超超临界机组增压风机RB功能的设计与实现

郑建林

摘 要：鉴于国家环保政策的要求，机组未设置增压风机的RB功能必将会给运行机组带来很大的安全隐患，但同时，由于机组设计之初机组未统筹考虑增压风机RB功能，同时已投运设备的一些特性与增压风机RB对设备的要求之间又存在一定的差距。出于对以上问题的考量，该文主要介绍某电厂两台66万超超临界机组增压风机RB功能重新设计的过程，重点阐述了增压风机RB功能设计要点，需要完成的各种试验和试验过程中重点关注的问题，以及增压风机RB动作后的复归特点。

关键词：增压风机 RB 控制 带载启动 试验

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0055-02

随着国家节能环保政策标准的提高，火电机组趋零排放的严格要求，脱硫系统在电厂经济效益中扮演的角色越来越重要，因此增压风机的运行可靠性和稳定性的提高迫在眉睫。

辅机故障减负荷（RB）功能是机组协调控制系统（CCS）的重要功能之一，是一种对大型机组工况突变的保护控制功能。当机组某些重要辅机跳闸，锅炉等有关设备不能维持较高负荷运行时，根据协调控制系统RB逻辑功能，快速将机组负荷降至规定负荷，并且保持机组运行参数在安全稳定范围内，以避免造成设备损坏或使机组故障停运。

增压风机RB功能的实现及正常投入，为机组的安全、稳定运行和减少非计划停运提供了保障。

1 机组RB功能设置

RB回路功能是在协调控制方式下，当机组主要辅机因故障跳闸时，系统将机组负荷快速降到单台辅机能够达到的最大出力水平。在RUNBACK过程中，不需要人为干预，依靠协调控制系统及相关的子系统协调工作，使得机组各主要参数不超限，保证锅炉稳定燃烧，实现不停炉不停机，将机组负荷平稳快速地降到机组允许的出力水平。

根据机组设备的实际运行状况，某电厂单机容量660MW超超临界机组初设时共试验7种RB工况，即单台磨煤机、两台磨煤机、送风机、引风机、空气预热器、一次风机、给水泵试验。机组设计之初未考虑增压风机RB功能，随着机组的投运，逐渐发现增压风机RB功能的设置显得越来越必要。

RB回路功能实现当发生机组RB后，机组协调跳至TF控制方式，即汽机主控在自动状态调节主汽压力（主汽压力目标值由RB滑压运行函数模块给出）；燃料主控在自动状态按照相应的速率进行快速减负荷到辅机的最大允许出力负荷，RB动作延时30 s（时间可根据实际调试工况而定）后复位，恢复正常运行方式。

2 增压风机RB设置的必要性及设计要点

随着机组的投产运行，逐渐发现机组未设置增压风机的RB功能必将会给运行机组带来很大的安全隐患，同时鉴于国家环保政策的要求，脱硫系统不允许设置旁路挡板，而且风烟系统普遍为两台引风机串联一台增压风机，因此增压风机RB功能的完善显得尤为重要。

增压风机RB设计目的就是确保在机组增压风机发生故障的快速暂态工况下，通过对各种不同工况与运行方式下的逻辑判断与控制策略的选择，自动完成将机组的负荷降至与当前运行设备允许出力对应的目标负荷，同时在增压风机跳闸的瞬间超驰动叶全开建立一个烟气流量的快速通道，在这个烟气通道下通过加大引风机的出力维持机组带部分负荷运行，保证主要调节系统工作正常，维持机组主要参数在允许范围内，避免机组从而大大减少机组的非停次数，确保机组的安全稳定运行。

由于增压风机RB的重要性，设计和试验稍有差池，轻则导致锅炉灭火机组非计划停运，重则可能由于锅炉炉膛或者烟道压力超过设备承受的极限直接损害风机等价格昂贵的设备。同时已投运的机组经过大小修及技改后不能再单纯沿用原有设计说明书和性能试验的原始数据进行简单设计，而需要根据机组本身的特性，设计符合机组特性和RB试验需要的现场试验方案，才能有效应对各种RB极端工况。

