大中型燃煤發(fā)電廠上煤系統(tǒng)降出力去冗余可行性研究

李濟川

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣州 510663)

0 引言

火力發(fā)電廠上煤系統(tǒng)主要負責將燃煤向主廠房原煤斗輸送、供鍋爐燃燒，其能力及可靠性直接影響機組的正常運行。

受經(jīng)濟結構形式調整及政策的影響，目前燃煤發(fā)電機組年利用小時數(shù)顯著下降，承擔直接向鍋爐供煤的廠內(nèi)上煤系統(tǒng)設計出力相比當前機組實際燃煤需求存在較大的冗余。本文旨在通過分析上煤系統(tǒng)可靠性現(xiàn)狀并結合當前實際運行情況，探討系統(tǒng)降出力、去冗余的可能性，實現(xiàn)技術與經(jīng)濟效益的平衡。

1 上煤系統(tǒng)設計現(xiàn)狀

本文涉及的上煤系統(tǒng)包括燃煤電廠卸煤或貯煤設施至煤倉間原煤斗之間的輸送系統(tǒng)，電力行業(yè)相關規(guī)程有明確要求，而且在不斷調整、變化。

DL 5000—2000《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》規(guī)定：“進入鍋爐房的運煤帶式輸送機應采用雙路系統(tǒng)……每路帶式輸送機的出力不應小于全廠鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的150%?！盵1]

GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》規(guī)定：“……上煤系統(tǒng)帶式輸送機應雙路設置……”，“……由貯煤設施至鍋爐房的上煤系統(tǒng)帶式輸送機出力不應小于對應機組最大連續(xù)蒸發(fā)量時燃用設計煤種與校核煤種2個耗煤量較大值的135%。”[2]

當前燃煤火力發(fā)電機組廠內(nèi)上煤系統(tǒng)的設計即遵從上述設計規(guī)范的要求，系統(tǒng)按雙路配置，其出力與機組所用煤種較大耗煤量的比值不小于135%。若兼顧今后擴建考慮的公用上煤系統(tǒng)，實際裕量更大。

2 上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化思路

由設計規(guī)程可知，優(yōu)化雙路系統(tǒng)和系統(tǒng)出力是影響上煤系統(tǒng)正常運行的關鍵因素，也是上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化的主要思路和方向。

雙路系統(tǒng)的優(yōu)化思路主要是以單路系統(tǒng)替代雙路系統(tǒng)，但目前國內(nèi)僅應用于小型燃煤發(fā)電機組(GB 50049—2011《小型火力發(fā)電廠設計規(guī)范 》[3])，而國內(nèi)大中型燃煤發(fā)電機組上煤系統(tǒng)未有單路布置的實例。近年來行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了大中型火力發(fā)電機組采用單路上煤系統(tǒng)的討論，但是最終結論依然是暫不可行[4-6]。本文同意同行專家觀點，故不再討論雙路系統(tǒng)改單路系統(tǒng)的問題。

因此，本文將上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化的方向最終聚焦于系統(tǒng)降出力，即降低設計規(guī)程中系統(tǒng)出力與鍋爐設計理論耗煤量的比值。

3 當前上煤系統(tǒng)可靠性分析

上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化的基礎是上煤系統(tǒng)的可靠性，因此分析當前上煤系統(tǒng)可靠性是實現(xiàn)去冗余優(yōu)化的前提。

上煤系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性包括自身流程、設備的影響因素及相關保障措施。

3.1 上煤系統(tǒng)可靠性主要影響因素

影響上煤系統(tǒng)可靠性及效率的主要因素包括以下幾點。

(1)運煤系統(tǒng)流程。燃煤轉運環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)故障將影響系統(tǒng)正常輸送，環(huán)節(jié)越多，故障率越高。

(2)主要系統(tǒng)設備可靠性。如驅動電機、減速機等主要設備故障后維修難、耗時久，對系統(tǒng)影響大；而其他如托輥、支架等部件出現(xiàn)問題影響較小。

(3)運行維護管理。運行維護人員管理不善、經(jīng)驗不足將增加系統(tǒng)故障概率，同時影響問題的及時處理。

3.2 上煤系統(tǒng)可靠性保障

針對影響上煤系統(tǒng)可靠性的主要因素，國內(nèi)各大型燃煤發(fā)電機組經(jīng)多年實踐運行有較多成熟、可靠的保障措施。

(1)優(yōu)化工藝系統(tǒng)?？s短運輸路徑、減少轉運環(huán)節(jié)以降低故障點；建構筑物空間考慮適當裕量，避免運行環(huán)境惡劣且有利維護檢修。

(2)設備保障。驅動裝置、傳動滾筒等重要部件選擇可靠廠家，其中發(fā)貨周期長的關鍵部件可考慮有備件。

(3)施工及安裝。高質量的安裝和調試能較好地減少今后運行時問題的發(fā)生，如膠帶跑偏、灑料、減速機及電機高速軸同心、拉緊裝置配重失衡等。

(4)日常管理維護。采取提高人員素質、加強業(yè)務培訓、具備突發(fā)事故快速處理能力、嚴格維護巡查制度并及時上報處置等措施，有利于提高運行可靠性。

(5)易損部件或設備(如膠帶、托輥、更換機油及錘頭等操作)可以有序、有計劃進行，不影響系統(tǒng)作業(yè)。

上述措施較好地保障了上煤系統(tǒng)的可靠性和正常運行，但是仍然屬于次要因素，真正保障上煤系統(tǒng)可靠性的關鍵在于其系統(tǒng)本身的雙路系統(tǒng)設計。

