鍋爐單列輔機(jī)配置在600MW級機(jī)組運(yùn)用探討

劉鶴忠

(華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200063)

鍋爐單列輔機(jī)配置在600MW級機(jī)組運(yùn)用探討

劉鶴忠

(華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200063)

本文針對600MW級機(jī)組鍋爐輔機(jī)雙列配置引風(fēng)機(jī)，單列配置空預(yù)器、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)方案與常規(guī)的雙列配置方案，從設(shè)備造價(jià)、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面進(jìn)行了全面比較分析，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的。

600MW級； 鍋爐；單列輔機(jī)。

1 概述

鍋爐輔機(jī)單列配置是指每臺鍋爐的空氣預(yù)熱器、風(fēng)機(jī)采用一臺全容量設(shè)備，從國外火電機(jī)組發(fā)展情況看，日本在1996年磯子電廠就已經(jīng)采用鍋爐主要輔機(jī)單列配置方案，而德國更是為了追求機(jī)組的最佳性價(jià)比，一些800MW級機(jī)組給水泵采用單列配置方案，并做了大量旨在提高發(fā)電廠效率的創(chuàng)新優(yōu)化工作，在國際上采用單列配置已經(jīng)有一定的成功運(yùn)行業(yè)績，其主要輔機(jī)的可靠性均較高。從國內(nèi)近幾年來對投運(yùn)的600MW及以上容量機(jī)組主要輔機(jī)的可用率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，隨著機(jī)組容量的提高，主要輔機(jī)的可用率是逐步提高的。但目前國內(nèi)尚無600MW等級機(jī)組采用送、引、一次風(fēng)機(jī)、空預(yù)器單列配置運(yùn)行業(yè)績，在2009年上半年中國國電集團(tuán)公司將布連電廠2×660MW超超臨界燃煤空冷機(jī)組列為主要輔機(jī)單系列配置的試點(diǎn)和示范工程，目前該工程正在施工中，計(jì)劃2011年投運(yùn)。

國內(nèi)目前有多個(gè)在設(shè)計(jì)的350MW機(jī)組、600MW級機(jī)組工程提出了單列配置方案。

2 單列配置輔機(jī)設(shè)備制造能力

2.1 空氣預(yù)熱器

從目前掌握的信息看，豪頓華工程有限公司、阿爾斯通技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司、上海鍋爐廠有限公司、無錫巴克杜爾技術(shù)有限公司、東方鍋爐(集團(tuán))公司等都具備提供600MW等級鍋爐單列空氣預(yù)熱器的能力。豪頓華公司、巴克杜爾公司和阿爾斯通公司在國外有600MW等級機(jī)組單列空預(yù)器供貨業(yè)績。豪頓華公司在內(nèi)蒙某1000MW褐煤機(jī)組中空預(yù)器轉(zhuǎn)子直徑達(dá)到或超過了600MW等級機(jī)組單列配置空預(yù)器直徑，該空預(yù)器目前已安裝但還未運(yùn)行。

表1 600MW級機(jī)組豪頓華公司的單列及雙列空預(yù)器選型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

豪頓華公司在600MW級鍋爐單列空預(yù)器生產(chǎn)和配置上沒問題。

經(jīng)向上海鍋爐廠空預(yù)器公司了解到600MW等級單列空預(yù)器相當(dāng)于1200MW容量機(jī)組配用的空預(yù)器，換熱元件的生產(chǎn)及布置問題不大，但其配套部件如減速箱、軸承規(guī)格增大、可靠性要求高，因數(shù)量少，價(jià)略高且供貨周期略長。

對600MW級機(jī)組，采用單列空預(yù)器可節(jié)省設(shè)備初投資約300～600萬元(每臺爐)。

單列空預(yù)器的漏風(fēng)率：5%～ 6%；雙列空預(yù)器的漏風(fēng)率： 6%～8%。

根據(jù)近年來對125MW及以上容量火電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，從停運(yùn)設(shè)備看，非計(jì)劃停運(yùn)列前幾位的分別是：鍋爐“四管”泄漏、汽機(jī)(電)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障、凝汽器泄漏、給水管道和閥門泄漏、回轉(zhuǎn)式空預(yù)器故障。相對于電廠的其它輔助設(shè)備，回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的故障主要在空預(yù)器卡澀、堵塞和輔助系統(tǒng)故障引起的機(jī)組非計(jì)劃降出力，因此當(dāng)采用單列空預(yù)器時(shí)，在設(shè)備訂貨、制造、運(yùn)行和維護(hù)等方面應(yīng)該充分重視其可靠性。

