提高鍋爐單列輔機(jī)可靠性研究

石才由 神華國(guó)華廣投柳州發(fā)電有限責(zé)任公司

0 引言

早在上世紀(jì)90年代初期，為了追求機(jī)組的最佳性價(jià)比，日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)計(jì)并建造了一批輔機(jī)單列布置的火力發(fā)電機(jī)組，其中最具代表性的電廠有：日本磯子電廠（2×600MW）、德國(guó)RWE公司的6×800MW工程和ENBW公司1×890MW工程。日本磯子電廠鍋爐送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、空預(yù)器采用單列布置，而引風(fēng)機(jī)采用雙列布置；德國(guó)RWE公司的6×800MW工程和ENBW公司1×890MW工程的鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、空預(yù)器均采用單列布置。

國(guó)內(nèi)隨著煤炭等一次能源價(jià)格上漲和火電廠利用小時(shí)數(shù)的大幅度減少，火電廠的經(jīng)濟(jì)效益被大幅壓縮，這就要求各火電廠要不斷提高發(fā)電效率和降低廠用電率。國(guó)內(nèi)目前已陸續(xù)投運(yùn)多個(gè)單列輔機(jī)電廠，國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司布連電廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)布連電廠）2×660MW超超臨界燃煤空冷機(jī)組是目前國(guó)內(nèi)最高等級(jí)的主要輔機(jī)單列布置的機(jī)組，于2013年7月投入運(yùn)行。華能洛陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)洛陽(yáng)電廠）二期工程2×350MW也采用輔機(jī)單列布置，于2015年8月投入運(yùn)行。黑龍江省華能伊春熱電有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)伊春電廠）一期2×350MW同樣采用輔機(jī)單列布置，兩臺(tái)機(jī)組分別于2015年9月和11月投入運(yùn)行。神華國(guó)華廣投（柳州）發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)柳州電廠）的2×350MW主要輔機(jī)單列布置機(jī)組分別于2016年10月和12月投入運(yùn)行。

柳州電廠是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、制造的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超臨界350MW鍋爐。本鍋爐采用π型布置，單爐膛，尾部雙煙道，全鋼架，懸吊結(jié)構(gòu)，燃燒器前后墻布置、對(duì)沖燃燒。爐膛斷面尺寸為15.287m寬、13.217m深，水平煙道深度為4.747m，尾部前煙道深度為5.98m，尾部后煙道深度為6.90m，水冷壁下集箱標(biāo)高為6.5m，頂棚管標(biāo)高為61.0m。

鍋爐的主汽系統(tǒng)以內(nèi)置式啟動(dòng)分離器為界設(shè)計(jì)成雙流程，從冷灰斗進(jìn)口一直到標(biāo)高41.005m的中間混合集箱之間為螺旋管圈水冷壁，再連接至爐膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊掛管，然后經(jīng)下降管引入折焰角、水平煙道底包墻和水平煙道側(cè)墻，再引入汽水分離器。再熱器系統(tǒng)分為低溫再熱器和高溫再熱器兩段布置，中間無(wú)集箱連接，低溫再熱器布置于尾部雙煙道中的前部煙道，高溫再熱器布置于水平煙道中逆、順流混合與煙氣換熱。水冷壁為全膜式焊接水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管屏，上部水冷壁為垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏的過(guò)渡點(diǎn)在標(biāo)高41.005m處，轉(zhuǎn)換比為1：3。鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)為不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)置式啟動(dòng)分離器布置在鍋爐的前部上方，其進(jìn)口為水平煙道側(cè)墻出口和水平煙道對(duì)流管束出口連接管，下部與貯水箱相連。過(guò)熱器主要采用煤水比調(diào)溫，并設(shè)兩級(jí)噴水減溫器。制粉系統(tǒng)采用五臺(tái)中速磨（設(shè)計(jì)煤種4運(yùn)1備），正壓直吹式冷一次風(fēng)機(jī)制粉系統(tǒng)，每臺(tái)磨煤機(jī)供布置于前墻和后墻同一層的燃燒器，前墻布置2層后墻3層，每層布置4只。在煤粉燃燒器的上方前、后墻各布置2層燃燼風(fēng)，每層有4只風(fēng)口。

1 主要輔機(jī)單列布置的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 主要輔機(jī)單列布置的優(yōu)點(diǎn)

主要輔機(jī)單列布置，具有初期投資少，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。如柳州電廠在綜合投資比較方面，兩臺(tái)機(jī)組單列輔機(jī)可以比雙列輔機(jī)布置節(jié)約初投資費(fèi)用約2640.72萬(wàn)元，使用可靠性高的進(jìn)口設(shè)備，則可以比雙列輔機(jī)布置節(jié)約初投資費(fèi)用約1748.53萬(wàn)元。在運(yùn)行檢修費(fèi)用綜合比較方面，單列比雙列布置兩臺(tái)機(jī)組節(jié)約費(fèi)用115.99萬(wàn)元。布連電廠的實(shí)際數(shù)據(jù)也表明，單列輔機(jī)布置的單臺(tái)鍋爐每年可節(jié)約輔機(jī)運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)、輔機(jī)檢修等費(fèi)用共計(jì)99.7萬(wàn)元。主要輔機(jī)單列布置，還具有設(shè)備簡(jiǎn)潔、布置方便、流程順暢、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、控制部件少、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 主要輔機(jī)單列布置的缺點(diǎn)

