350 MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐甩負荷試驗控制要點及存在問題分析

王映奇， 呂 建， 惠志平

（山西世紀中試電力科學(xué)技術(shù)有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

汽輪發(fā)電機組的甩負荷試驗是考核汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性和對轉(zhuǎn)速的控制能力，檢查汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，預(yù)防機組超速的重要手段。甩負荷試驗涉及的調(diào)試項目包括機、爐、電、熱等多個專業(yè)，對試驗人員在實踐經(jīng)驗、理論水平以及組織能力上都有很高的要求，是一項責(zé)任重、風(fēng)險大的工作。依據(jù)《火力發(fā)電建設(shè)工程機組甩負荷試驗導(dǎo)則》（DL/T 1270—2013）采用常規(guī)法（甩電負荷）和測功法（甩汽負荷）進行甩負荷，新建機組通常采用常規(guī)法（甩電負荷） 進行甩負荷。

超臨界循環(huán)流化床鍋爐，由于其蓄熱能力較大，在甩負荷過程中容易造成受熱面超溫、超壓，過熱度、給水流量、床溫等各項參數(shù)不易控制的情況。目前，對于國內(nèi)大多數(shù)350 MW 超臨界循環(huán)流化床甩負荷試驗，仍然采用減弱鍋爐燃燒進行50%甩負荷，直接壓火方式進行100%甩負荷試驗。但是在對山西靈石啟光電廠350 MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐采用上述方法進行甩負荷試驗過程中，發(fā)現(xiàn)了諸多問題，并進行了分析研究，為同類型機組進行甩負荷提供參考。

1 設(shè)備及系統(tǒng)介紹

1.1 鍋爐簡介

山西靈石啟光電廠的鍋爐為上海鍋爐廠制造的350 MW 超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，型號為SG-1208/25.4-M4605，循環(huán)流化床燃燒方式，單爐膛、汽冷式旋風(fēng)氣固分離器、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣；過熱器采用兩級噴水調(diào)節(jié)蒸汽溫度（直流負荷之后以調(diào)節(jié)煤水比來調(diào)節(jié)溫度），再熱器采用以煙氣擋板調(diào)節(jié)蒸汽溫度為主，同時設(shè)置微量噴水和事故噴水調(diào)溫為輔的調(diào)溫方式。每臺鍋爐設(shè)置2 臺引風(fēng)機，1 臺40%容量啟動電動引風(fēng)機，1 臺100%容量汽動引風(fēng)機，左右對稱布置，正常運行采用汽動引風(fēng)機調(diào)節(jié)，電動引風(fēng)機只在鍋爐啟動及事故處理過程中使用。

1.2 汽輪機簡介

汽輪機為上海汽輪機廠生產(chǎn)的超臨界汽輪機，型號為CJK350-24.2/0.4/566/566，一次中間再熱、單軸、雙缸雙排、間接空冷（兩機一塔）、一級調(diào)整抽汽、凝汽式汽輪機，采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。每臺機組配置1 臺100% 鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量BMCR（boiler maximum continuous rating） 容量的汽動給水泵組，汽動給水泵前置泵與主泵同軸連接設(shè)計。每臺機組設(shè)置1 臺40%BMCR 容量的啟動（備用） 電動給水泵，在機組啟動和事故情況下使用。汽機旁路系統(tǒng)容量為鍋爐額定出力的40%，采用德國SIPOS 兩級電動高、低壓串聯(lián)旁路。汽輪機采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH（digital electronic hydraulic control） 的啟動順控子組SGC來控制350 MW 汽輪機在不同溫度下的啟動流程和模式。

2 試驗方法及要求

常規(guī)法甩負荷試驗是指發(fā)電機并網(wǎng)開關(guān)突然斷開、主汽閥不關(guān)閉、機組與電網(wǎng)解列失去全部或部分負荷的情況下，測取轉(zhuǎn)速變化的動態(tài)過渡過程，考核汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制特性的方法。50%與100%甩負荷后要求超速保護不動作，動態(tài)過程應(yīng)能迅速穩(wěn)定。試驗考察機組及各配套輔機、附屬設(shè)備和相關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計對甩負荷工況的適應(yīng)性。

