控系統)、DEH(數字電液調節系統)、BMS(燃燒器管理系統)、ETS(汽輪機緊急跳閘系統)等的基礎上，當機組主要輔機因故障跳閘時能夠及時有效地降負荷處理，確保機組安全不停機。其控制策略主要由BMS、MCS兩部分控制系統共同實現。其中，BMS的主要任務是控制燃料量，保持能量平衡，使鍋爐燃燒能夠維持在目標負荷段；MCS的RB控制回路主要包括CCS方式切至TF(汽輪機跟隨)、機組最大出力計算、RB優先控制、降負荷速率設定、主汽壓力控制方式切換、減溫水調門關閉延遲控制等。DEH負責對機前壓力進行調節。SCS功能在發生RB時引增、送風機同側聯跳以快速平衡鍋爐風煙系統，避免由于爐膛壓力變化大而導致MFT(主燃料跳閘)動作。因此，當主要輔機故障發生RB時，都包含了FSSS、DEH、CCS和SCS四個系統[2]。

CCS是機組控制的中心，是RB功能實現的關鍵。RB投入時機組應當處于CCS方式(至少鍋爐主控、水燃比主控均自動)，以便機組能夠很好地協調汽輪機和鍋爐之間的關系，確保平穩動作。爐側：CCS發出切除制粉系統指令至FSSS，同時燃料主控自動調整至目標負荷對應指令，使鍋爐平穩燃燒；機側：CCS切至TF方式，汽機完成調壓功能，同時保證其子系統仍處于自動控制方式，維持各個參數在允許范圍內波動。因此， RB動作調節期間，必須保證燃料主控、給水主控、DEH始終在自動控制調節狀態。

1.2 試驗條件

(1) 機組各主要輔機運行正常，備用輔機隨時可投入運行。

(2) 機組在負荷594～660 MW間運行，5套制粉系統運行，控制系統處于協調控制CCS狀態。

(3) 風、煤、水控制子系統均正常投入自動，調節品質良好。

(4) 除氧器水位、凝汽器水位、過熱汽溫、再熱汽溫等控制系統均正常投入自動，調節品質良好。

(5) CCS主控系統功能均正常投入自動，邏輯切換正常，系統調節品質良好。

(6) RB控制回路功能設計正確合理；DEH功能可用；FSSS保護投入；同側引增風機與送風機聯鎖互跳邏輯已投入。

1.3 前期工作

(1) 自動調節系統細調。主要包括：一次風壓控制、送風控制、爐膛負壓控制、分離器出口溫度控制、主汽溫度控制、機調壓(初壓)控制。

(2) 對調節回路邏輯進行修改。主要包括：增加一次風機、給水泵RB工況對引增風機動葉的前饋，即RB動作時，動葉自動調節基礎上疊加超馳關小15%保持60 s后釋放超馳指令，適當關小引增風機動葉，防止爐膛壓力短時間內下降過多；取消RB動作時投入大油槍的邏輯。

(3) 最大出力試驗。根據機組啟動情況，做單側引增、一次風機和給水泵最大出力試驗，確定主要輔機能帶多少負荷以及不同RB工況時主要輔機調節系統的超馳動作參數、RB發生后機組主要控制參數量等。

1.4 技術交底

(1) 當多臺輔機跳閘時，以鍋爐出力下降最大的RB工況為機組RB實施工況。

(2) 當RB發生時，機組從AGC或CCS控制方式切換到TF方式運行，鍋爐主控切至手動，DEH切為初壓方式進行機調壓控制。

(3) 機前壓力定值回路根據不同RB工況，確定主汽壓力控制的目標值和壓力下降速率(壓力定值基本參照目標負荷對應的滑壓值，其中汽泵RB壓力目標值略低于滑壓值，其它RB壓力目標值略高于滑壓值)。

(4) RB發生時壓力定值首先應跟蹤實際壓力，然后壓力定值再按要求變化，以防止RB發生時實際壓力偏高于設定值導致調門反而打開，可能引起汽溫下降過多。

(5) 當RB發生時，鍋爐主控指令(BID)以不同RB工況降至機組最大限制負荷所對應的目標值，BID下降速率及目標值都是預先設定的。

(6) 由于機組鍋爐通常存在較大的熱慣性，按常規設計自動控制減煤，鍋爐熱負荷短時間內下降不足，同時由于煤量下降較多使磨煤機偏離最佳工作區，因此，可將原有自動調節改為動靜結合控制，動態時快速跳磨，靜態后轉為自動控制，穩定煤量至目標負荷所對應的燃料量。跳磨可按照A→F→B的順序進行，間隔時間通常為10 s，直至保留3臺磨煤機運行，其中一次風機RB時考慮到風壓瞬間下降過快，可適當縮短跳磨間隔(設置為5 s)。

