110 MW无旁路循环流化床机组FCB试验锅炉侧控制策略

杨 杰，田新荆，卢双龙

(国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077)

110 MW无旁路循环流化床机组FCB试验锅炉侧控制策略

杨 杰，田新荆，卢双龙

(国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077)

针对印度尼西亚某110 MW无旁路循环流化床机组主要设计特点，进行了100%负荷下的FCB试验。介绍了FCB试验锅炉侧的主要控制方法，分析了试验中发现的问题，指出了原因并提出了解决办法。结果表明：锅炉侧主要参数均达到要求，锅炉运行稳定，试验实现机组全过程无人为干预带厂用电自动运行5 min后快速并网并恢复负荷，试验结果对锅炉运行及当地电网稳定有重要指导意义。

110 MW无旁路循环流化床机组；100%负荷FCB试验；锅炉侧控制策略

0 引言

印度尼西亚某电厂建设2台110 MW燃煤循环流化床机组，该机组在启动调试期间成功进行了100%负荷工况的FCB试验，本试验的要求为当机组甩负荷后能自动进入小岛运行状态，锅炉不停炉，汽轮机维持3 000 r/min，发电机带厂用电负荷运行，当外部电网具备条件后，机组快速并网并重新带负荷正常运行。由于该机组为当地最大容量发电机组，其FCB功能的实现对电网稳定运行及居民生活生产提供了可靠保障。本文针对该类型机组特点，对FCB试验中发现的问题给出了解决方法。

1 设备简介

该机组锅炉为中国东方电气集团东方锅炉厂生产的DG430/9.81-Ⅱ1型循环流化床锅炉。汽轮机采用中国东方电气集团东方汽轮机有限公司生产的N110-8.83双缸、单轴、双排汽、凝汽式汽轮机，额定蒸汽压力8.83 MPa，额定蒸汽温度535℃，主汽流量为430 t/h。发电机为中国东方电气集团东方电机有限公司生产的QF-110-2-13.8空冷汽轮发电机。

锅炉共设有四台给煤装置，给煤装置全部置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室，水冷风室两侧布置有一次热风道，进风型式为从风室两侧进风，经一次风空气预热器加热后的热风从两侧墙进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流。经二次风空气预热器加热后的热二次风直接经炉膛下部前后墙的二次风箱分二层送入炉膛。在尾部竖井中从上到下依次布置有高温过热器、低温过热器、鳍片管省煤器和管式空气预热器。过热器系统中设有两级喷水减温器。锅炉采用平衡通风，压力平衡点位于炉膛出口。

2 机组特性

在进行FCB试验之前，该机组经过多次启停操作，并首先成功进行了一次风机RB试验、送风机RB试验，通过对机组启停以及RB试验的观察，该机组具有以下特点。

（1）该机组汽机无高、低压旁路系统，锅炉仅配备一只20.23%BMCR容量的PCV阀，一只10%容量的电动对空排气阀以及4个弹簧安全阀(见表1)。

表1 安全阀整定压力Tab.1 Safety valves setting pressure

锅炉侧没有灵活可靠的控压手段，一旦发生汽包压力剧烈变化的情况，汽包压力将很难得到及时有效的控制，更加无法维持汽包压力稳定，严重时可能引起汽包超压。试验期间为了避免弹簧安全阀动作，从而引起不必要的问题，主要考虑PCV阀与对空排气阀的控制策略。由于负荷剧烈变化引起的汽包压力剧烈变化以及虚假水位的影响，对汽包水位的控制提出了极高的要求。

（2）锅炉配备一次风机、送风机、引风机各2台，除一次风机略有余量外，送风机及引风机均没有调节余量，表现为当机组带100%负荷时，2台一次风机进口导叶开度约55%～65%，2台送风机和2台引风机进口导叶开度均达到100%。炉膛压力剧烈变化时，该机组基本没有调节余地。此外，两台一次风机出力偏差大，在机组带100%负荷时，B侧风机进口导叶开度65%时，A侧风机进口导叶开度仅需55%，两侧风机电流就能保持一致。

（3）该循环流化床锅炉配备4台变频调节皮带称重式给煤机，对入炉煤量调节灵活，入炉煤量统计精确可靠，其精度可达0.1 t/h，且调节反应时间短，对FCB试验燃料量的控制提供了很大帮助。

（4）锅炉配备3台50%容量电动给水泵，2台投运1台备用，给水调节速度快，易于控制。

（5）锅炉配备两级减温水，各减温水门调节灵活，无内漏，减温水流量对主汽温度影响迅速。

（6）流化床锅炉相对于煤粉炉具有更大的蓄热量，调整燃烧后，燃烧系统及主汽系统参数反应相对煤粉炉存在滞后。但通过观察，其蓄热量对各主要参数的影响均在可接受的范围内，试验期间无需特别考虑各参数反应滞后的影响。

