300 MW機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備單列設(shè)置探討

白 杰，彭紅文，朱大宏

（華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，北京市，100120）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的300 MW及以上機(jī)組，煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機(jī)均采用雙列設(shè)置，即均按2×50%負(fù)荷配置。輔機(jī)配置與輔機(jī)設(shè)備可靠性和機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，隨著技術(shù)的進(jìn)步及輔機(jī)制造水平的提高，為國(guó)內(nèi)煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機(jī)配置方案的多元化創(chuàng)造了條件。本文對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)輔機(jī)單列配置進(jìn)行了探討。

1 風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況

20世紀(jì)90年代以前，我國(guó)大型電站（125 MW及以上）風(fēng)機(jī)引起的非計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃降負(fù)荷較頻繁，據(jù)統(tǒng)計(jì)，125，200，300及600 MW機(jī)組中，送、引風(fēng)機(jī)均排在影響因素的前10位，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距較大。自20世紀(jì)90年代以來，我國(guó)電站風(fēng)機(jī)設(shè)備的質(zhì)量提高很快，使電站風(fēng)機(jī)特別是軸流風(fēng)機(jī)的可靠性不斷提高。例如：1997年某鼓風(fēng)機(jī)廠對(duì)其利用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的、在15套300 MW火電機(jī)組中使用的28臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)和24臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)進(jìn)行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)其可用率已達(dá)99%。

中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)公布的2008年300 MW、600 MW等級(jí)容量火電機(jī)組主要輔助設(shè)備可靠性指標(biāo)中關(guān)于送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)[1]如表1所示。

表1 20082008年風(fēng)機(jī)的運(yùn)行可靠性指標(biāo)Tab.Tab.1 1 Fan reliability index in

2 鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備采用單列設(shè)置的可行性

2.1 風(fēng)機(jī)采用單列設(shè)置的可行性

目前，國(guó)產(chǎn)風(fēng)機(jī)可用率已基本滿足單列設(shè)置的要求，而且300 MW機(jī)組所配單列風(fēng)機(jī)與600 MW機(jī)組所配的雙列風(fēng)機(jī)相差不大，風(fēng)機(jī)的制造能力沒有問題。

從單列風(fēng)機(jī)配置業(yè)績(jī)看，布連電廠660 MW超超臨界機(jī)組已率先考慮采用單列風(fēng)機(jī)的配置，目前該工程已進(jìn)入施工建設(shè)階段。國(guó)外已有較多的配置單列風(fēng)機(jī)的業(yè)績(jī)，表2是Howden集團(tuán)和德國(guó)透平通風(fēng)技術(shù)有限公司（TLT）公司國(guó)外單列風(fēng)機(jī)的部分使用業(yè)績(jī)。

從系統(tǒng)配置看，單列風(fēng)機(jī)需要操作控制的設(shè)備少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。當(dāng)風(fēng)機(jī)采用雙列設(shè)置時(shí)，若停運(yùn)1臺(tái)風(fēng)機(jī)，則當(dāng)負(fù)荷上升后，停運(yùn)的風(fēng)機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)，需降低第1臺(tái)風(fēng)機(jī)的出力，使其運(yùn)行點(diǎn)的壓力低于風(fēng)機(jī)失速界限的最低點(diǎn)壓力后再啟動(dòng)第2臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行并聯(lián)。否則不僅不能實(shí)現(xiàn)2臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行而增加總出力的目的，還可能造成2風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)的不穩(wěn)定運(yùn)行狀況，甚至發(fā)生喘振，損壞風(fēng)機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)研，很多電廠由于風(fēng)機(jī)啟停較麻煩，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低至50%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（boil maximum continuous rating，BMCR）時(shí)，為了安全起見，仍維持2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

表2 國(guó)外部分單列風(fēng)機(jī)的使用業(yè)績(jī)Tab.Tab.2 2 Past cases of some single-set foreign wind generators

從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性看，當(dāng)采用軸流風(fēng)機(jī)（雙列設(shè)置）時(shí)，低負(fù)荷運(yùn)行工況下，2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的工作線與風(fēng)機(jī)等效率線長(zhǎng)軸方向基本一致，因此機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，風(fēng)機(jī)開度雖然較小，但效率的降低比較平緩；而單臺(tái)風(fēng)機(jī)（停1臺(tái)風(fēng)機(jī)）運(yùn)行時(shí)，流量大、壓頭小，風(fēng)機(jī)效率下降較明顯，運(yùn)行中仍然是2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)機(jī)總的軸功率較小[3]。即使是配雙列動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)，在低負(fù)荷下仍然是2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)。因此，當(dāng)配單列風(fēng)機(jī)時(shí)，即使在低負(fù)荷工況，也不會(huì)降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，且單列風(fēng)機(jī)沒有2臺(tái)風(fēng)機(jī)搶風(fēng)、運(yùn)行不均衡而帶來的風(fēng)機(jī)實(shí)際效率下降的問題。配單列風(fēng)機(jī)不會(huì)降低風(fēng)機(jī)在各運(yùn)行工況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2.2 空氣預(yù)熱器采用單列設(shè)置的可行性