2.2 鍋爐風(fēng)機(jī)

目前國內(nèi)主要電站風(fēng)機(jī)制造廠有豪頓華工程有限公司、上海鼓風(fēng)機(jī)廠、沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠、成都電力機(jī)械廠。豪頓華工程有限公司采用英國H0WDEN公司(實(shí)際上采用丹麥Novenco技術(shù))動調(diào)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)；上海鼓風(fēng)機(jī)廠引進(jìn)德國TLT公司的動調(diào)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)；成都電力機(jī)械廠引進(jìn)德國KKK公司AP系列動調(diào)風(fēng)機(jī)專有技術(shù)；沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司產(chǎn)品引進(jìn)丹麥Novenco公司VARIAX系列電站用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的專有技術(shù)。

對于一次風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)而言，以上四個(gè)風(fēng)機(jī)廠家均有設(shè)計(jì)、制造能力，并有良好的風(fēng)機(jī)投運(yùn)業(yè)績，運(yùn)行的可靠性較高。

600MW級機(jī)組一次風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)均按動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)考慮。

2.2.1 一次風(fēng)機(jī)選型

(1)風(fēng)機(jī)參數(shù)選擇

根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的要求，一次風(fēng)機(jī)考慮了空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)、裕量等因素。

某個(gè)600MW級機(jī)組工程按選用HP中速磨煤機(jī)，單列布置的風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)初步計(jì)算參數(shù)見表2(設(shè)計(jì)煤種)：

表2 單列布置的風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)初步計(jì)算參數(shù)

按雙列布置的風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)初步計(jì)算參數(shù)見表3(設(shè)計(jì)煤種)。

表3 雙列布置的風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)初步計(jì)算參數(shù)

(2)風(fēng)機(jī)選型初步報(bào)價(jià)

表4 風(fēng)機(jī)選型初步報(bào)價(jià)

國內(nèi)引進(jìn)技術(shù)制造廠風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下的效率見表5。

表5 國內(nèi)引進(jìn)技術(shù)制造風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下的效率

國內(nèi)合資制造廠風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下的效率見表6。

工 況 參 數(shù) 單列布置 雙列布置BRL負(fù)荷 風(fēng)機(jī)效率% 88.6 88.0 50%負(fù)荷 風(fēng)機(jī)效率% ～75 ～71

(3)綜合分析

根據(jù)設(shè)備選型結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無論是單列還是雙列，參數(shù)均在合理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)的葉頂線速度未超出設(shè)計(jì)范圍，可選用常規(guī)材料，風(fēng)機(jī)的選型、設(shè)計(jì)、制造沒有難度。對比滿負(fù)荷工況，單列風(fēng)機(jī)與雙列風(fēng)機(jī)的性能表現(xiàn)相差不多，在低負(fù)荷工況，單列風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率比雙列風(fēng)機(jī)效率高3%～4%。

對初步報(bào)價(jià)分析，單列一次風(fēng)機(jī)比雙列每臺機(jī)組可節(jié)省150～170萬元左右。

2.2.2 送風(fēng)機(jī)選型

(1)風(fēng)機(jī)參數(shù)選擇

根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的要求，送風(fēng)機(jī)考慮了裕量后，初步計(jì)算如下：

某個(gè)600MW級機(jī)組工程按選用HP中速磨煤機(jī)，單列布置的風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)初步參數(shù)見表7(設(shè)計(jì)煤種)。

表7 某機(jī)組單列布置的風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)初步參數(shù)

雙列布置的風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)參數(shù)見表8(設(shè)計(jì)煤種)。

表8 雙列布置風(fēng)機(jī)各工況點(diǎn)參數(shù)

