直接空冷机组FCB工况背压及给水温度控制方式改进.pdf

2 叭4 年第 3 2 卷第 6 期 内 蒙 古 电 力 技 术 l NNER M0NG0LI A ELECTRI C POW ER 7 5 d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 6 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 6 2 1 8 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 2 7 直接空冷机组F C B工况背压及给水 温度 控制方式改进 周菁 ， 张蓓 ， 段学友 ， 沈昕 ( 内蒙古电力科学研究院， 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) Ba c k Pr e s s u r e a n d F e e d W a t e r Te mp e r a t u r e Co n t r o l I mp r o v e me n t u n d e r F CB Co n d i t i o n o n Di r e c t Ai r Co o l i n g Un i t Z h o u J i n g ，Z h a n g B e i ，Du a n Xu e y o u ，S h e n Xi n ( I n n e r Mo n g o l i a P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ，H o h h o t 0 1 0 0 2 0 ) 0 引言 火电机组 F C B( F a s t C u t B a c k ) 是指机组在电网 或线路 出现故障情况下 ， 机组 自动甩 负荷转为只带 厂用电运行 的 1 种特殊工况 。具备 F C B功能的机组 在甩荷过程中， 能保证各主要运行参数在安全范围 内变化而不引起停机、 停炉保护动作， 保证设备的 安全 ； 在只带本机厂用 电定速运行时 ， 如果电网具 【 收稿 日期1 2 0 1 4 — 1 1 - 1 7 【 作者简介】周菁( 1 9 8 0 一) ， 女， 内蒙古人， 硕士， T程师 ， 从事汽轮机组试验及生产管理丁作。 7 6 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 4 年第3 2 卷第6 期 备条件可随时再并网n 。大型直接空冷机组 F C B运 行工况对机组各运行参数都有显著影响 ， 其 中背压 和给水温度的调节控制在 F C B工况下十分重要 ， 开 展其控制方式 的研究工作非常必要 。 1 设备概况 锅炉为超超临界、 直流、 单炉膛 、 一次再热、 平 衡通 风 、 全封 闭 、 固态 排渣 、 n型机组 。汽轮机 为 6 6 0 M W超超临界 、 一次中间再热 、 单轴 、 3 缸 2 排汽、 直接空冷凝汽式机组。 机组配置4 套 2 5 ％额定容量 的可调式再热器安 全 阀 ， 可有效缓解 因锅炉启停 引起 的固体颗粒 侵 蚀 ， 缩短机组启 动时间 ， 有利于机组 F C B功能的实 现 。 汽轮机排汽冷却采用直接空冷技术 ， 空冷凝汽 器配置5 6 个冷却单元( 7 排8 列) 。汽轮机的排汽分 别经支管进入各冷却单元 ， 先经顺流区进行冷却 ， 凝结水 流回热水井 ， 再经凝结水泵送人 回热系统 。 每个冷却三角下部均设有 1 台轴流风机 ， 所有风机 均采用变频控制方式调节转速。 