660 MW超超临界机组烟风系统单列布置应用

奚力强，张 岭，李海燕

(1. 申能股份有限公司,上海 200120；2. 淮北申皖发电有限公司,安徽淮北 235066)



660 MW超超临界机组烟风系统单列布置应用

奚力强1，张 岭2，李海燕2

(1. 申能股份有限公司,上海 200120；2. 淮北申皖发电有限公司,安徽淮北 235066)

介绍了某电厂2台660 MW超超临界燃煤机组采用的单列烟风系统布置特点，并与双列配置系统进行了对比。结果表明：单列烟风配置系统更加简化，操作控制更加简单。

超超临界机组； 烟风系统； 单列配置

常规燃煤电厂中单机电耗最大的辅机包括风机和给水泵组。为降低能耗，当前多数新建大容量机组给水泵已改用小汽轮机驱动，风烟系统优化布置是降低厂用电率的重要途径。烟风系统风机单列配置对降低全厂电耗、控制综合初投资意义重大。

德国火电厂机组大多采用烟风系统单列布置方式，以RWE公司和ENBW公司所建的800 MW等级超超临界机组最具代表性；国内布连电厂一期工程660 MW机组也尝试采用了单列烟风系统布置，但其引风机与增压风机采用串联布置[1]。

平山电厂一期工程2台660 MW超超临界燃煤机组，在充分借鉴国外单列风机布置经验的基础上，进一步评估了布连电厂单列配置中单台引风机与单台增压风机串联运行可能存在的风险，为继续加强单列烟风系统运行可靠性，大胆尝试将引风机与增压风机合二为一，是目前国内最高等级的烟风系统单列布置机组。2台机组2015年底至2016年初先后投运以来，风烟系统运行平稳可靠。

笔者重点介绍平山电厂一期工程单列烟风系统布置特点，同时从技术性、经济性、可靠性方面与辅机双列机组进行比较，为同类型机组辅机单列布置设备选型和运行维护提供借鉴。

1 锅炉及风烟系统

平山电厂一期2台660 MW锅炉为SG-1908/27.9-M6006型超超临界变压运行直流塔式锅炉，燃用淮北地区烟煤。锅炉烟风系统采用单列全容量配置，单台锅炉配有1台空气预热器、1台引风机(引增合一)、1台送风机和1台一次风机，三大风机均为动叶可调轴流风机。锅炉尾部烟道为单烟道。

单列烟风系统布置见图1。

图1 单列烟风系统图

2 单列烟风系统配置优化

2.1 机务方面

从烟风道的布置方式上，一次风机布置在电除尘烟道下方，进风口靠近炉内侧；送风机布置在炉侧，布置紧身封闭外吸风口的同时增加紧身封闭内吸风口，经流场优化室内吸风口位于炉内侧80 m处。电除尘出口布置引风机，与常规不同，为纵向布置方式。此单列烟风系统布置方式，炉后空间增大，有效加长了风机出口的直管段，降低风机出口弯头带来的流场紊流，提高风机运行的安全性。相比双列布置[2](见图2)，整个烟风系统只有4个烟风挡板门，取消了空气预热器进口一、二次风联络风道及联络风门，送风机出口挡板门，空气预热器出口一、二次风挡板门，空气预热器入口烟气挡板门，引风机入口烟气挡板门，引风机出口烟道联络门，可降低烟风系统阻力约80 Pa左右。同时，单列布置的风速及风道截面设计充分参考同类型机组，保证单列烟风系统满足机组安全运行要求。

图2 双列烟风系统图

在风机选型过程中，充分参考国内同类型机组的风量大小、系统阻力、系统配置等参数。风机入口截面静压中包括消音器阻力150 Pa和吸风口(消音器防雨罩)阻力50 Pa。充分考虑空气预热器漏风率以及温度裕量、压头裕量、风量裕量(见表1)。为优化一次风机压头，磨煤机阻力按计算通风阻力(5 764 Pa)选取。

一次风机、送风机及引风机在各工况下的设计参数见表2～表4。一次风机选型优化后，一次风机的风量比其他同类型电厂偏小，总的燃烧风量低约10%。

为了提高单列烟风系统的可靠性，平山电厂一次风机、送风机采用PAF19.2-13.3-2和FAF30-13.3-1型动叶可调轴流风机；引风机为“引增合一”风机，采用ANT-4000/2000B型动叶可调轴流风机；三大风机的液压缸、旋转油封、转子、叶片、轴承等关键部件均采用进口产品。

表1 风机温度、压头、风量裕量及空气预热器漏风率

表2 一次风机设计参数

表3 送风机设计参数

表4 引风机设计参数

相比双列，单台空气预热器能够降低机组空气预热器漏风率，平山电厂空气预热器空气到烟气设计漏风量仅为29.2 kg/s。

2.2 控制方面

与双列配置系统相比，单列辅机系统的配置设备简洁，控制部件少，运行操作简单。从热工控制及保护措施上考虑，首先要提高热控设备的单一测点、单一设备可靠性；其次在一次检测仪表设备的配置上，增加冗余度；最后对分散控制系统(DCS)设备的配置、功能和逻辑提出更高的要求。

