代增麗 柳振波 劉海亭

摘要：截止2018年11月，統(tǒng)計(jì)在冊的電力工程公司總計(jì)達(dá)32565家，隨著國內(nèi)電力市場的飽和，實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略成為唯一、正確的選擇。印度尼西亞人口眾多，受制于島國的特殊地形，孤島運(yùn)行方式成為常見運(yùn)行方式，小容量循環(huán)流化床機(jī)組占比非常高，但是該國屬于欠發(fā)達(dá)國家，業(yè)主投資普遍偏低，但是對自動(dòng)化條件下的FCB功能有著非常迫切的需求，因此，在小容量機(jī)組自動(dòng)化水平不高的情況下，實(shí)現(xiàn)簡單、實(shí)用的非人工干預(yù)的孤島運(yùn)行功能，可以形成對印尼市場的投標(biāo)優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：小容量;CFB;孤島運(yùn)行;低成本投資;高自動(dòng)化

中圖分類號：TM771 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

0?引言

印度尼西亞是東南亞人口最多的國家，目前統(tǒng)計(jì)人口已經(jīng)超過了2.7億，且當(dāng)?shù)鼐哂胸S富的煤炭資源，截止2017年底，人均裝機(jī)容量僅0.33千瓦，約為中國的1/4.2，西方國家的1/16，在印尼非中心地帶的居民，基本每家每戶配置小型柴油發(fā)電機(jī)，說明電網(wǎng)的不穩(wěn)定及供電量的缺乏，由此可見電力市場需求巨大，況且印尼電力市場門檻低，吸引著越來越多的中國電力工程公司進(jìn)行市場開發(fā)。但是印尼島嶼眾多，號稱千島之國，特殊的地理形態(tài)影響了島嶼之間的大電網(wǎng)連接，長期以來僅有爪哇-巴厘-馬都拉電網(wǎng)，其他的大部分地區(qū)不能形成較大電網(wǎng)，區(qū)域性孤網(wǎng)運(yùn)行成為主要模式，限制了大容量機(jī)組的發(fā)展，因此，小容量機(jī)組需求旺盛，小容量機(jī)組中，循環(huán)流化床鍋爐調(diào)峰能力最強(qiáng)，因此小容量CFB機(jī)組成為最受歡迎的機(jī)組類型。

印尼屬于發(fā)展中國家，業(yè)主財(cái)力有限，實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化條件下的孤島運(yùn)行功能，必須提高小機(jī)組的自動(dòng)化水準(zhǔn)，這樣會增加EPC的總投資，降低了中標(biāo)優(yōu)勢及合同利潤，而國內(nèi)小容量CFB機(jī)組多數(shù)屬于自備電廠或供熱電廠，自動(dòng)化程度普遍偏低，高度自動(dòng)化在這類機(jī)組不易實(shí)現(xiàn)，更何況自動(dòng)化條件的孤島模式了?；谶@類機(jī)組投資成本低、自動(dòng)化程度低的實(shí)際狀況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、非人工干預(yù)的自動(dòng)孤島模式，成為吸引印尼市場的關(guān)鍵，更能體現(xiàn)一個(gè)EPC工程公司的技術(shù)水準(zhǔn)，我公司承建的印尼馬拉扎瓦2×27.5MW機(jī)組經(jīng)過多次前期的技術(shù)研究，順利圓滿完成了孤島功能試驗(yàn)，在印尼當(dāng)?shù)匾鹆藰O大的反響。

1?試驗(yàn)前期技術(shù)分析

CFB機(jī)組孤島運(yùn)行方式是指在外網(wǎng)解列的情況下，發(fā)電機(jī)瞬間帶廠用負(fù)荷，高旁瞬間打開并配合PCV閥的能量釋放維持主蒸汽壓力，防止安全門動(dòng)作，鍋爐快速降低燃燒熱負(fù)荷，并與發(fā)電負(fù)荷匹配，隨著鍋爐蒸發(fā)量的降低及壓力實(shí)際變化，高旁逐步降低開度，逐步由負(fù)荷急劇波動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，甩負(fù)荷過程中通過汽輪機(jī)調(diào)速汽門調(diào)節(jié)，控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在合格范圍之內(nèi)，確保廠用電頻率穩(wěn)定，防止廠用輔機(jī)設(shè)備跳閘。 在設(shè)計(jì)階段，針對本項(xiàng)目的孤島功能，高旁容量、PCV閥容量、汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及通信方式響應(yīng)已經(jīng)考慮，也屬于通用火電機(jī)組成熟設(shè)計(jì)，且在進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中，已經(jīng)得到了初步驗(yàn)證，鍋爐的燃燒控制成為試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵點(diǎn)。