机组抽汽 回热系统包括 3 台高压加热器 、 3 台低 压加热器及 1 台除氧器。高压加热器和低压加热器 均为表面式 、 双流程 、 卧式 、 U形管加热器 ， l 至 3 号 高压加热器分别利用汽轮机的 1 段 、 2 段 、 3 段抽汽 对锅炉给水进行加热 ； 5 至 7 号低压加热器分别利用 汽轮机的5 段 、 6 段 、 7 段抽汽对凝结水进行加热 ， 以 提高机组的循环效率。 2 汽轮机组背压控制方式 汽轮机凝 汽设备 主要分 为水冷却 系统和空气 干式冷却 系统 2大类 ， 其 中空冷机组又分 为直接空 冷和间接空冷 2 种类型。直接空冷汽轮机排汽进入 散热器与空气直接换热 ， 属 1 次换热模式 ； 间接空冷 汽轮机排汽进入凝汽器先与循环水换热 ， 循环水进 人散热器再与空气换热 ， 属 2 次换热模式 。 2 ． 1 间接空冷及湿冷机组背压调节方式 间接空冷机组低压缸排汽进入排汽装置 ， 通过 循环冷却水冷却后， 在凝汽器内凝结形成真空。机 组背压控制采取单 回路调节方式 ， 通过改变百叶窗 开度调节循环水 回水温度 ： 百 叶窗开度变大 ， 冷却 风量增加， 循环水回水温度降低， 机组背压降低 ； 反 之 ， 机组背压升高。湿冷机组真空控制方式和间接 空冷机组相似 ， 循环水作为汽轮机低压缸排汽的冷 却介质 ， 凝汽器真空由循环水温度和流量进行控制 调节 。 2 ． 2 直接空冷机组背压调节方式 直接空冷机组低压缸排汽进入冷却三角 ， 在翅 片管 内流动 ， 通过空气对 流换热凝结成水 ， 在空冷 凝汽器 内形成真空 。机组背压控制采取单 回路调 节方式 ， 通 过改变空冷风机转速进行背压调节 ： 风 机转速升高 ， 冷却空气量增大 ， 机组背压降低 ； 风机 转速降低则机组背压升高。 2 ． 3 F C B工况时机组背压变化情况 F C B 功能触发后， 机组快速减负荷 ， 汽轮机高 压 、 低压旁路 系统接 收到 F C B信号后 ， 将瞬间 自动 开启高 、 低压旁路 阀至一定 阀位 ， 锅炉过热蒸 汽通 过高、 低压旁路进人汽轮机排汽装置。由于大量高 温蒸汽的瞬间进入 ， 排汽装置热负荷迅速升高， 因 无法在短时间内将所有蒸汽工质凝结成水 ， 机组背 压会大幅上升 。如果按常规方式调节机组背压 ， 背 压值将迅速达到跳闸值， 导致机组背压高主保护动 作 ， 汽轮机跳闸。 3 直接空冷机组 F C B 动作时背压控制方式 优 化 目前具备 F C B功 能的机组 均为湿冷或间接空 冷机组 ， 直接空冷机组 尚不具备 F C B功能 ， 因此没 有直接空冷机组 F C B工况运行背压控制调节 的相 关经验 。直接空冷机组与湿冷机组在排汽末端有 很大区别 ， 所 以其背压控制方法与普通湿冷机组截 然不同。本文根据某 6 6 0 Mw超超临界直接空冷机 组正常运行及变负荷工况时背压 自动控制原理， 结 合直接空冷机组 的实际特点 ， 开展机组 F C B工况下 背压控制措施 的制订及优化工作。 3 ． 1 直接空冷机组背压控制特点 直接空冷机组 的基本 特点是其 背压高于常规 凝汽式汽轮机 ， 且会受 空冷进汽量 、 排汽冷却能力 的影响而大 幅波动 。湿冷和间接空冷机组 以水作 为循环冷却工质 ， 水的强制对 流换热 系数为 1 0 0 0 ～ 1 5 0 0 0 W／ m K t ； 而直接空冷机组 以空气作为循环冷 却工质， 空气的强制对流换热系数仅为5 0 W／ m K 左 右 ， 因此在相同冷却 面积 时 ， 湿冷和间接空冷机组 的冷却能力 至少为直接空冷机组 的2 0 倍 。