660 MW超超臨界機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)單列布置應(yīng)用

奚力強(qiáng)，張 嶺，李海燕

(1. 申能股份有限公司,上海 200120；2. 淮北申皖發(fā)電有限公司,安徽淮北 235066)

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660 MW超超臨界機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)單列布置應(yīng)用

奚力強(qiáng)1，張 嶺2，李海燕2

(1. 申能股份有限公司,上海 200120；2. 淮北申皖發(fā)電有限公司,安徽淮北 235066)

介紹了某電廠2臺660 MW超超臨界燃煤機(jī)組采用的單列煙風(fēng)系統(tǒng)布置特點(diǎn)，并與雙列配置系統(tǒng)進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：單列煙風(fēng)配置系統(tǒng)更加簡化，操作控制更加簡單。

超超臨界機(jī)組； 煙風(fēng)系統(tǒng)； 單列配置

常規(guī)燃煤電廠中單機(jī)電耗最大的輔機(jī)包括風(fēng)機(jī)和給水泵組。為降低能耗，當(dāng)前多數(shù)新建大容量機(jī)組給水泵已改用小汽輪機(jī)驅(qū)動，風(fēng)煙系統(tǒng)優(yōu)化布置是降低廠用電率的重要途徑。煙風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)單列配置對降低全廠電耗、控制綜合初投資意義重大。

德國火電廠機(jī)組大多采用煙風(fēng)系統(tǒng)單列布置方式，以RWE公司和ENBW公司所建的800 MW等級超超臨界機(jī)組最具代表性；國內(nèi)布連電廠一期工程660 MW機(jī)組也嘗試采用了單列煙風(fēng)系統(tǒng)布置，但其引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)采用串聯(lián)布置[1]。

平山電廠一期工程2臺660 MW超超臨界燃煤機(jī)組，在充分借鑒國外單列風(fēng)機(jī)布置經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步評估了布連電廠單列配置中單臺引風(fēng)機(jī)與單臺增壓風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行可能存在的風(fēng)險，為繼續(xù)加強(qiáng)單列煙風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，大膽嘗試將引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合二為一，是目前國內(nèi)最高等級的煙風(fēng)系統(tǒng)單列布置機(jī)組。2臺機(jī)組2015年底至2016年初先后投運(yùn)以來，風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

筆者重點(diǎn)介紹平山電廠一期工程單列煙風(fēng)系統(tǒng)布置特點(diǎn)，同時從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面與輔機(jī)雙列機(jī)組進(jìn)行比較，為同類型機(jī)組輔機(jī)單列布置設(shè)備選型和運(yùn)行維護(hù)提供借鑒。

1 鍋爐及風(fēng)煙系統(tǒng)

平山電廠一期2臺660 MW鍋爐為SG-1908/27.9-M6006型超超臨界變壓運(yùn)行直流塔式鍋爐，燃用淮北地區(qū)煙煤。鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)采用單列全容量配置，單臺鍋爐配有1臺空氣預(yù)熱器、1臺引風(fēng)機(jī)(引增合一)、1臺送風(fēng)機(jī)和1臺一次風(fēng)機(jī)，三大風(fēng)機(jī)均為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。鍋爐尾部煙道為單煙道。

單列煙風(fēng)系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 單列煙風(fēng)系統(tǒng)圖

