CN115682757A

CN115682757A - 无旁路循环流化床机组fcb工况下凝汽器水位自动控制方法

Info

Publication number: CN115682757A
Application number: CN202211340885.0A
Authority: CN
Inventors: 卢双龙; 王楠; 刘俊; 杨杰; 张彪; 岳良; 徐万兵; 徐龑
Original assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date: 2022-10-30
Filing date: 2022-10-30
Publication date: 2023-02-03

Abstract

一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法，其控制策略包括凝汽器补水泵控制策略、凝汽器补水调门控制策略及除氧器上水调门控制策略。本发明提出的凝补水泵、凝补水调门及除氧器上水调门控制方法，在不额外增加设备和不改变机组原有逻辑功能的情况下，可有效解决无旁路循环流化床机组FCB工况下因大量蒸汽不能回收导致凝汽器水位低难于控制的问题，可实现凝汽器水位全程自动控制，安全性高、可靠性好、实施简便，已在某2×110MW燃煤电站无旁路循环流化床机组成功应用。本发明提出的凝汽器水位自动控制方法具有较强的工程应用价值，可为同类机组FCB工况下凝汽器水位自动控制设计与优化提供参考。

Description

无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法

技术领域

本发明涉及火电机组控制领域，具体是一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法。

背景技术

FCB(Fast Cut Back，机组快速切负荷)是为电网故障后机组能快速并网而提出的方案。在电网出现故障时，机组与电网解列，进入小岛运行模式，锅炉维持稳定燃烧，汽轮机维持3000r/min，发电机带厂用电运行。当电网恢复正常后，在电力调度许可的情况下，机组迅速并网并向电网重要的用户供电，在保障电网安全与稳定方面具有十分重要的意义。

FCB是火电机组所有试验中风险最大、难度最高的试验项目，一旦出现差错，就有可能造成设备损坏、甚至发生人身伤亡事故。虽然已有机组开展过FCB试验，但100％负荷FCB试验成功案例并不多。目前，已有配置60％BMCR容量及以上旁路系统的循环流化床机组FCB试验成功的案例，但机组均未进行100％负荷FCB试验；关于无旁路循环流化床机组FCB试验成功的案例尚未见相关报道。

在正常情况下，凝汽器水位波动较小。当机组触发FCB功能后，机组带厂用电运行时汽机调门开度小，汽缸进汽量少，排汽量也较小。无旁路循环流化床机组因未设计旁路，大量蒸汽不能通过旁路回收至凝汽器，凝汽器水位急剧下降。当凝汽器水位过低时，将导致凝结水泵因水位低保护动作跳闸。在FCB工况下，凝结水泵除维持除氧器水位、轴封加热器微负压外，还向闭冷水箱、真空泵分离器等提供补水，向真空破坏门、多级水封等提供密封水，向各疏水扩容器、汽缸喷水减温装置等提供大量减温水。如果凝结水泵跳闸，那么将出现轴封漏汽、除氧器水位低、凝汽器真空下降、各减温用户温度高等异常现象，甚至导致汽轮机因排汽温度高、凝汽器真空低保护动作跳机，在非常容易导致FCB试验失败的同时，也增加了设备损坏的风险，这也是未见无旁路循环流化床机组FCB试验成功案例的主要原因。

因此，在恶劣的FCB工况尤其满负荷FCB极端工况下，如何通过自动控制来保证凝汽器水位正常，是保证FCB动作后机组安全、稳定运行的关键，也是无旁路循环流化床机组FCB试验的难点之一。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法，提高循环流化床机组FCB成功率，为机组快速并网提供有利条件。

一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法，其控制策略包括：

A、凝补水泵控制策略

(1)FCB触发后，联启凝补水泵。

(2)FCB工况下，当凝汽器水位高于第一阈值时，联停凝补水泵；当凝汽器水位低于第二阈值时，再次联启凝补水泵。

(3)FCB复位后，凝补水泵保持当前状态不变。

B、凝补水调门控制策略

(1)FCB触发后，超驰全开凝补水调门，并保持当前值不变。

(2)FCB工况下，当凝汽器水位高于第一阈值时，联关凝补水调门；当凝汽器水位低于第二阈值时，联开凝补水调门。

(3)FCB复位后，凝补水调门切手动，并保持当前值不变。

C、除氧器上水调门控制策略

(1)FCB触发后，除氧器上水调门投自动；

(2)FCB工况下，当凝汽器水位低于第三阈值时，除氧器上水调门开度指令自动减至某值，并保持当前开度不变；当凝汽器水位高于第四阈值时，除氧器上水调门开度指令自动恢复至初始值，自动调节除氧器水位。

