智慧电厂干货｜火电燃煤机组问答FCB（3/3）-北极星火力发电网

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现代大型火电燃煤机组热工自动控制的头上有两颗耀眼的明珠，一个是APS（APS-Automatic Procedure Start-up／Shut-down，机组自动程序启停系统），另一个就是FCB（FCB-Fast Cut Back，锅炉快速减出力）。两者相同之处都是采用现代控制理论构建了高度自动化和智能化的控制功能，不同之处除了应用的对象、目的和场合不同，在控制特性方面差异也是蛮大的。APS控制时间最少也要110分钟，FCB整个动态过程最多只有1分钟。APS控制的设备超过500台套，集中发出一级指令可以多达5条，FCB发出的一级指令一次竟然有165条。与APS控制的弛张有度、缜密沉稳不同，FCB玩儿的是心跳，玩儿的是激情与速度。

11.FCB做过试验吗？

(1)最近期的试验，已近10年

2011年12月9日12点35分，某电厂1号机组满负荷（700MW）FCB（锅炉快速减出力）试验圆满成功，来自不同单位的技术专家现场见证。图1是试验过程相关参数的过渡过程记录曲线。

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图1 FCB试验趋势记录

值长下令， FCB试验开始，甩负荷700MW，就见几块报警光字牌闪烁、报警声起，运行人员按键确认后，铃息灯稳。不到60秒，机组负荷稳定运行在22MW。须臾，值长宣布：试验结束。这么快，FCB试验结束了？内里汹涌澎湃，表面平静似水，就这么神奇。不相信？有机会可以到厂了解，真金不怕火炼。想亲历一次？可遇而不可求，这要看运气。

(2)早期的试验，20年前

图2、图3、表1是2000年FCB试验的原始记录。结合控制策略对照这些资料我们可以看出，发电机解列机组甩掉700MW负荷的瞬间， FCB超驰动作，机组带厂用电18MW。锅炉主汽压力最高飞升到18.9MPa，没有超出过热蒸汽安全门的动作值19.2MPa，飞升幅度1.5 MPa，1分钟后超驰控制结束。然后，机炉协调主控器以0.4MPa／min的速率将主汽压力平滑地降低到11.2MPa。给水流量最大为2389t/h；锅炉汽包水位波动为－86～＋112mm。在切除三台磨的过程中炉膛负压最低－1330Pa，送风量稳定在30.4％。锅炉主汽、再热蒸汽、汽机高旁和低旁出口温度以及再热器压力等参数都没有超出运行允许值。发电机解列的第0.04秒汽机OPC动作，持续0.92秒，汽机转速冲高至3150rpm后回落，在DEH调节下，经过13.8秒过渡过程重新稳定在额定转速。OPC动作条件是30～60％的功率／负荷不平衡值与3000～3210rpm的汽机转速分别经量纲换算，两者之和≥1。根据试验记录，此刻OPC动作转速仅为3007rpm，可见在这种工况下功率／负荷不平衡是OPC动作的决定性因素。

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图2 FCB动作参数趋势记录1

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图3 FCB试验参数趋势记录2

表1 机组FCB动作参数分析

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注：表中符号“－”表示参数是过程变化值或高、低峰值之间的正常值。

12.何为FCB的“排导法”？

为确保75％BMCR以上机组快速减出力，选用40％BMCR汽机旁路疏导的同时，在锅炉过热器联箱出口主汽管道上安装有7只PCV阀，总排量32％BMCR，专为FCB “排导法”配备。与汽机旁路相比，PCV阀更快速，从接到FCB指令到全开仅需零点几秒，低于汽机旁路阀全开的3秒；作用直接，安装在锅炉过热器联箱出口蒸汽管道上，开阀即泄压；方式简单，过热蒸汽直排大气，无需减温，此为“排”。接到FCB指令立刻开启汽机旁路，则为“导”。锅炉PCV阀和汽机旁路阀的合力“排导”用于抑制机组＞75ECR时的锅炉压力飞升，负荷低于75％BMCR， PCV阀无须“排”，只用汽机旁路的“导”，因为锅炉有足够的压力飞升空间。

13.FCB经过实战了吗？

光说不练那是假把式，某电厂700MW亚临界机组拥有FCB成功动作的骄人业绩，投入率、利用率、成功动作率皆为100%。2001年至2010年间先后经历过8次FCB，每次都是在高于600MW负荷工况下，毫无征兆地甩掉全部供电负荷，FCB逻辑1秒内爆发指令165条，3秒内迅即完成全套减锅炉出力动作，待运行人员发觉时看到的是“发电机解列机炉运行带厂用电”或“停机不停炉切换厂用电”的结果。FCB过程中，除了锅炉PCV阀有点儿动静，少量热工和电气报警光字牌闪烁提示，不是专业人员很难感知机组发生了什么。

国内业界最长“孤岛运行”纪录出现在2001年5月11日3时48分。因雷击电网，1号机组与电网解列，甩负荷670MW。FCB把机组成功超驰为“发电机解列机炉运行带厂用电” 运行方式，维持厂用电19.9MW ，孤岛运行长达195分钟（3小时15分）后机组重新并网，至今这个纪录仍稳坐头把交椅。

14.FCB动作的过程是怎样的？

下面这张是FCB动作的时序图（见图4），列出了FCB是主要设备的动作顺序。

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图4 FCB动作时序图

(1)发电机解列机炉运行带厂用电

假如机组实发负荷＞75％ECR，FCB是因电网的原因引发机组解列，FCB一俟动作，以下控制即刻发生：

1)系统容错。

MCS禁手动，AUTO强权，定值改、限值变，偏差容错报警放宽。

① 屏蔽相关信号超量程；② 锁定过热减温、给煤控制、高旁、低旁、小汽机MEH等75个自动调节回路在“自动”；③ 取消燃料／送风交叉控制，退出氧量校正，锅炉主控器转伺服；④ 重置26个控制限定值。

