朱軍輝

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510600）

1 機(jī)組對(duì)FCB的需求

某電廠位于越南南部地區(qū)，裝機(jī)容量為2×600MW超臨界機(jī)組，燃料為越南無(wú)煙煤，鍋爐采用超臨界W火焰鍋爐，汽輪機(jī)為超臨界一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式。制粉系統(tǒng)是直吹式系統(tǒng)，設(shè)置6臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨。

根據(jù)項(xiàng)目的要求，從設(shè)計(jì)階段起就考慮機(jī)組要實(shí)現(xiàn)FCB功能，以實(shí)現(xiàn)停機(jī)不停爐、帶廠用電運(yùn)行（小島運(yùn)行）。FCB后，帶廠用電運(yùn)行（小島運(yùn)行）工況，汽輪機(jī)進(jìn)汽量要維持6%額定負(fù)荷左右，此工況能滿足電網(wǎng)短時(shí)故障而要快速恢復(fù)供電的需求；而停機(jī)不停爐時(shí)，汽輪機(jī)不再進(jìn)汽，所有蒸汽要通過(guò)旁路系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)減少鍋爐啟停次數(shù)，回收介質(zhì)，節(jié)約燃料的效果。

2 旁路容量的方案

機(jī)組要實(shí)現(xiàn)FCB功能，主要由相關(guān)的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制、燃燒器管理、給水流量管理、汽輪機(jī)超速控制、主蒸汽和再熱熱段蒸汽壓力控制等來(lái)綜合實(shí)現(xiàn)，而高、低壓旁路系統(tǒng)在其中扮演了極其重要的角色，有必要對(duì)旁路系統(tǒng)容量的選擇進(jìn)行研究，以確定不同容量其對(duì)機(jī)組FCB功能實(shí)現(xiàn)的影響程度，為項(xiàng)目決策提供依據(jù)。

鍋爐的最低穩(wěn)燃負(fù)荷為40%額定負(fù)荷，考慮到FCB后可能出現(xiàn)停機(jī)不停爐的工況，則所有蒸汽均通過(guò)旁路系統(tǒng)。此時(shí)旁路系統(tǒng)容量不得小于40%額定負(fù)荷，而鍋爐也不需要投油助燃，僅投用煤粉燃燒器即可，起到了節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用、減小鍋爐啟停次數(shù)、回收汽水工質(zhì)的效果。

由于低壓旁路系統(tǒng)容量受制于凝汽器能接受低壓旁路流量的大小和低壓旁路后管道對(duì)凝汽器接口瞬態(tài)力的大小控制，低壓旁路無(wú)法做到100%額定流量。

故本項(xiàng)目的旁路系統(tǒng)的容量主要考慮2個(gè)方案。方案1：配置45%額定工況的高、低壓旁路系統(tǒng)；方案2：配置60%額定工況的高、低壓旁路系統(tǒng)。2個(gè)方案中，高壓旁路閥數(shù)量為1個(gè)，低壓旁路閥數(shù)量為2個(gè)。

3 旁路容量和FCB功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)比分析

方案的邊界條件如下：

（1）鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種，鍋爐額定負(fù)荷下蒸發(fā)量為1 860t／h；磨煤機(jī)配置為6臺(tái)，按5用1備考慮，每臺(tái)磨煤機(jī)可對(duì)應(yīng)20%額定負(fù)荷。FCB后第1、5、10s可分別退出一臺(tái)磨煤機(jī)。

（2）鍋爐煤粉燃燒器數(shù)量為24個(gè)，每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)4個(gè)煤粉燃燒器。

（3）每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)50%容量汽動(dòng)給水泵，1臺(tái)50%容量的電動(dòng)給水泵作為啟動(dòng)／備用給水泵。

（4）汽輪機(jī)主汽門和再熱汽門的關(guān)閉速度為小于0.15s，延遲時(shí)間小于0.05s，即在0.2s即可以實(shí)現(xiàn)從全開到全關(guān)。

（5）鍋爐上設(shè)置PCV閥和安全閥，其中PCV閥容量可根據(jù)不同旁路容量來(lái)進(jìn)行選取，其開啟時(shí)間小于0.1s。

（6）高、低壓旁路閥采用氣動(dòng)閥，快開狀態(tài)下從全關(guān)到全開的時(shí)間小于3s。

（7）在FCB后，機(jī)組的廠用電率約6%額定負(fù)荷。

根據(jù)上述邊界條件，考慮到旁路容量已在鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷之上，后述分析考慮FCB后小島運(yùn)行的工況。