(3)FCB复位后，除氧器上水调门切手动，并保持当前值不变。

进一步的，第一阈值、第四阈值应低于汽机ETS水位保护定值，且第一阈值应大于第四阈值。

进一步的，第二阈值、第三阈值应高于凝结水泵水位保护定值，且第二阈值应大于第三阈值。

本发明具有如下有益效果：本发明提出的凝补水泵、凝补水调门及除氧器上水调门控制方法，在不额外增加设备和不改变机组原有逻辑功能的情况下，可有效解决无旁路循环流化床机组FCB工况下因大量蒸汽不能回收导致凝汽器水位低难于控制的问题，可实现凝汽器水位全程自动控制，安全性高、可靠性好、实施简便，已在某2×110MW燃煤电站无旁路循环流化床机组成功应用。试验结果表明：两台机组100％负荷FCB试验均一次成功，这在无旁路循环流化床机组FCB试验中尚属首次，证明了本发明提出的凝汽器水位自动控制方法具有较强的工程应用价值，可为同类机组FCB工况下凝汽器水位自动控制设计与优化提供参考。

附图说明

图1为1号机组100％负荷FCB试验时凝汽器水位等主要参数变化曲线；

图2为2号机组100％负荷FCB试验时凝汽器水位等主要参数变化曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法，其控制策略包括：

A、凝汽器补水泵(简称凝补水泵)控制策略

机组在正常运行期间，汽水损失较少，通过凝补水调门可以将凝汽器水位控制在正常范围，此时凝补水泵停运。但在FCB工况下，无旁路循环流化床机组由于未设计旁路，大量蒸汽不能通过旁路回收至凝汽器，凝汽器水位将急剧下降，仅依靠凝补水调门难以维持凝汽器水位正常，此时凝补水泵必须参与凝汽器水位控制，具体策略为：

(1)FCB触发后，联启凝汽器补水泵，以增加凝汽器补水量；

(2)FCB工况下，随着凝汽器补水量的增加，凝汽器水位可能出现高水位情况，甚至导致汽轮机因凝汽器水位高而保护动作跳机。为了避免凝汽器水位过高，相应控制策略为：当凝汽器水位高于第一阈值(该值应低于汽机ETS水位保护定值)时，则联停凝补水泵。

(3)FCB工况下，在凝补水泵停运后，凝补水泵将不给凝汽器补水，凝汽器水位将总体呈下降趋势，甚至导致凝结水泵因凝汽器水位低而保护动作跳闸。为了避免凝汽器水位过低，相应控制策略为：如果凝汽器水位低于第二阈值(该值应高于凝结水泵水位保护定值)，则再次联启凝汽器补水泵，增加凝汽器补水量，维持凝汽器水位正常。

(4)FCB复位后，凝补水泵保持当前状态不变，运行人员可根据实际情况操作凝补水泵。

B、凝汽器补水调门(简称凝补水调门)控制策略

机组在正常运行期间，凝汽器水位波动不大，通过凝补水调门可有效调节凝汽器水位。但在FCB工况下，无旁路循环流化床机组凝汽器水位急剧下降，凝补水调门常规自动控制难以维持凝汽器水位在正常范围内，因此必须对凝补水调门控制逻辑进行优化，具体策略为：

(1)FCB触发后，超驰全开凝补水调门，并保持当前值不变。

(3)FCB复位后，凝补水调门切手动，并保持当前值不变。

C、除氧器上水调门控制策略

在FCB工况下，在凝补水泵运行且凝补水调门全开后，凝汽器补水量已达最大值。如果凝汽器补水量仍小于对外供水量，那么凝汽器水位将进一步降低，此时通过补水已不能维持凝汽器水位在正常范围，必须通过减少凝汽器对外供水量的方式来维持凝汽器水位正常。考虑到除氧器容量较大且有一定安全裕量，短时间减少或增加除氧器补水量不会影响除氧器安全稳定运行。为此，提出了通过改变除氧器上水量来间接调节凝汽器水位的控制方法，具体控制策略为：