2 單列煙風(fēng)系統(tǒng)配置優(yōu)化

2.1 機(jī)務(wù)方面

從煙風(fēng)道的布置方式上，一次風(fēng)機(jī)布置在電除塵煙道下方，進(jìn)風(fēng)口靠近爐內(nèi)側(cè)；送風(fēng)機(jī)布置在爐側(cè)，布置緊身封閉外吸風(fēng)口的同時增加緊身封閉內(nèi)吸風(fēng)口，經(jīng)流場優(yōu)化室內(nèi)吸風(fēng)口位于爐內(nèi)側(cè)80 m處。電除塵出口布置引風(fēng)機(jī)，與常規(guī)不同，為縱向布置方式。此單列煙風(fēng)系統(tǒng)布置方式，爐后空間增大，有效加長了風(fēng)機(jī)出口的直管段，降低風(fēng)機(jī)出口彎頭帶來的流場紊流，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性。相比雙列布置[2](見圖2)，整個煙風(fēng)系統(tǒng)只有4個煙風(fēng)擋板門，取消了空氣預(yù)熱器進(jìn)口一、二次風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道及聯(lián)絡(luò)風(fēng)門，送風(fēng)機(jī)出口擋板門，空氣預(yù)熱器出口一、二次風(fēng)擋板門，空氣預(yù)熱器入口煙氣擋板門，引風(fēng)機(jī)入口煙氣擋板門，引風(fēng)機(jī)出口煙道聯(lián)絡(luò)門，可降低煙風(fēng)系統(tǒng)阻力約80 Pa左右。同時，單列布置的風(fēng)速及風(fēng)道截面設(shè)計充分參考同類型機(jī)組，保證單列煙風(fēng)系統(tǒng)滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。

圖2 雙列煙風(fēng)系統(tǒng)圖

在風(fēng)機(jī)選型過程中，充分參考國內(nèi)同類型機(jī)組的風(fēng)量大小、系統(tǒng)阻力、系統(tǒng)配置等參數(shù)。風(fēng)機(jī)入口截面靜壓中包括消音器阻力150 Pa和吸風(fēng)口(消音器防雨罩)阻力50 Pa。充分考慮空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率以及溫度裕量、壓頭裕量、風(fēng)量裕量(見表1)。為優(yōu)化一次風(fēng)機(jī)壓頭，磨煤機(jī)阻力按計算通風(fēng)阻力(5 764 Pa)選取。

一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)在各工況下的設(shè)計參數(shù)見表2～表4。一次風(fēng)機(jī)選型優(yōu)化后，一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量比其他同類型電廠偏小，總的燃燒風(fēng)量低約10%。

為了提高單列煙風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，平山電廠一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)采用PAF19.2-13.3-2和FAF30-13.3-1型動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)為“引增合一”風(fēng)機(jī)，采用ANT-4000/2000B型動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)；三大風(fēng)機(jī)的液壓缸、旋轉(zhuǎn)油封、轉(zhuǎn)子、葉片、軸承等關(guān)鍵部件均采用進(jìn)口產(chǎn)品。

表1 風(fēng)機(jī)溫度、壓頭、風(fēng)量裕量及空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率

表2 一次風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)

表3 送風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)

表4 引風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)

相比雙列，單臺空氣預(yù)熱器能夠降低機(jī)組空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率，平山電廠空氣預(yù)熱器空氣到煙氣設(shè)計漏風(fēng)量僅為29.2 kg/s。

2.2 控制方面

與雙列配置系統(tǒng)相比，單列輔機(jī)系統(tǒng)的配置設(shè)備簡潔，控制部件少，運(yùn)行操作簡單。從熱工控制及保護(hù)措施上考慮，首先要提高熱控設(shè)備的單一測點(diǎn)、單一設(shè)備可靠性；其次在一次檢測儀表設(shè)備的配置上，增加冗余度；最后對分散控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)備的配置、功能和邏輯提出更高的要求。

2.2.1 增加測點(diǎn)數(shù)量

(1) 重要壓力、溫度等測量信號至少要2個獨(dú)立測點(diǎn)。

(2) 冗余信號分配到不同的I/O卡件上，保證主保護(hù)、主要輔機(jī)保護(hù)和重要模擬量調(diào)節(jié)回路的冗余信號分配在不同的分支。

2.2.2 用軟件冗余補(bǔ)充硬數(shù)量

(1) 運(yùn)用防止單點(diǎn)保護(hù)不可靠的容錯邏輯

在所有保護(hù)和調(diào)節(jié)測點(diǎn)的應(yīng)用上，凡是有設(shè)計為單點(diǎn)的，均通過增加測點(diǎn)的方法，消除單點(diǎn)保護(hù)和調(diào)節(jié)的不可靠性，如風(fēng)機(jī)軸承溫度、振動、風(fēng)機(jī)油站油箱油位、油壓等。

