锅炉单列辅机配置在600MW级机组运用探讨

刘鹤忠

(华东电力设计院，上海 200063)

锅炉单列辅机配置在600MW级机组运用探讨

刘鹤忠

(华东电力设计院，上海 200063)

本文针对600MW级机组锅炉辅机双列配置引风机，单列配置空预器、送风机、一次风机方案与常规的双列配置方案，从设备造价、运行经济性、可靠性等方面进行了全面比较分析，技术和经济上是可行的。

600MW级； 锅炉；单列辅机。

1 概述

锅炉辅机单列配置是指每台锅炉的空气预热器、风机采用一台全容量设备，从国外火电机组发展情况看，日本在1996年矶子电厂就已经采用锅炉主要辅机单列配置方案，而德国更是为了追求机组的最佳性价比，一些800MW级机组给水泵采用单列配置方案，并做了大量旨在提高发电厂效率的创新优化工作，在国际上采用单列配置已经有一定的成功运行业绩，其主要辅机的可靠性均较高。从国内近几年来对投运的600MW及以上容量机组主要辅机的可用率统计数据分析，随着机组容量的提高，主要辅机的可用率是逐步提高的。但目前国内尚无600MW等级机组采用送、引、一次风机、空预器单列配置运行业绩，在2009年上半年中国国电集团公司将布连电厂2×660MW超超临界燃煤空冷机组列为主要辅机单系列配置的试点和示范工程，目前该工程正在施工中，计划2011年投运。

国内目前有多个在设计的350MW机组、600MW级机组工程提出了单列配置方案。

2 单列配置辅机设备制造能力

2.1 空气预热器

从目前掌握的信息看，豪顿华工程有限公司、阿尔斯通技术服务(上海)有限公司、上海锅炉厂有限公司、无锡巴克杜尔技术有限公司、东方锅炉(集团)公司等都具备提供600MW等级锅炉单列空气预热器的能力。豪顿华公司、巴克杜尔公司和阿尔斯通公司在国外有600MW等级机组单列空预器供货业绩。豪顿华公司在内蒙某1000MW褐煤机组中空预器转子直径达到或超过了600MW等级机组单列配置空预器直径，该空预器目前已安装但还未运行。

表1 600MW级机组豪顿华公司的单列及双列空预器选型结构数据

豪顿华公司在600MW级锅炉单列空预器生产和配置上没问题。

经向上海锅炉厂空预器公司了解到600MW等级单列空预器相当于1200MW容量机组配用的空预器，换热元件的生产及布置问题不大，但其配套部件如减速箱、轴承规格增大、可靠性要求高，因数量少，价略高且供货周期略长。

对600MW级机组，采用单列空预器可节省设备初投资约300～600万元(每台炉)。

单列空预器的漏风率：5%～ 6%；双列空预器的漏风率： 6%～8%。

根据近年来对125MW及以上容量火电机组非计划停运统计数据分析，从停运设备看，非计划停运列前几位的分别是：锅炉“四管”泄漏、汽机(电)液压调节系统故障、凝汽器泄漏、给水管道和阀门泄漏、回转式空预器故障。相对于电厂的其它辅助设备，回转式空预器的故障主要在空预器卡涩、堵塞和辅助系统故障引起的机组非计划降出力，因此当采用单列空预器时，在设备订货、制造、运行和维护等方面应该充分重视其可靠性。

2.2 锅炉风机

目前国内主要电站风机制造厂有豪顿华工程有限公司、上海鼓风机厂、沈阳鼓风机厂、成都电力机械厂。豪顿华工程有限公司采用英国H0WDEN公司(实际上采用丹麦Novenco技术)动调风机设计和制造技术；上海鼓风机厂引进德国TLT公司的动调风机设计和制造技术；成都电力机械厂引进德国KKK公司AP系列动调风机专有技术；沈阳鼓风机集团有限公司产品引进丹麦Novenco公司VARIAX系列电站用动叶可调轴流风机的专有技术。

对于一次风机和送风机而言，以上四个风机厂家均有设计、制造能力，并有良好的风机投运业绩，运行的可靠性较高。

600MW级机组一次风机和送风机均按动叶可调轴流风机考虑。

2.2.1 一次风机选型

(1)风机参数选择

根据《火力发电厂设计技术规程》的要求，一次风机考虑了空气预热器的漏风、裕量等因素。

某个600MW级机组工程按选用HP中速磨煤机，单列布置的风机各工况点初步计算参数见表2(设计煤种)：

表2 单列布置的风机各工况点初步计算参数

按双列布置的风机各工况点初步计算参数见表3(设计煤种)。

表3 双列布置的风机各工况点初步计算参数

(2)风机选型初步报价

表4 风机选型初步报价

国内引进技术制造厂风机在机组不同负荷下的效率见表5。

表5 国内引进技术制造风机在机组不同负荷下的效率

国内合资制造厂风机在机组不同负荷下的效率见表6。

工 况 参 数 单列布置 双列布置BRL负荷 风机效率% 88.6 88.0 50%负荷 风机效率% ～75 ～71

(3)综合分析

根据设备选型结果，发现无论是单列还是双列，参数均在合理设计范围内，风机的叶顶线速度未超出设计范围，可选用常规材料，风机的选型、设计、制造没有难度。对比满负荷工况，单列风机与双列风机的性能表现相差不多，在低负荷工况，单列风机运行效率比双列风机效率高3%～4%。