從空氣預(yù)熱器的可靠性來看，近年來其可靠率已穩(wěn)步提高，并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。例如，外高橋三期1 000 MW機(jī)組上采用這些經(jīng)驗(yàn)，并采用了部分新技術(shù)，成功地提高了空氣預(yù)熱器的可靠性，并將空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率控制在很低的水平?？梢灶A(yù)計(jì)，類似于外高橋三期的空氣預(yù)熱器改進(jìn)技術(shù)，將會(huì)使我國(guó)電站空氣預(yù)熱器的運(yùn)行可靠性和漏風(fēng)控制水平得到大幅提高[2-9]。

需要指出的是，即使配置雙列空氣預(yù)熱器，也不允許單臺(tái)空氣預(yù)熱器長(zhǎng)期運(yùn)行，若空氣預(yù)熱器發(fā)生故障難以及時(shí)處理時(shí)，需停爐處理。由于漏煙，即使有進(jìn)口隔離門，入內(nèi)檢修也非常困難；如果轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)，因煙氣側(cè)泄漏，動(dòng)靜膨脹會(huì)損害部件，一般也要停爐處理。鑒于以上原因，空氣預(yù)熱器按單列設(shè)置與雙列設(shè)置對(duì)主機(jī)運(yùn)行方面沒有大的區(qū)別。

從使用業(yè)績(jī)看，目前歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)電廠空氣預(yù)熱器已有單列設(shè)置業(yè)績(jī)，表3為Howden單列空氣預(yù)熱器的部分業(yè)績(jī)。

表3 Howdenowden單列空氣預(yù)熱器部分使用業(yè)績(jī)Tab.Tab.3 3 Past cases of Howden single preheater

2.3 除塵器采用單列設(shè)置的可行性

當(dāng)除塵器按雙列設(shè)置時(shí)，均不采用單側(cè)運(yùn)行。目前已投運(yùn)的300 MW除塵器布置基本上都是2臺(tái)雙室4電場(chǎng)或5電場(chǎng)布置，如果其中1個(gè)供電區(qū)域出了故障，電氣除塵器仍可以繼續(xù)運(yùn)行，除塵保證效率已考慮這個(gè)因素，均留有設(shè)計(jì)裕量。

由于空氣預(yù)熱器出口至除塵器的煙道上一般不設(shè)煙道擋板門，因?yàn)榧词乖O(shè)置了擋板門，遇到故障時(shí)關(guān)閉了故障側(cè)入口煙道擋板門，但由于擋板門關(guān)不嚴(yán)，漏煙嚴(yán)重，也難于入內(nèi)檢修。并且，由于電氣除塵器內(nèi)部故障原因較復(fù)雜，一般難以在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)，需停爐小修處理。因此，除塵器按單列設(shè)置與雙列設(shè)置對(duì)主機(jī)運(yùn)行方面也沒有大的區(qū)別。300 MW等級(jí)單列除塵器與600 MW等級(jí)的單臺(tái)除塵器相差不大。

3 可靠性計(jì)算及對(duì)供熱機(jī)組的影響

3.1 不同風(fēng)機(jī)配置的可靠性計(jì)算

除塵器采用單列與雙列定性分析基本不影響系統(tǒng)的可靠性，因此分析系統(tǒng)可靠性時(shí)，可不考慮除塵器的影響。

由于中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)未公布空氣預(yù)熱器的可用率等數(shù)據(jù)，且雙列配置時(shí)也不允許空氣預(yù)熱器較長(zhǎng)時(shí)間的單側(cè)運(yùn)行，其可靠性指標(biāo)難以取值，因此本文可靠性計(jì)算中暫不包括空氣預(yù)熱器的影響，但建議空氣預(yù)熱器若采用單列設(shè)置，應(yīng)注意轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的可靠性并留有更大的裕量，減少空氣預(yù)熱器小故障的可能性。

