大型600MW涉外机组小岛运行功能简析

2015-01-25袁明

综合智慧能源 2015年8期

关键词：除氧器给水泵旁路

袁明

（山东电力建设第一工程公司，济南 250100）

大型600MW涉外机组小岛运行功能简析

袁明

（山东电力建设第一工程公司，济南 250100）

通过对机组实现小岛运行（FCB）功能的条件及系统设计的要求进行分析，提出了实现FCB功能应采取的各项措施，探讨了机组FCB功能实现的可行性和可靠性，为实现FCB功能提供参考借鉴。

600MW机组；小岛运行；设计

0 引言

小岛运行（FCB），即机组在高负荷运行时，因内部或外部电网故障而解列，但未发生锅炉主燃料跳闸（MFT），瞬时甩掉全部外界供电负荷，用以维持“发电机解列带厂用电”的自动控制功能，待故障消除后立即并网，从而节省机组启动时间，保障机组运行的安全性、经济性。实现FCB功能需要从设计、设备、调试运行等多方面提前组织策划。

1 设计方面

1.1 汽轮机控制方式

FCB瞬时工况时，为防止汽轮机超速，需同时关闭高、中压主调门，待转速回落后可采用高压缸进汽或中压缸进汽2种模式驱动汽轮机带厂用电运行。通常选择中压缸进汽控制模式，主要原因有2点：一方面是在FCB瞬时工况下，为防止锅炉超温、超压需快速减负荷，新蒸汽温度急剧下降，若采用高压缸进汽方式，在短时间内高压缸蒸汽温度急剧下降，调节级和转子表面遭遇急速冷却，转子会产生很大的热应力，从而造成巨大的寿命损耗；另一方面，汽轮机正常运行时低压缸必须通入一定量蒸汽来冷却低压末级叶片，防止低压末级叶片超温。例如，国产某600MW亚临界机组低压末级叶片所需蒸汽冷却流量约180 t／h，要求在FCB工况下中、低压缸必须引入蒸汽，若采用高压缸进汽方式，将分流一部分蒸汽进入中、低压缸，远不能满足低压缸冷却蒸汽流量的需求，容易造成低压排汽超温，威胁汽轮机末级叶片的安全。

综合上述原因，优先考虑采用中压缸进汽方式。当采用中压缸进汽模式时，高压缸处于“闷缸”状态，由于鼓风效应极易造成高压缸超温，从而危及设备安全。因此，为保证高压缸运行安全，在高压缸排汽口处设置一路高压缸排汽（以下简称高排）通风阀与凝汽器连通。高排通风阀采用气动执行机构控制，具有快开功能，当机组甩负荷或打闸时，迅速打开高排通风阀，降低高压缸排汽温度，防止高压缸超温。

1.2 旁路系统的选型设计

高、低压旁路容量的设计选型对实现FCB功能至关重要。以往工程设计经验表明，常规选用30%～40%锅炉最大连续蒸发量（BMCR）的旁路时，仅能满足机组启、停功能需求，无法满足FCB功能需求。目前，国际上较为流行的设计理念是采用100%BMCR的高压旁路+65%BMCR的低压旁路。锅炉设计最低稳燃负荷多为35%～40%BMCR，因此选用100%高压旁路设计冗余过大，造成设备资源浪费，且低压旁路容量受凝汽器设备造价的影响，凝汽器最大选用容量为70%BMCR，若超出则不具经济性。综合上述因素并遵循FCB工质平衡的原则，拟选用60%BMCR的高、低压旁路。

高、低压旁路系统要求具有快开功能，能在接收FCB动作信号后3 s内快速开启，因此，旁路控制系统优先选用液压控制系统，液压控制系统相对于气动和电动控制系统，具有响应快速、稳定、可靠的优势，能够满足FCB瞬时工况下的调节需求。

1.3 给水泵汽轮机的选型设计

大型机组通常设计配置2×50%BMCR的汽动给水泵组和1×30%BMCR的电动启动给水泵，能够满足机组正常运行和FCB工况的需求。在FCB工况下，维持汽包水位稳定是实现FCB功能的重要保障。在FCB瞬时工况下，由于各抽汽系统止回阀关闭，给水泵汽轮机无法继续从抽汽系统获得汽源，因此，需要考虑从再热冷段高压旁路阀后引入一路备用汽源继续驱动给水泵汽轮机。这就需要选择更为稳妥的给水泵汽轮机汽源切换方式。

目前，国际上常用的给水泵汽轮机汽源切换形式有2种，一种是外切换方式，一种是内切换方式。汽源切换在汽轮机本体内实现的称为内切换，在汽轮机本体之外实现的称为外切换，2种切换方式的特点如下。