对初步报价分析，单列一次风机比双列每台机组可节省150～170万元左右。

2.2.2 送风机选型

(1)风机参数选择

根据《火力发电厂设计技术规程》的要求，送风机考虑了裕量后，初步计算如下：

某个600MW级机组工程按选用HP中速磨煤机，单列布置的风机各工况点初步参数见表7(设计煤种)。

表7 某机组单列布置的风机各工况点初步参数

双列布置的风机各工况点参数见表8(设计煤种)。

表8 双列布置风机各工况点参数

(2)风机选型初步报价

表9 风机选型初步报价

国内引进技术制造厂风机在机组不同负荷下的效率见表10。

表10 国内引进技术制造的风机在机组不同负荷下的效率

国内合资制造厂风机在机组不同负荷下的效率见表11。

表11 国内合资制造制造的风机在机组不同负荷下的效率

(3) 综合分析

根据设备选型结果，发现无论是单列还是双列，参数均在国内风机制造厂合理设计范围内，风机的叶顶线速度未超出设计范围，可选用常规材料，风机的选型、设计、制造没有难度。对比满负荷工况，单列风机与双列风机的性能表现相差不多，在低负荷工况，单列风机运行效率比双列风机效率高～4%。

对初步报价分析，单列送风机比双列每台机组可节省155～165万元左右。

2.2.3 引风机选型

随着国家环保要求越来越高，一般要求同步建设脱硫、脱硝装置，脱硫岛取消脱硫旁路，因而对600MW级机组而言，在烟气流程上取消脱硫增压风机，采用引风机与增压风机合并方案是较为合理的选择。

引风机需要克服从锅炉出口到烟囱出口的烟气阻力，其中包括沿程的烟道阻力、空气预热器、脱硝装置、除尘器和脱硫吸收塔以及烟囱的等设备的阻力。经计算而得的引风机扬程较高，某个600MW级机组可达10130Pa(采用脱硫、脱硝、低温省煤器、电袋除尘器)，对于常规静叶可调轴流式风机来说已无法满足，必需采用两级叶轮的动叶可调轴流风机来提高风压。到目前为止，国内还没有双级静调轴流式风机的运行业绩，而双级动调轴流式风机国内外均有较多运行业绩。

根据初步计算，如果600MW级机组采用100%动叶可调轴流引风机(并与增压风机合并)，单台引风机电机功率一般将超过11000kW，电厂厂用电电压等级就必须设置10kV段，从而提高了电厂电气投资费用。

综上所述，针对600MW级机组，当同步建设脱硫、脱硝装置，取消脱硫烟气旁路时，推荐每台锅炉配置2台50%容量的引风机方案，引风机推荐采用双级或单级动叶可调轴流式风机，提高经济性，以适应高扬程及负荷变化工况要求。

以前没有安装脱硫、脱硝装置时 ，对煤粉锅炉炉膛、除尘器及与炉膛相同部分烟风道的瞬态设计压力一般不超过±8700Pa。近年来，由于环保标准的日益严格，锅炉机组普遍配置了脱硫、脱硝装置，使得烟气系统的阻力明显上升，某个600MW级工程引风机和增压风机采用合并风机后，TB点全压升即为10130Pa。

一方面，提高炉膛设计瞬间负压对于机组的安全运行是有好处的。另一方面，防爆设计压力取值越高，意味着炉膛、除尘器及烟风道钢材耗量越多，工程造价增加。过高的防爆设计压力还增加了锅炉及除尘器结构的设计难度，增加了锅炉及除尘器设备造价。

目前国内的一些观点认为，NFPA85中已规定膛设计瞬间负压可不超过-8700Pa。当机组增加脱硫、脱硝装置，使得烟气系统的阻力明显上升，引风机在环境温度下的TB点能力高于-8700Pa后，应当通过联锁控制等手段来确保锅炉和除尘器的安全运行，而不是一味的提高炉膛设计瞬间负压，增加设备的初投资。