設(shè)一次風(fēng)機(jī)可靠率為PP，送風(fēng)機(jī)可靠率為PF，引風(fēng)機(jī)可靠率為PI。由于風(fēng)機(jī)的可靠率=1-非計(jì)劃停運(yùn)率，則PF=99.97%、PI=99.98%、PP=99.97%。

按照可靠性理論[4]，單列和雙列配置風(fēng)機(jī)的可靠性為：?jiǎn)瘟性O(shè)置風(fēng)機(jī)可靠率PS=PP×PF×PI；雙列設(shè)置風(fēng)機(jī)可靠率 PD=（PP1+PP2-PP1PP2）×（PF1+PF2-PF1PF2）×（PI1+PI2-PI1PI2）。

通過計(jì)算可得：PS=99.920%；PD=99.999 978%；單列風(fēng)機(jī)配置的非計(jì)劃停運(yùn)的概率增加0.08%。

雙列配置的煙風(fēng)系統(tǒng)中，需設(shè)置較多的風(fēng)門，系統(tǒng)較為復(fù)雜。上述數(shù)據(jù)中并未計(jì)及風(fēng)門故障等系統(tǒng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

由于發(fā)電設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)造成的罰款以及電能置換費(fèi)用是因網(wǎng)而異的，本文不對(duì)非停造成的損失給予費(fèi)用的量化。

3.2 可靠性對(duì)供熱機(jī)組的影響

文獻(xiàn)[10]中規(guī)定：在確定熱電廠內(nèi)安裝的鍋爐容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮當(dāng)1臺(tái)容量最大的鍋爐停用時(shí)，其余鍋爐（含熱用戶中已確定作為尖峰和備用的鍋爐）應(yīng)承擔(dān)工業(yè)熱用戶連續(xù)生產(chǎn)所需的用汽量，以及冬季采暖、通風(fēng)和生活用熱水用熱量的60%～75%，嚴(yán)寒地區(qū)取上限。

由于單列風(fēng)機(jī)的可靠性邏輯是串聯(lián)的，從非計(jì)劃停運(yùn)的角度看，按照文獻(xiàn)[10]的規(guī)定，單列風(fēng)機(jī)配置的可靠性風(fēng)險(xiǎn)比雙列風(fēng)機(jī)要低0.08%。因此供熱機(jī)組在帶工業(yè)負(fù)荷時(shí)，需要認(rèn)真評(píng)估單列輔機(jī)的供熱可靠性并謹(jǐn)慎選擇。帶采暖負(fù)荷的供熱機(jī)組，當(dāng)區(qū)域熱網(wǎng)的配置滿足上述要求時(shí)（例如多個(gè)熱源點(diǎn)的熱網(wǎng)系統(tǒng)），單列風(fēng)機(jī)的配置是可以選用的。

4 鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備采用單列設(shè)置與雙列設(shè)置的比較

4.1 系統(tǒng)及布置的比較

煙風(fēng)系統(tǒng)輔機(jī)單列設(shè)置由于不存在切換及聯(lián)絡(luò)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，優(yōu)化了風(fēng)門配置，減少了控制元件。

配單列風(fēng)機(jī)不會(huì)降低風(fēng)機(jī)在各運(yùn)行工況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。即使在低負(fù)荷工況，也不會(huì)降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，且單列風(fēng)機(jī)沒有2臺(tái)風(fēng)機(jī)搶風(fēng)、運(yùn)行不均衡帶來的風(fēng)機(jī)實(shí)際效率下降的問題。

單列輔機(jī)方便布置，鍋爐房0 m顯得更加寬敞，方便運(yùn)行檢修。單列空氣預(yù)熱器直徑比雙列空氣預(yù)熱器大，鍋爐尾部柱網(wǎng)需進(jìn)行部分調(diào)整，同時(shí)鍋爐尾部至空氣預(yù)熱器的煙道更為簡(jiǎn)潔，也能帶來一定的好處。

4.2 投資比較

對(duì)于2×300 MW等級(jí)機(jī)組，以某工程為例，對(duì)單列配置和雙列配置進(jìn)行了初步的煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機(jī)的選型，主要設(shè)備、分項(xiàng)價(jià)格及安裝費(fèi)見表4[10]。其中，設(shè)備價(jià)格與安裝費(fèi)用都是針對(duì)2臺(tái)鍋爐得到的數(shù)值；另外，煙風(fēng)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)化后煙道工程量2臺(tái)爐可優(yōu)化40 t，費(fèi)用列在表4中，風(fēng)道的優(yōu)化量較小，忽略不計(jì)。由表4知，單列配置的設(shè)備材料投資可節(jié)省約1 280萬元（2臺(tái)爐）。