在運(yùn)行安全性和靈活性方面不及雙列布置機(jī)組，而保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行不僅是輔機(jī)單列布置的關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)也是電力工程界爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。通過(guò)表1可以看出送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵的可用系數(shù)國(guó)產(chǎn)設(shè)備均高于進(jìn)口設(shè)備，但仍有約6%的停運(yùn)概率，且任意一臺(tái)單列主要輔機(jī)停運(yùn)便會(huì)造成機(jī)組停運(yùn)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

表1 2009年300MW等級(jí)容量的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵的主要可靠性指標(biāo)

2 提高輔機(jī)單列布置鍋爐穩(wěn)定性的措施

輔機(jī)單列布置的設(shè)備主要在鍋爐，包括三大風(fēng)機(jī)和空預(yù)器，而給水泵在投入運(yùn)行后也處在鍋爐專(zhuān)業(yè)的直接管轄下，這五大輔機(jī)只要任意一臺(tái)停運(yùn)便會(huì)造成鍋爐MFT，影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為了保證單列輔機(jī)的可靠性，通過(guò)結(jié)合已投運(yùn)電廠的經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)家組的有關(guān)意見(jiàn)和建議，同時(shí)結(jié)合機(jī)組投產(chǎn)兩年以來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，從如下5個(gè)方面采取應(yīng)對(duì)措施。

2.1 初設(shè)階段

單列風(fēng)機(jī)優(yōu)化了風(fēng)煙擋板及聯(lián)絡(luò)擋板，可以有效減少故障率，系統(tǒng)簡(jiǎn)化，阻力降低。單列輔機(jī)設(shè)備就地增加監(jiān)視測(cè)點(diǎn)，重要測(cè)點(diǎn)全部采用3取2，避免出現(xiàn)單點(diǎn)保護(hù)，增加可靠性。電氣方面對(duì)單列輔機(jī)電源進(jìn)行A、B段負(fù)荷的分配優(yōu)化。

在單列風(fēng)機(jī)油泵MCC中配置延時(shí)繼電器，電壓瞬時(shí)突降時(shí)，3s內(nèi)電源恢復(fù)后，可保持電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，不進(jìn)需要重新啟動(dòng)。

2.2 設(shè)備采購(gòu)

通過(guò)參觀調(diào)研，選擇投運(yùn)單列設(shè)備中運(yùn)行比較可靠的輔機(jī)廠產(chǎn)品。重視單列輔機(jī)附屬產(chǎn)品質(zhì)量，如風(fēng)機(jī)的油站、風(fēng)機(jī)的電機(jī)、熱工設(shè)備等。選用質(zhì)量可靠、設(shè)計(jì)合理、維護(hù)方便的產(chǎn)品，盡量選用可靠的進(jìn)口設(shè)備。

2.3 基建安裝

（1）做好單列風(fēng)機(jī)、空預(yù)器基礎(chǔ)的質(zhì)量驗(yàn)收，同時(shí)做防雨、擋風(fēng)設(shè)計(jì)。

（2）做好動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)連桿的安裝及全行程對(duì)中、角度調(diào)整工作，避免部分點(diǎn)位蹩力。

（3）做好防止電動(dòng)機(jī)出線盒壓接與出線孔摩擦的情況，并核實(shí)電機(jī)的裕量。檢查空預(yù)器吹灰器內(nèi)部支撐架，防止運(yùn)行中脫落。

2.4 設(shè)備調(diào)試

（1）在DCS組態(tài)中做好單列輔機(jī)(如油壓、液位、振動(dòng)軸承溫度等)的報(bào)警設(shè)置及分級(jí)。

（2）調(diào)試時(shí)配合試驗(yàn)單位做好單列設(shè)備的調(diào)試工作及性能試驗(yàn)工作。

（3）調(diào)試過(guò)程中，要求單體調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試中所有的熱工保護(hù)100%投入、所有熱工測(cè)點(diǎn)100%投入，閥門(mén)及邏輯保護(hù)傳動(dòng)100%完成。

（4）調(diào)試階段，重點(diǎn)對(duì)空預(yù)器熱態(tài)的各間隙進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)調(diào)研情況，單列空預(yù)器出故障的概率較高。通過(guò)調(diào)試期間的大負(fù)荷參數(shù)對(duì)比分析，不斷優(yōu)化空預(yù)器各處間隙。

2.5 生產(chǎn)期

認(rèn)真執(zhí)行設(shè)備定期試驗(yàn)制度，如定期開(kāi)展油質(zhì)監(jiān)督、定期開(kāi)展油泵切換。機(jī)組停備期間要全面檢查二次接線及電機(jī)定期測(cè)絕緣。

根據(jù)投產(chǎn)后的實(shí)際情況，對(duì)空預(yù)器電流波動(dòng)、風(fēng)機(jī)振動(dòng)、溢流閥卡澀等問(wèn)題進(jìn)行了分析處理，提高了設(shè)備可靠性。

3 結(jié)論

通過(guò)結(jié)合已投運(yùn)電廠的經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)家組的有關(guān)意見(jiàn)和建議，從電廠初設(shè)、設(shè)備采購(gòu)、基建安裝、基建調(diào)試和生產(chǎn)期5個(gè)方面提出了提高輔機(jī)單列布置鍋爐穩(wěn)定性的措施，降低了主要輔機(jī)單列布置應(yīng)用鍋爐缺點(diǎn)的影響力，使單列輔機(jī)應(yīng)用鍋爐具有更明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。柳州電廠投產(chǎn)兩年多以來(lái)，未發(fā)生由于單列設(shè)備故障導(dǎo)致的機(jī)組停運(yùn)，保證了機(jī)組投產(chǎn)后的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。