高壓旁路仍為100% BMCR 配置，帶安全門功能。但低壓旁路則由二期的50％提高為65%配置，從而能增加在甩負荷及 FCB 工況下的工質(zhì)回收率。同時，低旁容量的提高，還能降低機組啟動過程中的再熱蒸汽壓力，有利于汽輪機的啟動。在 FCB工況下，進入冷再熱管的蒸汽量包含高壓旁路的減溫噴水，其量約為主蒸汽的16％。但此時汽動給水泵及除氧器等都直接或間接的取用冷再熱蒸汽，該量并不少于高壓旁路噴水量，故低壓旁路容量仍以鍋爐的BMCR為基數(shù)。與二期不同，三期的旁路不設(shè)單獨的旁路控制系統(tǒng)，除了就地配置的安全門控制回路外，其他的所有控制和調(diào)節(jié)全部交由機組的DCS系統(tǒng)負責(zé)，旁路的供貨廠商則提供旁路的控制策略，算法和相關(guān)參數(shù)等并配合調(diào)試。

2.3 再熱安全門

    　鑒于低壓旁路在凝汽器壓力高等特殊情況下會被閉鎖，再熱安全門容量必須按照100% 容量配置，以提供事故工況下的蒸汽通道。外高橋二期采用的是二位式再熱安全閥，由于其動作后只能全開，必然導(dǎo)致大部分蒸汽被排至大氣，加劇了工質(zhì)的不平衡。三期則選用了調(diào)節(jié)式的安全閥，在高負荷情況下發(fā)生 FCB 時，按不超壓的原則控制，當(dāng)其開啟時只排放多余的蒸汽，這對減少 FCB 工況下的工質(zhì)損失極為有利，而實際應(yīng)用的效果確實很好。

2.4 汽動給水泵

   　 與二期 2×50 汽動給水泵+40％電動給水泵的配置不同，三期采用1×100％汽動給水泵，自帶凝汽器，可單獨啟動，不設(shè)電動泵。極大地簡化了系統(tǒng)，運行靈活勝，經(jīng)濟勝和可靠勝大大提高。從鍋爐沖管直至第一臺機組投產(chǎn)，從未發(fā)生過一起因汽動給水泵故障造成的機組停運。

    　外高橋二期的給水泵汽輪機，其汽源采用外切換。在汽源的切換過程中必須先切斷主汽輪機抽汽，再打開再熱蒸汽閥以確保主機安全，切換時間較長。這必然導(dǎo)致小汽輪機短時間缺汽，相應(yīng)使給水泵轉(zhuǎn)速下降并造成鍋爐短暫缺水，而此時又恰逢高壓旁路打開，給水泵出口又增加了旁路噴水，更加劇了鍋爐缺水，必然導(dǎo)致水冷壁出口溫度迅速竄升的局面。當(dāng)汽源切換成功，給水流量恢復(fù)后，水冷壁出口溫度則會掉頭向下。在此過程中，水冷壁出口段以及一級過熱器等必然承受了一次劇烈的短時過熱及回冷的沖擊。這對超臨界及超超臨界機組，容易導(dǎo)致爐管的表面氧化皮脫落，增加了過熱器堵管以及汽輪機固體顆粒沖蝕等的風(fēng)險。

    　外高橋三期工程采用了具有特殊內(nèi)切換功能的專用小汽輪機。再熱蒸汽和汽輪機 5 級抽汽分別經(jīng)不同的調(diào)門引至與之參數(shù)相適配的調(diào)節(jié)級噴嘴組，兩者可分別單獨運行至滿負荷，也可同時運行，汽源切換迅速。當(dāng) FCB 或停機等工況出現(xiàn)，抽汽迅速減少或消失時，再熱蒸汽調(diào)門會自動開大并維持給水泵運行，切換擾動量很小，極大的改善了機組在這種工況下的安全勝。在機組的調(diào)試期間，歷次停機不停爐，甩負荷試驗及 FCB 試驗中，汽動給水泵的轉(zhuǎn)速和壓力控制都很平穩(wěn)，完全感覺不到汽源的切換過程。

