一种无旁路循环流化床机组FCB工况下汽包水位自动控制方法与流程

一种无旁路循环流化床机组fcb工况下汽包水位自动控制方法
技术领域
1.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工况下汽包水位自动控制方法。

背景技术：

2.fcb(fast cut back，机组快速切负荷)是为了电网在严重故障后机组能快速并网而提出的方案。在电网出现紧急故障时，机组迅速与电网解列，进入小岛运行模式，锅炉维持稳定燃烧，汽轮机维持3000r/min，发电机带厂用电负荷运行。当电网恢复正常后，在电力调度许可的情况下，机组可以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。
3.fcb试验是业内公认的火电机组风险最大、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fcb试验，但100％负荷fcb试验成功案例不多。配置60％bmcr容量及以上旁路系统的循环流化床机组fcb试验已有成功的案例，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。
4.在正常情况下，锅炉水位波动一般较小。机组在触发fcb功能后，汽轮机快关进汽调节阀，主蒸汽流量急剧下降，主蒸汽压力瞬间升高，锅炉汽包出现“虚假水位”，汽包水位难以控制。另外，循环流化床锅炉还具有蓄热能力非常强的特点，在无旁路调压的情况下，锅炉压力难于控制，汽包水位将剧烈波动，非常容易出现汽包满水或缺水现象，甚至出现汽机进水、锅炉干烧等恶性事故的发生，这也是循环流化床机组未进行100％负荷fcb试验及未见无旁路循环流化床机组fcb试验成功案例的主要原因。
5.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汽包水位正常，是保证fcb动作后锅炉和汽机安全、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。