(2)風(fēng)機(jī)選型初步報(bào)價(jià)

表9 風(fēng)機(jī)選型初步報(bào)價(jià)

國內(nèi)引進(jìn)技術(shù)制造廠風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下的效率見表10。

表10 國內(nèi)引進(jìn)技術(shù)制造的風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下的效率

國內(nèi)合資制造廠風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下的效率見表11。

表11 國內(nèi)合資制造制造的風(fēng)機(jī)在機(jī)組不同負(fù)荷下的效率

(3) 綜合分析

根據(jù)設(shè)備選型結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無論是單列還是雙列，參數(shù)均在國內(nèi)風(fēng)機(jī)制造廠合理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)的葉頂線速度未超出設(shè)計(jì)范圍，可選用常規(guī)材料，風(fēng)機(jī)的選型、設(shè)計(jì)、制造沒有難度。對比滿負(fù)荷工況，單列風(fēng)機(jī)與雙列風(fēng)機(jī)的性能表現(xiàn)相差不多，在低負(fù)荷工況，單列風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率比雙列風(fēng)機(jī)效率高～4%。

對初步報(bào)價(jià)分析，單列送風(fēng)機(jī)比雙列每臺機(jī)組可節(jié)省155～165萬元左右。

2.2.3 引風(fēng)機(jī)選型

隨著國家環(huán)保要求越來越高，一般要求同步建設(shè)脫硫、脫硝裝置，脫硫島取消脫硫旁路，因而對600MW級機(jī)組而言，在煙氣流程上取消脫硫增壓風(fēng)機(jī)，采用引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并方案是較為合理的選擇。

引風(fēng)機(jī)需要克服從鍋爐出口到煙囪出口的煙氣阻力，其中包括沿程的煙道阻力、空氣預(yù)熱器、脫硝裝置、除塵器和脫硫吸收塔以及煙囪的等設(shè)備的阻力。經(jīng)計(jì)算而得的引風(fēng)機(jī)揚(yáng)程較高，某個(gè)600MW級機(jī)組可達(dá)10130Pa(采用脫硫、脫硝、低溫省煤器、電袋除塵器)，對于常規(guī)靜葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)來說已無法滿足，必需采用兩級葉輪的動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)來提高風(fēng)壓。到目前為止，國內(nèi)還沒有雙級靜調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)的運(yùn)行業(yè)績，而雙級動調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)國內(nèi)外均有較多運(yùn)行業(yè)績。

根據(jù)初步計(jì)算，如果600MW級機(jī)組采用100%動葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)(并與增壓風(fēng)機(jī)合并)，單臺引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率一般將超過11000kW，電廠廠用電電壓等級就必須設(shè)置10kV段，從而提高了電廠電氣投資費(fèi)用。

綜上所述，針對600MW級機(jī)組，當(dāng)同步建設(shè)脫硫、脫硝裝置，取消脫硫煙氣旁路時(shí)，推薦每臺鍋爐配置2臺50%容量的引風(fēng)機(jī)方案，引風(fēng)機(jī)推薦采用雙級或單級動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，提高經(jīng)濟(jì)性，以適應(yīng)高揚(yáng)程及負(fù)荷變化工況要求。

以前沒有安裝脫硫、脫硝裝置時(shí) ，對煤粉鍋爐爐膛、除塵器及與爐膛相同部分煙風(fēng)道的瞬態(tài)設(shè)計(jì)壓力一般不超過±8700Pa。近年來，由于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，鍋爐機(jī)組普遍配置了脫硫、脫硝裝置，使得煙氣系統(tǒng)的阻力明顯上升，某個(gè)600MW級工程引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)采用合并風(fēng)機(jī)后，TB點(diǎn)全壓升即為10130Pa。

一方面，提高爐膛設(shè)計(jì)瞬間負(fù)壓對于機(jī)組的安全運(yùn)行是有好處的。另一方面，防爆設(shè)計(jì)壓力取值越高，意味著爐膛、除塵器及煙風(fēng)道鋼材耗量越多，工程造價(jià)增加。過高的防爆設(shè)計(jì)壓力還增加了鍋爐及除塵器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度，增加了鍋爐及除塵器設(shè)備造價(jià)。