(1)FCB触发后，除氧器上水调门投自动，自动调节除氧器水位。

(2)FCB工况下，如果凝汽器水位持续降低，可以通过减少除氧器上水量的方式来间接提高凝汽器水位，具体控制策略为：当凝汽器水位低于第三阈值(该值应小于第二阈值且高于凝结水泵水位保护定值)时，则除氧器上水调门开度指令自动减至当前值的60％～80％，并保持当前开度不变。

(3)FCB工况下，考虑到在减少除氧器上水流量后，凝汽器水位将逐步上升，除氧器水位将逐步降低。当凝汽器水位恢复正常后，除氧器上水调门将不调节凝汽器水位，此时应自动调节除氧器水位，以维持除氧器水位正常。具体控制策略为：当凝汽器水位高于第四阈值(该应小于第一阈值且高于第二阈值)时，除氧器上水调门开度指令恢复至初始值，然后自动调节除氧器水位。

(4)FCB复位后，除氧器上水调门切手动，并保持当前值不变。

下面以具体实施案例对本发明的技术方案进行详细说明：

基于印尼廖省2×110MW燃煤电站无旁路循环流化床机组FCB试验项目，本申请的发明人对FCB工况下无旁路循环流化床机组凝汽器水位控制难点进行了分析，提出了相应的应对措施，并形成了FCB工况下凝汽器水位自动控制策略，将该研究成果应用于印尼廖省2×110MW燃煤电站无旁路循环流化床机组FCB试验项目后，两台机组100％FCB试验均一次成功，证明该控制策略在实践中是可行的，可为同类机组FCB工况下凝汽器水位自动控制设计与优化提供参考。

1、工程概况及主要设备介绍

印尼廖省2×110MW燃煤电站由印尼国家电力公司投资修建，厂址位于印尼苏门答腊岛北干巴鲁市，为当地最大装机容量机组。

(1)锅炉为东方锅炉厂生产的DG430/9.81-Ⅱ型循环流化床锅炉。

(2)汽轮机为东方汽轮机厂生产的N110-8.83双缸、单轴、双排汽、凝汽式汽轮机。

(3)发电机为东方电机有限公司生产的QF-110-2-13.8空冷汽轮发电机。

(4)机组无旁路系统，锅炉配备20.23％容量PCV阀和10％容量对空排气阀各1只。

(5)机组配置3台50％容量电动给水泵，2台100％容量凝结水泵，4台变频给煤机，一次风机、送风机、引风机各2台。

(6)机组配有柴油发电机，并有电池组提供备用紧急直流电源。

2、试验难点分析

无旁路循环流化床机组与常规机组最大区别是机组未设计旁路，大量蒸汽不能通过旁路系统回收至凝汽器。当机组触发FCB功能后，机组带厂用电运行时汽机调门开度小，汽缸进汽量少，排汽量也少，凝汽器水位将急剧下降，非常容易导致凝结水泵因凝汽器水位低保护动作跳闸，进而出现轴封漏汽、除氧器水位低、凝汽器真空下降、各减温用户温度高等异常现象，甚至导致汽轮机因排汽温度高、凝汽器真空低保护动作跳机，在非常容易导致FCB失败的同时，也增加了设备损坏的风险，这也是未见无旁路循环流化床机组FCB试验成功案例的主要原因。

对于印尼廖省FCB试验项目，除了具备凝汽器水位控制难点外，还体现在以下几个主要方面。

(1)项目设计初期未考虑FCB功能，亦未设计FCB控制逻辑，新增加的FCB控制逻辑不能改变机组原有逻辑功能。

(2)在我国电力行业标准《火力发电建设工程机组甩负荷试验导则(DL/T 1270-2013)》第5.3条中明确提到，未设置旁路系统的机组不宜进行甩负荷试验。

(3)国内外虽然已有循环流化床机组FCB试验成功的案例，但机组均配置了60％BMCR容量及以上的旁路系统，与本项目机组设备配置差异较大，故可供借鉴的经验并不多。

(4)业主及监理要求FCB工况机组至少连续运行5分钟，试验全过程自动控制(不得人为干预)，且试验完成后机组具备立即并网带负荷条件，否则认定试验失败。

3、本发明在印尼廖省2×110MW燃煤电站FCB工况下凝汽器水位自动控制策略应用介绍

3.1试验期间凝汽器水位自动控制逻辑

基于上述凝汽器水位控制策略，结合现场各设备实际运行情况，试验期间采用如下逻辑。

(1)FCB触发后，联启凝补水泵；除氧器上水调门投自动，自动调节除氧器水位；超驰全开凝补水调门，并保持当前值不变。

(2)在FCB过程中，当凝汽器水位高于1350mm时，联停凝补水泵，联关凝汽器补水调门；当凝汽器水位低于700mm时，联启凝补水泵，联开凝汽器补水调门。

(3)在FCB过程中，当凝汽器水位低于600mm时，除氧器上水调门指令自动给定当前值的70％；当凝汽器水位高于1200mm时，除氧器上水调门指令恢复至原始值，然后自动调节除氧器水位。

