国外火力发电机组FCB+小岛运行功能的探讨

姚卫星，祝希海

（1.中国电建集团江西省电力设计院有限公司；2.中国水利水电第十二工程局有限公司）

1 引言

近年来随着我国“一带一路”事业的大力发展，我国出口至国外的火力发电机组越来越多，其中很多国家的电网相对比较薄弱，电网解列事故时有发生，在这些国家特别强调机组的FCB带小岛运行的能力[1]，并以此作为机组进入商业运行的必备条件。此外，国外有些镍铁冶炼项目的自备电厂，未与主电网相连，孤网运行，厂内电网比较薄弱，电厂机组的负荷特性与冶炼厂的负荷匹配度不好，这对机组的运行水平提出了很高的要求，为此，FCB技术就变成了一项应急的关键技术。本文总结以往的FCB试验的成功经验，完善机组的FCB功能设计，对小型电网和机组安全稳定运行、抵御突发事故和降低机组运行成本有很大的作用[3]，与此同时，对于提高我国火力发电项目国际市场的履约能力有着重要的意义[4]。

2 某200MW机组的系统配置

某200MW机组FCB+小岛运行功能为该项目投入商业运行的必需条件，目前两台机组顺利完成了FCB功能的设计和检验，顺利移交给业主进行商业运行。这两台机组的主要系统配置为锅炉最大连续蒸发量：661t/h；过热器出口压力/温度：13.53MPa/541℃；再热蒸汽流量： 595.4 t/h；再热蒸汽进口/出口温度： 337℃/541℃。

汽轮机为超高压，一次再热发电机组，额定出力：210 MW；主蒸汽流量：629t/h；主汽门进汽压力/温度：12.75 MPa/538℃；再热蒸汽流量：542.672t/h；高压缸排气压力：2.744MPa；中压汽门进汽压力/温度：2.469MPa/538℃；发电机为水氢氢型，额定功率/容量：210 MW/247 MVA；额定电压/电流15.75kV/9057A；励磁方式：静态励磁。

汽机旁路采用二级串联旁路系统，高压旁路容量为70%BMCR，低压旁路容量为高旁流量+高旁喷水量。旁路的驱动执行器为液（油）动执行器，旁路系统常规全行程时间为10s。同时，旁路具有快开快关功能，在紧急状态下，开启或关闭仅需要2s。此外，为防止再热系统超压，锅筒、过热器主蒸汽管道和再热器热段管道上共装设12只弹簧安全阀和2只EBV阀，安全阀主要参数表1所示。

从表中可以看出2台PCV（EBV）阀总容量达到20.57%BMCR，超过了ASME标准10% BMCR的配置。这种大容量EBV +旁路配置，可有效解决锅炉压力超压的安全隐患，用少量的蒸汽损失，换取机组的安全，同时降低机组的造价。

表1 EBV阀与安全阀主要参数表

此外，为了保证给水和凝结水系统的稳定性，给水系统配置了3×50%容量电动给水泵，凝结水系统配置了2×100%容量变频凝结水泵[1]。

3 设计要点

①FCB功能的实现是各专业共同配合的结果，特别需要机务、电气、热控专业的紧密协作，从各工艺系统的设计、各主辅设备的配置选型、控制逻辑和保护的确定等方面都需要紧密配合，要求机、电、控专业主设计人要有很强的责任心和协作能力。

②由于FCB功能都是在电网突发故障的情况下投入，机组瞬间失去外部负荷，处于全停边缘瞬间的快速控制，这留给控制系统的反应时间很短，FCB要求控制系统的反应时间足够快速。同时，要求DCS控制系统全面参与，容不得丝毫闪失。机、炉、电所有自动控制系统都要在极短时间内响应、过程调节准确反应，调节精度要求高，这对机组DCS和DEH控制系统提出了很高的要求，特别是DEH的汽机转速控制。为此需要提高DCS和DEH系统的响应能力，在设备选型中严格按照100ms响应时间来选型。

③为实现机组的FCB功能，相关工艺系统及设备的要求将有所提高，这大大增加了项目的投资。如设置大容量的高旁和低旁（驱动采用液动型）、增设发电机出口断路器、增加锅炉主汽系统和再热系统的安全门容量和数量等，同时应对凝汽器、重要热力管道及管材材质进行FCB工况下的计算，以保证机组和设备的安全。整个系统的设计和设备的选型要以工质平衡为原则，通过优化系统配置和控制逻辑，以达到降低FCB工况操作难度的目的。

④FCB投入后，锅炉过热器压力/温度、汽包炉水位、汽机转速控制、凝汽器排气压力、锅炉能否稳燃[3]都是控制的难点，对FCB能否成功影响很大。这些控制点协调或控制不好，很容易触发机组保护动作，导致机组打闸，FCB失败，所以要提前对控制策略进行设计，要与设备性能相匹配。

⑤需要对FCB失败后机组存在的危险进行预想分析，进行逻辑优化，把FCB运行控制在可控的状态，不能发生严重事故或影响各主要设备的寿命[3]。

4 机组FCB试验结果

以印尼某200MW机组为例，其第一台机组于2019年6月进行100%FCB试验及投入运行。此次FCB投入运行基本参数如下：2019年6月19日22：00，零功率动作（主变高压侧功率突变）、发电机GCB合位、汽机主汽门开位，三条件与关系触发FCB动作信号，FCB投入，机组负荷瞬间从210MW突变至18MW，随后稳定在14MW带厂用电运行，从22:00～24:00两小时之间厂用电负荷一直在10MW～14MW之间波动，机组基本稳定在带10MW厂用电运行状态。期间，汽包水位波动较大，从-180cm～118cm反复波动，通过调节给水流量最终稳定在-25cm～15cm之间。汽包温度较为稳定，在330℃±5℃上下浮动，汽包压力12MPa～14.73MPa之间波动。FCB运行初期给水流量波动较大，从622 t/h～10t/h，通过人工干预，逐步稳定，满足了汽包水位波动的调节要求[2]。FCB运行状态下各主要参数变化曲线如下图1所示。

图1 FCB运行状态下各主要参数变化曲线图

从图中可以看出，波动最大的还是汽包水位、给水流量和给煤量。其中，FCB投入后，给水流量下降的比较缓慢，而蒸汽流量会大幅度突降，这引起锅炉汽水不平衡。汽包水位波动较大，这时就要通过高旁阀进行调节，保持锅炉的汽水平衡，稳定汽包水位。同时，在稳定燃烧的情况下，逐步分级退出磨煤机，降低给煤量，使得锅炉负荷与FCB运行相配备。从图中可以看出22:18分FCB运行基本稳定，效果良好，期间进行了一次FCB复位试验，各参数基本稳定[4]。

5 结语

本文介绍了某200MW机组成功实现FCB+厂用电小岛功能的经验，从系统设计要点和设备的配置选型方面进行了分析，区别于国内很多电厂高旁阀+PCV阀容量达到或接近100%BMCR工况的配置[2]，这大大减少了机组的造价，降低了主厂房布置的难度。在系统的设计和设备的配置过程中，以工质平衡为原则，通过优化系统配置和控制逻辑，减少FCB工况的操作难度，在节省投资的情况下，顺利实现了FCB+厂用电小岛运行的功能，值得进一步推广应用。