目前國內(nèi)的一些觀點(diǎn)認(rèn)為，NFPA85中已規(guī)定膛設(shè)計(jì)瞬間負(fù)壓可不超過-8700Pa。當(dāng)機(jī)組增加脫硫、脫硝裝置，使得煙氣系統(tǒng)的阻力明顯上升，引風(fēng)機(jī)在環(huán)境溫度下的TB點(diǎn)能力高于-8700Pa后，應(yīng)當(dāng)通過聯(lián)鎖控制等手段來確保鍋爐和除塵器的安全運(yùn)行，而不是一味的提高爐膛設(shè)計(jì)瞬間負(fù)壓，增加設(shè)備的初投資。

2.3 煙風(fēng)道及風(fēng)門

由于空預(yù)器、一次風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)采用單系列方案，使得風(fēng)道布置簡潔、流暢；同時(shí)可以取消部分的煙分隔離門，節(jié)省了投資。

3 風(fēng)機(jī)對機(jī)組可靠性的影響分析

3.1 雙列布置主要輔機(jī)可靠性

根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的2005-2009年近5年200MW及以上容量火電機(jī)組主要輔助設(shè)備運(yùn)行平均可靠性指標(biāo)如下：

送風(fēng)機(jī)平均可用系數(shù)：P(L)=0.94268

引風(fēng)機(jī)平均可用系數(shù)： P(M)=0.94242

一次風(fēng)機(jī)沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，P(K)=暫按0.9997考慮。

3.2 可靠性計(jì)算

3.2.1 可靠性框圖

(1)單列設(shè)備可靠性框圖

圖1 單列可靠性邏輯框圖

一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)采用單列，引風(fēng)機(jī)采用雙列，按照上述邏輯框圖進(jìn)行計(jì)算，不進(jìn)行單列和雙列設(shè)備運(yùn)行各種模式的組合計(jì)算。

(2)雙列設(shè)備可靠性框圖

圖2 雙列可靠性邏輯框圖

雙列設(shè)備可靠性框圖是按照傳統(tǒng)的2%×50%設(shè)備容量進(jìn)行分析。

3.2.2 機(jī)組的可靠度概率計(jì)算

(1)設(shè)備單列運(yùn)行計(jì)算

設(shè)單列運(yùn)行可靠度概率為P(A)，設(shè)備單列可靠度概率：

P(A)=P(K 1)× P(L 1)× ((P(M 1)+P(M2)-P(M1)P(M2))=0.9997×0.94268×(0.94242+0.94242-0.94242×0.94242)=0.9997×0.94268×0.997=0.939

(2)設(shè)備雙列運(yùn)行計(jì)算

雙列運(yùn)行可靠度概率為P(B)，設(shè)備雙列可靠度概率：

P(B)=(P(K 1)+ P(K 2)-P(K 1)P(K2))×((P(L1)+ P(L2)-P(L1)P(L2))×((P(M1)+P(M2)-P(M1)P(M2))=(0.9997+0.9997-0.9997×0.9997)×(0.94268+0.94268-0.94268×0.94268)×(0.94242+0.94242-0.94242×0.94242)=1×0.996×0.997=0.993

3.3 單列方案可靠性分析

常規(guī)雙列布置的運(yùn)行規(guī)程是當(dāng)單側(cè)送風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，同側(cè)的引風(fēng)機(jī)或送風(fēng)機(jī)聯(lián)動停機(jī)，另一側(cè)的送風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行以維持爐膛的負(fù)壓，鍋爐自動減負(fù)荷(RB工況)至50%左右可穩(wěn)定。當(dāng)單側(cè)一次風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，鍋爐負(fù)荷減至40%方可穩(wěn)定。

單列布置時(shí)，當(dāng)一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)任何一臺風(fēng)機(jī)發(fā)生故障都將引發(fā)MFT，進(jìn)而主機(jī)停機(jī)。根據(jù)上述可靠度概率計(jì)算可知，機(jī)組的可靠性有所下降。一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和空預(yù)器的快速減負(fù)荷功能(簡稱RB)喪失，僅保留引風(fēng)機(jī)和磨煤機(jī)跳閘RB功能。