2)BMS（燃烧器管理系统）

釜底抽薪，速减出力急降压，递减制粉，双磨维系炉火炽。

迅速在10秒钟内将锅炉给煤量从246t/h降到80.8t/h。并按照“切上下、留中间；先上后下、顺序切除”的原则，把运行的制粉系统从5套减至2套。这样有利于在快速降低燃烧率的过程中稳定锅炉燃烧。

3)B-SCS（锅炉顺序控制）

PCV迎峰起跳阻升势，主汽排放正当时。

即时开启7只PCV阀，保持至第30秒，开始关闭第一只PCV阀，然后每隔5秒钟关闭一只，第60秒钟全部回座（过热蒸汽排放损失约0.45%ECR，9.06吨）；

4)MCS（模拟量自动调节系统）

BPC快开，机、炉分离，旁路贯通，过热、再热、复水成一体。

给水冲量三变一，燃烧、汽水SCS总动员

① 3秒内全开高、低压旁路阀，并投入喷水减温；② 锅炉汽包水位、除氧器水位切至单冲量调节，强制锅炉水位信号恒定120秒不变；③ 机炉协调控制切至锅炉跟随方式；④ 超驰给定锅炉负荷指令在35%BMCR；发电机功率由厂用电量决定，根据历次FCB动作统计，在18～22MW之间。

5)DEH（汽轮机电液调节装置）

透平转速欲窜起， GV、ICV点刹，OPC立断当机。

① OPC（汽轮机超速控制）动作，快速平衡汽轮机转速上升。发电机解列的第0.04秒汽机OPC动作，持续0.92秒，汽机转速冲高至3150rpm后回落，在DEH调节下，经过13.8秒过渡过程重新稳定在额定转速。OPC动作条件是30～60％的功率／负荷不平衡值与3000～3210rpm的汽机转速分别经量纲换算，两者之和≥1。根据试验记录，此刻OPC动作转速仅为3007rpm，可见在这种工况下功率／负荷不平衡是OPC动作的决定性因素；② 额定转速的103％，3090rpm瞬间关闭全部GV和ICV，待转速下降到规定值（ 3000rpm ）时，马上重新开启到维持3000rpm的开度。③ DEH切至操作员自动（OA）方式。

6)MEH（给水泵小汽轮机DEH）

小汽机转汽源，炉给水不间断。

① 针对FCB工况A／B汽动给水泵自动设定转速定值，提前预置锅炉汽包水位调节量；② 自动切换小汽机汽源。

7)B-SCS（锅炉顺序控制）

关闭再热减温喷水截止阀，防止FCB过程中再热汽温受到干扰。

(2)停机不停炉切换厂用电

除下面两项与“发电机解列带厂用电”不同外，其余均相同。

1）DEH、T-SCS（汽轮机顺序控制）

执行停机操作；

2）电气保护

切换厂用电。

15.FCB对电厂有何意义？

FCB过程中PCV阀参与锅炉压力控制的方式值得推荐。在电网出现大面积停电事故时，发电厂可以应用FCB功能“保厂用电”，对缩短电网的事故时间、减低危害程度发挥重要作用，社会效益贡献良多。同时对延长电厂设备寿命、降低运行成本都有正面帮助。这算得上是一种情怀。

衡量机组技术性能、水平的指标有很多，但是若以能否真正实现FCB功能作为标志，这将是一种直观和准确的标准。FCB是一把尺子，可以度量出火力发电厂设备可控性和自动化程度的高低。这对电厂来讲是个荣誉。

当然了，对全厂职工个人的利益也有实质性帮助，机组事故停机那是要扣奖金的。而一个成功的FCB能够搞掂那种“存在处理机会的故障”把濒临事故边缘的机组拉回到正常运行状态，减少电厂被“安全考核”的数量。这对电厂来讲是实在的利益。能说FCB对电厂没有好处吗？

16.FCB要诀说了什么？

FCB要诀

电网故障跳开关、机组负荷全失，锅炉出力无穷劲、压力飞升至。濒临MFT，千钧悬一丝， FCB挺身挽颓势。釜底抽薪，速减出力急降压，递减制粉，双磨维系炉火炽。PCV迎峰起跳阻升势，主汽排放正当时。BPC快开，机、炉分离，旁路贯通，过热、再热、复水成一体。透平转速欲窜起， GV、ICV点刹， OPC立断当机。小汽机转汽源，炉给水不间断。DEH转OA， CCS炉跟随，非常工况非常手段，给水冲量三变一，燃烧、汽水SCS总动员。MCS禁手动，AUTO强权，定值改、限值变，偏差容错报警放宽。

3秒定成败， 10秒见好坏， 60秒后回常态。不停炉不停机、自带厂用电，孤岛屹立、星火仍明艳，参数不越限、机组报平安。

设备运行有风险，误动、隐患难预见，事发一挥间，汽机跳闸、解列发电， FCB有序井然，厂用得切换。炉火熊熊汽水循环，高温启动时间短。抑制外扰有担当，消除内患勇在先，撑电网、利电厂，危难之际保安全。（THE END）

《火电燃煤机组程序自动启停系统（APS）与智能控制》作者：王立地

可供大型火力发电厂、电力研究院、电力设计院、DCS生产厂家、火电安装调试等单位从事热工自动化、节能优化运行、智能电厂规划等专业的技术人员在生产培训、工程设计、系统调试、软件组态时借鉴应用，也可作为大专院校相关专业的辅助教材。