2×1000MW機組現(xiàn)代化電廠建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新和整體優(yōu)化設(shè)計

張樹臣

（江西大唐國際撫州發(fā)電有限責(zé)任公司，江西撫州 344000）

在對2×1000 MW機組進行建設(shè)的過程中，技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計涉及的內(nèi)容和范圍很廣?，F(xiàn)代化電廠要結(jié)合重大技術(shù)創(chuàng)新和整體化設(shè)計，必須在節(jié)能減排技術(shù)、運行方式、系統(tǒng)布置、數(shù)字化管理等方面創(chuàng)新，在主要和輔助設(shè)施地選擇、設(shè)計和工藝等方面優(yōu)化[1]，這對保障2×1000 MW機組安全有效運行起著舉足輕重的作用[2]。

1 主要技術(shù)的選擇和優(yōu)化

1.1 主要設(shè)施的選擇

在對主要設(shè)施進行選擇的時候，要充分考慮我國已有的建設(shè)經(jīng)驗，注重對引進的設(shè)施及其運行特點和優(yōu)缺點進行詳細(xì)比較，同時考慮2×1000 MW機組的實際情況，從而選擇合適的設(shè)施進行建設(shè)。

1.2 汽輪機本體調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)采用節(jié)流配汽方式

撫州電廠汽輪機是國內(nèi)首臺采用本體全周節(jié)流配汽調(diào)節(jié)方式的超超臨界機組。該技術(shù)屬于重大技術(shù)創(chuàng)新，與常規(guī)噴嘴調(diào)節(jié)配汽方式比較，調(diào)節(jié)簡單可靠，經(jīng)濟效益顯著。隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展，電網(wǎng)峰谷差逐漸加劇，使得1000 MW機組也面臨部分調(diào)峰的狀況。在低負(fù)荷運行中，噴嘴調(diào)節(jié)的兩種方式都存在比較大的節(jié)流損失，使得經(jīng)濟效益下降；而全周節(jié)流配汽從結(jié)構(gòu)上減少了節(jié)流損失，使得在負(fù)荷調(diào)節(jié)中運行更加穩(wěn)定，而且凸顯節(jié)能效果。

噴嘴配汽方式和節(jié)流配汽方式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖見圖1。從圖1可以看出，噴嘴配汽通過四個調(diào)門調(diào)節(jié)。在調(diào)峰過程中通過調(diào)門開度大小，調(diào)節(jié)供汽量，來達(dá)到調(diào)峰效果，不管運行如何操作，節(jié)流損失都很大。節(jié)流配汽方式可以在調(diào)峰運行中大大減少調(diào)節(jié)的節(jié)流損失。從圖1可以看出，全周進汽節(jié)流損失小，負(fù)荷分配均勻，運行可靠性得到極大提高，從而極大提高汽輪機運行的經(jīng)濟性和可靠性。兩種配汽方式的結(jié)構(gòu)對比分析（見表1）和壓損和效率分析（見表2）也進一步證明了全周節(jié)流配汽的優(yōu)越性。

節(jié)流配汽高壓缸效率可提高2%～4%（閥全開）。

圖1 噴嘴配汽方式和節(jié)流配汽方式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)比較Fig.1 Comparisons of adjusting structure with nozzle and throttling mode of steam distribution

表1 配汽方式結(jié)構(gòu)對比分析表Tab.1 Comparisons and analysis of steam distribution structures

表2 壓損、效率分析表Tab.2 Analysis of pressure loss and efficiency

選用節(jié)流配汽新技術(shù)是相應(yīng)國家宏觀節(jié)能的需要，也是新技術(shù)采用的典型案例。

1.3 現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字化電廠是近年來發(fā)展的一個熱點[3]?，F(xiàn)代發(fā)電機組，特別是大容量、高參數(shù)機組，其復(fù)雜程度越來越高，對這樣的機組的操作、控制和檢修的要求也越來越高。數(shù)字化電廠是在傳統(tǒng)電廠的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它通過應(yīng)用一系列先進的科學(xué)技術(shù)，融入現(xiàn)代化的管理思想，旨在解決電廠管理水平低下、發(fā)電能耗高、污染物（氣、水、渣）排放嚴(yán)重、輔助系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、設(shè)備故障率高、自動保護投入率低、運行人員多的現(xiàn)狀，最終實現(xiàn)電廠現(xiàn)代化的運營和管理，達(dá)到企業(yè)運營成本最小、發(fā)電能耗最低、污染物零排放（廢氣達(dá)標(biāo)排放）、設(shè)備可用系數(shù)高、人均產(chǎn)值高的目標(biāo)[4]。