 
2.5 除氧器

    　二期的除氧器為常規(guī)的淋水盤有頭式，在運行中經(jīng)常發(fā)生淋水盤被沖壞的情況，三期則選用了引進技術(shù)生產(chǎn)的內(nèi)置式一體化無頭除氧器，至今運行良好。除氧器水箱是整個汽水循環(huán)中主要的蓄水和緩沖環(huán)節(jié)，這對超（超）臨界鍋爐尤為重要。

    　二期的除氧水箱容量為5min的鍋爐蒸發(fā)量。從調(diào)試階段的停機不停爐和FCB試驗的情況來看，其容量明顯不足。三期工程經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，將其容量調(diào)高至6mm的鍋爐蒸發(fā)量。

 
三、控制系統(tǒng)及調(diào)試

   　 旁路控制系統(tǒng)通常運行于跟蹤溢流方式，但在 FCB 或甩負荷時接受了鍋爐的絕大部分蒸汽，需立即轉(zhuǎn)入按燃燒率計算的相應(yīng)壓力進行控制。

   　 鑒于低壓旁路通流量有限，在高負荷時發(fā)生 FCB 后，若不及時將鍋爐蒸發(fā)量降至低壓旁路通流量以下，必然導(dǎo)致大量蒸汽被再熱安全門排向大氣，從而使機組的運行無法持續(xù)。因此，當(dāng)發(fā)生 FCB 時，機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)須按 RUNBACK 程序進行控制，目標(biāo)負荷應(yīng)為低旁容量以下。由此可知，在進行甩負荷及 FCB 試驗前，應(yīng)先完成 RUNBACK 試驗。

    　在 FCB 發(fā)生后，所有的主汽輪機抽汽都基本消失，為減少鍋爐進水溫度的大幅波動，從而有利于 FCB 后鍋爐的汽溫及負荷的控制，改善 RUNFACK 后鍋爐的水動力工況，同時也盡可能增加冷再熱蒸汽的用戶，回收熱量及工質(zhì)，故汽源為冷再熱蒸汽的＃7高壓加熱器仍應(yīng)維持運行。不過，由于＃ 6 高加已退出，逐級疏水不再可用，須迅速切換至越級疏水至除氧器。

    　另外，# 1~#4 低壓加熱器退出了運行，使得進入除氧器的水溫大幅下降，除氧器加熱用汽量急劇增加，而其工作汽源（ 5 級抽汽）已消失，故需立即將汽源切換至直接取用冷再熱蒸汽。此時的除氧器壓力控制轉(zhuǎn)為“壓力下降速率限制”模式，防止＃ 7 高加進水溫度劇變，危及其運行安全，同時也確保給水泵前置泵入口的汽蝕余量，防止發(fā)生汽蝕。

3.2 控制系統(tǒng)的調(diào)試

    　在 FCB 發(fā)生后，機組的鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及熱力系統(tǒng)和各種輔機等的運行工況都將發(fā)生很大的變化，整個機組的過渡過程只能依托控制系統(tǒng)，自動按既定的程序邏輯和規(guī)則進行控制和調(diào)節(jié)，人工操作是不可想象的。從某種意義上來講，全真工況的FCB試驗，是對機組自動控制系統(tǒng)勝能的最嚴(yán)峻的綜合檢驗。因此，在新機組的調(diào)試過程中，必須對每一個子系統(tǒng)都進行認真仔細地調(diào)試和試驗，使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)勝能完全滿足技術(shù)要求，最終能讓整臺機組進入真正意義上的全自動方式運行，并能適應(yīng)各種特殊工況的擾動。