小容量循環(huán)流化床鍋爐（CFB）要實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行模式，要充分利用該類型機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避自身缺點(diǎn)造成的風(fēng)險(xiǎn)，并基于小容量機(jī)組投資成本低的實(shí)際情況，充分利用FCB的燃燒特點(diǎn)，采取簡單的、可靠的控制優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)孤島功能，循環(huán)流化床鍋爐實(shí)施孤島存在以下特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)1：鍋爐燃燒配風(fēng)要求相對煤粉爐低，存在高溫床料不容易滅火，在孤島實(shí)施過程中可以大幅度降低風(fēng)量、煤量;

優(yōu)點(diǎn)2：CFB最低穩(wěn)燃負(fù)荷可以降低至20%以下，而煤粉鍋爐穩(wěn)燃負(fù)荷一般不低于35%，形成的結(jié)果是孤島過程中，CFB可以第一時(shí)間快速降低負(fù)荷至45%，而煤粉鍋爐一般快速降低至60%左右，鑒于此，F(xiàn)CB可以在孤島模式下，使用更小的高旁開度帶負(fù)荷，減少蒸汽的無用損失;

優(yōu)點(diǎn)3：CFB在降低熱負(fù)荷的過程中，由于存在床料的蓄熱，輻射強(qiáng)度下降遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤粉鍋爐，因此，快速降低負(fù)荷過程中，汽溫下降的速度相對平緩，可以降低汽溫低造成汽機(jī)跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

缺點(diǎn)1：CFB密相區(qū)存在大量的儲熱物料及澆注料，孤島發(fā)生時(shí)降負(fù)荷的惰性較大，鍋爐降低蒸發(fā)量速率變慢;

缺點(diǎn)2：印尼馬拉扎瓦項(xiàng)目使用的煤質(zhì)接近于褐煤，灰分5%左右，為了滿足物料平衡，需要向鍋爐連續(xù)加石英砂的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熟床料，在快速降低鍋爐負(fù)荷、降低一次風(fēng)的情況下，很容易發(fā)生“塌床”事故，造成鍋爐流化惡化而滅火，甚至結(jié)焦;

缺點(diǎn)3：由于一次風(fēng)對流化床的意義重大，為了滿足高密度床料的流化質(zhì)量（石英砂），降風(fēng)比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二次風(fēng)，二次風(fēng)如果降低過量，由于二次風(fēng)口處于正壓區(qū)，很容易造成二次風(fēng)管失壓，形成高溫?zé)煔夥蹈Z，造成二次風(fēng)噴嘴燒損，但是如果二次風(fēng)量降低量過小，鍋爐床溫會急劇下降，存在鍋爐床溫低滅火風(fēng)險(xiǎn)。

另外，在試驗(yàn)前，通過鍋爐主控、機(jī)組CCS的運(yùn)行特點(diǎn)，鍋爐自動(dòng)方面還存在以下問題：

問題1：由于受到鍋爐惰性的影響，CCS條件下鍋爐降低負(fù)荷速度明顯緩慢，如果增加升降負(fù)荷速率值，風(fēng)量與煤量匹配嚴(yán)重失調(diào)，爐膛負(fù)壓擺動(dòng)范圍較大，甚至造成引風(fēng)機(jī)自動(dòng)解除，不能滿足孤島期間快速降低負(fù)荷的要求;

問題2：鍋爐上、下二次風(fēng)均為手動(dòng)蝶閥，分級燃燒的設(shè)計(jì)理念不能在快速降低負(fù)荷過程中實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整;

問題3：一次風(fēng)量測點(diǎn)安裝直段長度不足，風(fēng)量顯示波動(dòng)較大，不能滿足鍋爐主控自動(dòng)調(diào)節(jié)的要求;

問題4：二次風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時(shí)，如果二次風(fēng)管壓力低于0.25KPa后，容易發(fā)生氣流激振，導(dǎo)致風(fēng)道振動(dòng)及噪音大，升降負(fù)荷過程中必須借助A、B側(cè)二次風(fēng)電動(dòng)總調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)母管風(fēng)壓;

問題5：在甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中隨著一次風(fēng)的降低，回料器壓力迅速下降、床壓迅速升高、左右側(cè)床壓偏差達(dá)50%以上，且局部床溫開始下降，已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的“塌床”現(xiàn)象，流化開始惡化;