數(shù)字化電廠目的是為了實現(xiàn)電廠的現(xiàn)代化運營和管理，而電廠的現(xiàn)代化運營和管理是要以大量的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)的；傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)是模擬量、開關(guān)量、數(shù)字信號混合制，而且是單向的，一對一的，無法滿足實現(xiàn)數(shù)字化電廠的需求?，F(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展有望解決這一難題。

撫州電廠采用現(xiàn)場總線技術(shù)，很好地解決了狀態(tài)檢修面臨的數(shù)據(jù)不夠這個問題，真正意義就在于提高電廠的信息化水平。SIS系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)過程信息監(jiān)測和統(tǒng)計、性能監(jiān)測和優(yōu)化、優(yōu)化運行和指導(dǎo)、設(shè)備壽命監(jiān)測和管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷、廠級負(fù)荷優(yōu)化分配[5]。SIS系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是通過監(jiān)測電廠設(shè)備的運行狀態(tài)，判斷其是否正常，預(yù)測、診斷、消除故障，指導(dǎo)設(shè)備的管理和維修。SIS系統(tǒng)由狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷兩部分組成[6]。

狀態(tài)監(jiān)測是掌握設(shè)備運行狀態(tài)的第一手信息，其針對各種運行狀態(tài)參數(shù)，結(jié)合其歷史信息，考慮環(huán)境因素，采用專業(yè)的分析和判斷方法，評估其是否處于正常、異常和故障三種狀態(tài)，并進行顯示和記錄，對異常狀態(tài)進行報警，為故障診斷提供信息。

故障診斷是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測獲得的信息，結(jié)合結(jié)構(gòu)參數(shù)、物性參數(shù)、環(huán)境參數(shù)，對設(shè)備的故障進行預(yù)報、判斷和分析，確定其性質(zhì)、類別、部位、程度、原因，指出發(fā)展的趨勢和后果，提出控制其繼續(xù)發(fā)展和消除故障的對策措施，最終使設(shè)備恢復(fù)到正常狀態(tài)。

采用現(xiàn)場總線技術(shù)之后，可以獲得大量的與設(shè)備相關(guān)的信息，但是只有對這些信息加以有效地分析和管理，才能真正地將其應(yīng)用到設(shè)備的狀態(tài)檢修中。SIS系統(tǒng)具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的功能[7]，但是在以往的應(yīng)用中，由于沒有足夠的設(shè)備相關(guān)信息，沒有得到很好地應(yīng)用[8]。通過現(xiàn)場總線技術(shù)獲得的大量信息，使得對設(shè)備進行狀態(tài)檢修成為可能。

2 輔助設(shè)施的選擇及優(yōu)化

2.1 一臺啟動電動給水泵的使用設(shè)計

目前國內(nèi)投產(chǎn)的1000 MW等級機組汽動給水泵運行可靠性良好，備用電動給水泵的的投入機會極少，備用功能用途不大；另一方面，備用電動給水泵也較難實現(xiàn)緊急備用，如果要具有緊急備用功能，備用條件比較復(fù)雜，如為適應(yīng)與汽泵并列運行，需配置一臺價格昂貴的液力耦合器；電泵的油系統(tǒng)須經(jīng)常運行，泵始終處于熱備用狀態(tài)；泵出口電動閘閥常開，逆止門長期承壓；控制系統(tǒng)應(yīng)考慮電泵并入的給水調(diào)節(jié)；電氣系統(tǒng)需要設(shè)置電泵的自動投入等，諸多條件中有一項不能滿足就不能實現(xiàn)。而且由于電動給水泵的功率很大，當(dāng)給水泵緊急啟動時，由于電源電壓波動、液力耦合器和最小流量閥響應(yīng)速度等原因，電動給水泵很難實現(xiàn)作為汽動給水泵的緊急備用[9]，往往當(dāng)任一臺汽動給水泵故障時，只能依靠RB功能先保證機組降負(fù)荷運行，然后再啟動電動給水泵。因此在2×1000 MW機組采用兩臺機組共用一臺30%容量啟動電泵，不僅解決了啟動電泵長期閑置問題，提高了設(shè)備的利用率，而且還降低了電廠的初投資。