當前上煤系統(tǒng)均按雙路配置、一運一備設計，且具備雙路同時運行的條件。一旦單路系統(tǒng)出現(xiàn)故障甚至停運等情況，備用的另外一路系統(tǒng)可及時啟動，實現(xiàn)無縫切換保障機組運行，也為故障的那一路系統(tǒng)修復提供時間。

因此，雙路系統(tǒng)加上眾多配套保障措施是上煤系統(tǒng)可靠性的主要保障，在此基礎上進行去冗余優(yōu)化僅僅是從 “量”而不是從“質”影響到上煤系統(tǒng)，即雙路上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化方向確定為降出力是合理的。

4 上煤系統(tǒng)降出力優(yōu)化

4.1 機組運行需求及變化

隨著經(jīng)濟結構調整，近年來全國電力供需總體寬松，工業(yè)用電量同比下降，同時水力、光伏、風電等新能源的大力發(fā)展擠占傳統(tǒng)燃煤發(fā)電空間，火力發(fā)電機組有效年利用小時數(shù)下降很快。

以廣東某百萬千瓦級機組項目為例，機組設備年利用小時數(shù)由2011年的最高7 000多降至2018年的4 000多。另據(jù)國家有關部門統(tǒng)計，2015—2017年全國600 MW及以上火力發(fā)電機組平均年利用小時數(shù)分別為4 329，4 165，4 209。

長遠來看，現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組實際平均年利用小時數(shù)長期保持在4 000左右，遠達不到設計值5 000～5 500的情況在未來10年甚至幾十年內(nèi)不會明顯改善。滿足鍋爐正常需求供煤的上煤系統(tǒng)存在出力冗余的資源配置不合理情況，具備進一步優(yōu)化的需求和可能性。

4.2 上煤系統(tǒng)降出力分析

按最新設計規(guī)程要求，上煤系統(tǒng)設計出力與鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時耗煤量(以下簡稱額定耗煤量)的比值不小于135%。

以原設計年利用小時數(shù)5 500的機組為例分析，實際年利用小時數(shù)取全國600 MW及以上火力發(fā)電機組2015—2017年的平均值，即(4 329+4 165+4 209)/3=4 235。因年利用小時數(shù)直接影響機組耗煤量，為便于比較可將現(xiàn)有機組實際耗煤量與額定耗煤量的比值簡化為實際年利用小時數(shù)與設計年利用小時數(shù)的比值，即4 235/5 500=0.77。

因此，假定某項目機組鍋爐設計額定耗煤量為1 000 t/h，則按設計規(guī)程上煤系統(tǒng)設計出力為1 000×1.35=1 350 (t/h)；按實際年運行小時分析，機組現(xiàn)有實際耗煤量為0.77×1 000=770 (t/h)。上煤系統(tǒng)降出力優(yōu)化后，其當前實際出力與機組鍋爐設計耗煤量一致，即為1 000 t/h。去冗余優(yōu)化后系統(tǒng)出力與原設計系統(tǒng)出力比較見表1。

表1 上煤系統(tǒng)降出力優(yōu)化比較Tab.1 Comparison of derating schemes for coal handling systems

注:①去冗余優(yōu)化工況假定鍋爐耗煤量為設計額定值的77%；

②上煤系統(tǒng)運行時間為鍋爐每日運行24 h所需總量與上煤系統(tǒng)出力的比值。

由表1可知，在當前發(fā)電市場形勢下，發(fā)電機組鍋爐耗煤量為設計額定值的77%計算(實際情況該數(shù)據(jù)更低)，上煤系統(tǒng)按規(guī)程設計出力與鍋爐實際耗煤量的比值達到了1.75，裕量偏大。而上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化出力與實際耗煤量比值為1.30，接近設計規(guī)程要求，基本能滿足要求。

在實際負荷與設計負荷比值不高于77%的情況下，上煤系統(tǒng)實際運行時間(18.5 h/d)與設計運行時間(17.8 h/d)相差不到1 h，對系統(tǒng)的影響不大。

5 結束語

燃煤發(fā)電機組年利用小時數(shù)因經(jīng)濟結構調整及新能源大力發(fā)展的影響而明顯下降將是常態(tài)，且有進一步下降的趨勢，上煤系統(tǒng)存在去冗余優(yōu)化的空間及可能性。

雙路系統(tǒng)經(jīng)多年運行經(jīng)驗證明是上煤系統(tǒng)可靠性的根本保障，在此基礎上對上煤系統(tǒng)進行降出力去冗余優(yōu)化并不影響系統(tǒng)的可靠性。

以本文假定上煤系統(tǒng)出力與額定耗煤量的比值由135%下調至100%為例，系統(tǒng)可靠性未發(fā)生本質改變。分析表明，雖然上煤系統(tǒng)降出力優(yōu)化后系統(tǒng)理論運行時間增加，但是對系統(tǒng)的實際影響有限。而以往火力發(fā)電機組高負荷運行時，經(jīng)常出現(xiàn)因煤種變化導致鍋爐實際耗煤量大于設計值、上煤系統(tǒng)出力與實際耗煤量比值變小而延長運行時間的情況，實踐證明機組安全運行均未受影響。

因此，本文建議在新建或改建工程中經(jīng)充分論證、準備后，上煤系統(tǒng)可根據(jù)項目實際情況進行降出力去冗余優(yōu)化。