设计之初未统筹考虑的情况下，对于新设计的增压风机RB其技术难点就包括：（1）增压风机跳闸后动叶全开的速度和通流通道与运行的风烟系统烟气量和系统阻力的矛盾；（2）RB动作流程的设计；（3）RB目标负荷的设计以及与锅炉稳燃负荷的矛盾；（4）增压风机跳闸后再次启动负荷点和动叶开度设计；（5）烟道设计耐压能力能否满足增压风机RB的极端工况；（6）是否涉及到对原有的送引RB功能、一次风机RB功能进行优化。这些问题都需要通过试验数据进行分析，而且试验前机组工况应稳定，尽量减少其他因素的干扰。

3 实现增压风机RB所需要的特性试验

炉膛压力是整个机组的一个重要参数，引风机系统和脱硫系统作为整个风烟系统的重要组成部分对炉膛壓力有着非常大的影响。

通过求取引风机和增压风机各主要环节的传递函数，建立系统数学模型，通过仿真来研究炉膛压力在常规工况以及在RB等极端工况下的控制方案。引风机静叶执行机构特性试验，增压风机动叶执行机构特性试验。引风机静叶扰动试验，增压风机动叶扰动试验，锅炉总风量扰动试验，和定值扰动试验都是增压风机实现RB功能的重要特性试验支撑。

（1）引风机静叶扰动试验：在机组负荷450～500 MW，稳定工况下，解除引风机静叶、送风机动叶、增压风机动叶自动控制，保持送风机动叶、增压风机动叶开度不变，手动迅速阶跃增加引风机静叶开度5%作为一个测试工况，测试并记录炉膛负压及增压风机入口压力的变化趋势，得到锅炉在不同负荷下引风机静叶开度对炉膛压力和增压风机出口压力的传递函数，记录下锅炉炉膛压力和增压风机出口压力产生变化的时间。先进行增加静叶开度试验，待试验结束负荷稳定后，手动迅速阶跃减少引风机静叶开度5%作为另一个测试工况，进一步测试炉膛压力和增压风机出口压力的变化趋势。

（2）增压风机动叶扰动试验：在机组负荷450～500 MW，稳定工况下，解除引风机静叶、送风机动叶、增压风机动叶自动控制，保持引风机静叶、送风机动叶开度不变，手动迅速阶跃增加增压风机动叶开度5%作为一个测试工况，测试并记录炉膛负压及增压风机入口压力的变化趋势，得到锅炉在不同负荷下增压风机动叶开度对炉膛压力和增压风机出口压力的传递函数，记录下锅炉炉膛压力和增压风机出口压力产生变化的时间。先进行增加动叶开度试验，待试验结束负荷稳定后，手动迅速阶跃减少增风机动叶开度5%作为另一个测试工况，进一步测试炉膛压力和增压风机出口压力的变化趋势。

（3）锅炉风量扰动试验：在机组负荷450～500 MW，稳定工况下，解除引风机静叶、送风机动叶、增压风机动叶自动控制，保持增压风机动叶开度不变，手动增加送风机动叶开度4%，测试并记录炉膛负压及增压风机入口压力的变化趋势，得到锅炉在不同负荷下送风机动叶开度对炉膛压力和增压风机入口压力的传递函数，记录下锅炉炉膛压力和增压风机入口压力产生变化的时间（即纯迟延）。先进行增加风量试验，待试验结束负荷稳定后，手动减少送风机动叶开度4%，分别测试增加和减少风量对炉膛负压和增压风机出口压力的特性。增减指令试验一次，若工况不稳再根据实际情况增加试验次数。

