火电机组FCB（Fast Cut Back）是指机组在电网或线路出现故障情况下，机组自动甩负荷转为只带厂用电运行的1种特殊工况。具备FCB功能的机组在甩荷过程中，能保证各主要运行参数在安全范围内变化而不引起停机、停炉保护动作，保证设备的安全；在只带本机厂用电定速运行时，如果电网具备条件可随时再并网^[1]。大型直接空冷机组FCB运行工况对机组各运行参数都有显著影响，其中背压和给水温度的调节控制在FCB工况下十分重要，开展其控制方式的研究工作非常必要^[2]。 1 设备概况

锅炉为超超临界、直流、单炉膛、一次再热、平衡通风、全封闭、固态排渣、Π型机组。汽轮机为660MW超超临界、一次中间再热、单轴、3缸2排汽、直接空冷凝汽式机组。

机组配置4套25%额定容量的可调式再热器安全阀，可有效缓解因锅炉启停引起的固体颗粒侵蚀，缩短机组启动时间，有利于机组FCB功能的实现。

汽轮机排汽冷却采用直接空冷技术，空冷凝汽器配置56个冷却单元（7排8列）。汽轮机的排汽分别经支管进入各冷却单元，先经顺流区进行冷却，凝结水流回热水井，再经凝结水泵送入回热系统。每个冷却三角下部均设有1台轴流风机，所有风机均采用变频控制方式调节转速。

机组抽汽回热系统包括3台高压加热器、3台低压加热器及1台除氧器。高压加热器和低压加热器均为表面式、双流程、卧式、U形管加热器，1至3号高压加热器分别利用汽轮机的1段、2段、3段抽汽对锅炉给水进行加热；5至7号低压加热器分别利用汽轮机的5段、6段、7段抽汽对凝结水进行加热，以提高机组的循环效率。 2 汽轮机组背压控制方式

汽轮机凝汽设备主要分为水冷却系统和空气干式冷却系统2大类，其中空冷机组又分为直接空冷和间接空冷2种类型。直接空冷汽轮机排汽进入散热器与空气直接换热，属1次换热模式；间接空冷汽轮机排汽进入凝汽器先与循环水换热，循环水进入散热器再与空气换热，属2次换热模式^[3,4]。2.1 间接空冷及湿冷机组背压调节方式

间接空冷机组低压缸排汽进入排汽装置，通过循环冷却水冷却后，在凝汽器内凝结形成真空。机组背压控制采取单回路调节方式，通过改变百叶窗开度调节循环水回水温度：百叶窗开度变大，冷却风量增加，循环水回水温度降低，机组背压降低；反之，机组背压升高。湿冷机组真空控制方式和间接空冷机组相似，循环水作为汽轮机低压缸排汽的冷却介质，凝汽器真空由循环水温度和流量进行控制调节^[4]。 2.2 直接空冷机组背压调节方式

直接空冷机组低压缸排汽进入冷却三角，在翅片管内流动，通过空气对流换热凝结成水，在空冷凝汽器内形成真空。机组背压控制采取单回路调节方式，通过改变空冷风机转速进行背压调节：风机转速升高，冷却空气量增大，机组背压降低；风机转速降低则机组背压升高。 2.3 FCB工况时机组背压变化情况

FCB功能触发后，机组快速减负荷，汽轮机高压、低压旁路系统接收到FCB信号后，将瞬间自动开启高、低压旁路阀至一定阀位，锅炉过热蒸汽通过高、低压旁路进入汽轮机排汽装置。由于大量高温蒸汽的瞬间进入，排汽装置热负荷迅速升高，因无法在短时间内将所有蒸汽工质凝结成水，机组背压会大幅上升。如果按常规方式调节机组背压，背压值将迅速达到跳闸值，导致机组背压高主保护动作，汽轮机跳闸。3 直接空冷机组FCB动作时背压控制方式优化