3 試驗過程

3.1 50%甩負荷試驗過程

試驗前要做的準備工作有以下幾方面：一是甩負荷之前維持鍋爐穩(wěn)定運行，采用汽輪機功率控制方式，盡量減小鍋爐側(cè)主汽壓力，防止甩負荷后超壓；二是高底旁暖管；三是PCV 開關(guān)試驗；四是廠用電源切至啟備變；五是解除機跳爐、電跳機邏輯保護；六是逐個試驗油槍著火情況；七是啟動電動給水泵，維持出口壓力略低于汽泵出口壓力，甩負荷以后，直接手動打閘汽泵，由電泵上水。

甩負荷過程：02:12:55 試驗總指揮下令甩掉50%負荷。02:12:57 汽輪機轉(zhuǎn)速飛升至3 090 r/min，02:13:07 汽輪機高排溫度高（實際溫度432 ℃）觸發(fā)汽輪機跳閘。由于本工程為上汽SGC 機組，02:56:46 汽輪機轉(zhuǎn)速達224 r/min，汽輪機掛閘重新沖轉(zhuǎn)，所以03:02:55 汽輪機定速3 000 r/min。03:07:48 再次并網(wǎng)帶初負荷。從甩負荷至再次并網(wǎng)，時間長達55 min，而且爐側(cè)水冷屏和高溫再熱器超溫嚴重。

鍋爐側(cè)主要操作：接到甩負荷指令以后，鍋爐側(cè)專人打開PCV 閥進行泄壓，高旁開至63%，低旁根據(jù)再熱器壓力逐漸開至33%，主汽壓力由11.6 MPa 升至21.3 MPa，再熱壓力由2.1 MPa升至2.87 MPa，主汽溫度由544 ℃升至561 ℃，再熱氣溫由548 ℃升至587 ℃。汽泵打閘后，根據(jù)主汽壓力調(diào)整電泵出力，維持給水流量400 t/h左右，給煤量由147 t/h 減至90 t/h，維持鍋爐燃燒穩(wěn)定。由于汽輪機跳閘以后不能快速掛閘沖轉(zhuǎn)，而且循環(huán)流化床蓄熱量較大，所以導(dǎo)致水冷屏溫度最高至511 ℃，高溫再熱器壁溫最高至610 ℃，關(guān)閉PCV 后，02:26:55 鍋爐手動BT，水冷屏及高溫再熱器壁溫恢復(fù)正常。

1 號機組甩負荷后，甩負荷預(yù)判回路動作觸發(fā)硬回路快關(guān)電磁閥失電，調(diào)門快速關(guān)閉同時轉(zhuǎn)速控制回路PID 維持汽輪機轉(zhuǎn)速3 000 r/min。試驗表明，DEH 負荷預(yù)判回路動作快速、可靠，調(diào)節(jié)性能良好，轉(zhuǎn)子飛升轉(zhuǎn)速3 089 r/min 為甩負荷前3 000 r/min 的3%，遠小于行業(yè)標準5%的要求值。試驗合格，可進行100%甩負荷試驗。

3.2 100%甩負荷試驗過程

50%甩負荷試驗合格后，機組負荷升至350 MW，100%甩負荷采用鍋爐壓火方式，基本操作及控制點與50%甩負荷相同。

甩負荷過程：07:11:58 試驗總指揮下令甩掉100%負荷。07:12:13 汽輪機轉(zhuǎn)速升至3 206 r/min，07:12:58，高排溫度高（實際溫度431 ℃） 導(dǎo)致汽輪機跳閘。09:14:06，汽輪機轉(zhuǎn)速降至64 r/min，開始掛閘沖轉(zhuǎn)，09:21:16，汽輪機定速3 000 r/min，09:27:23 發(fā)電機并網(wǎng)。從甩負荷至再次并網(wǎng)共用136 min，鍋爐側(cè)各項參數(shù)正常。