技术实现要素：

6.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在fcb工况下汽包水位自动控制方法，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。
7.一种无旁路循环流化床机组fcb工况下汽包水位自动控制方法，其控制策略包括：
8.a、给水泵控制策略
9.(1)fcb触发后，电泵勺管、小机转速投自动，且在fcb工况下一直处于自动控制方式；
10.(2)电泵勺管、小机转速首先在前20秒保持当前值不变，然后根据汽包实际水位自动控制电泵勺管、小机转速；
11.(3)如果汽包水位高于第一阈值，则电泵勺管自动减至当前值的一半，小机转速自动减至小机遥控所对应的最低转速；如果汽包水位低于第二阈值，则电泵勺管、小机转速自动恢复至初始值；
12.(4)fcb复位后，电泵勺管、小机转速切至手动，并保持当前值不变。
13.b、给水泵再循环调门控制策略
14.(1)fcb触发后，给水泵再循环调门投自动；
15.(2)如果给水泵流量小于第三阈值，则联开给水泵再循环调门；如果给水泵流量大于第四阈值，则联关给水泵再循环调门；
16.c、给水调门控制策略
17.fcb触发后，给水主路调节阀、旁路调节阀直接切至手动方式，并保持当前开度不变。
18.进一步的，第一阈值应小于锅炉mft汽包高水位保护定值，第二阈值应大于锅炉mft汽包低水位保护定值。
19.进一步的，第三阈值应高于给水泵最小流量保护定值，第四阈值为联开再循环调门流量定值的1.5倍。
20.本发明具有如下有益效果：本发明提出的给水泵、给水泵再循环调门及给水调门控制方法，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fcb工况下因主蒸汽压力剧烈变化产生的“虚假水位”对汽包水位控制的影响，并实现汽包水位全程自动控制，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，证明了该汽包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工况下汽包水位自动控制设计与优化提供参考。
附图说明
21.图1为1号机组100％负荷fcb试验时汽包水位等主要参数变化曲线；
22.图2为2号机组100％负荷fcb试验时汽包水位、电泵勺管变化曲线。
具体实施方式
23.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。
24.本发明实施例提供一种无旁路循环流化床机组fcb工况下汽包水位自动控制方法，其控制策略包括：
25.a、给水泵控制策略
26.在机组正常运行期间，给水泵可能为自动运行方式，也可能为手动控制方式。为了实现fcb工况下汽包水位全程自动控制的目的，给水泵需全程自动调节汽包水位，具体控制策略为：
27.(1)为了达到给水泵全程自动控制的目的，fcb触发后，电泵勺管、小机转速直接投
自动，且在fcb工况下一直处于自动控制方式。
28.(2)在fcb触发后，电泵勺管、小机转速首先在前20秒保持当前值不变，然后根据汽包实际水位自动控制电泵勺管、小机转速；
29.(3)在fcb工况下，汽包将出现“虚假水位”，非常难于控制，在无旁路调压的情况下，容易导致锅炉因汽包水位高或低触发mft，导致试验失败，甚至出现汽机进水、锅炉干烧等事故的发生。因此，在fcb工况下，应尽可能将汽包水位控制在正常范围内，具体控制策略为：
30.如果汽包水位高于第一阈值(该第一阈值应小于锅炉mft汽包高水位保护定值)，则电泵勺管自动减至当前值的一半，小机转速自动减至小机遥控所对应的最低转速，此时给水泵不给汽包上水，汽包水位总体将呈下降趋势；如果汽包水位低于第二阈值(该第二阈值应大于锅炉mft汽包低水位保护定值)，则电泵勺管、小机转速恢复至初始值，恢复锅炉正常上水，汽包水位将总体呈现上升趋势。
31.在机组正常运行期间，汽包存在高水位的情况。此时当机组进入fcb工况后，按照步骤(3)控制策略要求，将直接将电泵勺管、小机转速自动减至某值，此时给水泵将不能给汽包上水。而在fcb触发初期，锅炉压力瞬间上升，汽包水位将急剧下降，在无给水泵上水的情况下，非常容易导致汽包水位过低触发锅炉mft保护动作。为了避免上述情况的发生，提出了fcb初期汽包水位控制措施，具体控制策略为步骤(2)。
32.(4)fcb复位后，电泵勺管、小机转速切至手动，并保持当前值不变，此时运行人员可以手动调节汽包水位，也可以投常规水位自动来控制汽包水位，以维持汽包水位在正常范围内。
33.b、给水泵再循环调门控制策略
34.当给水泵流量小于正常流量时，经过给水泵的部分介质就会发生汽化，致使水泵损坏。为了保证给水泵的运行安全，当给水泵流量小于厂家说明书要求的定值时，给水泵会保护动作跳闸，此时汽包水位将大幅降低，最终因汽包水位低触发锅炉mft导致fcb试验失败。通常情况下，给水泵设计再循环调门，当给水泵流量处于最小流量时，可以通过调整再循环调门开度的方式来保证给水泵安全运行。因此，在fcb工况下，给水泵再循环调门需参与控制，具体控制策略为：
35.(1)fcb触发后，给水泵再循环调门投自动。
36.(2)如果给水泵流量小于第三阈值(该第三阈值应高于给水泵最小流量保护定值)，则联开给水泵再循环调门；如果给水泵流量大于第四阈值(该第四阈值为联开再循环调门流量定值的1.5倍)，则联关给水泵再循环调门。
37.c、给水调门控制策略
38.在机组正常运行期间，锅炉汽包水位可能通过给水调门来控制，也可能通过电泵勺管或小机转速来控制，亦或两者相结合的方式。在机组进入fcb工况后，为了降低不同控制方式之间相互干扰对汽包控制水位的影响，提出了fcb工况下锅炉给水调门不参与汽包水位调节的技术措施。具体控制策略为：在机组fcb功能触发后，给水主路调节阀、旁路调节阀直接切至手动方式，并保持当前开度不变。
39.下面以具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明：
40.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，本技术的
发明人对fcb工况下无旁路循环流化床机组汽包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工况下的汽包水位自动控制策略，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，可以为同类机组fcb工况下汽包水位自动控制设计与优化提供参考。
41.1、工程概况及主要设备介绍
42.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。
43.(1)锅炉为东方锅炉厂生产的dg430/9.81
‑ⅱ
型循环流化床锅炉。
44.(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。
45.(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。
46.(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。
47.(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。
48.(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。
49.2、试验难点分析
50.fcb试验是业内公认的火电机组风险最大、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；配置60％bmcr容量及以上旁路系统的循环流化床机组fcb试验已有成功的案例，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。对于印尼廖省fcb试验项目，除具有常规机组所具备的炉膛压力调整、主汽温度控制等技术难点外，还主要体现在以下几个方面。
51.(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。
52.(2)本项目为无旁路循环流化床机组，锅炉蓄热能力非常强，在无旁路泄压的情况下，锅炉非常容易超压。循环流化床锅炉还具有蓄热能力非常强的特点，在无旁路调压的情况下，锅炉压力难于控制，汽包水位将剧烈波动，非常容易出现汽包满水或缺水现象，甚至出现汽机进水、锅炉干烧等恶性事故的发生，这也是循环流化床机组未进行100％负荷fcb试验及未见无旁路循环流化床机组fcb试验成功案例的主要原因。
53.(3)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。
54.(4)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。
55.(5)当地电网容量较小，该机组为当地最大单机装机容量机组，考虑到fcb试验对当地电网冲击较大，电网对fcb试验的可靠性及成功率提出了更高要求。
56.(6)业主pln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。
57.3、本发明在印尼廖省2
×
110mw燃煤电站fcb工况下汽包水位自动控制策略应用介绍
58.3.1试验期间汽包水位自动控制逻辑
59.基于上述汽包水位控制策略，结合现场各设备实际运行情况，试验期间采用如下逻辑。
60.(1)电动给水泵勺管控制逻辑：
61.(1.1)fcb触发后，电泵勺管直接投自动，且在fcb工况下一直处于自动控制方式。
62.(1.2)fcb触发后，电泵勺管保持当前值不变，20秒后根据汽包实际水位自动调整勺管开度。
63.(1.3)在汽包水位上升过程中，当汽包水位达-50mm(1号机)、0mm(2号机)时，3号电泵勺管减至当前值的一半；当汽包水位达30mm时，1号电泵勺管减至当前值的一半。
64.(1.4)当汽包水位降至-220mm时，3号电泵勺管恢复至初始值；当汽包水位降至-250mm值时，1号电泵勺管恢复至初始值。
65.(1.5)fcb复位后，电动给水泵勺管切手动，保持当前值不变。
66.(2)电泵再循环调节门控制逻辑：fcb触发后，给水泵再循环调门直接投自动；当电泵流量小于80t/h时，联开电泵再循环调门；当电泵流量大于120t/h时，联关电泵再循环调门。
67.(3)给水调门控制逻辑：fcb触发后，给水调门切至手动方式，并保持当前开度不变。
68.3.2 1号机组100％fcb试验情况(相关曲线如图1所示)
69.2017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。
70.(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厂用电稳定运行。
71.(2)fcb触发后，给水泵自动控制正常。10时44分1秒，汽包水位升至-50mm，3号电泵勺管由50.58％降至23.24％，5s后3号电泵出口流量小于80t/h，3号电泵再循环调门自动全开；10时46分24秒，汽包水位升至30mm，1号电泵勺管由55.46％自动降至27.79％，7s后电泵出口流量小于80t/h，1号电泵再循环调门自动全开。
72.(3)在fcb工况下，汽包水位最高值44.5mm，最低值-183.2mm，距锅炉mft汽包水位保护定值+200mm和-280mm有较大安全余量，汽包水位变化在正常范围内。
73.10时49分09秒，机组并网并带负荷运行，各运行参数正常。
74.3.3 2号机组100％fcb试验情况(相关曲线如图2所示)
75.2017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。
76.(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厂用电稳定运行。
77.(2)fcb触发后，给水泵自动控制正常。11时12分37秒，汽包水位升至0mm，3号电泵勺管由51.67％自动降至25.66％，5s后3号电泵出口流量小于80t/h，3号电泵再循环调门自动全开；11时14分6秒，汽包水位升至30mm，1号电泵勺管由55.10％自动降至27.37％，6s后1号电泵出口流量小于80t/h，1号电泵再循环调门自动全开。
78.(3)fcb工况下，汽包水位最高值34.6mm，最低值-182.2mm，距锅炉mft汽包水位保
护定值+200mm和-280mm有较大安全余量，汽包水位变化在正常范围内。
79.11时16分23秒，机组并网并带负荷运行，各运行参数正常。
80.本发明对fcb工况下无旁路循环流化床机组汽包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工况下的汽包水位自动控制策略，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试验期间的汽包水位自动控制设计与优化提供参考。
81.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。

