600MW等级机组主要辅机单列配置方案探讨

况 波，段宗周

(河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031)

600MW等级机组主要辅机单列配置方案探讨

况 波，段宗周

(河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031)

本文在总结试点工程BL电厂主要辅机单列配置设备选型情况的基础上，对600MW等级机组电厂主要辅机单、双列配置的设计制造能力、运行可靠性、综合技术经济性等方面进行了论证分析，并提出了相关的结论和建议，供业内同行参考。

单列配置；制造能力；技术经济性；设备投资。

目前，欧洲尤其是德国，一方面大力发展高初参数、低终参数的大型超超临界火力发电机组，向世界展示燃煤电站的崭新形象和先进的燃煤发电技术；另一方面，也试图在降低工程投资方面走出一条新路。近几年来，在欧洲先后建成了一批主要辅机设备采用单列配置的800MW等级超超临界机组，这些电厂汽轮机采用单个低压缸，主要辅机设备如给水泵、空气预热器、一次风机、送风机、引风机均采用单列配置，设备投资大幅降低。然而在我国辅机单列配置方案，是一个值得研究和探讨的问题。

1 国内外600MW等级火电机组主要辅机配置情况

对于汽动给水泵配置方案，国外已投运的600/1000MW等级机组中有2%×50%容量和1%×100%容量两种配置方案，日本多采用2%×50%汽泵，欧洲多采用1%×100%汽泵，而美国以上两种配置都有。在我国绝大多数电厂采用2×50%容量汽泵方案，仅有外高桥三期等少数电厂采用了1%×100%容量汽泵配置方案。

关于锅炉辅机配置，日本早在1996年矶子电厂就已经采用锅炉主要辅机单列配置方案，而德国更是大力推广锅炉辅机单列配置方案，并做了大量旨在提高发电厂效率的创新优化工作。但目前国内还没有600MW等级机组采用单列配置的先例。

2 辅机单列配置试点工程BL电厂简介

BL电厂建设2台660MW超超临界直接空冷机组，汽轮机为上海汽轮机有限公司采用SIEMENS技术生产的单轴、三缸二排汽、一次中间再热超超临界空冷汽轮机，主蒸汽压力27MPa，主汽/再热热段蒸汽温度600℃/600℃。主要辅机设备如汽动给水泵、空气预热器、一次风机、送风机、引风机均采用单列配置。该工程已于2010年4月开工，计划于2012年年底投产发电。

3 国内外600MW等级火电机组单列配置辅机设备制造能力

3.1 给水泵

国外KSB水泵厂、苏尔寿公司、荏原公司等都有600MW及以上等级机组配套的100%容量给水泵的投运业绩；目前国内主要给水泵生产厂家均没有600MW等级机组100%容量锅炉给水泵的运行业绩。

3.2 给水泵汽轮机

国外法国阿尔斯通、德国西门子、日本东芝及美国GE公司等都有满足600MW等级及以上机组配套的给水泵汽轮机投运业绩。阿尔斯通曾为外高桥三期2×1000MW机组提供1×100%容量给水泵汽轮机；西门子公司可生产5MW～120MW工业汽轮机；目前国内各主要给水泵汽轮机生产厂家还没有600MW等级机组100%容量给水泵汽轮机的运行业绩。

杭州汽轮机股份有限公司可采用西门子技术设计制造功率达27.5MW的WK型双分流汽轮机，可以满足600MW等级机组100%容量给水泵的驱动要求。目前该厂已有2台660MW机组100%容量给水泵汽轮机的合同业绩。

东方汽轮机厂、上海汽轮机有限公司目前正在开发600MW等级机组的100%容量给水泵汽轮机。可见在不久的将来，国内制造厂家完全可以提供满足600MW等级及以上机组配套的100%容量给水泵汽轮机。

3.3 锅炉风机

对于一次风机和送风机而言，国内主要电站风机制造厂均有设计、制造能力；但对于单列引风机而言，要求TB点风机出口容积流量在380000m3/h以上、风机直径大于4m。从国外技术支持方提供的资料看，国内各厂均具备依托国外技术设计制造单列引风机的能力。

3.4 空气预热器

从BL电厂招标采购情况看，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具备提供600MW等级锅炉单列空气预热器的能力。