2.2.1 增加测点数量

(1) 重要压力、温度等测量信号至少要2个独立测点。

(2) 冗余信号分配到不同的I/O卡件上，保证主保护、主要辅机保护和重要模拟量调节回路的冗余信号分配在不同的分支。

2.2.2 用软件冗余补充硬数量

(1) 运用防止单点保护不可靠的容错逻辑

在所有保护和调节测点的应用上，凡是有设计为单点的，均通过增加测点的方法，消除单点保护和调节的不可靠性，如风机轴承温度、振动、风机油站油箱油位、油压等。

(2) 运用防止执行器限位故障导致信号误发的容错逻辑

在重要保护及调节逻辑中加入防止执行器限位故障导致信号误发的容错逻辑。

单列风机控制系统无需考虑双列烟风系统的平衡调节方案，也无需设计风机启动和停运过程交叉隔离烟风通道的控制逻辑，相比双列更省去了三大风机以及空气预热器RB逻辑设计，这使得单列烟风系统的控制更加方便快捷。

3 单、双列方案对比分析

3.1 单、双列布置的技术方案

锅炉烟风单列配置方案系统简单，取消了联络风道和部分风门挡板，降低烟风系统阻力的同时，减少了检修维护工作量。且单列风机运行过程中不存在双列风机低负荷启停时发生“抢风”的不稳定运行状况，避免了2台风机并列操作带来的风险，一定程度上提高了机组低负荷运行的可靠性。此外，锅炉烟风单列配置方案可以弥补低负荷运行条件下双列配置风机压头大、流量小造成的风机效率下降问题，即可以提高低负荷状态风机运行经济性。

3.2 单、双列布置的投资经济性

同类型机组分别采用单、双列配置的造价差异影响主要体现在三个方面：一是设备数量差异大，二是因设备选型的容量差异大，三是设备可靠性要求差异大。平山电厂一期工程采用单列布置的投资经济性较双列布置略低，总体基本相当。

双列配置时，为节约投资提高经济性，业主一般只对风机轴承、液压缸等关键部件采用进口。平山电厂一期工程2台机组单列布置时为确保系统可靠性，一次风机、送风机及引风机液压缸、转子、叶片、轴承等关键部件均采用进口产品，相比常规双列布置风机初投资总价高出约1 500万元；此外，单列布置时所配电机功率达到10 000 kW，6 kV的电压等级启动电流不能满足启动要求，从而采用了10 kV电压等级配置，相比6 kV电压，增加相关投资约960万元。采用单列布置，每台机组各减少了1台空气预热器，约可降低设备费用共约400万元。2台机组整个风烟系统共减少26个烟风挡板门，降低成本约400万元。

土建基础中包括了送风机、一次风机、引风机基础及支架，相比双列，单列可节约成本298万元；安装费用，单列可节约成本431万元；材料费用，优化后的单列烟、风道可节约材料约770 t左右，相应降低626万元，计入相应的保温、护板，材料共计节约935万元。土建、材料、安装费用总计节约1 664万元。

综上所述，平山电厂一期工程2台机组风烟系统采取单列布置后，设备、材料、安装投资费用比双列布置降低了约60万元。

3.3 单、双列布置的运行维护经济性

根据实际运行数据，平山电厂1号机组各负荷段单列风机的电耗见表5，表6列出了某700 MW机组双列辅机配置各负荷风机的电耗，风机总电耗与负荷的对应关系见图3。

表5 平山电厂单列辅机机组负荷与风机功率 kW

表6 某电厂双列辅机机组负荷与风机功率 kW

图3 单列双列机组不同负荷下风机功率对比

从图3中可以看出：在相同的负荷工况下，单列机组总风机功率比双列机组总风机功率要小，其中在660 MW(100%)负荷附近工况下，单列机组总风机功率比双列机组总风机功率低约1 626 kW，在494 MW(75%)负荷附近工况下，单列机组总风机功率比双列机组总风机功率低约1 338 kW，在331 MW(50%)负荷附近工况下，单列机组总风机功率比双列总风机功率低约1 015 kW。假设每天电厂在100%、75%、50%负荷下的份额分别为30%、40%、30%，按全年运行300天考虑，电价按照0.34元/(kW·h)计算，则2台机组一年因风机降低厂用电所节约的成本为649.8 万元。

在检修维护方面，单列配置可降低检修费用42万/年(2台机组)，见表7。

表7 单、双列布置检修维护成本对比 万元/(年·台)

因此运行、维护经济性方面，660 MW单列配置比双列年节约成本共计约691.8万元/年(2台机组)。

4 单列风机对机组可靠性的影响分析

单列辅机配置方式中如果一个设备发生故障，就可能造成机组停机，因此单个设备的可靠性对机组可靠性影响大大增加。

4.1 风机可靠性计算

4.1.1 可靠性框图

风机可靠性框图见图4。笔者仅讨论一次风机、送风机、引风机为单列和双列布置的系统可靠性，不再讨论一次风机、送风机、引风机单双列组合方式的可靠性。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。