(2) 運(yùn)用防止執(zhí)行器限位故障導(dǎo)致信號誤發(fā)的容錯邏輯

在重要保護(hù)及調(diào)節(jié)邏輯中加入防止執(zhí)行器限位故障導(dǎo)致信號誤發(fā)的容錯邏輯。

單列風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)無需考慮雙列煙風(fēng)系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)方案，也無需設(shè)計風(fēng)機(jī)啟動和停運(yùn)過程交叉隔離煙風(fēng)通道的控制邏輯，相比雙列更省去了三大風(fēng)機(jī)以及空氣預(yù)熱器RB邏輯設(shè)計，這使得單列煙風(fēng)系統(tǒng)的控制更加方便快捷。

3 單、雙列方案對比分析

3.1 單、雙列布置的技術(shù)方案

鍋爐煙風(fēng)單列配置方案系統(tǒng)簡單，取消了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道和部分風(fēng)門擋板，降低煙風(fēng)系統(tǒng)阻力的同時，減少了檢修維護(hù)工作量。且單列風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中不存在雙列風(fēng)機(jī)低負(fù)荷啟停時發(fā)生“搶風(fēng)”的不穩(wěn)定運(yùn)行狀況，避免了2臺風(fēng)機(jī)并列操作帶來的風(fēng)險，一定程度上提高了機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的可靠性。此外，鍋爐煙風(fēng)單列配置方案可以彌補(bǔ)低負(fù)荷運(yùn)行條件下雙列配置風(fēng)機(jī)壓頭大、流量小造成的風(fēng)機(jī)效率下降問題，即可以提高低負(fù)荷狀態(tài)風(fēng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.2 單、雙列布置的投資經(jīng)濟(jì)性

同類型機(jī)組分別采用單、雙列配置的造價差異影響主要體現(xiàn)在三個方面：一是設(shè)備數(shù)量差異大，二是因設(shè)備選型的容量差異大，三是設(shè)備可靠性要求差異大。平山電廠一期工程采用單列布置的投資經(jīng)濟(jì)性較雙列布置略低，總體基本相當(dāng)。

雙列配置時，為節(jié)約投資提高經(jīng)濟(jì)性，業(yè)主一般只對風(fēng)機(jī)軸承、液壓缸等關(guān)鍵部件采用進(jìn)口。平山電廠一期工程2臺機(jī)組單列布置時為確保系統(tǒng)可靠性，一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)液壓缸、轉(zhuǎn)子、葉片、軸承等關(guān)鍵部件均采用進(jìn)口產(chǎn)品，相比常規(guī)雙列布置風(fēng)機(jī)初投資總價高出約1 500萬元；此外，單列布置時所配電機(jī)功率達(dá)到10 000 kW，6 kV的電壓等級啟動電流不能滿足啟動要求，從而采用了10 kV電壓等級配置，相比6 kV電壓，增加相關(guān)投資約960萬元。采用單列布置，每臺機(jī)組各減少了1臺空氣預(yù)熱器，約可降低設(shè)備費(fèi)用共約400萬元。2臺機(jī)組整個風(fēng)煙系統(tǒng)共減少26個煙風(fēng)擋板門，降低成本約400萬元。

土建基礎(chǔ)中包括了送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及支架，相比雙列，單列可節(jié)約成本298萬元；安裝費(fèi)用，單列可節(jié)約成本431萬元；材料費(fèi)用，優(yōu)化后的單列煙、風(fēng)道可節(jié)約材料約770 t左右，相應(yīng)降低626萬元，計入相應(yīng)的保溫、護(hù)板，材料共計節(jié)約935萬元。土建、材料、安裝費(fèi)用總計節(jié)約1 664萬元。

綜上所述，平山電廠一期工程2臺機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)采取單列布置后，設(shè)備、材料、安裝投資費(fèi)用比雙列布置降低了約60萬元。

3.3 單、雙列布置的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)實際運(yùn)行數(shù)據(jù)，平山電廠1號機(jī)組各負(fù)荷段單列風(fēng)機(jī)的電耗見表5，表6列出了某700 MW機(jī)組雙列輔機(jī)配置各負(fù)荷風(fēng)機(jī)的電耗，風(fēng)機(jī)總電耗與負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系見圖3。