（7）锅炉燃烧印度尼西亚当地煤种，其工业分析见表2。

表2 煤的工业分析Tab.2 Industry analysis of the coal

可见设计煤种挥发分超过50%，燃煤极易燃烧。且由于循环流化床锅炉的燃烧原理，只要避免床温过低，试验期间基本不会发生锅炉熄火的情况。

（8）印度尼西亚当地电网容量小，且该机组为当地最大单机装机容量机组，FCB试验对当地电网冲击较大，对FCB功能的可靠性以及FCB试验的成功率提出了极高的要求。

3 FCB试验锅炉侧控制策略

该机组FCB试验的要求为：FCB试验触发时，机组由110 MW满负荷工况甩负荷至只带约8 MW厂用电运行，并全自动运行5 min，之后并网快速恢复负荷。期间锅炉不停炉且各参数无明显异常，汽轮机不超速并维持3 000 r/min，发电机带厂用电负荷运行。为了满足上述要求，并结合现场机组特性，锅炉侧采取了以下控制策略。

3.1 汽包压力控制

FCB触发时，由于汽机没有旁路，试验开始后主汽系统压力必将急剧升高，试验后期由于输入热量的减少，主汽压力会下降。锅炉的泄压手段为汽机侧带厂用电时部分蒸汽通流量、PCV阀与对空排气阀通流量。不考虑弹簧安全阀开启，因为一旦安全阀开启，极有可能发生不能回座等后续问题。

控制策略为：FCB一旦触发，即DCS收到FCB已触发信号的同时，由DCS控制直接开启PCV与对空排气阀，其目的为抑制主汽压力的快速上升。对空排气阀开启后将保持开启状态，直到运行人员手动关闭。同时为了避免试验后期压力下降过快，PCV开启后，将由逻辑自动控制开启与关闭，即系统压力低于PCV开启时压力0.5 MPa时，PCV将自动关闭，否则将维持开启状态。同时，锅炉燃烧系统快速降低燃料量，配合控制汽包压力。

通过上述手段的控制，汽包压力由正常运行时的9.31 MPa最高上升到10.27 MPa，试验结束时汽包压力约为8.9 MPa，试验期间弹簧安全阀未动，汽包压力波动在控制范围内（见图1）。

图1 甩负荷后汽包压力曲线Fig.1 Curve of the boiler drum pressure and the load

3.2 燃烧系统控制

机组110 MW满负荷时约耗煤80 t/h，试验时考虑到机组需要带8 MW厂用电负荷自动运行5 min的要求，且床温不能下降过快与过多的原因，通过在锅炉启动期间观察与总结，试验期间将总给煤量控制在约16 t/h。同时为了配合控制主汽系统压力，总给煤量设计由80 t/h迅速降至16 t/h，中间无延时，同时为了维持床温无偏差，试验期间4台给煤机每台出力约为4 t/h，见图2。

通过对给煤量的控制，首先汽包压力得到有效控制，未引起汽包超压及弹簧安全门动作的情况发生；其次，锅炉床温由满负荷时910℃降至约724℃，由于当地煤种挥发分高且极易燃烧，该机组床温高于500℃以上时锅炉均可正常燃烧，温降在合理范围内，锅炉燃烧稳定，带厂用电自动运行5 min，锅炉侧各主要参数无异常情况发生，见图3。

图2 甩负荷后锅炉给煤量曲线Fig.2 Curve of the coal consump and the load

图3 甩负荷后锅炉床温曲线Fig.3 Curve of the bed temperature and the load

3.3 主蒸汽温度控制

试验期间，由于负荷的快速减少引起主蒸汽流量快速减少，以及短时间内锅炉蓄热量的影响，试验开始阶段主汽温度的变化趋势为先上升。试验后期由于燃料量大幅度减少引起输入热量大幅减少，主蒸汽温度变化趋势为快速下降。

经过对锅炉进行变负荷试验的分析，试验开始时为避免主汽温度过快上升，在试验开始后20 s内一二级减温水调门均处于“自动”状态，自动调整控制主汽温度即随主汽温度升高两级减温水调门自动开大，延时20 s后两级减温水调门完全关闭。由于一二级减温水调门严密无内漏，且该调门动作快速、灵活，整个试验期间只对一二级减温水调门进行操作，而一二级减温水关断门开关的动作时间长，不利于减温水的快速调整，故其始终保持开启状态。

在整个试验的5 min过程中，主汽温度由正常运行时的536℃最高上升至543℃，最低下降至525℃，均在合理范围内，未影响机组正常运行。

3.4 烟风系统控制

烟风系统控制的原则为三项：维持炉膛压力稳定；避免床温下降过快，维持床温稳定；保证锅炉正常燃烧。FCB试验开始时，需要快速减燃料，同时减少风量，这样才能避免试验前期锅炉超温超压，同时燃料量与风量的减少还要考虑试验后期避免锅炉参数快速下降的问题。