（1）外切换方式管道布置复杂；内切换方式外部管道布置简单。

（2）外切换方式内部进汽结构简单；内切换方式内部进汽结构复杂，设备造价高。

综合考虑上述因素，推荐给水泵汽轮机采用外切换方式，且在备用汽源管道上配置1台具有快开功能的气动调节阀（快开时间小于3 s），确保快速切换汽源。

1.4 除氧器的选型设计

目前，大型火电机组多选用带有Stork喷嘴的一体化除氧器，将除氧头与除氧水箱合为一体，此种除氧器效率高、结构简单、节省空间、除氧效果好。除氧器的选型设计直接影响FCB瞬时状态给水流量的供应及给水温度的波动。

正常运行时，通常从四段抽汽引入加热汽源供除氧器加热且辅助蒸汽作为备用汽源。在FCB工况下，各抽汽止回阀关闭，无法向除氧器供汽，因此，需考虑从再热冷段管道引入1路汽源作为除氧器加热气源，保证除氧器汽源供应的连续性。为保证汽源的无扰切换，需在汽源管上加装具有快开功能的气动阀（3 s快开）。另外，当旁路开启后，需要消耗大量的给水，因此，为保证除氧器运行水位的平稳和给水系统的供水需求，适当考虑除氧水箱容积，按照6min的BMCR容量选型设计。

1.5 给水温度的保障

在FCB瞬时状态下，为保证汽轮机安全运行，各抽汽止回阀均强制关闭，没有抽汽供给，导致高、低压加热器退出系统运行，从而使凝结水、给水温度比正常运行时低。仅依靠除氧器和凝汽器的加热不能满足系统需求，因此，需考虑将二段抽汽接口布置在高排止回阀后，即使高压缸没有蒸汽流通，只要旁路系统阀门打开，就可以获得加热汽源来提升给水温度，保障锅炉安全运行。同时，由于＃1和＃3高压加热器均已退出运行，因此，＃2高压加热器疏水直接通过危急疏水系统送至凝汽器。

1.6 锅炉压力释放阀（PCV）的选择

机组突然甩负荷时，由于设计旁路系统容量为60%BMCR，仅能接收60%的蒸汽量，还有部分蒸汽无法排放，为防止锅炉超压，这部分剩余蒸汽需要通过PCV进行排放。根据ASME标准要求，PCV容量按照10%BMCR进行选型，考虑FCB瞬时工况下蒸汽流量的问题，设计时选择3×7.5%BMCR的PCV，2运1备。

2 实施过程中的难点及措施

成功实现FCB功能的另一个关键步骤就是FCB的操作，主要有以下难点。

2.1 过热蒸汽压力飞升

机组突然大幅度甩负荷，能量失衡，尤其在高于60%额定负荷时，如果处置不当，锅炉蓄热和汽水潜热会使过热蒸汽压力飞升而失控。因此，在具体实施过程中通常采取以下措施维持过热蒸汽压力稳定。

（1）快速减少入炉煤量，磨煤机减至3台或2台运行。

（2）开启锅炉过热器PCV快速泄压，若负荷在60%BMCR以下则无需打开。

（3）快速开启汽轮机高、低压旁路系统，降低蒸汽压力。

（4）给水泵减速降压。

2.2 汽包水位波动

汽包压力变化诱发的虚假水位和蒸汽流量信号的剧烈变化会引起三冲量水位调节的大幅波动，控制汽包水位的措施如下。

（1）快速切换给水泵汽轮机备用汽源，稳定给水泵汽轮机的转速，满足锅炉给水量的需求。

（2）开启凝结水补水泵，保证凝汽器水量的供应。

（3）除氧器迅速切换至备用汽源，保证除氧水温。

2.3 汽轮机超速

由于甩负荷的瞬间，锅炉仍然处于正常运行压力，如未及时控制汽轮机转速，汽轮机转速会急速上升而引起超速跳闸，通常采用如下措施。

（1）汽轮机超速控制（OPC）动作，抑制汽轮机转速飞升。

（2）汽轮机数字电液控制系统（DEH）切换至FCB控制方式。

3 控制方式改进

目前，国内常规采用锅炉、汽轮机、发电机（主变压器）相互联锁跳闸的横向大联锁保护方式，这种连锁的特点是“同归于尽”，机、电、炉中任何1个跳闸即导致机组联锁停机，这种保护配置方式与FCB不能兼容。为保证FCB功能的实施，必须采用单向联锁保护方式。只有当锅炉跳闸后，才联跳汽轮机、发电机（主变压器）。汽轮机跳闸时，只向后联跳发电机（主变压器），向前联跳锅炉；发电机故障只跳主变压器出线开关及灭磁，不联跳汽轮机及锅炉；若系统或主变压器出线故障，只跳主变压器出口开关，不联跳炉、机、电。因此，从保护联锁的角度而言，采用单向联锁保护方式能实现停线（路）不停电，即FCB，停电（发电机）不停机（汽轮机），停机不停炉。显然，这种联锁方式有着明显的优点，对机组实现FCB功能极其有利。