表5 平山電廠單列輔機(jī)機(jī)組負(fù)荷與風(fēng)機(jī)功率 kW

表6 某電廠雙列輔機(jī)機(jī)組負(fù)荷與風(fēng)機(jī)功率 kW

圖3 單列雙列機(jī)組不同負(fù)荷下風(fēng)機(jī)功率對比

從圖3中可以看出：在相同的負(fù)荷工況下，單列機(jī)組總風(fēng)機(jī)功率比雙列機(jī)組總風(fēng)機(jī)功率要小，其中在660 MW(100%)負(fù)荷附近工況下，單列機(jī)組總風(fēng)機(jī)功率比雙列機(jī)組總風(fēng)機(jī)功率低約1 626 kW，在494 MW(75%)負(fù)荷附近工況下，單列機(jī)組總風(fēng)機(jī)功率比雙列機(jī)組總風(fēng)機(jī)功率低約1 338 kW，在331 MW(50%)負(fù)荷附近工況下，單列機(jī)組總風(fēng)機(jī)功率比雙列總風(fēng)機(jī)功率低約1 015 kW。假設(shè)每天電廠在100%、75%、50%負(fù)荷下的份額分別為30%、40%、30%，按全年運(yùn)行300天考慮，電價按照0.34元/(kW·h)計算，則2臺機(jī)組一年因風(fēng)機(jī)降低廠用電所節(jié)約的成本為649.8 萬元。

在檢修維護(hù)方面，單列配置可降低檢修費(fèi)用42萬/年(2臺機(jī)組)，見表7。

表7 單、雙列布置檢修維護(hù)成本對比 萬元/(年·臺)

因此運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)濟(jì)性方面，660 MW單列配置比雙列年節(jié)約成本共計約691.8萬元/年(2臺機(jī)組)。

4 單列風(fēng)機(jī)對機(jī)組可靠性的影響分析

單列輔機(jī)配置方式中如果一個設(shè)備發(fā)生故障，就可能造成機(jī)組停機(jī)，因此單個設(shè)備的可靠性對機(jī)組可靠性影響大大增加。

4.1 風(fēng)機(jī)可靠性計算

4.1.1 可靠性框圖

風(fēng)機(jī)可靠性框圖見圖4。筆者僅討論一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)為單列和雙列布置的系統(tǒng)可靠性，不再討論一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)單雙列組合方式的可靠性。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。

4.1.2 風(fēng)機(jī)可靠性計算

(1) 單列風(fēng)機(jī)連續(xù)系統(tǒng)的可靠性概率K0及失效概率S0計算：

K0=P(K1)*P(L1)*P(M1)

(1)

S0=1-K0

(2)

(2) 雙列風(fēng)機(jī)連續(xù)系統(tǒng)的可靠性概率K及失效概率S計算：

K=(P(K1)+P(K2)-P(K1)*P(K2))*
(P(L1)+P(L2)-P(L1)*P(L2))*
(P(M1)+P(M2)-P(M1)*P(M2))

(3)

S=1-K

(4)

根據(jù)可靠性理論，筆者選取非計劃停運(yùn)率進(jìn)行可靠性分析。對于660 MW單列風(fēng)機(jī)機(jī)組，風(fēng)機(jī)容量實際上相當(dāng)于1 200～1 350 MW機(jī)組容量的半容量風(fēng)機(jī)配置，僅以600～690 MW雙列機(jī)組統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為計算標(biāo)準(zhǔn)是不合適的。但是目前國內(nèi)投運(yùn)機(jī)組最大容量1 000 MW，因此筆者選取中電2011～2015年200 MW及以上容量機(jī)組送、引風(fēng)機(jī)非計劃停運(yùn)率的平均值作為運(yùn)行可靠性計算指標(biāo)。

單列配置一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性概率分別為：

P(K1)=P(L1)

(5)

(一次風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)中電聯(lián)未作統(tǒng)計，假設(shè)與送風(fēng)機(jī)相同)

P(L1)=1-(0.02+0.01+0.01+0.01+

0.01)/100/5=0.999 88

P(M1)=1-(0.03+0.03+0.03+0.03+

0.05)/100/5=0.999 6

圖4為風(fēng)機(jī)可靠性框圖。

圖4 風(fēng)機(jī)可靠性框圖

經(jīng)計算，單列配置可靠性K0為0.999 420 1，運(yùn)行失效概率S0為0.000 579 9；雙列配置K為0.999 999 856，S為0.000 000 144 4。

