600MW等級(jí)機(jī)組主要輔機(jī)單列配置方案探討

況 波，段宗周

(河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031)

600MW等級(jí)機(jī)組主要輔機(jī)單列配置方案探討

況 波，段宗周

(河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031)

本文在總結(jié)試點(diǎn)工程BL電廠主要輔機(jī)單列配置設(shè)備選型情況的基礎(chǔ)上，對(duì)600MW等級(jí)機(jī)組電廠主要輔機(jī)單、雙列配置的設(shè)計(jì)制造能力、運(yùn)行可靠性、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了論證分析，并提出了相關(guān)的結(jié)論和建議，供業(yè)內(nèi)同行參考。

單列配置；制造能力；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；設(shè)備投資。

目前，歐洲尤其是德國，一方面大力發(fā)展高初參數(shù)、低終參數(shù)的大型超超臨界火力發(fā)電機(jī)組，向世界展示燃煤電站的嶄新形象和先進(jìn)的燃煤發(fā)電技術(shù)；另一方面，也試圖在降低工程投資方面走出一條新路。近幾年來，在歐洲先后建成了一批主要輔機(jī)設(shè)備采用單列配置的800MW等級(jí)超超臨界機(jī)組，這些電廠汽輪機(jī)采用單個(gè)低壓缸，主要輔機(jī)設(shè)備如給水泵、空氣預(yù)熱器、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)均采用單列配置，設(shè)備投資大幅降低。然而在我國輔機(jī)單列配置方案，是一個(gè)值得研究和探討的問題。

1 國內(nèi)外600MW等級(jí)火電機(jī)組主要輔機(jī)配置情況

對(duì)于汽動(dòng)給水泵配置方案，國外已投運(yùn)的600/1000MW等級(jí)機(jī)組中有2%×50%容量和1%×100%容量兩種配置方案，日本多采用2%×50%汽泵，歐洲多采用1%×100%汽泵，而美國以上兩種配置都有。在我國絕大多數(shù)電廠采用2×50%容量汽泵方案，僅有外高橋三期等少數(shù)電廠采用了1%×100%容量汽泵配置方案。

關(guān)于鍋爐輔機(jī)配置，日本早在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，而德國更是大力推廣鍋爐輔機(jī)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。但目前國內(nèi)還沒有600MW等級(jí)機(jī)組采用單列配置的先例。

2 輔機(jī)單列配置試點(diǎn)工程BL電廠簡介

BL電廠建設(shè)2臺(tái)660MW超超臨界直接空冷機(jī)組，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司采用SIEMENS技術(shù)生產(chǎn)的單軸、三缸二排汽、一次中間再熱超超臨界空冷汽輪機(jī)，主蒸汽壓力27MPa，主汽/再熱熱段蒸汽溫度600℃/600℃。主要輔機(jī)設(shè)備如汽動(dòng)給水泵、空氣預(yù)熱器、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)均采用單列配置。該工程已于2010年4月開工，計(jì)劃于2012年年底投產(chǎn)發(fā)電。

3 國內(nèi)外600MW等級(jí)火電機(jī)組單列配置輔機(jī)設(shè)備制造能力

3.1 給水泵

國外KSB水泵廠、蘇爾壽公司、荏原公司等都有600MW及以上等級(jí)機(jī)組配套的100%容量給水泵的投運(yùn)業(yè)績；目前國內(nèi)主要給水泵生產(chǎn)廠家均沒有600MW等級(jí)機(jī)組100%容量鍋爐給水泵的運(yùn)行業(yè)績。

3.2 給水泵汽輪機(jī)

國外法國阿爾斯通、德國西門子、日本東芝及美國GE公司等都有滿足600MW等級(jí)及以上機(jī)組配套的給水泵汽輪機(jī)投運(yùn)業(yè)績。阿爾斯通曾為外高橋三期2×1000MW機(jī)組提供1×100%容量給水泵汽輪機(jī)；西門子公司可生產(chǎn)5MW～120MW工業(yè)汽輪機(jī)；目前國內(nèi)各主要給水泵汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家還沒有600MW等級(jí)機(jī)組100%容量給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行業(yè)績。

杭州汽輪機(jī)股份有限公司可采用西門子技術(shù)設(shè)計(jì)制造功率達(dá)27.5MW的WK型雙分流汽輪機(jī)，可以滿足600MW等級(jí)機(jī)組100%容量給水泵的驅(qū)動(dòng)要求。目前該廠已有2臺(tái)660MW機(jī)組100%容量給水泵汽輪機(jī)的合同業(yè)績。