    　另外，為確保機組在試驗中萬無一失，所有的保護必須經(jīng)過校驗并投入運行。另外， FCB 與甩負荷試驗不同，后者僅僅用于考核汽輪機在發(fā)電機甩負荷的情況下能否控制得住轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。而 FCB 試驗的目的是為考核在遇到電網(wǎng)突發(fā)事故的情況下，機組能否決速減負荷并安全的轉(zhuǎn)入孤島運行方式，而這種突發(fā)事故通常不會有任何先兆。因此，F(xiàn)CB 試驗時機組應(yīng)處于完全真實的運行工況，而試驗前對機組的運行工況或?qū)刂葡到y(tǒng)采取的任何臨時性干預(yù)措施都應(yīng)被視作試驗無效。
                
四、FCB 試驗

    　按三期的設(shè)計，在汽輪發(fā)電機甩負荷時，鍋爐通過旁路系統(tǒng)維持運行。從熱力系統(tǒng)角度，其工況的變化與FCB 時最為相似，甚至更極端。兩者不同之處在于廠用電的供電方式，在甩負荷時，廠用電由電網(wǎng)倒送，相對較為安全。因此在進行FCB 試驗前，應(yīng)先完成全真運行工況的甩負荷試驗，在按常規(guī)測取汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子飛升轉(zhuǎn)速的同時，考核整個熱力系統(tǒng)及相關(guān)控制系統(tǒng)在此工況下的應(yīng)變能力。

 
   　 08 年 3 月巧日和 16 日，外高橋三期工程第一臺機組先后進行了 75 ％和 100 ％的甩負荷試驗。試驗采用全真運行工況，試驗前不作任何預(yù)防性措施和操作，唯一做的就是拉開發(fā)電機出口開關(guān)。這兩次試驗都獲得了成功。通過試驗，也發(fā)現(xiàn)了控制系統(tǒng)內(nèi)尚存的個別不足，經(jīng)修改邏輯后于 3 月 17 日晚 21 : 40 進行了全真運行工況的 75 ％負荷的 FCB 試驗。這次試驗非常成功，所有運行參數(shù)都很平穩(wěn)，汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子在主變壓器出口開關(guān)拉閘的 2s 后轉(zhuǎn)速達到 3118.4 rpm,17s 后降至 2952.6 rpm，約40s 后轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定，見圖2。由于再熱安全門沒有開啟，工質(zhì)平衡不存在問題。在這次試驗中，按計劃還要做50OKV線路開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的假并列試驗，故孤島狀態(tài)運行了近一個小時，于22:39:07再次并網(wǎng)。這次試驗還說明，機組完全可以在孤島狀態(tài)下安全運行較長時間。
            
    　在成功進行了 75 ％負荷 FCB 試驗的次日， 3 月 18 日晚 23:59:41 進行了全真運行工況的100％負荷FCB試驗，這次試驗再次取得了圓滿成功。汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速3162.4rpm, 最低轉(zhuǎn)速2950.8rpm, FCB發(fā)生后約45s轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定。見圖 3 ，僅過了不到7分鐘，于0:06:20機組再次并網(wǎng)。這次試驗，一方面展示了機組滿負荷 FCB 的能力，另一方面反映了機組在 FCB 后恢復(fù)向外送電的快速性。

    　得益于三期工程在一開始就對系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備配置進行了一系列針對性的改進和優(yōu)化，這次 100 ％負荷的 FCB 的過渡過程遠比二期 900MW機組的 FCB 平穩(wěn)。汽動給水泵汽源的迅速切換，使鍋爐的水動力極其穩(wěn)定，完全沒有出現(xiàn)二期900MW機組在 FCB 后的給水泵汽源切換過程中出現(xiàn)的水冷壁出口溫度快速竄升至接近保護動作值，而后再快速回落的局面。省煤器和水冷壁出口溫度絲毫沒有竄升的情況，徹底消除了汽動給水泵的汽源切換對鍋爐受熱面的熱沖擊，見圖 4 ，機組的其他各種熱力參數(shù)均控制在安全范疇內(nèi)。
           