（4）定值扰动试验，需要进行炉膛负压，增压风机入口压力，以及总风量的定值扰动试验从而进一步核实机组调节特性。①试验前机组工况应稳定，尽量减少其他因素的干扰。在机组负荷350～450 MW，引风机静叶投入自动，送风机动叶自动状态，增压风机动叶自动状态，进行炉膛负压定值减少200 Pa扰动试验，根据需要微调参数，待稳定后进行炉膛负压定值增加200 Pa扰动试验。②试验前机组工况应稳定，尽量减少其他因素的干扰。在机组负荷350～450 MW，引风机静叶投入自动，送风机动叶自动状态，增压风机动叶自动状态，进行增压风机入口压力定值减少200 Pa扰动试验，根据需要微调参数，待稳定后进行压风机入口压力定值增加200 Pa扰动试验。③试验前机组工况应稳定，尽量减少其他因素的干扰。在机组负荷350～450 MW，引风机静叶投入自动，送风机动叶自动状态，增压风机动叶自动状态、进行总风量定值减少150t/h试验，根据需要微调参数，待稳定后进行总风量定值增加150 t/h试验。

（5）试验应注意的主要事项。

①机组主要保护必须投入，当出现保护动作机组跳闸后，应按照规程迅速恢复机组运行。试验过程中出现危及机组安全的重大问题，应终止试验。按照事故情况处理。

②在试验中，监视主要运行参数及主要调节系统的工作情况，对于调节品质不好的调节系统要及时切除，转为手动调节。尤其密切关注送、引风机自动调节能力，必要时切到手动进行调整。

③运行人员在试验过程中，密切监视各主要参数，增压风机入口压力维持在800～-1100 Pa，炉膛负压在-130 Pa左右范围内。

④热控人员保存并打印参数趋势曲线及数据。

通过上述试验，进而获得增压风机RB逻辑中合适的调试参数，为后续增压风机的实际RB动作试验做好准备。

4 脱硫系统冷态和热态阻力试验

机组冷态脱硫系统阻力试验：测试增压风机动叶全开状态下脱硫系统的阻力情况，测试机组运行过程中增压风机跳闸且动叶全开过程中的负荷稳定性和负载能力。测试增压风机动叶不同开度下脱硫系统的阻力情况，测试增压风机跳闸后机组再次启动的初参数包括负荷点和动叶初始角度。

通过以上的试验数据可以初步推断出机组运行中增压风机跳闸时利用动叶全开的烟气通流能力（包括烟气流量和负荷点）。增压风机动叶保持一定开度再次启动增压风机对应的负荷和对应的烟气量（总风量值）。

在冷态下根据风量进行试验数据的折算只是粗糙的折算到热态下的同等风量的条件下分析，由于机组冷态和带负荷热态过程的燃烧导致的风烟系统本身的阻力和烟气量会发生较大的变化，而且并非一个简单的线性折算，因此需要结合热态的机组脱硫系统烟道阻力试验，根据结果再确定增压风机跳闸时的机组的带负荷能力和增压风机启动时的机组负荷点。

机组热态脱硫系统阻力试验：测试机组在带负荷300MW时，增压风机停运联锁动叶全开情况下，首先测试脱硫系统的阻力情况，同时测试增压风机跳闸过程中系统的扰动情况。其次通过调整送风量测试机组带负荷能力。最后测试增压风机动叶30%开度启动对机组整个系统的扰动情况。

通过试验数据分析机组在低负荷时增压风机停运对风烟系统压力的变化情况、预估炉膛负压、增压风机入口压力是否可控，通过上述热态下机组增压风机动叶全开最大出力试验，在脱硫增压风机停运、增压风机动叶全开情况下，测试机组风烟系统实际承受负荷的能力，从而预估增压风机RB的目标负荷值和烟气量、燃料量等参数，从而完成增压风机RB目标参数的预估。