4.1.2 风机可靠性计算

(1) 单列风机连续系统的可靠性概率K0及失效概率S0计算：

K0=P(K1)*P(L1)*P(M1)

(1)

S0=1-K0

(2)

(2) 双列风机连续系统的可靠性概率K及失效概率S计算：

K=(P(K1)+P(K2)-P(K1)*P(K2))*
(P(L1)+P(L2)-P(L1)*P(L2))*
(P(M1)+P(M2)-P(M1)*P(M2))

(3)

S=1-K

(4)

根据可靠性理论，笔者选取非计划停运率进行可靠性分析。对于660 MW单列风机机组，风机容量实际上相当于1 200～1 350 MW机组容量的半容量风机配置，仅以600～690 MW双列机组统计数据作为计算标准是不合适的。但是目前国内投运机组最大容量1 000 MW，因此笔者选取中电2011～2015年200 MW及以上容量机组送、引风机非计划停运率的平均值作为运行可靠性计算指标。

单列配置一次风机、送风机、引风机运行可靠性概率分别为：

P(K1)=P(L1)

(5)

(一次风机数据中电联未作统计，假设与送风机相同)

P(L1)=1-(0.02+0.01+0.01+0.01+

0.01)/100/5=0.999 88

P(M1)=1-(0.03+0.03+0.03+0.03+

0.05)/100/5=0.999 6

图4为风机可靠性框图。

图4 风机可靠性框图

经计算，单列配置可靠性K0为0.999 420 1，运行失效概率S0为0.000 579 9；双列配置K为0.999 999 856，S为0.000 000 144 4。

通过对比可知，单列风机配置相对双列运行可靠性有所降低，降低了0.057 9%。

因此，单列风机配置时，通过一些关键部件进口，只要风机可靠性能达到中电联公布的2011～2015年200 MW及以上容量火电机组送风机和引风机运行可靠性指标，机组的非计划停机概率可以做到非常小，相当于10万h的运行时间中会出现57.99 h的非计划停机。

4.2 实际运行情况

平山电厂机组从通过168 h运行至今,1号机组已运行约6 000 h、2号机组运行3 500 h，无因风机原因造成非计划停机事故，实践证明平山电厂所使用的单列风机可靠性、稳定性较高。

5 结语

(1) 从布置方式来看，单列烟风配置使系统更加简化，操作控制更加简单，取消联络风道和部分风门挡板后，阻力有所降低，且一定程度上提高了低负荷运行的安全性和经济性。

(2) 从设备投资经济性来看，由于单列风机关键部件采用进口，单列布置设备总投资比双列要高出约1 500万元，从土建基础及支架施工、烟风道安装，以及保温护板的安装方面，单列布置比双列要节约1 664万元，单列综合投资费用降低约60万元。

(3) 从运行、维护经济性来看，单列风机电耗有所下降，2台机组节约厂用电成本约650万元/年。由于维护成本相比双列布置减少了一半，相应2台机组检修维护成本可降低42万元/年。总体来看，单列布置年运行、维护可节约700万元左右，具有一定经济优势。

(4) 在运行可靠性方面，单列布置较双列布置可靠性概率降低了0.0579%。但单列布置，只要关键部件采用进口产品，保证单台设备的可靠性运行，则机组非计划停机概率非常小。平山电厂项目运行至今，未发生因辅机设备故障导致非计划停机的事故。

综上所述，单列烟风系统配置方式，系统简单灵活，运行稳定可靠，综合经济效益显著，本项目取得的经验及运行数据对在大容量高参数燃煤发电机组上采用风机单列配置具有参考意义。

[1] 高军. 660 MW超超临界机组辅机单列布置的安全性与经济性探讨[J].内蒙古电力技术,2014,32(1):6-17.

[2] 田松. 辅机单列机组控制及保护系统的设计研究[D].北京：华北电力大学,2015.

Single-row Layout Application of Air & Flue Gas System for 660 MW Ultra Supercritical Units

Xi Liqiang1,Zhang Ling2,Li Haiyan2

(1. Shenergy Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China; 2. Huaibei Shenwan Power Generation Co.,Ltd.,Huaibei 235066,Anhui Province,China)

An introduction is presented to the single-row layout feature of the air & flue gas system in two 660 MW ultra supercritical coal-fired units,while a comparison is made with that of double-row layout system. Results show that the single-row arrangement of air & flue gas system is simpler and its control and operation are easier.

ultra supercritical unit; air & flue gas system; single-row layout

2016-12-22；

2017-02-05

奚力强(1964—)，男，高级工程师，从事电厂建设及发电节能技术研究。

E-mail: xilq@shenergy.com.cn

TK223.26

A

1671-086X(2017)04-0280-06