(7) 整個RB過程中分離器出口溫度、爐膛負壓、風壓、給水等子系統維持自動調節狀態，以控制機組主要參數在一定范圍內波動，RB發生時該調節系統參數偏差大切手動條件被屏蔽。

(8) 如果僅僅根據動態偏差控制，由于受調節器速度的限制，執行機構來不及動作，直接引發運行工況的惡化乃至機組跳閘，所以送風機、引增風機、一次風機需采用必要的超馳控制和前饋控制。

(9) RB發生時，所有減溫水調門先超弛關閉30 s，再釋放為正常調節。

(10) 加強對給水、汽溫監視，重點監視分離器出口溫度，防止水冷壁、過、再熱器管壁金屬超溫，并且應避免汽溫大幅度下降、儲水罐滿水等異常；如出現嚴重超溫，應中斷試驗或停爐以保證機組安全。

(11) 一次風機停止時，注意檢查停止磨煤機相應的一次風門是否關閉；注意檢查一次風母管壓力，若風壓過低，則應及時停爐。

1.5 試驗工況

試驗前工況：A、C、D、E、F制粉系統運行，負荷600 MW，風煤水投自動，電泵不做備用，機組CCS方式，RB按鈕已投入，試驗條件已具備。風機、給水泵最大出力試驗分別見表4、表5；根據單臺輔機最大出力以及輔機故障后對機組的影響程度，確定RB試驗降負荷目標及速率設定值[3]，見表6。

表4 風機最大出力試驗數據

表5 給水泵最大出力試驗數據

表6 RB試驗降負荷目標及速率設定

2 試驗結果及分析

2.1 引增風機RB試驗

2016年6月14日，進行了引增風機RB試驗，其中試驗時主要參數變化趨勢見圖1，其動作過程及結果如下：

(1) 運行人員手動停止A引增風機，聯關出、入口擋板，同時A送風機聯跳并聯關其出口擋板，RB動作。機組控制轉為TF 方式；A、F磨跳閘并聯關出口門。

(2) B引增風機動葉由之前68%經7 s開至83%，風機電流由之前370 A升至 490 A；B送風機動葉由之前46%經5 s開至55%，風機電流由之前74 A升至85 A；B側引增、送風機自動調整，爐膛負壓先升至最高657 Pa，經16 s后最低至-338 Pa，再經約60 s恢復至正常調節-50 Pa左右。

(3) 2臺一次風機自動調整，熱一次風母管壓力由之前7.8 kPa經11 s上升至最高9.4 kPa后經120 s逐漸調整至正常；調整期間，汽溫未出現大幅波動現象。

(4) 給水自動跟蹤，鍋爐主控指令由之前600 MW經13 s降至330 MW；隨之機組負荷、主汽壓力緩慢降低。

(5) RB動作后，控制系統按預設的邏輯程序能夠將各參數調整至正常范圍，未引起主要參數超限及保護動作，試驗取得成功。

(6) A引增風機停止后，雖然聯鎖關閉了出、入口擋板及動葉，但運行人員發現就地A引增風機在快速倒轉，經轉速儀表測定倒轉轉速達520 r/min(額定轉速747 r/min)；經關閉A引增風機出口擋板后檢修隔離擋板，風機經惰走停止。

圖1 引增風機RB試驗對主要參數變化趨勢

引增風機RB引起同側送風機聯鎖跳閘，對爐膛燃燒有一定的影響，但擾動并不大，通過運行側風機動葉自動調節以及必要的超馳、前饋控制，使爐膛壓力很快被調整到正常范圍，其控制的實質是爐膛風量的平衡。RB發生時，爐膛溫度逐漸下降，隨著引風量的減少以及送風量的增大，爐內空氣含量增大，使爐膛溫度和爐膛壓力達到新的平衡點。在切斷燃料的最初時刻，溫度降低和風量驟降是引起爐膛壓力降低的最主要因素，而且因溫度降低引起的爐膛壓力降低比送風量增加引起爐膛壓力增加的幅度更大些[4]。從試驗結果看，燃燒控制系統調節特性較好，引增風機出力有較大的富裕量，動葉調節靈敏。但需要關注的是引增風機跳閘后，倒轉現象嚴重，應及時關閉出口檢修隔離擋板，建議加強對引增風機出口擋板檢修維護。同時，引增風機出力大使得在事故情況下，可能會發生風機拒跳或跳閘后聯鎖不能正確動作導致負壓急劇降低的現象。建議檢修期間提高尾部煙道、電除塵外護板的強度和剛度。

