智慧電廠干貨｜火電燃煤機(jī)組問答FCB（3/3）

現(xiàn)代大型火電燃煤機(jī)組熱工自動控制的頭上有兩顆耀眼的明珠，一個是APS（APS-Automatic Procedure Start-up／Shut-down，機(jī)組自動程序啟停系統(tǒng)），另一個就是FCB（FCB-Fast Cut Back，鍋爐快速減出力）。兩者相同之處都是采用現(xiàn)代控制理論構(gòu)建了高度自動化和智能化的控制功能，不同之處除了應(yīng)用的對象、目的和場合不同，在控制特性方面差異也是蠻大的。APS控制時間最少也要110分鐘，F(xiàn)CB整個動態(tài)過程最多只有1分鐘。APS控制的設(shè)備超過500臺套，集中發(fā)出一級指令可以多達(dá)5條，F(xiàn)CB發(fā)出的一級指令一次竟然有165條。與APS控制的弛張有度、縝密沉穩(wěn)不同，F(xiàn)CB玩兒的是心跳，玩兒的是激情與速度。

11.FCB做過試驗(yàn)嗎？

(1)最近期的試驗(yàn)，已近10年

2011年12月9日12點(diǎn)35分，某電廠1號機(jī)組滿負(fù)荷（700MW）FCB（鍋爐快速減出力）試驗(yàn)圓滿成功，來自不同單位的技術(shù)專家現(xiàn)場見證。圖1是試驗(yàn)過程相關(guān)參數(shù)的過渡過程記錄曲線。

圖1 FCB試驗(yàn)趨勢記錄

值長下令， FCB試驗(yàn)開始，甩負(fù)荷700MW，就見幾塊報警光字牌閃爍、報警聲起，運(yùn)行人員按鍵確認(rèn)后，鈴息燈穩(wěn)。不到60秒，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行在22MW。須臾，值長宣布：試驗(yàn)結(jié)束。這么快，F(xiàn)CB試驗(yàn)結(jié)束了？內(nèi)里洶涌澎湃，表面平靜似水，就這么神奇。不相信？有機(jī)會可以到廠了解，真金不怕火煉。想親歷一次？可遇而不可求，這要看運(yùn)氣。

(2)早期的試驗(yàn)，20年前

圖2、圖3、表1是2000年FCB試驗(yàn)的原始記錄。結(jié)合控制策略對照這些資料我們可以看出，發(fā)電機(jī)解列機(jī)組甩掉700MW負(fù)荷的瞬間， FCB超馳動作，機(jī)組帶廠用電18MW。鍋爐主汽壓力最高飛升到18.9MPa，沒有超出過熱蒸汽安全門的動作值19.2MPa，飛升幅度1.5 MPa，1分鐘后超馳控制結(jié)束。然后，機(jī)爐協(xié)調(diào)主控器以0.4MPa／min的速率將主汽壓力平滑地降低到11.2MPa。給水流量最大為2389t/h；鍋爐汽包水位波動為－86～＋112mm。在切除三臺磨的過程中爐膛負(fù)壓最低－1330Pa，送風(fēng)量穩(wěn)定在30.4％。鍋爐主汽、再熱蒸汽、汽機(jī)高旁和低旁出口溫度以及再熱器壓力等參數(shù)都沒有超出運(yùn)行允許值。發(fā)電機(jī)解列的第0.04秒汽機(jī)OPC動作，持續(xù)0.92秒，汽機(jī)轉(zhuǎn)速沖高至3150rpm后回落，在DEH調(diào)節(jié)下，經(jīng)過13.8秒過渡過程重新穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。OPC動作條件是30～60％的功率／負(fù)荷不平衡值與3000～3210rpm的汽機(jī)轉(zhuǎn)速分別經(jīng)量綱換算，兩者之和≥1。根據(jù)試驗(yàn)記錄，此刻OPC動作轉(zhuǎn)速僅為3007rpm，可見在這種工況下功率／負(fù)荷不平衡是OPC動作的決定性因素。

圖2 FCB動作參數(shù)趨勢記錄1

圖3 FCB試驗(yàn)參數(shù)趨勢記錄2

表1 機(jī)組FCB動作參數(shù)分析

注：表中符號“－”表示參數(shù)是過程變化值或高、低峰值之間的正常值。

12.何為FCB的“排導(dǎo)法”？

為確保75％BMCR以上機(jī)組快速減出力，選用40％BMCR汽機(jī)旁路疏導(dǎo)的同時，在鍋爐過熱器聯(lián)箱出口主汽管道上安裝有7只PCV閥，總排量32％BMCR，專為FCB “排導(dǎo)法”配備。與汽機(jī)旁路相比，PCV閥更快速，從接到FCB指令到全開僅需零點(diǎn)幾秒，低于汽機(jī)旁路閥全開的3秒；作用直接，安裝在鍋爐過熱器聯(lián)箱出口蒸汽管道上，開閥即泄壓；方式簡單，過熱蒸汽直排大氣，無需減溫，此為“排”。接到FCB指令立刻開啟汽機(jī)旁路，則為“導(dǎo)”。鍋爐PCV閥和汽機(jī)旁路閥的合力“排導(dǎo)”用于抑制機(jī)組＞75ECR時的鍋爐壓力飛升，負(fù)荷低于75％BMCR， PCV閥無須“排”，只用汽機(jī)旁路的“導(dǎo)”，因?yàn)殄仩t有足夠的壓力飛升空間。