4 辅机单、双列配置的技术经济比较

4.1 汽动给水泵组的技术经济比较

4.1.1 效率比较

根据各厂商提供的资料综合分析，600MW等级机组1%×100%容量给水泵的效率比2%×50%容量给水泵高3%左右。

对于给水泵汽轮机，1%×100%容量给水泵汽轮机内效率稍高于2%×50%容量的内效率，在低负荷运行时效率优势更加明显。其中在THA工况下高0.1%；在75%负荷工况下高1.3%；在50%负荷工况下高2%。

4.1.2 初投资比较

100%容量给水泵按进口产品考虑， 2台100%容量给水泵价格比4台50%容量给水泵高1100万元左右；给水泵汽轮机按国产设备考虑，2台100%容量给水泵汽轮机比4台50%容量给水泵汽轮机高600万元左右。

2套100%容量汽动给水泵组价格比4套50%容量汽动给水泵组价格高1700万元左右。

两台机组1%×100%容量汽动给水泵方案比2%×50%容量汽动给水泵方案的给水系统管道及阀门初投资减少170万元左右。

综合比较，2台机组1×100%容量汽动给水泵方案和2×50%容量汽动给水泵方案相比，设备初投资增加1550万元左右。

4.1.3 综合比较

对于整套汽动给水泵组，1%×100%容量汽动给水泵效率较2%×50%容量汽动给水泵效率高3%左右，两台机组节约标煤1900吨/年左右，减排CO2约5000吨/年。因此，汽动给水泵组单列配置在节能减排方面优于双列配置方案；从目前的设备造价水平来看，单列配置方案比双列配置高1550万元左右，在低煤价地区，其节能减排效益难以使高出的投资在合理年限内得到回收；但是在高煤价地区，节能减排效益就比较明显，高出的投资可在合理年限内得到回收。

就给水系统的可靠性来讲，当给水泵发生故障时，对于单台100%容量的给水泵方案必须停机。为此建议在设备采购时应特别关注给水泵组及附属设备的可靠性。根据外高桥三期工程经验，单列配置给水系统的可靠性完全可以达到双列配置的水平。

4.2 锅炉三大风机和空预器的技术经济比较

4.2.1 效率比较

一次风机：由于单列配置一次风机可以弥补双列配置时压头大、流量小的不足，所以其效率高于双列配置一次风机，在低负荷运行时效率优势更加明显。其中在THA工况下高0.5%；在75%负荷工况下高2.8%；在50%负荷工况下高3.4%。

送风机和引风机：单列配置送风机和引风机的效率与双列配置风机效率基本相当。

空气预热器漏风率：由于空气预热器的漏风率与其周长有关，单列配置空气预热器的周长小于双列配置空气预热器周长之和，所以单列配置空预器的漏风率低于双列配置空预器。其保证值可以由双列配置空预器的6%降到5%以下。

值得一提的是，如果锅炉三大风机采用单列配置，空气预热器也应采用单列配置方案。

4.2.2 初投资比较

根据BL电厂设备招标结果，两台机组单列配置一次风机比双列配置价格低121万元；两台机组单列配置送风机比双列配置价格低22万元；两台机组单列配置引风机比双列配置价格低148万元；两台机组单列配置三大风机比双列配置价格合计低281万元。

两台锅炉单列配置空气预热器的价格比双列配置低1420万元。

2台600MW等级机组锅炉采用单列配置空预器、三大风机合计降低设备造价1800万元左右。

4.2.3 综合比较

从机组运行的经济性方面讲，锅炉辅机单列配置方案空预器、一次风机的漏风率和效率优于双列配置方案；单列配置送风机和引风机的效率与双列配置风机基本相当。值得一提的是当机组在低于50%的额定负荷运行时，双列配置方案风机单侧运行并不能达到节约用电的目的，这一点可以通过外高桥二期、东胜热电厂、大同电厂三期的单侧运行实验结果得到验证，究其原因是单侧运行时风机流量大压头小，运行工况严重偏离风机高效区，效率下降非常明显。

从设备造价方面讲，2台600MW等级机组锅炉单列配置空预器、三大风机合计降低1800万元左右，优势明显。

锅炉辅机单列配置方案简化了烟风系统，取消了联络风道，减少了挡板和风门数量，检修维护工作量大大减小，且不存在两台风机在低负荷时发生“抢风”现象，也避免了2台风机并列操作带来的风险。