2.2 一次風機RB試驗

2016年6月15日，進行了一次風機RB試驗，其中試驗時主要參數變化趨勢見圖2，其動作過程及結果如下：

(1) 運行人員手動停止B一次風機，RB動作?？刂品绞郊疤デ闆r如同引增風機RB；其中磨煤機出口門從關指令發出至全關用時2 s，B一次風機出口擋板、B側冷一次風擋板、B側空氣預熱器出口熱一次風擋板從關指令發出至全關用時分別為31 s、38 s、42 s。

(2) A一次風機動葉由之前54%經10 s開至87%，風機電流由之前113 A 經15 s升至208 A，熱一次風母管壓力由之前7.8 kPa 經9 s降至最低4.7 kPa，后經13 s升至7.5 kPa并與風機電流同步發生脈動，經熱工調整PID系數后穩定至7.6 kPa；一次風壓下降的極值取決于跳閘磨出口門的關閉速度、跳閘側風機出口擋板、冷一次風擋板、空氣預熱器出口熱一次風擋板的關閉程度，是試驗成敗的關鍵。

(3) 引增、送風自動調整，兩臺引增風機動葉從之前67%快速關至45%并趨于穩定，爐膛負壓降至最低-650 Pa，經13 s升至最高619 Pa，然后逐漸自動調整至正常。說明一次風機RB對爐膛的燃燒擾動較大，爐膛突然失去1/3多燃料及一次風壓瞬時降至最低這兩個因素使煙道內的阻力瞬時降低，引起爐膛壓力負向增大，但增大的并不多，這主要得益于引增風機出力富裕、調節特性靈敏、一次風門關閉速度快等因素。

(4) 如同引增風機RB試驗，給水自動跟蹤，鍋爐主控指令由之前600 MW經9 s降至320 MW；隨之機組負荷、主汽壓力緩慢降低。主汽溫、分離器出口溫度未出現大幅波動現象。

(5) 如同引增風機RB試驗，RB動作后，控制系統也能按預設的邏輯程序能夠將各參數調整至正常范圍，未引起主要參數超限及保護動作，試驗取得成功。

圖2 一次風機RB試驗時主要參數變化趨勢

一次風機RB動作時，同側引增、送風機均跳閘，同時試驗中取消了投油邏輯，使得爐膛壓力波動幅度更大，其控制的實質仍然是爐膛風量的平衡，但鍋爐燃燒是否穩定，取決于一次風壓恢復速度以及運行制粉系統輸送煤粉的穩定程度，直接影響受熱面工質的熱量交換并以其達成新的平衡工況。因此，RB試驗成功的決定因素在于跳閘磨煤機出口門的關閉速度以及跳閘側風機出口擋板、冷一次風擋板、空氣預熱器出口熱一次風擋板的關閉情況，聯關過程中不能出現卡澀現象，防止一次風壓下降過多后不能及時恢復而引起爐膛壓力保護動作。

2.3 給水泵RB試驗

2016年6月15日，進行了給水泵RB試驗，其中試驗時主要參數變化趨勢見圖3，其動作過程及結果如下：

(1) 運行人員手動停止B汽泵，RB動作，控制方式及跳磨情況也如同引增風機RB。

(2) 給水流量由之前1 734 t/h經約6 s降至960 t/h并隨機組負荷、主蒸汽壓力降低上升至1 150 t/h后趨于穩定，鍋爐主控指令由之前600 MW 經10 s降至320 MW，A汽泵轉速始終保持5 450 r/min。此時，運行人員發現A小機遙控切除、A汽泵自動退出。

(3) 分離器出口溫度由之前426 ℃經約220 s上升至最高445 ℃，后緩慢降低至415 ℃，水燃比由之前7.6經4 s降至4.3，后經約60 s上升至7.9并繼續增大，運行人員復位RB后進行了手動調整。