13.FCB經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)了嗎？

光說不練那是假把式，某電廠700MW亞臨界機(jī)組擁有FCB成功動作的驕人業(yè)績，投入率、利用率、成功動作率皆為100%。2001年至2010年間先后經(jīng)歷過8次FCB，每次都是在高于600MW負(fù)荷工況下，毫無征兆地甩掉全部供電負(fù)荷，F(xiàn)CB邏輯1秒內(nèi)爆發(fā)指令165條，3秒內(nèi)迅即完成全套減鍋爐出力動作，待運(yùn)行人員發(fā)覺時看到的是“發(fā)電機(jī)解列機(jī)爐運(yùn)行帶廠用電”或“停機(jī)不停爐切換廠用電”的結(jié)果。FCB過程中，除了鍋爐PCV閥有點(diǎn)兒動靜，少量熱工和電氣報警光字牌閃爍提示，不是專業(yè)人員很難感知機(jī)組發(fā)生了什么。

國內(nèi)業(yè)界最長“孤島運(yùn)行”紀(jì)錄出現(xiàn)在2001年5月11日3時48分。因雷擊電網(wǎng)，1號機(jī)組與電網(wǎng)解列，甩負(fù)荷670MW。FCB把機(jī)組成功超馳為“發(fā)電機(jī)解列機(jī)爐運(yùn)行帶廠用電” 運(yùn)行方式，維持廠用電19.9MW ，孤島運(yùn)行長達(dá)195分鐘（3小時15分）后機(jī)組重新并網(wǎng)，至今這個紀(jì)錄仍穩(wěn)坐頭把交椅。

14.FCB動作的過程是怎樣的？

下面這張是FCB動作的時序圖（見圖4），列出了FCB是主要設(shè)備的動作順序。

圖4 FCB動作時序圖

(1)發(fā)電機(jī)解列機(jī)爐運(yùn)行帶廠用電

假如機(jī)組實(shí)發(fā)負(fù)荷＞75％ECR，F(xiàn)CB是因電網(wǎng)的原因引發(fā)機(jī)組解列，F(xiàn)CB一俟動作，以下控制即刻發(fā)生：

1)系統(tǒng)容錯。

MCS禁手動，AUTO強(qiáng)權(quán)，定值改、限值變，偏差容錯報警放寬。

① 屏蔽相關(guān)信號超量程；② 鎖定過熱減溫、給煤控制、高旁、低旁、小汽機(jī)MEH等75個自動調(diào)節(jié)回路在“自動”；③ 取消燃料／送風(fēng)交叉控制，退出氧量校正，鍋爐主控器轉(zhuǎn)伺服；④ 重置26個控制限定值。

2)BMS（燃燒器管理系統(tǒng)）

釜底抽薪，速減出力急降壓，遞減制粉，雙磨維系爐火熾。

迅速在10秒鐘內(nèi)將鍋爐給煤量從246t/h降到80.8t/h。并按照“切上下、留中間；先上后下、順序切除”的原則，把運(yùn)行的制粉系統(tǒng)從5套減至2套。這樣有利于在快速降低燃燒率的過程中穩(wěn)定鍋爐燃燒。

3)B-SCS（鍋爐順序控制）

PCV迎峰起跳阻升勢，主汽排放正當(dāng)時。

即時開啟7只PCV閥，保持至第30秒，開始關(guān)閉第一只PCV閥，然后每隔5秒鐘關(guān)閉一只，第60秒鐘全部回座（過熱蒸汽排放損失約0.45%ECR，9.06噸）；

4)MCS（模擬量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）

BPC快開，機(jī)、爐分離，旁路貫通，過熱、再熱、復(fù)水成一體。

給水沖量三變一，燃燒、汽水SCS總動員

① 3秒內(nèi)全開高、低壓旁路閥，并投入噴水減溫；② 鍋爐汽包水位、除氧器水位切至單沖量調(diào)節(jié)，強(qiáng)制鍋爐水位信號恒定120秒不變；③ 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制切至鍋爐跟隨方式；④ 超馳給定鍋爐負(fù)荷指令在35%BMCR；發(fā)電機(jī)功率由廠用電量決定，根據(jù)歷次FCB動作統(tǒng)計，在18～22MW之間。