為了保證電動給水泵對于每臺機組的運行工況基本一致，應(yīng)使得每臺機組的除氧器低壓給水至啟動電泵的距離基本一致，保證對于每臺機組而言，啟動電泵入口的低壓給水管道壓降基本相同，為此將啟動電泵布置在兩臺機組中間位置的主廠房0 m。

當(dāng)兩臺機組配一套啟動泵時，啟動給水系統(tǒng)將按擴大單元制設(shè)計，見圖2。

圖2 擴大單元制啟動給水泵系統(tǒng)圖Fig.2 Expanding unit startup feed-water pump system

擴大單元制比單元制系統(tǒng)節(jié)約一臺啟動給水泵，但系統(tǒng)連接相對比較復(fù)雜。采用擴大單元制方案，電氣系統(tǒng)需增加一面隔離開關(guān)切換柜，從每臺機組的6 kV分別設(shè)置一個斷路器柜，經(jīng)電纜分別引接至隔離開關(guān)切換柜（設(shè)置兩臺隔離開關(guān)），再由隔離開關(guān)切換柜引接至電動給水泵。隔離開關(guān)切換柜與相應(yīng)的6 kV柜進行電氣閉鎖，確保與運行機組對應(yīng)，避免電氣回路的合環(huán)運行。此方案可確保運行的可靠性，但相對于單元制接線而言，增加了一臺隔離開關(guān)切換柜及相應(yīng)控制回路的復(fù)雜性[9]?？刂品矫鎸⒔o水泵及閥門直接納入單元機組DCS公用網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)二臺機組在DCS系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控，并確保任何時候僅有一臺機組能發(fā)出有效操作指令。從電氣、控制方面來講都能確保該系統(tǒng)的安全可靠性，從設(shè)計上避免將來可能出現(xiàn)的缺陷。

2.2 同軸汽動給水泵組布置方案

同軸汽動給水泵采用布置在除氧間0 m層，給水泵汽輪機上排汽方案。下面為同軸泵組0 m布置方案與常規(guī)方案：泵組分開布置、前置泵布置在除氧間0 m、汽動主給水泵布置在汽機房運轉(zhuǎn)層方案的經(jīng)濟性比較（單臺機組）。

對于同軸汽動給水泵組布置在除氧間0 m層、上排汽進凝汽器，此方案有如下特點：

1）給水泵組及其驅(qū)動汽輪機的基礎(chǔ)設(shè)計簡單，造價低；

2）有利于減少汽機房跨度和容積，減低工程造價；

3）為了便于給水泵的檢修，除氧間跨度需要加大約0.5 m；

4）需在除氧間除氧層單獨設(shè)置檢修起吊設(shè)施。

與同軸汽動給水泵組布置在運轉(zhuǎn)層、下排汽進凝汽器方案相比較，此方案有如下特點：

1）需為給水泵組及其驅(qū)動汽輪機設(shè)計獨立基礎(chǔ)或彈簧隔振基礎(chǔ)；

2）相比汽動給水泵同軸0 m布置、上排汽進凝汽器，汽機房跨度需增大2 m，工程造價略高；

3）可利用汽機房行車進行檢修起吊。

采用同軸汽動給水泵組布置在除氧間0 m層、上排汽進凝汽器方案，不但可有效降低汽機房及除氧間的造價，還可簡化泵組的基礎(chǔ)設(shè)計方案，合計減少初投資約1133萬，經(jīng)濟性很好。