2.3 烟风道及风门

由于空预器、一次风机和送风机采用单系列方案，使得风道布置简洁、流畅；同时可以取消部分的烟分隔离门，节省了投资。

3 风机对机组可靠性的影响分析

3.1 双列布置主要辅机可靠性

根据中国电力企业联合会发布的2005-2009年近5年200MW及以上容量火电机组主要辅助设备运行平均可靠性指标如下：

送风机平均可用系数：P(L)=0.94268

引风机平均可用系数： P(M)=0.94242

一次风机没有统计数据，P(K)=暂按0.9997考虑。

3.2 可靠性计算

3.2.1 可靠性框图

(1)单列设备可靠性框图

图1 单列可靠性逻辑框图

一次风机、送风机采用单列，引风机采用双列，按照上述逻辑框图进行计算，不进行单列和双列设备运行各种模式的组合计算。

(2)双列设备可靠性框图

图2 双列可靠性逻辑框图

双列设备可靠性框图是按照传统的2%×50%设备容量进行分析。

3.2.2 机组的可靠度概率计算

(1)设备单列运行计算

设单列运行可靠度概率为P(A)，设备单列可靠度概率：

P(A)=P(K 1)× P(L 1)× ((P(M 1)+P(M2)-P(M1)P(M2))=0.9997×0.94268×(0.94242+0.94242-0.94242×0.94242)=0.9997×0.94268×0.997=0.939

(2)设备双列运行计算

双列运行可靠度概率为P(B)，设备双列可靠度概率：

P(B)=(P(K 1)+ P(K 2)-P(K 1)P(K2))×((P(L1)+ P(L2)-P(L1)P(L2))×((P(M1)+P(M2)-P(M1)P(M2))=(0.9997+0.9997-0.9997×0.9997)×(0.94268+0.94268-0.94268×0.94268)×(0.94242+0.94242-0.94242×0.94242)=1×0.996×0.997=0.993

3.3 单列方案可靠性分析

常规双列布置的运行规程是当单侧送风机或引风机停机时，同侧的引风机或送风机联动停机，另一侧的送风机引风机运行以维持炉膛的负压，锅炉自动减负荷(RB工况)至50%左右可稳定。当单侧一次风机停机时，锅炉负荷减至40%方可稳定。

单列布置时，当一次风机、送风机任何一台风机发生故障都将引发MFT，进而主机停机。根据上述可靠度概率计算可知，机组的可靠性有所下降。一次风机、送风机和空预器的快速减负荷功能(简称RB)丧失，仅保留引风机和磨煤机跳闸RB功能。

由于缺少官方公布的空预器可靠性数据，所以未计算空预器对机组可靠度的影响。据对运行电厂了解，空预器设备本体的可靠性也较好，能达到98%以上。

总之，根据初步计算，机组单列辅机对机组运行的可靠性比双列辅机有一定的下降。

4 单列配置对主厂房布置的影响

单列空预器直径及高度都比双列空预器大。锅炉厂将空预器布置在锅炉主钢架后部，另立支撑钢柱， SCR脱硝装置顺势置于空预器上方，其荷载由空预器钢柱承受。锅炉钢架横向尺寸增加2 6 m，相应增加占地160.5×26=4173m2(两台机组)。钢架耗材也有所增加。

虽然单列送风机长度较双列的长约3m，单列一次风机较双列的长约1m，由于布置在空预器出口烟道下方，对占地的影响可忽略不计。但由于风量增加一倍，风机出口风道截面面积也相应增大一倍，无法按常规布置在空预器出口烟道下方，而是布置在烟道两侧。

5 结论

综上所述，针对600MW级机组工程每台锅炉按单列空预器、单列送风机、单列一次风机和双列引风机配置，可得出如下结论：

(1)锅炉的单列辅机设备主要部件完全可以采用国产设备。

(2)根据制造厂的初步报价，锅炉的单列辅机合计可以降低设备造价635～904万元左右，同时可节省烟风门约20万元左右(每台炉)，电气部分节省约20万元(每台炉)，共计每台炉可以节省造价约675～944万元左右的初投资。

(3)根据已投运机组的概率计算(未计单台空预器)，引起机组的可靠性从双列的0.993下降到0.939。

(4)风机运行效率方面，在机组满负荷工况运行时，单列风机比双列风机的效率略有提高，但在部分负荷(～50%)工况运行时，单列风机运行效率比双列风机效率高3%～4%。根据近年来对600MW级及以上容量机组的负荷运行时间统计分析，机组在75%负荷工况条件下的运行时间最长，因而更能体现单列辅机在部分负荷下效率高的优势。

(5)机组主要辅机单列配置以后，由于受控对象发生了较大变化，其控制策略如机组MFT生成条件、风机、空预器、给水泵组的快速减负荷功能(简称RB)等必须做相应的修改。

Application of Single Auxiliary Equipments Con fi guration Boiler to 600MW Units

LIU He-zhong
(East China Electric Power Design Institute, Shanghai 200063, China)

This paper makes a comprehensive comparison and analysis between two ID fans, single train air preheater,FD fan and PA fan configuration and the conventional dual-train configuration on 600MW class units from the equipment cost, operating economy, reliability and other aspects. The single train con fi guration which mainly uses domestic equipment is technically and economically feasible.

600MW class units; boiler; single train auxiliary equipments.

TM621

B

1671-9913(2011)03-0027-07

2011-03-14

刘鹤忠(1962- )，男，江苏武进人，教授级高工，副总工程师。