(4) 試驗過程中，爐膛壓力最低至-282 Pa，最高294 Pa，引增、送、一次風機自動調整，熱一次風母管壓力瞬時最高至8.97 kPa后自動調整至7.6 kPa左右。

(5) RB動作后，A汽泵不能自動調整，使A汽泵轉速一直維持在5 450 r/min，給水流量維持在1 150 t/h，在RB動作的5 min內并未進行人工干預，使得后期水燃比自動調整緩慢，甚至出現了失調現象。

(6) 經熱工檢查，A小機遙控切除的原因是轉速指令通信點與硬接線點短時存在偏差大導致遙控切除，從而切除自動，現已取消該遙控切除條件。

(7) 給水泵RB動作后，制粉、風煙系統自動調節正常，而給水不能自動跟蹤調整，但動作的6 min內也未引起各主要參數超限及保護動作，試驗結果可接受，試驗過程基本取得成功。

圖3 給水泵RB試驗時主要參數變化趨勢

給水泵RB發生后，分離器出口汽溫變化特性為先升、后降、再升的三波變化。第一波上升是由于給水泵跳閘，水燃比較正常變小，使高負荷的給水流量突跌至低負荷對應的給水流量，雖2臺磨煤機也相繼聯跳，但因鍋爐燃燒變化的滯后，使分離器出口汽溫先呈上升趨勢；第二波下降是因為RB動作后給水自動切除，給水流量維持不變，燃料主控已達目標值，水燃比上升較快，引起分離器出口溫度下降；后期給水不能自動調整出現了水燃比失調現象，分離器出口溫度在第三波回升是人為手動干預的結果。因此，給水泵RB控制的實質是水燃比的控制，直接體現在分離器出口溫度的變化幅度上，其試驗成功的決定因素在于邏輯設計中的磨煤機快速切除以及運行給水泵調節的靈敏度。需要注意的是，在水燃比出現失調時，運行人員要明確手動調整的方向。

3 結語

(1) 發生引增風機RB時，熱一次風自動調整較穩定，對爐膛燃燒的擾動并不大，其控制的實質是爐膛風量的平衡，爐膛負壓最高至657 Pa，最低至-338 Pa，引增風機動葉調節靈敏，自動調節特性良好。

(2) 發生一次風機RB時，因同側引增、送風機均跳閘，使得爐膛壓力波動幅度更大，爐膛負壓最低至-650 Pa，最高至619 Pa，其控制的實質仍然是爐膛風量的平衡，而一次風壓快速恢復以及煤粉輸送的連續性決定著RB工況下鍋爐燃燒工況的穩定。

(3) 給水泵RB控制的實質水燃比的控制，分離器出口溫度的變化趨勢是控制系統自動調節結果的直接體現，RB動作成功的決定因素在于邏輯設計中磨煤機的快速切除以及運行給水泵的快速調節響應能力。

[1] 黃偉, 何曙光, 向勇林, 等. 600 MW超臨界燃煤機組RB功能試驗時鍋爐側采取的措施[J]. 華中電力, 2007, 20(4): 23-25, 35.

[2] 金馮梁. 超超臨界百萬機組RB控制分析優化與實踐[J]. 電站系統工程, 2014, 30(3): 61-62, 65.

[3] 劉敏. 不同的機組特性對RB試驗的影響[J]. 熱力發電, 2010, 39(6): 44-47, 50.

[4] 萬俊松, 廖江龍, 游勇華, 等. 660 MW超超臨界機組RB試驗分析[J]. 江西電力, 2013, 37(2): 75-77.

RB Test Analysis of a 660 MW Ultra-supercritical Unit after Integration of the Induced Draft Fan with Booster Fan

Xue Qinghong

(Jiangsu Guohua Chenjiagang Power Generation Co., Ltd., Yancheng 224631,Jiangsu Province, China)

An introduction is presented to the technical scheme, main process and parameters variation of the runback (RB) test after integration of the induced draft fan and booster fan in a 660 MW ultra-supercritical unit, while the test results are analyzed. Results show that the unit has good RB performance after integration retrofit, and the unit load can be quickly reduced to actually achievable values under accident conditions.

ultra-supercritical unit; induced draft fan and booster fan; RB test; furnace draft

2016-07-21;

2016-08-22

薛青鴻(1983—)，男，高級工程師，主要從事660 MW超超臨界機組運行管理工作。E-mail: xueqinghong@sina.com

TK223.26

A

1671-086X(2017)03-0203-06