目前具备FCB功能的机组均为湿冷或间接空冷机组，直接空冷机组尚不具备FCB功能，因此没有直接空冷机组FCB工况运行背压控制调节的相关经验。直接空冷机组与湿冷机组在排汽末端有很大区别，所以其背压控制方法与普通湿冷机组截然不同。本文根据某660MW超超临界直接空冷机组正常运行及变负荷工况时背压自动控制原理，结合直接空冷机组的实际特点，开展机组FCB工况下背压控制措施的制订及优化工作。 3.1 直接空冷机组背压控制特点

直接空冷机组的基本特点是其背压高于常规凝汽式汽轮机，且会受空冷进汽量、排汽冷却能力的影响而大幅波动。湿冷和间接空冷机组以水作为循环冷却工质，水的强制对流换热系数为1000~15000W/m²K^[4]；而直接空冷机组以空气作为循环冷却工质，空气的强制对流换热系数仅为50W/m²K左右，因此在相同冷却面积时，湿冷和间接空冷机组的冷却能力至少为直接空冷机组的20倍。直接空冷机组背压调节回路通过背压的测量值计算出冷凝这些蒸汽所需的冷却空气量（即通过背压设定值与测量值的偏差进行PID运算，结合空冷风机运行情况实现风机的自动控制）。3.2 直接空冷机组FCB工况下背压控制优化

机组FCB信号触发后，为保证机组通流部分压力不发生大幅飞升现象，高、低压旁路会快速开启，大量蒸汽直接排入排汽装置。当机组负荷出现剧烈变化时，要求PID控制器的响应要尽可能快，但直接空冷机组背压调节响应速度要远滞后于间接空冷及湿冷机组。如果排汽背压急剧升高至保护定值而引发汽轮机跳闸，不但FCB试验无法继续进行，还会给机组的安全运行带来严重威胁。针对这种情况，采取了以下措施来控制直接空冷机组FCB工况下背压的变化幅度。 3.2.1 背压预先调节

机组发生FCB瞬间，背压控制不采用PID调节回路进行调节，空冷运行风机频率全部超驰开启至满频状态。提前进行风机转速调节，进行背压的预先调节。待机组设定背压与实际背压之差＜8kPa3时，再恢复PID控制器对机组背压的调节控制功能。 3.2.2 预先开启再热器可调安全门

通过判断再热器压力升高值及升压速率，采取预先开启再热器可调安全门方式，防止再热器超压，减缓进入汽轮机排汽装置的高温高压蒸汽量，利于机组背压的控制。满足以下任一条件时，即联锁开启再热器可调安全门：

（1）再热蒸汽压力＞7.1MPa；

（2）高旁开启且高旁阀后温度大于450℃；

（3）再热蒸汽压力升压率＞0.5MPa/s，当再热汽压力＜6.6MPa时安全阀回座。

再热器可调安全门控制逻辑框图见图 1所示。满足开启条件时，开启再热器可调安全门可有效解决再热器压力过高问题，尤其在机组带大负荷发生FCB工况下。虽然通过再热器可调安全门损失一部分工质，但可极大地减小机组排汽装置压力上升数值，是高负荷工况机组背压控制的有效手段之一。

图 1(Figure 1)

图 1 再热器可调安全门控制逻辑

当汽轮机排汽装置压力＞35kPa或排汽温度＞80℃时，快关低压旁路，切除排汽装置蒸汽来源，避免大量高温高压蒸汽再进入排汽装置。预先进行排汽装置压力控制，确保排汽装置压力不再迅速升高，保证机组运行安全。 3.2.4 保证辅助蒸汽至轴封系统的供汽

FCB信号触发后，由于机组负荷迅速降低至只接带厂用电运行，因此轴封系统自密封蒸汽消失，此时必须保证辅助蒸汽至轴封供汽系统正常投入，防止FCB动作过程中空气进入汽缸内而影响机组真空。FCB信号触发后联关轴封溢流调节门，超驰开启辅汽至轴封系统调节门（开度为正常值的30%），10s后根据FCB动作前轴封压力值进行自动调节。3.3 优化效果

