徐福海，王文斌

(1.神華國華廣投(柳州)發(fā)電公司，廣西 柳州 545600; 2.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046)

0 引 言

隨著新能源發(fā)電機組的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)火電機組的市場空間逐漸萎縮，加之燃煤價格不斷上漲，火電廠基本處于虧損邊緣，嚴峻形勢逼迫火電廠降低發(fā)電成本、提高火電機組競爭力，扭轉經營困境[1]。國華柳州電廠項目前期原設計重要輔機按照常規(guī)的一用一備傳統(tǒng)雙列設計，為了節(jié)約投資，降低廠用電率，減少運維成本，提高機組效率，將鍋爐三大風機、空預器、汽動給水泵優(yōu)化為單列設計布置[2-3]。為了保障發(fā)電和供熱雙重安全，對供熱機組的單列設計布置提出更高的挑戰(zhàn)和要求，必須在以往純凝機組單列設計的基礎上，采取更加先進可靠的技術管控措施。

1 背 景

1.1 工程概況

國華柳州電廠2臺350 MW熱電聯(lián)產新建工程，鍋爐型號HG-1150/25.4-YM1，哈爾濱鍋爐廠生產超臨界變壓直流燃煤鍋爐，單爐膛、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構架、Π型布置、全露天布置。

汽輪機型號CLN350/250-24.2/1.6/566/566，哈爾濱汽輪機廠制造，型式采用超臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、雙抽汽凝汽式濕冷機組，中壓缸旋轉隔板控制中壓抽汽量，單機最大供汽量400 t/h。

1.2 國內外單列設計應用

為提高機組運行經濟性，節(jié)省投資，近年來各大發(fā)電集團陸續(xù)提出機組輔機單列配置的技術路線。由于電站輔機設計技術和加工制造水平的不斷提升，輔機的可靠性也隨著不斷提高，為單列輔機布置在新機組的設計應用奠定了堅實的設備基礎。

近年來國外陸續(xù)投產單列輔機配置的發(fā)電機組。比較典型的是6臺800 MW德國RWE電廠項目、2臺600 MW日本磯子電廠項目以及1臺890 MW ENBW電廠項目。2002年4月發(fā)電運行的2臺600 MW日本磯子電廠，運用一次風機、送風機、空預器單列設計配置。6臺800 MW德國RWE電廠項目和1臺890 MW ENBW電廠項目，鍋爐全部采用送風機、引風機、一次風機、空預器單列配置，有效簡化系統(tǒng)，為電廠日常運行維護創(chuàng)造了優(yōu)勢[4-5]。

而在我國，華能伊春350 MW機組和國電布連660 MW機組以及華能西寧350 MW機組，鍋爐均采用一次風機、引風機、送風機、空預器單列設計配置。國內外這些工程實踐為單列設計應用積累了大量寶貴經驗[6]。

1.3 重要輔機可靠性分析

自20世紀90年代以來，隨著設計、加工制造、安裝調試技術的日益創(chuàng)新和逐步提高，電站輔機的可靠性也在不斷提升，從圖1可以看出，送風機、引風機和給水泵的等效可用系數(shù)逐年提高。鑒于大型輔機的可靠性已完全過關，為單列設計應用奠定了牢固基礎。

圖1 200 MW以上等級機組主要輔機等效可用系數(shù)

2 單列、雙列方案對比分析

在工程的可研方案論證階段，原則是鍋爐三大風機(一次風機、送風機、引風機)、空氣預熱器、汽動給水泵和小汽輪機進行單雙列設計布置對比，綜合機務、電氣、熱工等專業(yè)，開展技術經濟比較。

2.1 風機效率對比

風機單列設計布置后，由于系統(tǒng)簡化、系統(tǒng)流程縮短，系統(tǒng)阻力損失降低，可以避免雙列布置風機低負荷時“大馬拉小車”和低負荷搶風[7]損失，并遠離低負荷喘振點和低效區(qū)，風機始終運行在高效區(qū)，單列風機效率明顯比雙列設計提高，從表1可以看出，50%負荷時三大風機單列設計配置比雙列配置降低功率5.12%。

表1 50%工況下的功率及效率

2.2 技術指標對比

從表2可以看出，小汽輪機從雙列優(yōu)化為單列后，汽機熱耗直接降低約15 kJ/(kW·h)，當機組采用單列輔機設計配置后，機組的廠用電率比常規(guī)雙列設計配置減少0.95%。汽機熱耗和廠用電率等經濟指標參數(shù)降低，累加使供電煤耗降低2.9 g/(kW·h)，產生非常好的節(jié)能經濟效益。