鍋爐主蒸汽流量由于磨煤機(jī)在FCB后第1、5、10s分別退出1臺(tái)，其主蒸汽流量相應(yīng)變化為80%、60%、40%額定流量。

汽輪機(jī)進(jìn)汽流量受主汽門在FCB后小于0.3s內(nèi)關(guān)閉的條件，在0.3s即減少到6%額定流量。

旁路系統(tǒng)流量在FCB后3s達(dá)全開，分別達(dá)到45%額定流量（方案一）和60%額定流量（方案二）。

多余的蒸汽流量如表1所示。

表1 多余的蒸汽流量

從表1可以看出，方案一在FCB后第10s，旁路系統(tǒng)達(dá)到全開后，隨著磨煤機(jī)退出至2用4備狀態(tài)，鍋爐負(fù)荷降至40%額定負(fù)荷，此時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可由蒸汽輪機(jī)和旁路系統(tǒng)來(lái)接納，F(xiàn)CB后第10s前的多余蒸汽，由鍋爐的PCV組合安全閥向空排放。

方案二在FCB后第5s，旁路系統(tǒng)達(dá)到全開后，隨著磨煤機(jī)退出至3用3備狀態(tài)，鍋爐負(fù)荷降至60%額定負(fù)荷，此時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可由蒸汽輪機(jī)和旁路系統(tǒng)來(lái)接納，F(xiàn)CB后第5s前的多余蒸汽，由鍋爐的PCV組合安全閥向空排放。

方案一預(yù)計(jì)通過(guò)PCV組合安全閥向空排放蒸汽量為81t，相當(dāng)于2.6min的鍋爐蒸發(fā)量；方案二預(yù)計(jì)通過(guò)PCV組合安全閥向空排放蒸汽量為57t，相當(dāng)于鍋爐1.8min的鍋爐額定蒸發(fā)量。方案一比方案二多排放蒸汽24t，相當(dāng)于鍋爐0.8min（48s）的鍋爐額定蒸發(fā)量。

4 不同旁路容量的配套對(duì)比分析

不同的旁路容量，除排放蒸汽量有所不同外，還帶來(lái)旁路閥、旁路閥后管道尺寸和重量、PCV閥等不同。

按PCV組合旁路系統(tǒng)總?cè)萘繛?5%額定流量時(shí)，安全閥可以不動(dòng)作考慮。方案一的PCV為30%額定流量，一般配置6個(gè)5%額定流量的PCV。方案二的PCV為15%額定流量，考慮過(guò)熱器出口管道的對(duì)稱性，一般配置4個(gè)5%額定流量的PCV。

旁路閥和配套管道如表2所示。

表2 旁路閥和配套管道

另外，需要考慮低壓旁路后管道的安全性問題，在多個(gè)國(guó)內(nèi)火電廠項(xiàng)目中均有所反饋，低壓旁路出口管道至凝汽器喉部三級(jí)減溫減壓器的接口處發(fā)生拉裂現(xiàn)象，其主要原因是低壓旁路閥開啟后，管道瞬時(shí)位移較大，會(huì)對(duì)管道支吊架系統(tǒng)和凝汽器接口產(chǎn)生較大的推力，在工程實(shí)踐中，針對(duì)管道位置較大，采取了多設(shè)置剛性支架或吊架的應(yīng)對(duì)措施；針對(duì)接口拉裂，要求凝汽器廠家進(jìn)行局部加強(qiáng)的應(yīng)對(duì)措施。而旁路容量越大，其瞬態(tài)工況越不利，容量相對(duì)較小的旁路容量其管道安全性相對(duì)高一些。

5 問題及建議

45%額定流量和60%額定流量的旁路系統(tǒng)，均需要通過(guò)PCV組合安全閥來(lái)排出多余的蒸汽，大容量的旁路系統(tǒng)在工質(zhì)回收上可以多回收約24t蒸汽，由于除氧器水箱容量為5min，兩者均可滿足向鍋爐供水的要求，并無(wú)實(shí)質(zhì)區(qū)別。

大容量的旁路系統(tǒng)，其旁路系統(tǒng)初投資高，但PCV初投資低，但由于旁路系統(tǒng)比PCV初投資要高，初投資約增加150萬(wàn)元（每臺(tái)機(jī)組）。

小容量的旁路系統(tǒng)，其旁路后管道中流量相對(duì)小，管道運(yùn)行產(chǎn)生的位移和推力相對(duì)小，管道安全性相對(duì)高。

對(duì)于機(jī)組的FCB，無(wú)論是FCB后帶廠用電運(yùn)行（小島運(yùn)行）工況，或停機(jī)不停爐工況，45%額定流量旁路系統(tǒng)組合30%的PCV或60%額定流量旁路系統(tǒng)組合15%的PCV均可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定主蒸汽壓力、排出多余蒸汽和回收工質(zhì)的功能，綜合考慮初投資、管道運(yùn)行安全、回收工質(zhì)能力等因素，45%額定流量旁路系統(tǒng)組合30%的PCV是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

由于國(guó)外沒有將安全閥起跳算作運(yùn)行事故的規(guī)定，按ASME標(biāo)準(zhǔn)，PCV按10%（2臺(tái)5%）額定流量設(shè)置即可，在此條件下，45%額定流量的旁路系統(tǒng)組合10%PCV 的經(jīng)濟(jì)性更佳。