300MW机组烟风系统设备单列设置探讨1

ABSTRACT:Basedontheavailabilityratioandperformancesofthemajorequipmentoftheboiler'sfluegassystemof300MWoraboveunitsinChina,ananalysisismadeonthefeasibilityofthesinglesetmajorequipmentoftheboiler'sfluegassystemintermsofpastcases,systemconfigurationandeconomicalefficiency.Andacomparisonismadebetweenthesingleanddoublesetadaptationintermsofenergyconservation&emissionreduction,projectcostandreliability.Somesuggestionsareproposedonsinglesetadaptationforthemainequipmentofboiler'sfluegassystem.KEYWORDS:thermalpowerplant；fluegassystem；singleset；doubleset；energyconservation&emissionreduction；projectcost摘要：根据国内燃煤发电厂300MW及以上机组的锅炉烟风系统主要设备可用率及实际运行情况，从使用业绩、系统配置与运行经济性等方面分析了锅炉烟风系统主要设备采用单列配置的可行性；对单列配置及双列配置在节能减排、工程造价、可靠性等方面进行了综合的技术经济比较；对锅炉烟风系统主要设备采用单列配置提出了建议。关键词：燃煤发电厂；烟风系统；单列配置；双列配置；节能减排；工程造价doi：10.3969/j.issn.1000-7229.2010.09.0220引言目前，国内已投运的300MW及以上机组，烟风系统主要辅机均采用双列设置，即均按2×50%负荷配置。辅机配置与辅机设备可靠性和机组承担的负荷性质有关，随着技术的进步及辅机制造水平的提高，为国内烟风系统主要辅机配置方案的多元化创造了条件。本文对烟风系统辅机单列配置进行了探讨。1风机实际运行情况20世纪90年代以前，我国大型电站（125MW及以上）风机引起的非计划停机和非计划降负荷较频繁，据统计，125，200，300及600MW机组中，送、引风机均排在影响因素的前10位，与发达国家的差距较大。自20世纪90年代以来，我国电站风机设备的质量提高很快，使电站风机特别是轴流风机的可靠性不断提高。例如：1997年某鼓风机厂对其利用引进技术生产的、在15套300MW火电机组中使用的28台动叶可调轴流式送风机和24台动叶可调轴流式引风机进行可靠性分析，发现其可用率已达99%。中国电力企业联合会公布的2008年300MW、600MW等级容量火电机组主要辅助设备可靠性指标中关于送风机、引风机的数据[1]如表1所示。2锅炉烟风系统主要设备采用单列设置的可行性2.1风机采用单列设置的可行性目前，国产风机可用率已基本满足单列设置的要求，而且300MW机组所配单列风机与600MW机组所配的双列风机相差不大，风机的制造能力没有问题。从单列风机配置业绩看，布连电厂660MW超超临界机组已率先考虑采用单列风机的配置，目前该工程已进入施工建设阶段。国外已有较多的配置单列风机的业绩，表2是Howden集团和德国透平通风技术有限公司（TLT）公司国外单列风机的部分使用业绩。从系统配置看，单列风机需要操作控制的设备少，系统简单。当风机采用双列设置时，若停运1台电力建设ElectricPowerConstruction第31卷第9期2010年9月Vol.31，No.9Sep，2010中图分类号：TM621文献标志码：A文章编号：1000-7229（2010）09-0087-04300MW机组烟风系统设备单列设置探讨白杰，彭红文，朱大宏（华北电力设计院工程有限公司，北京市，100120）DiscussiononSingleSetof300MWUnitFlue-GasSystemBAIJie，PENGHong-wen，ZHUDa-hong（NorthChinaPowerEngineeringCo.Ltd.，Beijing100120，China）表120082008年风机的运行可靠性指标Tab.Tab.11FanreliabilityindexinFanreliabilityindexin20082008项目送风机引风机机组容量/MW300~362.5600~660300~362.5600~660机组数量897355919350运行系数/%79.5779.1979.0178.94可用系数/%93.9794.1993.8394.28计划停运系数/%6.015.806.165.71非计划停运系数/%0.020.010.010.02非计划停运率/%0.030.020.020.02··87电力建设第31卷风机，则当负荷上升后，停运的风机再次启动时，需降低第1台风机的出力，使其运行点的压力低于风机失速界限的最低点压力后再启动第2台风机进行并联。否则不仅不能实现2台风机并联运行而增加总出力的目的，还可能造成2风机发生抢风的不稳定运行状况，甚至发生喘振，损坏风机。根据现场运行调研，很多电厂由于风机启停较麻烦，当锅炉负荷降低至50%锅炉最大连续蒸发量（boilmaximumcontinuousrating，BMCR）时，为了安全起见，仍维持2台风机运行。从运行经济性看，当采用轴流风机（双列设置）时，低负荷运行工况下，2台风机运行时，由于风机的工作线与风机等效率线长轴方向基本一致，因此机组负荷降低时，风机开度虽然较小，但效率的降低比较平缓；而单台风机（停1台风机）运行时，流量大、压头小，风机效率下降较明显，运行中仍然是2台风机运行风机总的轴功率较小[3]。