2.3 引增合一并取消增壓風(fēng)機

在一些新建機組上，由于要求脫硫系統(tǒng)與主體工程同步建設(shè)，因此為引風(fēng)機和脫硫風(fēng)機的合并提供了先決條件[10]。撫州電廠取消脫硫增壓風(fēng)機，直接采用引風(fēng)機克服原有的煙氣系統(tǒng)阻力和新增的脫硫系統(tǒng)阻力，相當(dāng)于減少了1～2臺設(shè)備，對減少設(shè)備投資和減輕維護人員的工作量，有積極的意義。取消增壓風(fēng)機，由于減少了一組入口風(fēng)箱和相關(guān)風(fēng)道，整體煙道布置較流暢，總體阻力可以減少200～300 Pa，這相當(dāng)于1臺靜電除塵器的阻力，長期運行節(jié)省的廠用電也比較可觀。提高引風(fēng)機壓頭，用引風(fēng)機克服所有系統(tǒng)的煙氣阻力，選型設(shè)計上不存在問題。

采用取消增壓風(fēng)機方案，鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)的阻力全部由引風(fēng)機克服。取消增壓風(fēng)機后，引風(fēng)機的型式推薦采用動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機。取消增壓風(fēng)機的方案具有以下優(yōu)點：

1）減少設(shè)備的投資費用650萬元（與引風(fēng)機采用靜調(diào)，有增壓風(fēng)機比較），并減少了土建基礎(chǔ)費用；

2）減少電廠對輔機的維護工作量；

3）風(fēng)機運行效率較高，每年節(jié)約廠用電616.08萬kW·h，節(jié)省發(fā)電成本約189萬元；

4）煙道布置順暢明朗，減少一組（增壓風(fēng)機）入口風(fēng)箱及2個90°彎頭阻力，總體阻力降低約300 Pa，每年節(jié)約廠用電125萬kW·h，節(jié)省發(fā)電成本38萬元，經(jīng)濟效益非常明顯。

2.4 側(cè)煤倉布置減少四大管道用量

爐側(cè)煤倉布置可減少四大管道的耗量，減少輸煤轉(zhuǎn)運站數(shù)量和輸煤皮帶長度，減少煤倉間容積，縮小A排到煙囪之間的距離，減少占地面積。但四大管道對鍋爐和汽機的接口推力較大，且由于鍋爐房、煤倉間、爐后布置緊湊，部分區(qū)域土建和安裝需交叉施工。側(cè)煤倉布置把兩臺機組的煤倉間按雙列布置在兩臺鍋爐中間，檢修通道在內(nèi)側(cè)，磨煤機布置在外側(cè)?？紤]到磨煤機的檢修僅僅是利用檢修通道把部件運出，而不是在檢修通道上檢修，兩臺機組待檢修的磨煤機可以通過協(xié)調(diào)，依次從檢修通道運出部件，所以經(jīng)過撫州電廠工藝和土建結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，根據(jù)撫州地處6度地震區(qū)，使用側(cè)煤倉方案，采用大跨度單框架結(jié)構(gòu)，跨度17 m。煤倉間中間作為兩臺機組公用的檢修通道，減少煤倉間的容積。

采用側(cè)煤倉布置，單列高加方案。汽機房長度191.2 m，A排到煙囪中心線距離（含脫硫）為202.73 m，汽機房運轉(zhuǎn)層標(biāo)高為15 m，跨度29 m，除氧間跨度為10 m，除氧器露天布置于25 m除氧層，極大壓縮了主廠房容積。前置泵與汽動給水泵同軸，并與小汽機一同布置于除氧間0 m。給水系統(tǒng)采用單列高加，兩臺機組共用一臺啟動用電動給水泵。集控室采用兩機一控，布置在鄰近主廠房固定端的綜合辦公樓。煤倉間采用側(cè)煤倉布置，布置于兩爐之間，上煤皮帶通過穿煙囪的方式上至煤倉間轉(zhuǎn)運站。煤倉間跨度17.5 m，給煤機層標(biāo)高17.5 m，輸煤皮帶層標(biāo)高42.0 m。