通过采取以上优化措施，完善了直接空冷机组FCB工况下背压控制方式，机组在进行50%负荷的FCB试验时，背压由正常值11kPa最高只升至28kPa即开始回调并稳定在22kPa左右，背压升幅最大为17kPa，且数值变化平稳，未发生大幅波动现象，背压调节控制效果良好。 4 FCB动作时给水温度控制方式优化

机组运行过程中给水温度突然下降时，若要维持锅炉蒸发量不变，则必须增加燃料量。然而，锅炉炉膛出口烟气温度升高、过热器吸热量增加，不仅会降低锅炉运行效率，更容易出现锅炉蒸汽温度升高、锅炉超温、煤耗率大幅上升、空预器低温腐蚀等不利于锅炉安全运行的情况^[5,6,7]。 4.1 给水温度降低对锅炉运行的影响

汽轮机FCB试验时，为防止各段抽汽返汽造成机组超速，FCB信号触发后会联锁关闭各段抽汽逆止门和抽汽电动门，即机组在FCB工况运行时高、低压加热器自动切除运行，锅炉给水不经加热器加热而直接送至省煤器，给水温度会发生突降^[6,7,8]。给水温度降低会对机组的循环热效率造成不利影响，导致机组发电煤耗升高，降低机组运行经济性。另外，机组在FCB工况运行时，锅炉过热、再热蒸汽温度很难控制，极易发生锅炉壁温超温现象，对锅炉的寿命造成一定影响^[9]。 4.2 FCB动作时给水温度控制策略优化

为防止FCB动作时锅炉给水温度大幅下降，减小受热面热应力水平及主、再热蒸汽及壁温的波动幅度，确保锅炉在FCB工况下的稳定运行，制订了以下给水温度控制策略：

（1）FCB信号触发后，不联锁关闭二段抽汽电动门和逆止门，使2号高加处于投入状态，由2号高加持续加热给水，保证给水有一定的温升。

（2）由于FCB工况下2号高加处于运行状态，为使加热器水位得到控制，增设了2号高加至除氧器的疏水管道^[5,6,7]，并增加了相应的控制逻辑。此管道的增设可有效减缓FCB工况下除氧器压力和给水温度的下降速度，改进后机组高加疏水示意图见图 2所示。

图 2(Figure 2)

图 1 改进后高加疏水示意图

（3）机组FCB时高压旁路迅速开启，机组再热器压力迅速升高，从2号高加运行安全角度考虑，增加2号高加进汽压力高保护逻辑，即2号高加进汽压力大于定值就联锁关闭2号高加抽汽电动门及逆止门，退出2号高加运行，以保障2号高加的安全。4.3 优化效果

表 1为优化改进后机组负荷为337MW时的FCB试验数据记录。试验过程中给水温度最大降幅17℃，主蒸汽温度、再热蒸汽温度及锅炉壁温等主要参数均没有发生突变现象。

表 1(Table 1)

表 1 FCB试验过程中锅炉主要参数变化情况

表 1 FCB试验过程中锅炉主要参数变化情况

机组FCB功能触发后，如果所有高压加热器均退出运行，给水温度将会下降50℃左右，而2号高加的投入保证了锅炉给水有35℃左右的温升,有效避免FCB工况下锅炉给水温度的突降，减轻了突发事件对锅炉燃烧的影响，防止管壁超温现象的发生，保障了锅炉的安全稳定运行。另外，2号高加至除氧器疏水管道的增设，缓解了除氧器的压力下降速度，降低了汽动给水泵在特殊运行工况时因除氧器压力不足而发生汽蚀的概率。5 结语

通过优化机组背压及锅炉给水温度控制方式，实现了FCB工况下二者不发生大幅波动的控制目标，成功解决了机组FCB动作后背压及给水温度等主要运行参数的控制难题，对保证机组在FCB工况下的安全稳定运行具有重要意义。