東方汽輪機(jī)廠、上海汽輪機(jī)有限公司目前正在開發(fā)600MW等級(jí)機(jī)組的100%容量給水泵汽輪機(jī)?？梢娫诓痪玫膶恚瑖鴥?nèi)制造廠家完全可以提供滿足600MW等級(jí)及以上機(jī)組配套的100%容量給水泵汽輪機(jī)。

3.3 鍋爐風(fēng)機(jī)

對(duì)于一次風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)而言，國內(nèi)主要電站風(fēng)機(jī)制造廠均有設(shè)計(jì)、制造能力；但對(duì)于單列引風(fēng)機(jī)而言，要求TB點(diǎn)風(fēng)機(jī)出口容積流量在380000m3/h以上、風(fēng)機(jī)直徑大于4m。從國外技術(shù)支持方提供的資料看，國內(nèi)各廠均具備依托國外技術(shù)設(shè)計(jì)制造單列引風(fēng)機(jī)的能力。

3.4 空氣預(yù)熱器

從BL電廠招標(biāo)采購情況看，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)有限公司具備提供600MW等級(jí)鍋爐單列空氣預(yù)熱器的能力。

4 輔機(jī)單、雙列配置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.1 汽動(dòng)給水泵組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.1.1 效率比較

根據(jù)各廠商提供的資料綜合分析，600MW等級(jí)機(jī)組1%×100%容量給水泵的效率比2%×50%容量給水泵高3%左右。

對(duì)于給水泵汽輪機(jī)，1%×100%容量給水泵汽輪機(jī)內(nèi)效率稍高于2%×50%容量的內(nèi)效率，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率優(yōu)勢更加明顯。其中在THA工況下高0.1%；在75%負(fù)荷工況下高1.3%；在50%負(fù)荷工況下高2%。

4.1.2 初投資比較

100%容量給水泵按進(jìn)口產(chǎn)品考慮， 2臺(tái)100%容量給水泵價(jià)格比4臺(tái)50%容量給水泵高1100萬元左右；給水泵汽輪機(jī)按國產(chǎn)設(shè)備考慮，2臺(tái)100%容量給水泵汽輪機(jī)比4臺(tái)50%容量給水泵汽輪機(jī)高600萬元左右。

2套100%容量汽動(dòng)給水泵組價(jià)格比4套50%容量汽動(dòng)給水泵組價(jià)格高1700萬元左右。

兩臺(tái)機(jī)組1%×100%容量汽動(dòng)給水泵方案比2%×50%容量汽動(dòng)給水泵方案的給水系統(tǒng)管道及閥門初投資減少170萬元左右。

綜合比較，2臺(tái)機(jī)組1×100%容量汽動(dòng)給水泵方案和2×50%容量汽動(dòng)給水泵方案相比，設(shè)備初投資增加1550萬元左右。

4.1.3 綜合比較

對(duì)于整套汽動(dòng)給水泵組，1%×100%容量汽動(dòng)給水泵效率較2%×50%容量汽動(dòng)給水泵效率高3%左右，兩臺(tái)機(jī)組節(jié)約標(biāo)煤1900噸/年左右，減排CO2約5000噸/年。因此，汽動(dòng)給水泵組單列配置在節(jié)能減排方面優(yōu)于雙列配置方案；從目前的設(shè)備造價(jià)水平來看，單列配置方案比雙列配置高1550萬元左右，在低煤價(jià)地區(qū)，其節(jié)能減排效益難以使高出的投資在合理年限內(nèi)得到回收；但是在高煤價(jià)地區(qū)，節(jié)能減排效益就比較明顯，高出的投資可在合理年限內(nèi)得到回收。

就給水系統(tǒng)的可靠性來講，當(dāng)給水泵發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于單臺(tái)100%容量的給水泵方案必須停機(jī)。為此建議在設(shè)備采購時(shí)應(yīng)特別關(guān)注給水泵組及附屬設(shè)備的可靠性。根據(jù)外高橋三期工程經(jīng)驗(yàn)，單列配置給水系統(tǒng)的可靠性完全可以達(dá)到雙列配置的水平。

4.2 鍋爐三大風(fēng)機(jī)和空預(yù)器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.2.1 效率比較

一次風(fēng)機(jī)：由于單列配置一次風(fēng)機(jī)可以彌補(bǔ)雙列配置時(shí)壓頭大、流量小的不足，所以其效率高于雙列配置一次風(fēng)機(jī)，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率優(yōu)勢更加明顯。其中在THA工況下高0.5%；在75%負(fù)荷工況下高2.8%；在50%負(fù)荷工況下高3.4%。

