李濟(jì)川

(中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)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(jī)組的正常運(yùn)行。

受經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)形式調(diào)整及政策的影響，目前燃煤發(fā)電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)顯著下降，承擔(dān)直接向鍋爐供煤的廠內(nèi)上煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力相比當(dāng)前機(jī)組實(shí)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(jié)合當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行情況，探討系統(tǒng)降出力、去冗余的可能性，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益的平衡。

1 上煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)施至煤倉間原煤斗之間的輸送系統(tǒng)，電力行業(yè)相關(guān)規(guī)程有明確要求，而且在不斷調(diào)整、變化。

DL 5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：“進(jìn)入鍋爐房的運(yùn)煤帶式輸送機(jī)應(yīng)采用雙路系統(tǒng)……每路帶式輸送機(jī)的出力不應(yīng)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(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“……上煤系統(tǒng)帶式輸送機(jī)應(yīng)雙路設(shè)置……”，“……由貯煤設(shè)施至鍋爐房的上煤系統(tǒng)帶式輸送機(jī)出力不應(yīng)小于對(duì)應(yīng)機(jī)組最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)燃用設(shè)計(jì)煤種與校核煤種2個(gè)耗煤量較大值的135%?！盵2]

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

2 上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化思路

由設(shè)計(jì)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(yùn)行的關(guān)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(yīng)用于小型燃煤發(fā)電機(jī)組(GB 50049—2011《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范 》[3])，而國內(nèi)大中型燃煤發(fā)電機(jī)組上煤系統(tǒng)未有單路布置的實(shí)例。近年來行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了大中型火力發(fā)電機(jī)組采用單路上煤系統(tǒng)的討論，但是最終結(jié)論依然是暫不可行[4-6]。本文同意同行專家觀點(diǎn)，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(shè)計(jì)規(guī)程中系統(tǒng)出力與鍋爐設(shè)計(jì)理論耗煤量的比值。

3 當(dāng)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(chǔ)是上煤系統(tǒng)的可靠性，因此分析當(dāng)前上煤系統(tǒng)可靠性是實(shí)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(shè)備的影響因素及相關(guān)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(diǎn)。

(1)運(yùn)煤系統(tǒng)流程。燃煤轉(zhuǎn)運(yùn)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(shè)備可靠性。如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)等主要設(shè)備故障后維修難、耗時(shí)久，對(duì)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(yùn)行維護(hù)管理。運(yùn)行維護(hù)人員管理不善、經(jīng)驗(yàn)不足將增加系統(tǒng)故障概率，同時(shí)影響問題的及時(shí)處理。

3.2 上煤系統(tǒng)可靠性保障

針對(duì)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(jī)組經(jīng)多年實(shí)踐運(yùn)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(yùn)輸路徑、減少轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)以降低故障點(diǎn)；建構(gòu)筑物空間考慮適當(dāng)裕量，避免運(yùn)行環(huán)境惡劣且有利維護(hù)檢修。

(2)設(shè)備保障。驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)滾筒等重要部件選擇可靠廠家，其中發(fā)貨周期長的關(guān)鍵部件可考慮有備件。

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

(4)日常管理維護(hù)。采取提高人員素質(zhì)、加強(qiáng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)、具備突發(fā)事故快速處理能力、嚴(yán)格維護(hù)巡查制度并及時(shí)上報(bào)處置等措施，有利于提高運(yùn)行可靠性。

(5)易損部件或設(shè)備(如膠帶、托輥、更換機(jī)油及錘頭等操作)可以有序、有計(jì)劃進(jìn)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(yùn)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(guān)鍵在于其系統(tǒng)本身的雙路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

當(dāng)前上煤系統(tǒng)均按雙路配置、一運(yùn)一備設(shè)計(jì)，且具備雙路同時(shí)運(yùn)行的條件。一旦單路系統(tǒng)出現(xiàn)故障甚至停運(yùn)等情況，備用的另外一路系統(tǒng)可及時(shí)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無縫切換保障機(jī)組運(yùn)行，也為故障的那一路系統(tǒng)修復(fù)提供時(shí)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(chǔ)上進(jìn)行去冗余優(yōu)化僅僅是從 “量”而不是從“質(zhì)”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(jī)組運(yùn)行需求及變化

隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)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(shí)水力、光伏、風(fēng)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(jī)組有效年利用小時(shí)數(shù)下降很快。

以廣東某百萬千瓦級(jí)機(jī)組項(xiàng)目為例，機(jī)組設(shè)備年利用小時(shí)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(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2015—2017年全國600 MW及以上火力發(fā)電機(jī)組平均年利用小時(shí)數(shù)分別為4 329，4 165，4 209。

長遠(yuǎn)來看，現(xiàn)有燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)際平均年利用小時(shí)數(shù)長期保持在4 000左右，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)值5 000～5 500的情況在未來10年甚至幾十年內(nèi)不會(huì)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(jìn)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(shè)計(jì)規(guī)程要求，上煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力與鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)耗煤量(以下簡(jiǎn)稱額定耗煤量)的比值不小于135%。

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

因此，假定某項(xiàng)目機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)額定耗煤量為1 000 t/h，則按設(shè)計(jì)規(guī)程上煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為1 000×1.35=1 350 (t/h)；按實(shí)際年運(yùn)行小時(shí)分析，機(jī)組現(xiàn)有實(shí)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(dāng)前實(shí)際出力與機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)額定值的77%；

②上煤系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為鍋爐每日運(yùn)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(dāng)前發(fā)電市場(chǎng)形勢(shì)下，發(fā)電機(jī)組鍋爐耗煤量為設(shè)計(jì)額定值的77%計(jì)算(實(shí)際情況該數(shù)據(jù)更低)，上煤系統(tǒng)按規(guī)程設(shè)計(jì)出力與鍋爐實(shí)際耗煤量的比值達(dá)到了1.75，裕量偏大。而上煤系統(tǒng)去冗余優(yōu)化出力與實(shí)際耗煤量比值為1.30，接近設(shè)計(jì)規(guī)程要求，基本能滿足要求。

在實(shí)際負(fù)荷與設(shè)計(jì)負(fù)荷比值不高于77%的情況下，上煤系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間(18.5 h/d)與設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間(17.8 h/d)相差不到1 h，對(duì)系統(tǒng)的影響不大。

5 結(jié)束語

燃煤發(fā)電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)因經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)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(jìn)一步下降的趨勢(shì)，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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明是上煤系統(tǒng)可靠性的根本保障，在此基礎(chǔ)上對(duì)上煤系統(tǒng)進(jìn)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(diào)至100%為例，系統(tǒng)可靠性未發(fā)生本質(zhì)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(yùn)行時(shí)間增加，但是對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際影響有限。而以往火力發(fā)電機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)因煤種變化導(dǎo)致鍋爐實(shí)際耗煤量大于設(shè)計(jì)值、上煤系統(tǒng)出力與實(shí)際耗煤量比值變小而延長運(yùn)行時(shí)間的情況，實(shí)踐證明機(jī)組安全運(yùn)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(zhǔn)備后，上煤系統(tǒng)可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行降出力去冗余優(yōu)化。