技术特征：

1.一种无旁路循环流化床机组fcb工况下汽包水位自动控制方法，其特征在于：其控制策略包括：a、给水泵控制策略(1)fcb触发后，电泵勺管、小机转速投自动，且在fcb工况下一直处于自动控制方式；(2)电泵勺管、小机转速首先在前20秒保持当前值不变，然后根据汽包实际水位自动控制电泵勺管、小机转速；(3)如果汽包水位高于第一阈值，则电泵勺管自动减至当前值的一半，小机转速自动减至小机遥控所对应的最低转速；如果汽包水位低于第二阈值，则电泵勺管、小机转速自动恢复至初始值；(4)fcb复位后，电泵勺管、小机转速切至手动，并保持当前值不变。b、给水泵再循环调门控制策略(1)fcb触发后，给水泵再循环调门投自动；(2)如果给水泵流量小于第三阈值，则联开给水泵再循环调门；如果给水泵流量大于第四阈值，则联关给水泵再循环调门；c、给水调门控制策略fcb触发后，给水主路调节阀、旁路调节阀直接切至手动方式，并保持当前开度不变。2.如权利要求1所述的一种无旁路循环流化床机组fcb工况下汽包水位自动控制方法，其特征在于：第一阈值应小于锅炉mft汽包高水位保护定值，第二阈值应大于锅炉mft汽包低水位保护定值。3.如权利要求1所述的一种无旁路循环流化床机组fcb工况下汽包水位自动控制方法，其特征在于：第三阈值应高于给水泵最小流量保护定值，第四阈值为联开再循环调门流量定值的1.5倍。

技术总结

一种无旁路循环流化床机组FCB工况下汽包水位自动控制方法，其控制策略包括：A、给水泵控制策略：FCB触发后，电泵勺管、小机转速投自动；如果汽包水位高于某值，则电泵勺管、小机转速自动减至某值；如果汽包水位低于某值，则电泵勺管、小机转速恢复至初始值；B、给水泵再循环调门控制策略：FCB触发后，给水泵再循环调门投自动；如果给水泵流量小于某值，则联开给水泵再循环调门；如果给水泵流量大于某值，则联关电泵再循环调门；C、给水调门控制策略：FCB触发后，给水主路调节阀、旁路调节阀切手动。本发明内容已成功应用于某2