鍋爐側(cè)主要操作：甩負荷倒計時到8 s 直接開鍋爐PCV 閥，倒計時到5 s 鍋爐手動BT，倒計時到0 s，斷開發(fā)電機并網(wǎng)開關(guān)，負荷降至0 MW。汽泵打閘，根據(jù)主汽壓力調(diào)整給水泵出力，維持給水流量400 t/h 左右。高旁開至50%，低旁開至23%，由于低旁調(diào)門卡死，導(dǎo)致低旁不能開啟。為防止再熱器超壓，將高旁關(guān)至15%。08:55:43 低旁處理完畢后，高旁開至63%，低旁開至89%，維持主汽壓力穩(wěn)定。07:15:13，啟動電動引風(fēng)機，維持負壓-300 Pa。主汽壓力由21.6 MPa 升至26.1 MPa，再熱壓力由4.3 MPa 降至1.3 MPa，主汽溫度由555 ℃降至438 ℃，再熱器溫度由564 ℃降至502 ℃。08:52:16，啟動風(fēng)煙系統(tǒng)，維持最低流化風(fēng)量，啟動前墻6 臺給煤機，此時平均床溫為616 ℃，總給煤量90 t/h，氧量由18.9%降至6.4%后維持燃燒穩(wěn)定，等待沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)。

100%甩負荷試驗，甩負荷預(yù)判回路動作觸發(fā)硬回路快關(guān)電磁閥失電，調(diào)門快速關(guān)閉同時轉(zhuǎn)速控制回路PID 維持汽輪機轉(zhuǎn)速3 000 r/min，試驗表明DEH 負荷預(yù)判回路動作快速、可靠，調(diào)節(jié)性能良好，轉(zhuǎn)子最高飛升轉(zhuǎn)速3 201 r/min，危機保安器未動作，符合試驗要求。

4 甩負荷過程中的問題及控制要點

4.1 50%甩負荷過程中的控制要點

由于本工程沒有啟動鍋爐，汽動引風(fēng)機汽源取至四段抽汽和輔汽聯(lián)箱，輔汽聯(lián)箱的汽源由再熱器冷段提供，在50%甩負荷過程中，只有采用不停爐減弱燃燒的方式進行，直接打閘汽泵，通過高低旁來控制冷再壓力的穩(wěn)定，才能保證汽動引風(fēng)機的安全運行，從而維持鍋爐燃燒穩(wěn)定。汽泵打閘后，通過40%出力的電泵給鍋爐上水。甩負荷后主汽壓力突升，導(dǎo)致給水泵上水困難。循環(huán)流化床鍋爐本身蓄熱量較大，如果繼續(xù)維持燃燒，若控制不當或者并網(wǎng)時間較長，會直接導(dǎo)致受熱面超溫。50%甩負荷不停爐控制要點如下。

a） 試驗前將汽機切至功率控制模式，盡量減小主汽壓力。

b） 汽壓控制：主要通過PCV 閥和減弱燃燒的方式進行汽壓控制。通過高低旁控制汽壓，受限較多，同時還需保證再熱壓力，維持汽動引風(fēng)機的穩(wěn)定運行。另外，當主汽壓力回頭后要及時關(guān)閉PCV 閥，防止再熱器超溫。

c） 汽溫控制：甩負荷初期需注意水冷壁壁溫，過熱器、再熱器壁溫，防止超溫。待氣壓回頭后要迅速關(guān)閉減溫水總門，防止氣溫下降過快，10 min 下降50 ℃將停機。應(yīng)預(yù)見性地開啟一、二級減溫水調(diào)整門以及再熱器的減溫水調(diào)整門，防止汽溫的快速上漲。同時保證汽溫的最好辦法就是保證鍋爐的蒸發(fā)量，所以旁路對防止超溫也是至關(guān)重要的。另外，在機組并網(wǎng)后，應(yīng)根據(jù)鍋爐的熱負荷及時地增加負荷來滿足鍋爐的蒸發(fā)量要求。需要強調(diào)的是，如果汽溫超溫嚴重應(yīng)根據(jù)實際情況手動鍋爐BT。

d） 給水控制：根據(jù)分離器壓力提高電泵轉(zhuǎn)速，控制電泵出口壓力大于分離器壓力。過熱度是給水控制的主要參考對象，如果過熱度不正常上升時，一定要增大給水流量，防止水冷壁超溫。