    　尤其是過渡過程中的工質(zhì)平衡良好，完全沒有了二期900MW 機組在 FCB后由干再熱蒸汽從安全門大量排空導(dǎo)致除氧器和凝汽器水位大幅下降的緊張局面。見圖 5 :
            
   　 根據(jù)記錄，再熱安全門在 FCB 發(fā)生后的 13s 快速開啟，過了 28s 后開始逐步調(diào)節(jié)關(guān)小，再經(jīng)過 48s 后完全關(guān)閉。從圖中可以看出，由于其包括調(diào)節(jié)關(guān)閉過程在內(nèi)的總開啟時間短，工質(zhì)損失少，因而對凝汽器水位造成的影響很小。從而驗證了三期工程就改善 FCB 過程工質(zhì)平衡的一系列措施非常有效。

 
五、結(jié)語

    　繼 2004 年 9 月外高橋二期工程的第二臺 900MW 超臨界機組全真運行工況的滿負荷 FCB 試驗成功后，外高橋三期工程的第一臺 1000MW超超臨界機組又一次圓滿地實現(xiàn)了滿負荷的 FCB 。從而向業(yè)界充分證明，大型超（超）臨界發(fā)電機組，包括國產(chǎn)和國內(nèi)設(shè)計的機組，完全能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的 FCB 功能，相關(guān)的技術(shù)己經(jīng)成熟，并具有可復(fù)制性。

   　 大型超超臨界發(fā)電機組具備 FCB 功能，除能為電網(wǎng)提供發(fā)生大面積停電時快速恢復(fù)的支撐點外，對電廠自身的安全也極為有利。事實上在國內(nèi)外，大部分超臨界和超超臨界機組都深受金屬氧化皮脫落導(dǎo)致的鍋爐爆管及汽輪機等遭受固體顆粒侵蝕（SPE）問題^（3）的困擾，并且參數(shù)越高問題就越嚴(yán)重。而這類問題主要發(fā)生在鍋爐的啟動階段，因此，盡可能的避免機組故障時的停爐是應(yīng)對這一問題的有效方法。當(dāng)機組具備 FCB 功能后，即同時也能具備停電不停機（甩負荷）及停機不停爐的功能，這就能最大限度的降低鍋爐的停運概率，從而可有效地緩解 SPE 等問題。對于大型超（超）臨界機組，只要鍋爐不停，一般故障后的恢復(fù)時間是很短的。因此，大機組具備 FCB 功能，實際上能實現(xiàn)電網(wǎng)和電廠的雙贏。

參考文獻：
[1］馮偉忠.900MW超臨界機組 FCB 試驗［J］.中國電力，2005, 38(2): 74-77.
    FENG test for 900MW suPercritical units[J] Electric Power, 2005, 38(2):74-77.
[2］馮偉忠.1000MW級火電機組旁路系統(tǒng)作用及配置［J］中國電力，2005 ,38(8): 53-56.
    FENG Wei-zhong. Functions all configuration of the bypass system for 1000MW class coal-fired power generation units[J] Electric Power,2005,38(8):53-56.
[6] 馮偉忠.超超臨界機組蒸汽氧化和固體顆粒的綜合防治［J］.中國電力，2007,40(1): 69-73 FENG Wel-zhong ComPrehensive Prevention of steam oxidation and solid particle eroslon for the ultra Supercritical unit[J] Electric Power , 2007 , 40 ( l ) : 69-73
*在歐洲， Fast Cut Back 稱之為 Run Back to House Load
作者簡介：
    馮偉忠，1954-，教授級高級工程師，副總經(jīng)理，長期從事發(fā)電廠建設(shè)和生產(chǎn)技術(shù)管理，研究方向為超超臨界發(fā)電技術(shù)

（轉(zhuǎn)載）