送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)：單列配置送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的效率與雙列配置風(fēng)機(jī)效率基本相當(dāng)。

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率：由于空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率與其周長有關(guān)，單列配置空氣預(yù)熱器的周長小于雙列配置空氣預(yù)熱器周長之和，所以單列配置空預(yù)器的漏風(fēng)率低于雙列配置空預(yù)器。其保證值可以由雙列配置空預(yù)器的6%降到5%以下。

值得一提的是，如果鍋爐三大風(fēng)機(jī)采用單列配置，空氣預(yù)熱器也應(yīng)采用單列配置方案。

4.2.2 初投資比較

根據(jù)BL電廠設(shè)備招標(biāo)結(jié)果，兩臺(tái)機(jī)組單列配置一次風(fēng)機(jī)比雙列配置價(jià)格低121萬元；兩臺(tái)機(jī)組單列配置送風(fēng)機(jī)比雙列配置價(jià)格低22萬元；兩臺(tái)機(jī)組單列配置引風(fēng)機(jī)比雙列配置價(jià)格低148萬元；兩臺(tái)機(jī)組單列配置三大風(fēng)機(jī)比雙列配置價(jià)格合計(jì)低281萬元。

兩臺(tái)鍋爐單列配置空氣預(yù)熱器的價(jià)格比雙列配置低1420萬元。

2臺(tái)600MW等級(jí)機(jī)組鍋爐采用單列配置空預(yù)器、三大風(fēng)機(jī)合計(jì)降低設(shè)備造價(jià)1800萬元左右。

4.2.3 綜合比較

從機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性方面講，鍋爐輔機(jī)單列配置方案空預(yù)器、一次風(fēng)機(jī)的漏風(fēng)率和效率優(yōu)于雙列配置方案；單列配置送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的效率與雙列配置風(fēng)機(jī)基本相當(dāng)。值得一提的是當(dāng)機(jī)組在低于50%的額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，雙列配置方案風(fēng)機(jī)單側(cè)運(yùn)行并不能達(dá)到節(jié)約用電的目的，這一點(diǎn)可以通過外高橋二期、東勝熱電廠、大同電廠三期的單側(cè)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到驗(yàn)證，究其原因是單側(cè)運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)流量大壓頭小，運(yùn)行工況嚴(yán)重偏離風(fēng)機(jī)高效區(qū)，效率下降非常明顯。

從設(shè)備造價(jià)方面講，2臺(tái)600MW等級(jí)機(jī)組鍋爐單列配置空預(yù)器、三大風(fēng)機(jī)合計(jì)降低1800萬元左右，優(yōu)勢明顯。

鍋爐輔機(jī)單列配置方案簡化了煙風(fēng)系統(tǒng)，取消了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，減少了擋板和風(fēng)門數(shù)量，檢修維護(hù)工作量大大減小，且不存在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷時(shí)發(fā)生“搶風(fēng)”現(xiàn)象，也避免了2臺(tái)風(fēng)機(jī)并列操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

但鍋爐輔機(jī)單列配置在國內(nèi)尚無先例，目前業(yè)內(nèi)對(duì)鍋爐輔機(jī)單列配置的可靠性問題以及對(duì)機(jī)組造成的影響普遍比較關(guān)注，諸如：輔機(jī)故障造成的“非?！贝螖?shù)有可能會(huì)增加、機(jī)組啟停次數(shù)增加會(huì)影響機(jī)組壽命、輔機(jī)檢修只能在停機(jī)時(shí)進(jìn)行、電網(wǎng)調(diào)度部門可能會(huì)開出高額罰單等等。因此，建議在現(xiàn)階段應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)試點(diǎn)工程實(shí)施過程的跟蹤、分析、總結(jié)等管理工作，取得成功經(jīng)驗(yàn)后推廣。

5 輔機(jī)單列配置運(yùn)行保護(hù)控制相關(guān)技術(shù)

5.1 輔機(jī)單列配置對(duì)保護(hù)控制要求

輔機(jī)單列配置減少了設(shè)備數(shù)量，引風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口和送風(fēng)機(jī)出口均取消了擋板或風(fēng)門，煙風(fēng)系統(tǒng)大大簡化。但輔機(jī)單列配置以后單臺(tái)設(shè)備故障會(huì)造成機(jī)組停機(jī)。因此，輔機(jī)單列配置對(duì)運(yùn)行、保護(hù)及控制提出了更高的要求。