表2 機組滿負荷主要技術指

2.3 工程造價對比

采用輔機單列布置，所有設備均按全壽命設計，可有效減少機組冗余配置，大幅降低設備投資。機組采用送風機、引風機、一次風機、空預器、給水泵單列方案，與常規(guī)雙列設計方案相比，2臺機組合計降低工程造價2 640.72 萬元，詳見表3[8]。

表3 單雙列布置綜合投資比較表

2.4 日常運行維護費用對比

輔機單列配置能夠降低機組廠用電率和供電煤耗，提高機組運行經濟性，有效節(jié)約機組運行費用。同時由于設備數(shù)量減少一半，日常的維護備件耗材和人工都明顯降低，二者合計，2臺機組每年可節(jié)約運行維護費用115.99 萬元，詳見表4。

表4 單雙列配置運行維護費用比較表

2.5 可靠性分析

根據風險概率數(shù)值模擬計算，在小于50%負荷工況下，雙列輔機設計機組的可靠性概率從0.999 899 73下降到單列輔機設計的可靠性概率0.989 109 27，機組的可靠性概率減小1.07%，但機組在50%負荷工況下運行的幾率微乎其微，因此這個可靠性概率下降是完全可以忽略和接受的。

而在大于50%負荷工況下，雙列輔機設計機組的可靠性概率從0.978 337 14提高到單列輔機設計機組的可靠性概率0.988 812 53，機組可靠性概率上升1.05%。機組的安全可靠性提高的主要原因是單列輔機配置的機組設備減少、流程順暢、系統(tǒng)簡單、故障風險點減少，運行操作簡單，人工誤操作幾率減小。這也正是單列設計反而超越雙列設計的優(yōu)勢。

2.6 最終方案

經過多次設計優(yōu)化，結合技術和經濟分析對比，單列設計配置方案遠優(yōu)于雙列方案。

最終確定工程設計方案采用單列設計配置，其技術路線為：鍋爐一次風機、送風機、引風機、空氣預熱器、汽動給水泵和小汽輪機單列設計，取消脫硫增壓風機，實施引風機和增壓風機合一，見圖2。汽動給水泵和小汽輪機采用100%容量、同軸布置、無備用電動給水泵[9]，見圖3。

圖2 單列設計風煙系統(tǒng)圖

圖3 單列設計給水系統(tǒng)圖

3 提高可靠性措施

3.1 三大風機與國內其他單列項目對比

從表5可以看出，該工程風機本體和電動機采用國內廣泛應用的國產成熟頂級品牌，在保證可靠性的同時進一步降低工程造價。

表5 不同電廠三大風機配置比較

3.2 三大風機優(yōu)化配置

油站：送風機和一次風機采用動葉調節(jié)機構，配套復雜的液壓調節(jié)系統(tǒng)。常規(guī)配置國產油站液壓缸、伺服馬達以及軸承箱等處的密封元件容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象，經常發(fā)生油站部件內外漏，影響調節(jié)的靈敏度和精度，降低其調節(jié)機構的可靠性。雖然國產調節(jié)機構經過多次技術改進，但依然是故障相對集中的部位，而且國產液壓元件存在質量不穩(wěn)定的問題，從而降低風機的安全可靠性。原設計雙列風機油站采用國產產品，液壓油與潤滑油站整體設計、油箱合并為一個。此次單列風機油站設計優(yōu)化配置采用進口產品，液壓油與潤滑油站整體設計，油箱和油路各自獨立，同時提高油站密封材料等級，改用更耐腐蝕的密封材料，杜絕滲漏點，提高油系統(tǒng)的安全可靠性。

三大風機軸承和變送器采用進口產品，測溫裝置從單只優(yōu)化為雙支。風機軸承測振裝置原設計雙列配置方案采用國產產品，每套含2個探頭及1臺就地監(jiān)測儀。單列配置后，采用與主機一樣標準的進口艾默生產品，含4個測振探頭及1個鍵相探頭。

3.3 給水泵設計優(yōu)化配置

3.3.1 機務

1)給水泵芯包和機械密封以及最小流量閥從國產產品更改為進口產品，同時采用進口減速機。

2)前置泵進口單濾網布置：為了防止給水細小顆粒堵塞濾網導致給水泵停運，原設計前置泵進口濾網采用雙濾網[10]。但此配置給水系統(tǒng)復雜，加大給水系統(tǒng)損失，降低泵組的運行經濟性。因此，前置泵進口濾網優(yōu)化設計為單濾網，給水系統(tǒng)簡化、減小系統(tǒng)阻力損失，提升泵組經濟性。