采用側(cè)煤倉實現(xiàn)了：取消爐前通道，汽機房最后一排柱與鍋爐第一排柱相隔僅1.5 m，極大地縮短了機爐間距，節(jié)約了管道投資，優(yōu)化了A排到煙囪距離；采用側(cè)煤倉布置，合理選用磨煤機，優(yōu)化磨煤機檢修方式及煤倉間跨度、給煤層高。兩臺爐磨煤機并列布置，煤倉間中部作為兩臺機組磨煤機公用檢修通道。壓縮汽機與鍋爐之間距離，減少四大管道管材用量；一次風(fēng)機和送風(fēng)機布置在鍋爐框架內(nèi)，充分利用爐底空間和鍋爐框架，節(jié)省了土建費用及占地；上煤皮帶采用穿煙囪方式上至側(cè)煤倉轉(zhuǎn)運站，減小輸煤棧橋的長度；集控室采用兩機一控，布置在汽機房固定端至廠前區(qū)的連接天橋上，合理利用場地，方便運行人員的巡視，有利于集中控制；前煙道、冷風(fēng)道、熱風(fēng)道按圓形管道布置，有利于降低流場阻力及減小鋼材耗量。

3 新技術(shù)的應(yīng)用與設(shè)計優(yōu)化成果

以“資源最優(yōu)化，效益最大化”為目標(biāo)，把“優(yōu)化設(shè)計、提高效率、降低造價”貫穿于項目全過程，在保證電廠穩(wěn)定、安全、可靠運行和性能指標(biāo)、質(zhì)量指標(biāo)滿足設(shè)計要求的前提下，突出體現(xiàn)經(jīng)濟性、合理性和先進性，取得豐碩成果。

3.1 設(shè)計優(yōu)化

通過借鑒全國先進電廠同類型機組在設(shè)計、施工、設(shè)備選型、調(diào)試、運行期間存在的經(jīng)驗和教訓(xùn)，先后形成70余項有針對性的優(yōu)化設(shè)計方案。其中，通過優(yōu)選側(cè)煤倉布置方案，節(jié)省了四大管道和電纜，比常規(guī)爐前煤倉間布置方案節(jié)省費用約2949萬元；啟備變從廠內(nèi)500 kV變電站引接降低造價2000萬元；雙列高加改為單列高加節(jié)省460萬元；引風(fēng)機和增壓風(fēng)機合并節(jié)省650萬元；采用一臺啟動定速電泵節(jié)省280萬元；輸煤棧橋采用露天敞開式設(shè)防塵防雨罩比封閉式節(jié)省850萬元；灰?guī)觳捎肔IPP鋼制筒倉節(jié)省200萬元；煙囪采用懸掛式而非支撐式節(jié)省300萬元；凝結(jié)水精處理再生裝置采用兩機一套節(jié)省240萬元；采用汽泵的前置泵與主泵同軸節(jié)省427萬元；爐底排渣系統(tǒng)由二級鋼帶優(yōu)化為斗式提升機，降低造價380萬元。

3.2 通過采用EC模式提高設(shè)計優(yōu)化效果

1）讓設(shè)計單位和施工單位捆綁，大大激發(fā)了設(shè)計單位優(yōu)化設(shè)計的積極性，設(shè)計施工總承包極大提高設(shè)計優(yōu)化水平和動力，施工單位會更加積極主動引進其他設(shè)計院已建1000 MW機組的二次設(shè)計和細(xì)部優(yōu)化成功經(jīng)驗，提高投產(chǎn)后1000 MW機組維護、運行可靠性和經(jīng)濟性；

2）由于是設(shè)計施工總承包圖紙催交的過程可以在內(nèi)部協(xié)調(diào)解決，設(shè)備的監(jiān)造、催貨等也在總承包范圍內(nèi)，減少了建設(shè)單位對工期控制和協(xié)調(diào)的難點，工期的落實可以得到進一步保證；