5.2 輔機(jī)單列配置運(yùn)行保護(hù)控制策略

輔機(jī)單列配置以后其控制策略如機(jī)組MFT生成條件、三大風(fēng)機(jī)、空預(yù)器、給水泵組的快速減負(fù)荷功能等，必須做較大修改。

風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)不再考慮左右側(cè)煙風(fēng)系統(tǒng)的相互影響和平衡調(diào)節(jié)方案，也不需設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)和停運(yùn)過程交叉隔離煙風(fēng)通道的邏輯控制系統(tǒng)。取消了三大風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵汽輪機(jī)的RB邏輯，僅保留磨煤機(jī)跳閘RB功能。通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)入口動(dòng)葉來實(shí)現(xiàn)爐膛壓力穩(wěn)定。

5.3 輔機(jī)單列配置保護(hù)控制系統(tǒng)采取的優(yōu)化措施

為滿足輔機(jī)單列配置方案對(duì)運(yùn)行保護(hù)和控制技術(shù)提出的高可靠性要求，建議采取以下主要措施：

(1)適度增加儀控設(shè)備的進(jìn)口范圍，對(duì)國產(chǎn)設(shè)備嚴(yán)格要求采用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

(2)在一次檢測儀表設(shè)備的配置上，增加冗余度。盡量采用三冗余配置。

(3)在系統(tǒng)測點(diǎn)配置上適當(dāng)增加輔助測點(diǎn)和設(shè)備，做為保護(hù)和監(jiān)視的輔助手段。

(4)遵循熱工保護(hù)系統(tǒng) “獨(dú)立性”原則，做好保護(hù)控制設(shè)計(jì)。

(5)適當(dāng)增大動(dòng)調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力矩裕量。

(6)風(fēng)機(jī)油站動(dòng)力電源采用雙電源，并可在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)切換。

(7)要求液壓油站停運(yùn)后，動(dòng)葉能夠在半小時(shí)甚至更長時(shí)間內(nèi)保位，潤滑油失去后能在較長時(shí)間內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行，取消風(fēng)機(jī)和電機(jī)的斷油停機(jī)保護(hù)。

6 輔機(jī)單列配置對(duì)廠用電系統(tǒng)的影響

輔機(jī)單列配置后，單個(gè)電機(jī)的容量增加一倍，需要考慮電機(jī)啟動(dòng)時(shí)廠用電母線電壓水平和短路電流水平。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并設(shè)置時(shí)，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率將達(dá)10000kW以上，必須采用10kV電壓等級(jí)的開關(guān)設(shè)備，但其短路水平可降到40kA。經(jīng)核算10kV、40kA與6kV、50kA兩個(gè)電壓等級(jí)的設(shè)備造價(jià)水平基本相當(dāng)。

7 結(jié)論及建議

(1)600MW等級(jí)機(jī)組工程采用1%×100%容量汽動(dòng)給水泵方案是可行的。

(2)采用1%×100%容量汽動(dòng)給水泵和鍋爐主要輔機(jī)單列配置方案時(shí)，建議在設(shè)備采購時(shí)選用優(yōu)質(zhì)、高可靠性的設(shè)備。

(3)鍋爐輔機(jī)單列配置在國內(nèi)尚無先例，因此，是否采用鍋爐輔機(jī)單列配置方案應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、機(jī)組在區(qū)域電網(wǎng)中的作用和地位并結(jié)合輔機(jī)設(shè)備調(diào)研和選型情況綜合考慮。

(4)積極爭取電網(wǎng)調(diào)度方式由調(diào)機(jī)改為調(diào)廠，這樣既可以達(dá)到節(jié)能減排目的，也可以為今后建設(shè)鍋爐輔機(jī)單列配置的電廠創(chuàng)造條件。

[1]GB50660—2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

Discussion on Single Row Con fi guration Scheme of Main Auxiliary System in 600MW Power Plant

KUANG Bo，DUAN Zong-zhou
(Hebei Electric Power Research & Design Institute，Shijiazhuang 050031，China)

Based on the summarization about selection of main auxiliary equipment with single row con fi guration in BL power plant pilot project, this article demonstrates and analyzes the auxiliary equipment with single and double row con fi guration in 600MW power plant, in terms of design and manufacture capability, operation reliability and comprehensive technical economy, and puts forward relevant conclusions and recommendations for reference.

single row con fi guration; manufacturing capacity; technical economy; equipement investment.

TM621

B

1671-9913(2012)02-0034-04

2012-04-28

況波(1967- )，男，河南南陽人，高級(jí)工程師，設(shè)計(jì)總工程師。