5)DEH（汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)裝置）

透平轉(zhuǎn)速欲竄起， GV、ICV點(diǎn)剎，OPC立斷當(dāng)機(jī)。

① OPC（汽輪機(jī)超速控制）動作，快速平衡汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升。發(fā)電機(jī)解列的第0.04秒汽機(jī)OPC動作，持續(xù)0.92秒， 汽機(jī)轉(zhuǎn)速沖高至3150rpm后回落，在DEH調(diào)節(jié)下，經(jīng)過13.8秒過渡過程重新穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。OPC動作條件是30～60％的功率／負(fù)荷不平衡值與3000～3210rpm的汽機(jī)轉(zhuǎn)速分別經(jīng)量綱換算，兩者之和≥1。根據(jù)試驗(yàn)記錄，此刻OPC動作轉(zhuǎn)速僅為3007rpm，可見在這種工況下功率／負(fù)荷不平衡是OPC動作的決定性因素；② 額定轉(zhuǎn)速的103％，3090rpm瞬間關(guān)閉全部GV和ICV，待轉(zhuǎn)速下降到規(guī)定值（ 3000rpm ）時，馬上重新開啟到維持3000rpm的開度。③ DEH切至操作員自動（OA）方式。

6)MEH（給水泵小汽輪機(jī)DEH）

小汽機(jī)轉(zhuǎn)汽源，爐給水不間斷。

① 針對FCB工況A／B汽動給水泵自動設(shè)定轉(zhuǎn)速定值，提前預(yù)置鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)量；② 自動切換小汽機(jī)汽源。

7)B-SCS（鍋爐順序控制）

關(guān)閉再熱減溫噴水截止閥，防止FCB過程中再熱汽溫受到干擾。

(2)停機(jī)不停爐切換廠用電

除下面兩項(xiàng)與“發(fā)電機(jī)解列帶廠用電”不同外，其余均相同。

1）DEH、T-SCS（汽輪機(jī)順序控制）

執(zhí)行停機(jī)操作；

2）電氣保護(hù)

切換廠用電。

15.FCB對電廠有何意義？

FCB過程中PCV閥參與鍋爐壓力控制的方式值得推薦。在電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時，發(fā)電廠可以應(yīng)用FCB功能“保廠用電”，對縮短電網(wǎng)的事故時間、減低危害程度發(fā)揮重要作用，社會效益貢獻(xiàn)良多。同時對延長電廠設(shè)備壽命、降低運(yùn)行成本都有正面幫助。這算得上是一種情懷。

衡量機(jī)組技術(shù)性能、水平的指標(biāo)有很多，但是若以能否真正實(shí)現(xiàn)FCB功能作為標(biāo)志，這將是一種直觀和準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)。FCB是一把尺子，可以度量出火力發(fā)電廠設(shè)備可控性和自動化程度的高低。這對電廠來講是個榮譽(yù)。

當(dāng)然了，對全廠職工個人的利益也有實(shí)質(zhì)性幫助，機(jī)組事故停機(jī)那是要扣獎金的。而一個成功的FCB能夠搞掂那種“存在處理機(jī)會的故障”把瀕臨事故邊緣的機(jī)組拉回到正常運(yùn)行狀態(tài)，減少電廠被“安全考核”的數(shù)量。這對電廠來講是實(shí)在的利益。能說FCB對電廠沒有好處嗎？

16.FCB要訣說了什么？

FCB要訣

電網(wǎng)故障跳開關(guān)、機(jī)組負(fù)荷全失，鍋爐出力無窮勁、壓力飛升至。瀕臨MFT，千鈞懸一絲， FCB挺身挽頹勢。釜底抽薪，速減出力急降壓，遞減制粉，雙磨維系爐火熾。PCV迎峰起跳阻升勢，主汽排放正當(dāng)時。BPC快開，機(jī)、爐分離，旁路貫通，過熱、再熱、復(fù)水成一體。透平轉(zhuǎn)速欲竄起， GV、ICV點(diǎn)剎， OPC立斷當(dāng)機(jī)。小汽機(jī)轉(zhuǎn)汽源，爐給水不間斷。DEH轉(zhuǎn)OA， CCS爐跟隨，非常工況非常手段，給水沖量三變一，燃燒、汽水SCS總動員。MCS禁手動，AUTO強(qiáng)權(quán)，定值改、限值變，偏差容錯報警放寬。

3秒定成敗， 10秒見好壞， 60秒后回常態(tài)。不停爐不停機(jī)、自帶廠用電，孤島屹立、星火仍明艷，參數(shù)不越限、機(jī)組報平安。

設(shè)備運(yùn)行有風(fēng)險，誤動、隱患難預(yù)見，事發(fā)一揮間，汽機(jī)跳閘、解列發(fā)電， FCB有序井然，廠用得切換。爐火熊熊汽水循環(huán)，高溫啟動時間短。抑制外擾有擔(dān)當(dāng)，消除內(nèi)患勇在先，撐電網(wǎng)、利電廠，危難之際保安全。（THE END）