3）使得建設(shè)單位能夠有更多的人力、物力、時間投入質(zhì)量管理，對質(zhì)量全過程的控制更強，EC模式是打造精品優(yōu)質(zhì)工程的一個強有力保證；

4）與傳統(tǒng)建設(shè)模式相比較，EC總承包模式要求建設(shè)單位更加強化合同管理，更加重視合同編制和執(zhí)行，通過合同規(guī)范化管理，在對總承包單位管理的基礎(chǔ)上，可以進一步加強施工管控，強化施工管理。

4 結(jié)論

2×1000 MW機組現(xiàn)代化電廠建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新和整體優(yōu)化設(shè)計是一項繁復(fù)復(fù)雜的工程，但是通過對主要設(shè)備和輔助設(shè)備進行優(yōu)化和創(chuàng)新，可以大幅度提高電廠的經(jīng)濟效益和社會效益、環(huán)境效益，具有廣泛的發(fā)展前景。

[1] 嚴(yán)云青.發(fā)電公司2×1000 MW超超臨界機組擴建項目工程的可行性研究[D].南京理工大學(xué)，2013：66－68．

[2] 趙毅，馬劍民，梁昌乾，等.超臨界、超超臨界機組運行安全性、可靠性分析[J].熱力發(fā)電，2013（2）：29－30.ZHAO Yi，MA Jian-min，LIANG Chang-qian，et al.Analyzing supercritical and ultra-supercritical units’operating safety and reliability[J].Thermal Power，2013（2）:29-30（in Chinese）.

[3]錢海平.1000 MW超超臨界機組主機設(shè)計的主要技術(shù)條件[J].電力建設(shè)，2012（4）：50－51．QIAN Hai-ping.Main technical conditions in designing 1000 MW ultra supercritical unit mainframe[J].Electric Power Construction，2012（4）：50－51（in Chinese）．

[4]童科慰，王桂峰.淺談暖通控制系統(tǒng)在某大型火電廠的應(yīng)用實例[J].科技資訊，2009（34）：24-25．TONG Ke-wei，WANG Gui-feng.Analyzing applications of HAVC control system in large thermal power plant[J].Science&Technology Information，2009（34）：24-25（in Chinese）．

[5] 韋杏秋，程鵬飛，陳碧云，等.火電機組能耗的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28（2）:44-51．WEI Xing-qiu，CHENG Peng-fei，CHEN Bi-yun，et al.Data envelopment analysis in thermal power unit energy consumption[J].Power System and Clean Energy，2012，28（2）:44-51（in Chinese）．

[6] 劉冬.淺談火電廠自動化控制改造的有效方法[J].中國集體經(jīng)濟，2009（24）：37－39．LIU Dong.Discussing the effective method of automation control transformation of power plant[J].China Collective Economy，2009（24）：37－39（in Chinese）．

[7] 張建中.我國超（超）臨界火電機組實際投運水平評述[J].電力建設(shè)，2009（4）：29－30．ZHANG Jian-zhong.Reviewing actual working efficiency of ultra-supercritical thermal power unit[J].Electric Power Construction，2009（4）：29－30（in Chinese）．

[8] 李榮，關(guān)蕾.世界超超臨界技術(shù)發(fā)展與啟示[J].中國電力企業(yè)管理，2009（10）：19－21．LI Rong，GUAN Lei.World ultra-supercritical technology development and enlightenment[J].China Electric Power Enterprise Management，2009（10）：19－21（in Chinese）．

[9] 盧鵬，韓書謨，趙文強，等.1100 kV GIS關(guān)鍵技術(shù)研究，高壓電器，2010，46（3）：31－32．LU Peng，HAN Shu-mo，ZHAO Wen-qiang，et al.1100 kV GIS key technology research[J].High Voltage Apparatus，2010，46（3）：31－32（in Chinese）.

[10]鄭民牛.超超臨界1000 MW鍋爐選型的幾個關(guān)鍵要點[J].動力工程，2012（2）：34－35．ZHENG Min-niu.Several key points in ultra-supercritical 1000 MW boiler type selection[J].Journal of Power Engineering，2012（2）：34－35（in Chinese）．