由于缺少官方公布的空預(yù)器可靠性數(shù)據(jù)，所以未計(jì)算空預(yù)器對機(jī)組可靠度的影響。據(jù)對運(yùn)行電廠了解，空預(yù)器設(shè)備本體的可靠性也較好，能達(dá)到98%以上。

總之，根據(jù)初步計(jì)算，機(jī)組單列輔機(jī)對機(jī)組運(yùn)行的可靠性比雙列輔機(jī)有一定的下降。

4 單列配置對主廠房布置的影響

單列空預(yù)器直徑及高度都比雙列空預(yù)器大。鍋爐廠將空預(yù)器布置在鍋爐主鋼架后部，另立支撐鋼柱， SCR脫硝裝置順勢置于空預(yù)器上方，其荷載由空預(yù)器鋼柱承受。鍋爐鋼架橫向尺寸增加2 6 m，相應(yīng)增加占地160.5×26=4173m2(兩臺機(jī)組)。鋼架耗材也有所增加。

雖然單列送風(fēng)機(jī)長度較雙列的長約3m，單列一次風(fēng)機(jī)較雙列的長約1m，由于布置在空預(yù)器出口煙道下方，對占地的影響可忽略不計(jì)。但由于風(fēng)量增加一倍，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道截面面積也相應(yīng)增大一倍，無法按常規(guī)布置在空預(yù)器出口煙道下方，而是布置在煙道兩側(cè)。

5 結(jié)論

綜上所述，針對600MW級機(jī)組工程每臺鍋爐按單列空預(yù)器、單列送風(fēng)機(jī)、單列一次風(fēng)機(jī)和雙列引風(fēng)機(jī)配置，可得出如下結(jié)論：

(1)鍋爐的單列輔機(jī)設(shè)備主要部件完全可以采用國產(chǎn)設(shè)備。

(2)根據(jù)制造廠的初步報(bào)價(jià)，鍋爐的單列輔機(jī)合計(jì)可以降低設(shè)備造價(jià)635～904萬元左右，同時(shí)可節(jié)省煙風(fēng)門約20萬元左右(每臺爐)，電氣部分節(jié)省約20萬元(每臺爐)，共計(jì)每臺爐可以節(jié)省造價(jià)約675～944萬元左右的初投資。

(3)根據(jù)已投運(yùn)機(jī)組的概率計(jì)算(未計(jì)單臺空預(yù)器)，引起機(jī)組的可靠性從雙列的0.993下降到0.939。

(4)風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率方面，在機(jī)組滿負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，單列風(fēng)機(jī)比雙列風(fēng)機(jī)的效率略有提高，但在部分負(fù)荷(～50%)工況運(yùn)行時(shí)，單列風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率比雙列風(fēng)機(jī)效率高3%～4%。根據(jù)近年來對600MW級及以上容量機(jī)組的負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析，機(jī)組在75%負(fù)荷工況條件下的運(yùn)行時(shí)間最長，因而更能體現(xiàn)單列輔機(jī)在部分負(fù)荷下效率高的優(yōu)勢。

(5)機(jī)組主要輔機(jī)單列配置以后，由于受控對象發(fā)生了較大變化，其控制策略如機(jī)組MFT生成條件、風(fēng)機(jī)、空預(yù)器、給水泵組的快速減負(fù)荷功能(簡稱RB)等必須做相應(yīng)的修改。

Application of Single Auxiliary Equipments Con fi guration Boiler to 600MW Units

LIU He-zhong
(East China Electric Power Design Institute, Shanghai 200063, China)

This paper makes a comprehensive comparison and analysis between two ID fans, single train air preheater,FD fan and PA fan configuration and the conventional dual-train configuration on 600MW class units from the equipment cost, operating economy, reliability and other aspects. The single train con fi guration which mainly uses domestic equipment is technically and economically feasible.

600MW class units; boiler; single train auxiliary equipments.

TM621

B

1671-9913(2011)03-0027-07

2011-03-14

劉鶴忠(1962- )，男，江蘇武進(jìn)人，教授級高工，副總工程師。