直接空 冷机组背压调节 回路通过背压 的测量值计算 出冷 凝这些蒸汽所需 的冷却空气量 ( 即通过背压设定值 2 0 1 4 年第3 2 卷第6 期 周菁 ， 等： 直接空冷机组 F C B． 1 ： 况背压及给水温度控制方式改进 7 7 与测量值的偏差进行P I D 运算 ， 结合空冷风机运行 情况实现风机的 自动控制 ) 。 3 ． 2 直接空冷机组 F C B工况下背压控制优化 机组 F C B 信号触发后 ， 为保证机组通流部分压 力不发生大幅飞升现象， 高、 低压旁路会快速开启， 大量蒸 汽直接排 入排 汽装置。当机 组负荷 出现剧 烈变化时， 要求P I D 控制器的响应要尽可能快， 但直 接空冷机组背压调节响应速度要 远滞后于间接空 冷及湿冷机组 。如果排汽背压急剧升高至保护定 值 而引发 汽轮机 跳 闸 ， 不但 F C B试验无 法继续进 行 ， 还会 给机组的安全运行带来严重威胁。针对这 种情况 ， 采取 了以下措施来控制直接空冷机组 F C B 工况下背压的变化幅度。 3 ． 2 ． 1 背压预先调节 机组发生 F C B瞬间 ， 背压控制不采用 P I D调节 回路进行调节 ， 空冷运行风机频率全部超驰开启至 满频状态。提前进行风机转速调节， 进行背压的预 先调节 。待机组设定背压与实 际背压之差 7 ． 1 M P a ； ( 2 )高旁开启且高旁阀后温度大于4 5 0 ； ( 3 )再热蒸汽压力升压率 >0 ． 5 MP a ／ s ， 当再热 汽压力 3 5 k P a 或排汽温度 > 8 0℃时， 快关低压旁路， 切除排汽装置蒸汽来源， 避 免大量高温高压蒸汽再进入排汽装置 。预先进行 排汽装置压力控制 ， 确保排汽装置压力不再迅速升 高 ， 保证机组运行安全 。 3 ． 2 ． 4 保 证辅 助 蒸汽 至轴 封 系统 的供 汽 F C B 信号触发后， 由于机组负荷迅速降低至只 接带厂用 电运行 ， 因此轴封系统 自密封蒸汽 消失 ， 此时必须保证辅 助蒸汽至轴封供汽系统正常投入 ， 防止 F C B动作过程 中空气进入汽缸 内而影 响机组 真空。F C B 信号触发后联关轴封溢流调节门， 超驰 开 启 辅 汽 至轴 封 系 统 调 节 门 ( 开 度 为 正 常值 的 3 0 ％) ， 1 0 S 后根据 F C B动作前轴封压力值进行 自动 调节。 3 _ 3 优化效果 通过采取 以上优化措施 ， 完善了直接空冷机组 F C B工况下背压控制方式 ， 机组在进行 5 0 ％负荷 的 F C B试验 时 ， 背压 由正 常值 1 1 k P a 最 高只升 至 2 8 k P a即开始 回调并稳定 在 2 2 k P a 左右 ， 背压升幅最 大为 1 7 k P a ， 且数值变化平稳 ， 未发生大幅波动现 象 ， 背压调节控制效果 良好 。 4 F C B 动作时给水温度控制方式优化 机组运行过程 中给水温度突然下降时 ， 若要维 持锅炉蒸发量不变 ， 则必须增加燃 料量 。然而 ， 锅 炉炉膛 出 口烟气温度升高 、 过热器吸热量增 加 ， 不 仅会 降低锅炉运行效率 ， 更容易出现锅炉蒸汽温度 升高、 锅炉超温 、 煤耗率大幅上升 、 空预器低温腐蚀 等不利于锅炉安全运行 的情况 。 4 ． 1 给水温度降低对锅炉运行的影响 汽轮机 F C B试验时 ， 为防止各段抽汽返汽造成 机组超速 ， F C B信号触发后会联锁关 闭各段抽汽逆 止 门和抽汽 电动 门， 即机组在 F C B工况运行 时高 、 低压加热器 自动切除运行 ， 锅炉给水不经加热器加 热而直接送至省煤器， 给水温度会发生突降 一 1。给 水温度降低会对机组的循环热效率造成不利影响 ， 导致机组发电煤耗升高， 降低机组运行经济性。另