燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)可靠性估計(jì)

徐 銳，吳三毛，李資榮

XU Rui1, WU San-mao2, LI Zi-rong2

（1. 華中科技大學(xué)，武漢 430074；2. 江西省電力科學(xué)研究院，南昌 33000）

燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)可靠性估計(jì)

Reliability estimation of flue gas desulphurization system in coal-fired power plants

徐 銳1，吳三毛2，李資榮2

XU Rui1, WU San-mao2, LI Zi-rong2

（1. 華中科技大學(xué)，武漢 430074；2. 江西省電力科學(xué)研究院，南昌 33000）

為評(píng)估煙氣脫硫系統(tǒng)可靠性狀態(tài)，根據(jù)燃煤電廠脫硫系統(tǒng)特性，定義脫硫系統(tǒng)可靠性特征指標(biāo)，并對(duì)可靠性特征量進(jìn)行估算。

煙氣脫硫; 可靠性; 評(píng)價(jià)

0 引言

我國(guó)燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)(FGD)處于大規(guī)模的建設(shè)和運(yùn)行初期，脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)脫硫電價(jià)考核的依據(jù)。煙氣脫硫系統(tǒng)具有產(chǎn)品大、批量小、可修復(fù)、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)，系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室無(wú)法進(jìn)行。

1 煙氣脫硫系統(tǒng)可靠性特征指標(biāo)

火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)與電廠其它熱力系統(tǒng)不同，投資和運(yùn)行消耗大，運(yùn)行狀態(tài)受到外界嚴(yán)格的監(jiān)督考核，不能簡(jiǎn)單地利用增加投資、降低設(shè)備利用效率、擴(kuò)大運(yùn)行消耗來(lái)提高可靠性。為評(píng)估脫硫系統(tǒng)可靠性狀態(tài)，根據(jù)煙氣脫硫設(shè)施的運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合火電機(jī)組可靠性評(píng)價(jià)狀況，定義5個(gè)可靠性特征指標(biāo)。

1）投運(yùn)率(SR)

2）非計(jì)劃停運(yùn)率(UOR)

3）可用系數(shù)(AF)

4）不可用系數(shù)(UF)

5）等效可用系數(shù)(EAF)

2 煙氣脫硫系統(tǒng)可靠性特征值估計(jì)

脫硫系統(tǒng)可靠性特征值的真值無(wú)法準(zhǔn)確了解，統(tǒng)計(jì)報(bào)表中給出的是可靠性特征量的觀測(cè)值，該觀測(cè)值隨著統(tǒng)計(jì)條件的變化而變化，某些情況下與真值的差距較大，可采用區(qū)間估計(jì)方法對(duì)脫硫系統(tǒng)可靠性真值進(jìn)行估計(jì)。火力發(fā)電機(jī)組的煙氣脫硫系統(tǒng)大修周期每4-6年，非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間一般只占總可用時(shí)間的5%以下，屬于理想有計(jì)劃?rùn)z修的可修設(shè)備。有計(jì)劃?rùn)z修的可修設(shè)備的實(shí)際失效分布可認(rèn)為服從指數(shù)分布，煙氣脫硫系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)調(diào)試和生產(chǎn)試運(yùn)行后，可認(rèn)為其可靠性失效分布滿足指數(shù)分布。

2.1 可用系數(shù)和不可用系數(shù)的估計(jì)

煙氣脫硫設(shè)施只能處于 “可用”和“不可用”兩種狀態(tài)，其可靠性狀態(tài)分布如圖1所示。

圖1 FGD設(shè)施可用狀態(tài)估計(jì)時(shí)間分布圖

1）點(diǎn)估計(jì)

根據(jù)可用系數(shù)和不可用系數(shù)的定義有：

2）區(qū)間估計(jì)

FGD的可用系數(shù)(AF)相對(duì)較高，一般大于95%，不可用系數(shù)(UF)相對(duì)較低，一般小于5%。在此僅對(duì)AF和UF進(jìn)行單側(cè)區(qū)間估計(jì)，估計(jì)AF的單側(cè)置信下限和UF的單側(cè)置信上限。

假設(shè)x1, x2,x3,…,xn相互獨(dú)立，且服從失效率為λ的指數(shù)分布；y1,y2,y3,…,yn 相互獨(dú)立，且服從修復(fù)率為μ的指數(shù)分布。

可以得出AF的單側(cè)置信下限AFL和UF的單側(cè)置信上限UFU分別為：

2.2 投運(yùn)率與非計(jì)劃停運(yùn)率的估計(jì)

脫硫設(shè)施的要求投運(yùn)時(shí)間接近于機(jī)組實(shí)際發(fā)電時(shí)間，備用時(shí)間和計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間為非考核時(shí)間，在進(jìn)行投運(yùn)率(SR)和非計(jì)劃停運(yùn)率(UOR)估計(jì)時(shí)，以實(shí)際發(fā)電時(shí)間假定為統(tǒng)計(jì)連續(xù)時(shí)間。

1）點(diǎn)估計(jì)

以鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)間(近似等于脫硫設(shè)施要求投運(yùn)時(shí)間)為統(tǒng)計(jì)時(shí)間，只考慮“運(yùn)行”和“非計(jì)劃停運(yùn)”兩種狀態(tài)，因此有：

圖2 FGD設(shè)施投運(yùn)率估計(jì)可靠性狀態(tài)分布圖

2）區(qū)間估計(jì)

正常情況下，煙氣脫硫設(shè)施的投運(yùn)率一般大于90%，投運(yùn)率小于90%的將會(huì)受到脫硫電價(jià)考核。

因此僅對(duì)SR和UOR進(jìn)行單側(cè)區(qū)間估計(jì)。同樣，UOH1,UOH2,…,UOHn 相互獨(dú)立，服從指數(shù)分布；SH1,SH2,…,SHn相互獨(dú)立，服從指數(shù)分布。根據(jù)函數(shù)F分布上側(cè)分位數(shù) 表，可以得出SR的單側(cè)置信下限SRL以及UOR的單側(cè)置信上限UORU：

2.3 等效可用系數(shù)(EAF)的估計(jì)

等效可用系數(shù)(EAF)為可用小時(shí)數(shù)減去降低出力等效停運(yùn)小時(shí)數(shù)后與統(tǒng)計(jì)小時(shí)數(shù)的比值，它反映了脫硫設(shè)施滿負(fù)荷出力能力。為計(jì)算評(píng)估方便，將可靠性評(píng)估統(tǒng)計(jì)時(shí)間進(jìn)行劃分為兩種，一種是可用時(shí)間(AH)減去降低出力等效停運(yùn)時(shí)間(EUNDH)，另一種是不可用時(shí)間(UH)與降低出力等效停運(yùn)時(shí)間(EUNDH)之和。

1）點(diǎn)估計(jì)

根據(jù)等效可用系數(shù)(EAF)的定義有：

圖3 FGD設(shè)施可用狀態(tài)估計(jì)時(shí)間分布圖

2）區(qū)間估計(jì)

由于我國(guó)燃煤電廠煤質(zhì)來(lái)源廣，很難符合設(shè)計(jì)煤種的品質(zhì)，脫硫設(shè)施制造商的設(shè)計(jì)及制造能力良莠不齊，部分電廠FGD經(jīng)常存在降低出力運(yùn)行的狀態(tài)。需要對(duì)脫硫設(shè)施的等效可用系數(shù)(EAF)進(jìn)行雙側(cè)區(qū)間估計(jì)，就是求出一個(gè)置信區(qū)間[EAF1, EAF2]，使得該區(qū)間以一定的置信水平將EAF的真值包含在內(nèi)。

f1,f2,f3,…,fn相互獨(dú)立，且服從失效率為λ的指數(shù)分布；k1,k2,k3,…,kn 相互獨(dú)立，且服從修復(fù)率為μ的指數(shù)分布。

EAF的雙側(cè)區(qū)間估計(jì)的上下限分別為：

由降低出力運(yùn)行原因或結(jié)果的不同，將降低出力運(yùn)行(IUND)分為第1類(lèi)降低出力運(yùn)行(IUND1)、第2類(lèi)降低出力運(yùn)行(IUND2)和第3類(lèi)降低出力運(yùn)行(IUND3)。如有需要，可依據(jù)本小節(jié)中的EAF估計(jì)計(jì)算方法對(duì)不同的降低出力運(yùn)行方式進(jìn)行分別估算其EAFi。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)火電廠煙氣脫硫系統(tǒng)特性，結(jié)合有關(guān)脫硫設(shè)施運(yùn)行考核要求，給出了可以用來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)可靠性水平的5個(gè)可靠性特征指標(biāo)，并對(duì)特征指標(biāo)進(jìn)行了估計(jì)計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和可靠性增長(zhǎng)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 郭永基.可靠性工程原理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[2] DL/T793-2001, 發(fā)電設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程[S].2002.

[3] 王錫凡,王秀麗,別朝紅,毛玉賓.我國(guó)發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)研究[J].中國(guó)電力,1999,32(2):15～18.

[4] GB 5080.4-1985,設(shè)備可靠性試驗(yàn):可靠性測(cè)定試驗(yàn)的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)方法(指數(shù)分布)[S]. 1985.

[5] 閻維平,劉忠,王春波.電站燃煤鍋爐石灰石一石膏濕法煙氣脫硫裝置運(yùn)行與控制[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

[6] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).中國(guó)火電廠煙氣脫硫設(shè)備使用現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告[R].2009.

[7] 孫克勤.煙氣脫硫設(shè)計(jì)中運(yùn)用可靠性技術(shù)[J].熱機(jī)技術(shù),2003(11):41～59.

N945.13

A

1009-0134(2010)11(下)-0159-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).54

2010-08-17

徐銳（1973 -），男，江西湖口人，高級(jí)工程師，在讀博士生，主要從事火電廠化學(xué)環(huán)保方面的工作。