表4 單/雙列輔機(jī)配置的投資比較Tab.Tab.4 4 Cost comparison of single and double set

4.3 運(yùn)行費(fèi)用比較

單列輔機(jī)的配置，由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單，風(fēng)門優(yōu)化，流程順暢，對(duì)降低煙氣系統(tǒng)的阻力有利，經(jīng)估算，汽輪機(jī)最大連續(xù)出力（turbine maximum continuous rating，TMCR）工況下2臺(tái)機(jī)組引風(fēng)機(jī)運(yùn)行可節(jié)電約50 kW·h，以鍋爐設(shè)備年利用6 000 h計(jì)，年節(jié)電約30萬kW·h。

一次風(fēng)機(jī)雙列配置時(shí)采用離心風(fēng)機(jī)，單列配置時(shí)采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。經(jīng)估算，TMCR工況下2臺(tái)機(jī)組一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行可節(jié)電約600 kW·h，鍋爐設(shè)備年利用（考慮供熱）以5 945 h計(jì)，年節(jié)電約360萬kW·h。

綜合考慮上述因素，采用單列配置風(fēng)機(jī)后，一次風(fēng)機(jī)由離心風(fēng)機(jī)改為動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)后，2臺(tái)機(jī)組年節(jié)電390萬kW·h，以0.3元/（kW·h）計(jì)，運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約117萬元。如不考慮一次風(fēng)機(jī)型式的變化，2種配置運(yùn)行費(fèi)用相差不多。

5 建議

（1）對(duì)風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等輔機(jī)可靠性的重視應(yīng)等同于主機(jī)，應(yīng)采用可靠性高的設(shè)備。

（2）選用調(diào)節(jié)性能好的風(fēng)機(jī)，并注意提高風(fēng)機(jī)輔助系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)機(jī)的保護(hù)控制。對(duì)空氣預(yù)熱器的可靠性應(yīng)予以重視，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的裕量，增加關(guān)鍵部件的安全倍率是必要的。

（3）帶采暖熱負(fù)荷的供熱機(jī)組，如采用單列配置時(shí)，建議在臨近采暖期前對(duì)主要輔機(jī)設(shè)備的檢查和維護(hù)，盡量保證采暖期設(shè)備的可靠性。

6 結(jié)論

（1）隨著我國(guó)火電廠的快速發(fā)展，鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機(jī)制造廠同步快速發(fā)展，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)能力、制造水和設(shè)備可靠性已大幅提高，煙風(fēng)系統(tǒng)輔機(jī)單列配置是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的優(yōu)化和創(chuàng)新，是可行的，設(shè)備在各種工況下是安全的。

（2）單列輔機(jī)的配置設(shè)備簡(jiǎn)潔，布置方便，流程順暢，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制部件少，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單。經(jīng)初步估算，2臺(tái)機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)單列輔機(jī)配置可以節(jié)約投資約1 280萬元。單列風(fēng)機(jī)配置簡(jiǎn)化了煙氣系統(tǒng)流程，如考慮一次風(fēng)機(jī)由雙列時(shí)的離心風(fēng)機(jī)改為單列時(shí)的動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率提高，可降低風(fēng)機(jī)的廠用電和運(yùn)行費(fèi)用。

（3）按照可靠性理論，單列風(fēng)機(jī)的可靠性邏輯是串聯(lián)的；從非計(jì)劃停運(yùn)的角度看，單列風(fēng)機(jī)配置的可靠性有所下降。當(dāng)風(fēng)機(jī)設(shè)備的可靠性較高時(shí)，可靠性下降有限。

（4）對(duì)于供熱機(jī)組，當(dāng)帶工業(yè)負(fù)荷時(shí)，需要認(rèn)真評(píng)估單列風(fēng)機(jī)配置方案供熱可靠性，并謹(jǐn)慎選擇單列風(fēng)機(jī)配置方案。帶采暖負(fù)荷的供熱機(jī)組，當(dāng)區(qū)域熱網(wǎng)的配置滿足文獻(xiàn)[10]的要求時(shí)（特別是多個(gè)熱源點(diǎn)的熱網(wǎng)系統(tǒng)），單列風(fēng)機(jī)的配置是可以選用的。

[1]國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).2008年300 MW、600 MW等級(jí)容量火電機(jī)組主要輔助設(shè)備可靠性指標(biāo)[R].北京：中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)，2009.

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