但锅炉辅机单列配置在国内尚无先例，目前业内对锅炉辅机单列配置的可靠性问题以及对机组造成的影响普遍比较关注，诸如：辅机故障造成的“非停”次数有可能会增加、机组启停次数增加会影响机组寿命、辅机检修只能在停机时进行、电网调度部门可能会开出高额罚单等等。因此，建议在现阶段应重点加强试点工程实施过程的跟踪、分析、总结等管理工作，取得成功经验后推广。

5 辅机单列配置运行保护控制相关技术

5.1 辅机单列配置对保护控制要求

辅机单列配置减少了设备数量，引风机进、出口和送风机出口均取消了挡板或风门，烟风系统大大简化。但辅机单列配置以后单台设备故障会造成机组停机。因此，辅机单列配置对运行、保护及控制提出了更高的要求。

5.2 辅机单列配置运行保护控制策略

辅机单列配置以后其控制策略如机组MFT生成条件、三大风机、空预器、给水泵组的快速减负荷功能等，必须做较大修改。

风机控制系统不再考虑左右侧烟风系统的相互影响和平衡调节方案，也不需设计风机启动和停运过程交叉隔离烟风通道的逻辑控制系统。取消了三大风机、锅炉给水泵汽轮机的RB逻辑，仅保留磨煤机跳闸RB功能。通过调节引风机入口动叶来实现炉膛压力稳定。

5.3 辅机单列配置保护控制系统采取的优化措施

为满足辅机单列配置方案对运行保护和控制技术提出的高可靠性要求，建议采取以下主要措施：

(1)适度增加仪控设备的进口范围，对国产设备严格要求采用优质产品。

(2)在一次检测仪表设备的配置上，增加冗余度。尽量采用三冗余配置。

(3)在系统测点配置上适当增加辅助测点和设备，做为保护和监视的辅助手段。

(4)遵循热工保护系统 “独立性”原则，做好保护控制设计。

(5)适当增大动调执行机构的力矩裕量。

(6)风机油站动力电源采用双电源，并可在运行中实现切换。

(7)要求液压油站停运后，动叶能够在半小时甚至更长时间内保位，润滑油失去后能在较长时间内继续运行，取消风机和电机的断油停机保护。

6 辅机单列配置对厂用电系统的影响

辅机单列配置后，单个电机的容量增加一倍，需要考虑电机启动时厂用电母线电压水平和短路电流水平。

经计算，当引风机与脱硫增压风机合并设置时，引风机电动机功率将达10000kW以上，必须采用10kV电压等级的开关设备，但其短路水平可降到40kA。经核算10kV、40kA与6kV、50kA两个电压等级的设备造价水平基本相当。

7 结论及建议

(1)600MW等级机组工程采用1%×100%容量汽动给水泵方案是可行的。

(2)采用1%×100%容量汽动给水泵和锅炉主要辅机单列配置方案时，建议在设备采购时选用优质、高可靠性的设备。

(3)锅炉辅机单列配置在国内尚无先例，因此，是否采用锅炉辅机单列配置方案应根据项目特点、机组在区域电网中的作用和地位并结合辅机设备调研和选型情况综合考虑。

(4)积极争取电网调度方式由调机改为调厂，这样既可以达到节能减排目的，也可以为今后建设锅炉辅机单列配置的电厂创造条件。

[1]GB50660—2011，大中型火力发电厂设计规范[S]．

Discussion on Single Row Con fi guration Scheme of Main Auxiliary System in 600MW Power Plant

KUANG Bo，DUAN Zong-zhou
(Hebei Electric Power Research & Design Institute，Shijiazhuang 050031，China)

Based on the summarization about selection of main auxiliary equipment with single row con fi guration in BL power plant pilot project, this article demonstrates and analyzes the auxiliary equipment with single and double row con fi guration in 600MW power plant, in terms of design and manufacture capability, operation reliability and comprehensive technical economy, and puts forward relevant conclusions and recommendations for reference.

single row con fi guration; manufacturing capacity; technical economy; equipement investment.

TM621

B

1671-9913(2012)02-0034-04

2012-04-28

况波(1967- )，男，河南南阳人，高级工程师，设计总工程师。