即使是配双列动调风机，在低负荷下仍然是2台风机运行较为经济。因此，当配单列风机时，即使在低负荷工况，也不会降低风机的运行经济性，且单列风机没有2台风机抢风、运行不均衡而带来的风机实际效率下降的问题。配单列风机不会降低风机在各运行工况下的运行经济性。2.2空气预热器采用单列设置的可行性从空气预热器的可靠性来看，近年来其可靠率已稳步提高，并积累了大量的经验。例如，外高桥三期1000MW机组上采用这些经验，并采用了部分新技术，成功地提高了空气预热器的可靠性，并将空气预热器漏风率控制在很低的水平。可以预计，类似于外高桥三期的空气预热器改进技术，将会使我国电站空气预热器的运行可靠性和漏风控制水平得到大幅提高[2-9]。需要指出的是，即使配置双列空气预热器，也不允许单台空气预热器长期运行，若空气预热器发生故障难以及时处理时，需停炉处理。由于漏烟，即使有进口隔离门，入内检修也非常困难；如果转子不转动，因烟气侧泄漏，动静膨胀会损害部件，一般也要停炉处理。鉴于以上原因，空气预热器按单列设置与双列设置对主机运行方面没有大的区别。从使用业绩看，目前欧美等发达国家的发电厂空气预热器已有单列设置业绩，表3为Howden单列空气预热器的部分业绩。2.3除尘器采用单列设置的可行性当除尘器按双列设置时，均不采用单侧运行。目前已投运的300MW除尘器布置基本上都是2台双室4电场或5电场布置，如果其中1个供电区域出了故障，电气除尘器仍可以继续运行，除尘保证效率已考虑这个因素，均留有设计裕量。由于空气预热器出口至除尘器的烟道上一般不设烟道挡板门，因为即使设置了挡板门，遇到故障时关闭了故障侧入口烟道挡板门，但由于挡板门关不严，漏烟严重，也难于入内检修。并且，由于电气除尘器内部故障原因较复杂，一般难以在短时间内修复，需停炉小修处理。因此，除尘器按单列设置与双列设置对主机运行方面也没有大的区别。300MW等级单列除尘器与600MW等级的单台除尘器相差不大。3可靠性计算及对供热机组的影响3.1不同风机配置的可靠性计算除尘器采用单列与双列定性分析基本不影响系统的可靠性，因此分析系统可靠性时，可不考虑除尘器的影响。由于中国电力企业联合会未公布空气预热器的可用率等数据，且双列配置时也不允许空气预热器较长时间的单侧运行，其可靠性指标难以取值，因此本文可靠性计算中暂不包括空气预热器的影响，但建议空气预热器若采用单列设置，应注意转动装置的可靠性并留有更大的裕量，减少空气预热器小故障的可能性。设一次风机可靠率为PP，送风机可靠率为PF，引风机可靠率为PI。由于风机的可靠率=1-非计划停运率，则PF=99.97%、PI=99.98%、PP=99.97%。按照可靠性理论[4]，单列和双列配置风机的可靠性为：单列设置风机可靠率PS=PP×PF×PI；双列设置风机可靠率PD=（PP1+PP2-PP1PP2）×（PF1+PF2-PF1PF2）×（PI1+PI2-PI1PI2）。表2国外部分单列风机的使用业绩Tab.Tab.22Pastcasesofsomesingle-setforeignwindgeneratorsPastcasesofsomesingle-setforeignwindgenerators比较项目Boxberg电厂Moorburg电厂德国Düsseldorf电厂德国KNGBerli电厂机组容量/MW1×7502×820500500风机制造商HowdenHowdenTLTTLT表3HowdenHowden单列空气预热器部分使用业绩Tab.Tab.33PastcasesofHowdensinglepreheaterPastcasesofHowdensinglepreheater注：FEW(SA)—FrenchEngineeringWorks(SouthAfrica)；FLS—FlowserveCorporation；FWEC—FosterWheelerEnergyCorporation；LLNA—LurgiLentjesNorthAmerica,Inc.。项目名称湄洲湾PolaniecQuezonMercer锅炉厂家FEW(SA)FLSFWECLLNA空预器型号33VST1680/198034GVN90034VST2200/250035.5SGVN2400订货时间1998年1995年1996年2002年说明转子直径为16.31m—转子直径为18.01m转子直径为20.8m··88白杰等：300MW机组烟风系统设备单列设置探讨第9期通过计算可得：PS=99.920%；PD=99.999978%；单列风机配置的非计划停运的概率增加0.08%。双列配置的烟风系统中，需设置较多的风门，系统较为复杂。上述数据中并未计及风门故障等系统带来的风险。由于发电设备强迫停运造成的罚款以及电能置换费用是因网而异的，本文不对非停造成的损失给予费用的量化。3.2可靠性对供热机组的影响文献[10]中规定：在确定热电厂内安装的锅炉容量和台数时，应考虑当1台容量最大的锅炉停用时，其余锅炉（含热用户中已确定作为尖峰和备用的锅炉）应承担工业热用户连续生产所需的用汽量，以及冬季采暖、通风和生活用热水用热量的60%~75%，严寒地区取上限。由于单列风机的可靠性逻辑是串联的，从非计划停运的角度看，按照文献[10]的规定，单列风机配置的可靠性风险比双列风机要低0.08%。因此供热机组在带工业负荷时，需要认真评估单列辅机的供热可靠性并谨慎选择。带采暖负荷的供热机组，当区域热网的配置满足上述要求时（例如多个热源点的热网系统），单列风机的配置是可以选用的。4锅炉烟风系统主要设备采用单列设置与双列设置的比较4.1系统及布置的比较烟风系统辅机单列设置由于不存在切换及联络，简化了系统，优化了风门配置，减少了控制元件。配单列风机不会降低风机在各运行工况下的运行经济性。即使在低负荷工况，也不会降低风机的运行经济性，且单列风机没有2台风机抢风、运行不均衡带来的风机实际效率下降的问题。单列辅机方便布置，锅炉房0m显得更