問題6：由于使用了石英砂補(bǔ)充物理平衡，高密度物料流化質(zhì)量變差，加沙運(yùn)行后料平試驗(yàn)照片，可以看出床料平整性差。

2?技術(shù)措施

2.1模擬孤島終端負(fù)荷特性

根據(jù)本項(xiàng)目廠用電估算，預(yù)計(jì)廠用負(fù)荷約占12%，因此初步定出鍋爐目標(biāo)負(fù)荷為35%額定熱負(fù)荷，并在機(jī)組啟動(dòng)過程中在鍋爐達(dá)到30%、35%、40%、45%、55%負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化后的主要參數(shù)進(jìn)行記錄，包括負(fù)荷、總給煤量、一次風(fēng)量及風(fēng)門開度、二次風(fēng)量及風(fēng)門開度、氧量、床壓、床溫，通過主要參數(shù)試驗(yàn)評價(jià)，得出本項(xiàng)目鍋爐可以在40%額定負(fù)荷穩(wěn)定燃燒，且安全余量充足，并該負(fù)荷對應(yīng)的總給煤量、一次風(fēng)量及風(fēng)門開度、二次風(fēng)量及風(fēng)門開度、氧量、床壓、床溫作為孤島觸發(fā)后的執(zhí)行目標(biāo)值。

2.2控制方式

針對CFB優(yōu)缺點(diǎn)及印尼馬拉扎瓦項(xiàng)目存在的問題，觸發(fā)孤島時(shí)，CCS自動(dòng)解除，轉(zhuǎn)化為鍋爐燃燒主控進(jìn)行控制，一次風(fēng)、二次風(fēng)按照預(yù)設(shè)目標(biāo)以一定的速率降低風(fēng)量，引風(fēng)機(jī)投入爐膛負(fù)壓自動(dòng)，給煤機(jī)迅速降低給煤量至目標(biāo)值。PCV閥根據(jù)壓力設(shè)定值自動(dòng)啟閉，高旁根據(jù)孤島出發(fā)前的蒸汽流量、高旁特性曲線計(jì)算出開度并快開至計(jì)算值后自動(dòng)進(jìn)入壓控模式自動(dòng)調(diào)整。鍋爐側(cè)孤島觸發(fā)時(shí)的技術(shù)控制路線如下：

（1）針對FCB燃燒床料床料中含有一定比重燃煤的實(shí)際情況，且床料也是熱量的儲備池，孤島觸發(fā)時(shí)給煤機(jī)直接從當(dāng)前煤量減至目標(biāo)煤量，在次過程中允許床溫小幅度下降;

（2）一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)風(fēng)門開度按照一定的速率減至目標(biāo)數(shù)值，減風(fēng)速率適當(dāng)放緩，適應(yīng)高密度床料的流化特性，防止“塌床”及“流化惡化”，一次風(fēng)量降低量約為25%，降風(fēng)幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤粉鍋爐及使用低密度床料的循環(huán)流化床鍋爐水準(zhǔn);

（3）一次風(fēng)機(jī)出力下降幅值小，為了維持床溫，必須大幅度降低二次風(fēng)總量，二次風(fēng)減風(fēng)速率略高于一次風(fēng)，直至二次風(fēng)量達(dá)到目標(biāo)風(fēng)量。

（4）在100%負(fù)荷運(yùn)行中，對上、下二次風(fēng)手動(dòng)蝶閥通風(fēng)特性進(jìn)行試驗(yàn)，目的是消除鍋爐廠二次風(fēng)噴嘴截面積的余量，并增加噴嘴流速，增強(qiáng)二次風(fēng)的穿透能力。通過測試，上層二次開度85%，下層開度75%即可滿足鍋爐滿負(fù)荷的需求，且不會發(fā)生二次風(fēng)壓的急劇升高，防止二次風(fēng)口“失壓”返火，燒損金屬噴嘴;

（5）在快速降低風(fēng)量的過程中，由于CFB流化高度降低，回料器至爐膛接口處風(fēng)壓下降，立管料位下降，瞬間大量返料灰進(jìn)入爐膛，使返料風(fēng)量急劇增加，造成返料溫度下降，因此，返料風(fēng)至一次風(fēng)道聯(lián)絡(luò)門自動(dòng)進(jìn)行開啟調(diào)整，維持返料風(fēng)壓量與返料溫度的匹配關(guān)系;