通过对锅炉启停操作以及一次风机RB试验和送风机RB试验的观察，发现相对于二次风来说，一次风量对炉膛压力影响更大、更直接，一次风量对床温影响更大。因此，为了避免同时大幅度减少燃煤与风量引起炉膛压力剧烈恶化，本试验设计一次风机在120 s内进口导叶由当前开度缓慢且均匀的减至45%，即A侧一次风机进口导叶开度由机组100%负荷工况时的55%降至45%，B侧一次风机进口导叶开度由65%降至45%，见图4。通过采取上述方法，不仅避免了燃料与风量同时减少引起炉膛压力过低的风险，同时也避免了由于一次风量过大引起床温快速降低的问题。此外，A、B侧一次风机45%的开度也能满足一次风流量大于最低临界流化风量（75 000 m3/h）的要求，流化风量由试验开始时约245 000 m3/h降至最低84 000 m3/h，见图5。

图4 甩负荷后一次风机进口导叶动作曲线Fig.4 Curve of the open angle of PAF and the load

图5 甩负荷后流化风量曲线Fig.5 Curve of the fluidized air flow and the load

由于送风量对炉膛压力和床温的影响相对较小，本试验设计不对送风机进行调整，即试验开始后送风机维持当前工况，风机进口导叶无操作。此方法减弱了由于总风量的减少对炉膛负压的影响，又为燃煤的充分燃烧提供了足够的氧量，同时维持了一定的烟气量，对避免试验后期主蒸汽温度的快速降低提供了帮助。

该机组由于选型等原因导致2台引风机没有调节余量，即机组带100%（110 MW）负荷时2台引风机进口导叶开度均达到100%，此外2台引风机进口导叶在开度超过80%以后，其基本没有调节作用，即实际运行中所说的“20%空行程”。另外，引风机进口导叶为电动执行机构，其动作时间稍长，导致引风机导叶调整时间及灵活度受该电动执行机构限制。针对上述问题，引风机控制策略如下：（1）试验一旦开始，快速自动将引风机进口导叶关闭30%，使引风机进口导叶开度小于80%，目的是快速使引风机进入有效工作区间，同时使引风机对炉膛负压“提前响应”，从而避免导叶在“空行程”停留时间过长，进而引起引风机无法起到调节作用，错过最佳炉膛压力调整时机；（2）本试验不可避免的会引起炉膛压力快速且大幅度的下降，为了进一步缓解炉膛压力下降过快，在炉膛压力低于-1 000 Pa时，引风机进口导叶将自动再次快速关闭5%；（3）引风机全程处于“自动”状态，通过对引风机控制参数的调整，加快引风机“自动”的响应速度，同时避免了风机自动调整时出现“发散”现象，也避免了试验期间风机退出“自动”状态。

通过采取上述技术手段，炉膛压力由正常运行时的－33 Pa，最低下降至－1 718 Pa（跳机值为±2 500 Pa），炉膛负压经过几次高低震荡后趋于平稳，各风机振动、温度等参数运行正常，主汽温度、床温等变化也在合理范围之内，见图6。

图6 甩负荷后引风机开度与炉膛负压曲线Fig.6 Curve of the open angle of IDF and the furnace pressure

4 结论

针对该110 MW无旁路循环流化床机组主要设计特点，成功进行了100%负荷下的FCB试验。本文主要介绍了FCB试验中锅炉侧汽包压力、燃烧系统、主蒸汽系统、风烟系统的主要控制策略，并对试验中发现的问题作了分析，指出了原因并提出解决办法。结果表明：通过采取本文所述控制策略，锅炉侧主要参数均达到试验要求，锅炉运行稳定，试验实现全过程无人为干预自动运行5 min后快速并网并恢复负荷的目的，试验结果对该锅炉运行及当地电网稳定有重要指导意义，并对同类型机组FCB试验具有借鉴意义。

Control Methods of FCB Test of 110 MW No Bypass System CFB Boiler

YANG Jie,TIAN Xinjing,LU Shuanglong
(State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China)

FCB test has been performed on the 110 MW no bypass system CFB boiler.The control methods of the boiler are introduced,and the problems are analyzed,the solutions are made about the problems.The results show that the main parameters of the boiler can meet the requirements of FCB test,and the boiler can operate stably,the unit of the power plant can operate 5 minutes auto⁃matically,and then the unit can connect to the grid and rise load quickly,these results are very helpful to the actual operations of the boiler.

110 MW no bypass system CFB boiler;FCB test of 100%load;control method of the boiler

TK229.66;TP273

A

1006-3986(2016)12-0038-05

10.19308/j.hep.2016.12.009

2016-11-20

杨 杰（1980），男，天津人，硕士，高级工程师。