(4)FCB复位后，凝补水泵保持当前状态不变；凝汽器补水调门和除氧器上水调门切手动，并保持当前开度不变。

3.2 1号机组100％FCB试验情况(相关曲线如图1所示)

2017年5月24日10时43分5秒，运行人员手动断开5A₁和5AB₁，机组与电网解列，1号机组进入FCB工况并自动控制运行。

(1)FCB触发后，汽轮机由负荷控制切换到转速控制，最高转速3078r/min，最低转速2835r/min，10时44分52秒机组达到额定转速3000r/min，带11.11MW厂用电负荷稳定运行。

(2)FCB触发后，凝补水泵联启正常；凝补水调门全开后保持当前开度不变；除氧器上水调门投自动，自动调节除氧器水位。

(3)FCB工况下，凝汽器水位最高值1049mm，最低值742mm，距凝结水泵启动允许和跳闸保护定值+400mm和+200mm尚有较大安全余量，凝汽器水位变化在正常范围内。

10时49分09秒，机组并网并带负荷运行，各运行参数正常。

3.3 2号机组100％FCB试验情况(相关曲线如图2所示)

2017年5月18日11点11分22秒，运行人员手动断开5A₃和5AB₃，机组与电网解列2号机组进入FCB工况并自动控制运行。

(1)FCB触发后，汽轮机由负荷控制切换到转速控制，最高转速3081r/min，最低转速2828r/min，11时12分41秒机组稳定额定转速3000r/min，带8.728MW厂用电负荷稳定运行。

(3)FCB工况下，凝汽器水位最高值1113mm，最低值920mm，距凝结水泵启动允许和跳闸保护定值+400mm和+200mm尚有较大安全余量，凝汽器水位变化在正常范围内。

11时16分23秒，机组并网并带负荷运行，各运行参数正常。

本发明对FCB工况下无旁路循环流化床机组凝汽器水位控制难点进行了分析，提出了相应的应对措施，并形成了FCB工况下的凝汽器水位自动控制策略，将该研究成果应用于印尼廖省2×110MW燃煤电站的无旁路循环流化床机组FCB试验项目后，两台机组100％FCB试验取得一次成功，证明该控制策略在实践中是可行的，可以为同类机组FCB试验期间的凝汽器水位自动控制设计与优化提供参考。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法，其特征在于：其控制策略包括：

A、凝补水泵控制策略

(1)FCB触发后，联启凝补水泵；

(2)FCB工况下，当凝汽器水位高于第一阈值时，联停凝补水泵；当凝汽器水位低于第二阈值时，再次联启凝补水泵；

(3)FCB复位后，凝补水泵保持当前状态不变；

B、凝补水调门控制策略

(1)FCB触发后，超驰全开凝补水调门，并保持当前值不变；

(2)FCB工况下，当凝汽器水位高于第一阈值时，联关凝补水调门；当凝汽器水位低于第二阈值时，联开凝补水调门；

(3)FCB复位后，凝补水调门切手动，并保持当前值不变；

C、除氧器上水调门控制策略

(1)FCB触发后，除氧器上水调门投自动；

(2)FCB工况下，当凝汽器水位低于第三阈值时，除氧器上水调门开度指令自动减至当前值的60％～80％，并保持当前开度不变；当凝汽器水位高于第四阈值时，除氧器上水调门开度指令自动恢复至初始值，自动调节除氧器水位；

(3)FCB复位后，除氧器上水调门切手动，并保持当前值不变。

2.如权利要求1所述的一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法，其特征在于：第一阈值、第四阈值低于汽机ETS水位保护定值，且第一阈值大于第四阈值。

3.如权利要求1所述的一种无旁路循环流化床机组FCB工况下凝汽器水位自动控制方法，其特征在于：第二阈值、第三阈值高于凝结水泵水位保护定值，且第二阈值大于第三阈值。