（6）快速降低負(fù)荷過程中，床壓急劇上升，冷渣器轉(zhuǎn)速自動(dòng)增加，考慮冷卻水量不足的現(xiàn)狀，變頻器開度升至35%后閉鎖，當(dāng)床壓低于5KPa，冷渣器轉(zhuǎn)速降低至最低，維持CFB的物料需求。

（7）通過以上措施后，通過試驗(yàn)前的測試，預(yù)計(jì)床溫控制在870-880℃，床壓5.0KPa左右，氧量5.5%左右，鍋爐蒸發(fā)量約為額定蒸發(fā)量的40%，高旁開度穩(wěn)定在15%-20%之間。如果外網(wǎng)故障恢復(fù)時(shí)間長，需要長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行因素，運(yùn)行1小時(shí)后，運(yùn)行人員可以根據(jù)實(shí)際參數(shù)手動(dòng)繼續(xù)降低負(fù)荷，關(guān)小甚至關(guān)閉高旁，減少無用燃料成本。

3 實(shí)施結(jié)果

在我國由于電網(wǎng)容量大且非常穩(wěn)定，孤島運(yùn)行實(shí)施的必要性不大，但是印尼處于島國，本地業(yè)主迫切需求具備孤島功能，尤其是在低投資成本、低自動(dòng)化水平的小容量FCB機(jī)組中實(shí)現(xiàn)，意義重大：

（1）統(tǒng)計(jì)在冊的100MW以下機(jī)組實(shí)現(xiàn)孤島功能的僅有南加2×65MW項(xiàng)目，而我公司實(shí)施印尼馬拉扎瓦項(xiàng)目機(jī)組容量為27.5MW，在印尼市場50MW以下容量等級首次實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行功能;

（2）鍋爐快速降低熱負(fù)荷至40%額定負(fù)荷且燃燒穩(wěn)定，而目前國內(nèi)比較容易接受的數(shù)值為60%，可以每小時(shí)節(jié)約20%額定負(fù)荷左右的燃煤，兼顧了經(jīng)濟(jì)效益;

（3）根據(jù)印尼當(dāng)?shù)赝饩W(wǎng)故障概率估計(jì)，每年平均外網(wǎng)故障造成的停電次數(shù)大約9次，按此計(jì)算，節(jié)約黑啟動(dòng)柴發(fā)用油約35噸/年，節(jié)約鍋爐重新點(diǎn)火用油90噸/年，按照7000元/噸計(jì)算，每年節(jié)約燃油成本87萬元;另外機(jī)組恢復(fù)供電時(shí)間估計(jì)縮短6小時(shí)，按此估算，每年增加發(fā)電量300萬KWh，按照2角/KWh發(fā)電利潤計(jì)算，發(fā)電增收約60萬元 。

4 結(jié)語

小容量CFB機(jī)組受到投資成本的限制，閥門的線性差，而且在實(shí)際運(yùn)行過程中CCS調(diào)節(jié)品質(zhì)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高參數(shù)、大容量機(jī)組，因此實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行的調(diào)試難度高。通過印尼馬拉扎瓦項(xiàng)目孤島的研究，充分利用CFB的優(yōu)點(diǎn)，有節(jié)奏的快速減煤、降風(fēng)，克服了該類型鍋爐的燃燒惰性，又巧妙的規(guī)避了自身缺點(diǎn)及問題，利用“簡化卻又實(shí)用”的控制策略，使用較低的成本，高標(biāo)準(zhǔn)的完成了本項(xiàng)目的孤島測試試驗(yàn)，且經(jīng)過多次外網(wǎng)故障考驗(yàn)，可靠性高。

印尼馬拉扎瓦項(xiàng)目是公司細(xì)心培育、開發(fā)印尼市場的開端，在特殊的地理環(huán)境下，以確保公司工程收益為提前，實(shí)現(xiàn)業(yè)主迫切需求的特殊功能，是公司作為負(fù)責(zé)任承辦商的行為縮影，提高了公司的品牌戰(zhàn)略及影響，為后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。印尼當(dāng)?shù)毓戮W(wǎng)電廠運(yùn)行方式比較普遍，比較依賴孤島功能，后續(xù)項(xiàng)目推廣的前景廣闊，意義深遠(yuǎn)。

收稿日期：2019-07-18

作者簡介：代增麗（1973—），女，山東平度人，本科，高級工程師，研究方向：電力工程調(diào)試技術(shù)。