3.3.2 熱控系統(tǒng)

常規(guī)雙列配置采用2臺差壓型變送器測量給水泵流量，1臺壓力變送器測量給水泵入口壓力；單列配置后給水泵流量測量改為3臺進口差壓變送器，給水泵入口壓力測量采用3臺進口壓力變送器。給水入口壓力、潤滑油壓、給水流量和排汽壓力測量采用三冗余配置。

3.4 小汽輪機

3.4.1 小汽輪機與主機共用凝汽器

小汽輪機不單獨配置凝汽器，排汽經過管道直接排進主機凝汽器，與常規(guī)的全容量給水泵組布置單獨的凝汽器[11]比較，此次設計配置方案取消不必要設備配置，縮短排汽系統(tǒng)流程，減小排汽系統(tǒng)損失，提高可靠性和經濟性，并降低設備投資。

3.4.2 熱控系統(tǒng)

原雙列配置方案MTSI安全監(jiān)視儀表采用EPRO MMS6000；單列配置后MTSI安全監(jiān)視儀表升級采用EMERSON CSI6500，采用雙冗余電源供電方式。測振裝置二重冗余，軸向位移二重冗余，調節(jié)汽門配備雙支LVDT，配置雙端萬向節(jié)及安裝支架；前后軸承及推力軸承安裝雙支三線制鉑熱電阻，小汽輪機前后徑向軸承溫度PT100各1支，推力瓦工作面2支，非工作面2支，獨立引至本體接線盒。

3.5 空預器

原雙列設計配置三分倉式空預器，三分倉分為一次風倉、煙氣倉和二次風倉，漏風率設計保證值8%。單列配置后空預器優(yōu)化升級為四分倉布置，見圖4 。四風倉空預器較三風倉空預器在結構上有區(qū)別，通過減少風倉和煙倉壓差，并采用柔性密封，漏風率設計保證值下降到4.5%，與三分倉比較，漏風率下降3.5%，按照漏風率每下降1%煤耗降低0.14 g/(kW·h)計算，四分倉設計煤耗降低0.49 g/(kW·h)，有效提高機組的經濟性。

圖4 三分倉和四分倉空預器機構圖

3.6 提高管控等級

為了保證單列設備絕對安全可靠，避免單列設備問題造成機組非停，按照主機標準對所有單列配置輔機進行技術質量的升級管控，從每個環(huán)節(jié)嚴格把控質量，擴大和提高質檢點范圍和等級，充分發(fā)揮施工調試監(jiān)理和駐廠監(jiān)造代表的作用，當前工序驗收不合格絕不允許進入后續(xù)工序。擴大金屬監(jiān)檢和監(jiān)督檢查范圍，第一時間發(fā)現(xiàn)小汽輪機前軸瓦面輕微裂紋、小汽輪機低壓調速汽門螺栓硬度和材質不符合標準等缺陷。

4 應用效果

2014年10月29日開工，工程全部節(jié)點一次成優(yōu)，一次啟動并網成功，2臺機組分別于2016年10月27日、2016年12月26日通過168試運后投產發(fā)電。4年來全部單列設備長周期安全可靠運行，無重大缺陷和問題，等效可用系數(shù)優(yōu)于常規(guī)雙列設計配置機組，實現(xiàn)單列設計既定的安全性和經濟性目標，機組驗收性能試驗數(shù)據(見表6)表明各項技術指標全部優(yōu)于設計值，2臺機組與原雙列設計保證值比較，空預器漏風率分別下降3.76%、3.85%，鍋爐效率分別提高0.93%、0.84%，廠用電率分別下降2.44%、1.87%，供電煤耗分別下降5.08 g/(kW·h)、3.35 g/(kW·h)，創(chuàng)造了良好的經濟效益和社會效益。

表6 單列方案的現(xiàn)場運行效果評價

5 結 語

1)該工程生產實踐證明，輔機單列設計應用技術是可行的，具有安全性、可靠性，能夠保障機組長周期安全運行。

2)與常規(guī)雙列設計相比，機組采用輔機單列設計應用，能夠有效降低工程造價，減少基建投資，適用于新建燃煤火電工程，具有可推廣性。

3)機組具有更高的運行經濟性，能夠降低日常運行維護成本，創(chuàng)造良好的經濟效益和社會效益，更加符合國家減碳節(jié)能綠色產業(yè)政策。