5 增压风机RB复归特点

增压风机RB复归后增压风机的后续启动方案同其它风机RB不同。其它風机RB后，若故障风机查明原因消除故障后，可在原有负荷上直接启动风机完成增减负荷的工作。但增压风机RB复归后若增压风机的故障排除，不能直接在现有的负荷基础上直接启动增压风机，而是需要将机组工况调整到能带载启动增压风机的自动工况上。这个工况就必然涉及增压风机RB目标负荷的确定及目标负荷对应的烟气量的计算，目标负荷下的烟气量要确保引风机不能处于失速和喘振工作区。增压风机RB复归后风机的启动负荷均需要由风烟系统热态阻力试验和锅炉燃烧试验的数据分析得出。

鉴于增压风机RB后的启动特点，根据试验数据分析的增压风机RB目标预估参数，增压风机再次启动时的机组负荷暂定为300 MW，增压风机再次启动时的机组风量为800 t/h，增压风机再次启动动叶开度45%，同时增压风机启动前单侧送引风机运行。

6 增压风机RB功能实现

根据设计思路和实际试验数据，进行增压风机RB试验。增压风机RB试验过程中，要严密监视各运行参数，对于可能进行的主要参数人工手动干预要做好预想。如给水流量、炉膛负压、一次风压力等。根据运行辅机设备的具体情况，立即手动停止磨煤机，减少煤量，使负荷不超过辅机设备允许的最高负荷。并解除炉膛压力等自动调节系统，手动调整给水流量、风量、炉膛压力、氧量、一次风压等参数在允许范围内。必要时关小汽机调门降低电负荷，直至与锅炉热负荷相匹配。

试验时确定机组负荷为500 MW，机组处于炉跟机的协调方式下运行，负荷及各项运行主参数稳定，脱硫系统运行正常，增压风机动叶开度在70%以上。值长下令由运行人员就地按下增加风机事故按钮，增压风机跳闸触发增压风机RB动作。需要无延时的以最大速率打开动叶调节挡板至100%全开，机组协调方式由炉跟机的协调方式自动切换至机跟随方式，机组负荷迅速以200%BMCR/MIN将至设计目标负荷350 MW，总风量也迅速降至设计目标风量1050 t/h。RB动作指令迅速送至FSSS系统，无延时跳A磨，最终保持B、C、E三台磨运行。磨煤机的最终燃料指令由脱硫系统阻力试验和燃烧试验计算为135 t/h。风烟系统其他风机均保持自动调节状态，维持炉膛负压，送风量，一次风压的稳定，给水控制和主汽温控制系统均保持自动调节状态。RB触发30s复位，RB复位目标负荷根据脱硫系统阻力试验和燃烧试验计算为330 MW，炉膛负压逐渐恢复稳定，增压风机RB试验成功。维持当前工况20min，在各调节回路达到新的稳定状态后，根据增压风机RB复归特点重新启动增压风机并升负荷。

运行人员逐渐降低负荷至300 MW，保持机组干态运行。待机组工况稳定后，先停一台引风机，再停一台送风机，保持单侧送引风机运行。待风机稳定运行后将总风量将至900 t/h左右。风烟系统工况稳定后逐步关小增压风机动叶，从100%关至60%，关闭速率不可太快，重点关注增压风机入口压力，引风机出口入口压力，引风机电流变化情况，每次需要等待增压风机入口压力稳定后再进行下一步操作，继续减少总风量至800 t/h，增压风机动叶关至45%，确保引风机运行正常，无失速和喘振现象发生。

等待机组整体工况稳定后，开始带载启动增压风机，增压风机启动后逐渐开启动叶挡板至50%。风烟系统工况稳定后，依次启动送风机和引风机，使送引风机双侧运行。增加风量至1050 t/h，系统工况稳定后投入增压风机动叶自动，适时投入RB跳闸过程中切除的磨煤机，投入CCS协调控制，恢复机组负荷至正常。

参考文献

[1] 宁夏鸳鸯湖发电厂.仪控培训教材.

[2] 山西鲁能河曲发电有限公司RB试验报告.

[3] 神华国华宁海B厂增压风机设备厂家资料.

[4] 神华国能河曲发电有限公司二期2×660MW超临界机组运行规程.