通過對比可知，單列風(fēng)機(jī)配置相對雙列運(yùn)行可靠性有所降低，降低了0.057 9%。

因此，單列風(fēng)機(jī)配置時，通過一些關(guān)鍵部件進(jìn)口，只要風(fēng)機(jī)可靠性能達(dá)到中電聯(lián)公布的2011～2015年200 MW及以上容量火電機(jī)組送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性指標(biāo)，機(jī)組的非計劃停機(jī)概率可以做到非常小，相當(dāng)于10萬h的運(yùn)行時間中會出現(xiàn)57.99 h的非計劃停機(jī)。

4.2 實際運(yùn)行情況

平山電廠機(jī)組從通過168 h運(yùn)行至今,1號機(jī)組已運(yùn)行約6 000 h、2號機(jī)組運(yùn)行3 500 h，無因風(fēng)機(jī)原因造成非計劃停機(jī)事故，實踐證明平山電廠所使用的單列風(fēng)機(jī)可靠性、穩(wěn)定性較高。

5 結(jié)語

(1) 從布置方式來看，單列煙風(fēng)配置使系統(tǒng)更加簡化，操作控制更加簡單，取消聯(lián)絡(luò)風(fēng)道和部分風(fēng)門擋板后，阻力有所降低，且一定程度上提高了低負(fù)荷運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

(2) 從設(shè)備投資經(jīng)濟(jì)性來看，由于單列風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件采用進(jìn)口，單列布置設(shè)備總投資比雙列要高出約1 500萬元，從土建基礎(chǔ)及支架施工、煙風(fēng)道安裝，以及保溫護(hù)板的安裝方面，單列布置比雙列要節(jié)約1 664萬元，單列綜合投資費(fèi)用降低約60萬元。

(3) 從運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)濟(jì)性來看，單列風(fēng)機(jī)電耗有所下降，2臺機(jī)組節(jié)約廠用電成本約650萬元/年。由于維護(hù)成本相比雙列布置減少了一半，相應(yīng)2臺機(jī)組檢修維護(hù)成本可降低42萬元/年?？傮w來看，單列布置年運(yùn)行、維護(hù)可節(jié)約700萬元左右，具有一定經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

(4) 在運(yùn)行可靠性方面，單列布置較雙列布置可靠性概率降低了0.0579%。但單列布置，只要關(guān)鍵部件采用進(jìn)口產(chǎn)品，保證單臺設(shè)備的可靠性運(yùn)行，則機(jī)組非計劃停機(jī)概率非常小。平山電廠項目運(yùn)行至今，未發(fā)生因輔機(jī)設(shè)備故障導(dǎo)致非計劃停機(jī)的事故。

綜上所述，單列煙風(fēng)系統(tǒng)配置方式，系統(tǒng)簡單靈活，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著，本項目取得的經(jīng)驗及運(yùn)行數(shù)據(jù)對在大容量高參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組上采用風(fēng)機(jī)單列配置具有參考意義。

[1] 高軍. 660 MW超超臨界機(jī)組輔機(jī)單列布置的安全性與經(jīng)濟(jì)性探討[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2014,32(1):6-17.

[2] 田松. 輔機(jī)單列機(jī)組控制及保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計研究[D].北京：華北電力大學(xué),2015.

Single-row Layout Application of Air & Flue Gas System for 660 MW Ultra Supercritical Units

Xi Liqiang1,Zhang Ling2,Li Haiyan2

(1. Shenergy Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China; 2. Huaibei Shenwan Power Generation Co.,Ltd.,Huaibei 235066,Anhui Province,China)

An introduction is presented to the single-row layout feature of the air & flue gas system in two 660 MW ultra supercritical coal-fired units,while a comparison is made with that of double-row layout system. Results show that the single-row arrangement of air & flue gas system is simpler and its control and operation are easier.

ultra supercritical unit; air & flue gas system; single-row layout

2016-12-22；

2017-02-05

奚力強(qiáng)(1964—)，男，高級工程師，從事電廠建設(shè)及發(fā)電節(jié)能技術(shù)研究。

E-mail: xilq@shenergy.com.cn

TK223.26

A

1671-086X(2017)04-0280-06