4.2 100%甩負荷過程中的控制要點

a） 提前10 s 開PCV 閥，提前5 s 鍋爐手動BT，充分利用循環(huán)流化床鍋爐蓄熱，盡可能降低主汽壓力，避免安全門動作。

b） 鍋爐BT 動作后要快速啟動電動引風(fēng)機，維持負壓-300 Pa， 防止可燃氣體在爐膛內(nèi)集聚，發(fā)生爆炸。

c） 高低旁控制：先全開低旁，然后再開高旁，根據(jù)主汽壓力和再熱壓力控制高低旁開度。

d） 重新啟動后，維持最低流化風(fēng)量230 000 m3/h左右，給煤量維持90 t/h 左右，根據(jù)省煤器出口氧量，適當增減煤量。這個過程中需特別注意，給煤太多容易發(fā)生爆燃，造成鍋爐結(jié)焦事故；給煤太少不能維持床溫，必要時需投油助燃。從實際情況來看，重新啟動風(fēng)煙系統(tǒng)后，平均床溫為616 ℃，投煤后，氧量下降明顯，床溫上升穩(wěn)定。

4.3 甩負荷過程中出現(xiàn)的問題及分析

4.3.1 兩次甩負荷過程均出現(xiàn)高排溫度高跳機

在進行50%及100%甩負荷過程中，甩負荷預(yù)判回路動作后，穩(wěn)定3 000 r/min 時，高排溫度＞427 ℃，跳閘，汽輪機保護動作。分析原因，首先排除溫度測點問題，然后檢查高排通風(fēng)閥開關(guān)位置正常，邏輯保護核對無誤。可能由于甩負荷后，汽輪機內(nèi)蒸汽流量迅速減小，導(dǎo)致汽輪機內(nèi)由于鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時被帶走，導(dǎo)致高排溫度升高。檢查高排通風(fēng)管道管徑為114 mm，相比同類型機組晉能集團大土河電廠350 MW 超臨界循環(huán)流化床機組高排通風(fēng)管道管徑為168 mm，管道較細，導(dǎo)致高排溫度高。

4.3.2 再熱器和水冷屏超溫

在進行50%甩負荷過程中，由于采用減弱燃燒不停爐的方式，甩負荷后主汽壓力由11 MPa 升至21 MPa，導(dǎo)致給水難以控制，過熱溫度升至90 ℃，水冷屏超溫嚴重，最高至511 ℃，同時為了控制主汽壓力，PCV 打開時間較長，導(dǎo)致再熱器蒸汽流通量小，加之爐內(nèi)物料仍在持續(xù)循環(huán)放熱，再熱器超溫嚴重，最高溫度至610 ℃，所以手動BT。分析原因，由于本工程機組為上海汽輪機廠的SGC 機組，默認為600 r/min 以上均為臨界轉(zhuǎn)速，所以汽輪機跳閘以后需在轉(zhuǎn)速降至600 r/min以下才可以重新掛閘沖轉(zhuǎn)，時間將近30 min。而采用鍋爐壓火方式，可保證機組安全運行。

4.3.3 閥門卡澀問題

在進行甩負荷過程中，多次發(fā)生PCV 閥打不開，打開之后關(guān)不上，還有低旁閥卡澀，電動引風(fēng)機靜葉脫扣等一系列影響機組安全穩(wěn)定運行的情況。所以，在甩負荷之前應(yīng)多次試驗，保證試驗過程中開關(guān)靈活可靠，從而保證試驗順利進行。

5 結(jié)束語

350 MW 超臨界循環(huán)流化床機組在進行50%及100%甩負荷時均采用鍋爐壓火方式，可保證鍋爐各項參數(shù)在可控范圍之內(nèi)，而且鍋爐壓火后再啟動只需要10 min 左右，能滿足機組快速并網(wǎng)的要求，即使汽輪機跳閘，也可以在不投油情況下恢復(fù)床溫穩(wěn)定。