IGCC系统发电设备可靠性分析

崔丕桓

（华能（天津）煤气化发电有限公司，天津 300452）

现阶段燃煤发电带来了严重的环境问题，洁净的煤发电技术成为有益选择。IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整体煤气化联合循环发电系统是把洁净的煤气化技术与高效的燃气—蒸汽联合循环发电系统结合起来。既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。华能天津IGCC是我国第一个IGCC电厂，技术是华能集团应对目前电力市场形势选择的世界先进水平的洁净煤发电技术。

目前国家能源局电力可靠性中心没有适合IGCC电厂的可靠性统计规程，而相关电力行业检修标准不包含IGCC系统。本文主要对IGCC电厂可靠性特征量进行分析，找出系统薄弱环节，重点攻关，提高系统可靠性。同时，分析IGCC系统的可靠性数据，构建出IGCC可靠性增长模型，找出检修时间与等效可用系数之间的初步关系，确定合适的检修时间，指导状态检修。通过控制IGCC机组的可靠性，实现机组长周期安全高效运行。

1 现役天津IGCC可靠性系统划分

1.1 可靠性定义

在规定的时间内，规定的条件下，完成规定功能的能力。

1.2 IGCC系统简介（如图1）

IGCC机组系统复杂，流程长，为便于可靠性分析，找出系统薄弱环节，必然要从系统角度对IGCC机组进行子系统划分。天津IGCC分为空分系统、气化及净化系统、燃机轮机系统、余热锅炉系统、汽轮机系统如图1所示。

图1 天津IGCC流程图示意图

1.3 IGCC状态划分（如图2）

图2 状态划分图

可用：设备处于能够执行预定功能的状态，而不论其是否在运行，也不论其能够提供多少出力。可用状态包含运行和备用。

运行：对于机组，指发电机在电气上处于联接到电力系统工作（包括试运行）的状态，可以是全出力运行，计划或非计划降低出力运行。

备用：设备处于可用，但不在运行状态。对于机组，备用可分为全出力备用、计划或非计划降低出力备用。

不可用：设备不论由于何种原因处于不能运行或备用的状态。不可用状态分为计划和非计划停运。

计划停运：机组或辅助设备处于计划检修期内的状态（包括进行检查、试验、技术改造等）。计划停运应是事先有进度安排，并有既定期限，分为大修、小修、节日检修和公用系统计划检修三类。

非计划停运：机组处于不可用状态，但不是计划停运。

2 天津IGCC可靠性数据统计

基于现场数据按上述规则统计天津IGCC电站2013～2016年可靠性数据结果如表1～3。

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通过以上分析，天津IGCC随着投产以来，通过各系统分析，影响IGCC可靠性因素为气化炉及低热值燃机系统。通过3年的治理，天津IGCC可靠性水平有了长足的进步，尤其是2014年、2015年、2016年可靠性水平趋于平稳，IGCC系统已经进入稳定期。

3 稳定期IGCC系统计划检修与可靠性关系

天津IGCC经过近年来的治理，已经趋于稳定，找到关于计划检修时间与等效可用系数之间的关系，对于天津IGCC制定年度检修计划及控制可靠性指标有指导意义，对于保障机组安全经济运行有积极作用。

3.1 检修系数的计算公式

发电机组的等效可用系数EAF是评价发电机组可靠性主要指标之一，其计算公式：

式中：tAH——可用小时，为运行小时和备用小时之和；

tED——等效降低出力小时数；

tPH——统计期间小时数；

tPH= tAH+tUH=tAH+tUO+tPO；

tPO——计划停运小时数；

tUH——不可用小时数；

tUH=tUO+tPO；

tUO——非计划停运小时数。

对于天津IGCC来说，单台机组的等效可用系数在有安排较长时间计划检修的年份EAF比较小，在安排较短的计划检修年份EAF较大，但安排了较长时间计划检修后，机组的可靠性得到了提升，而如何选取计划检修时间与EAF形成了一对矛盾，选取合适的计划检修时间使得EAF处于可接受范围显得至关重要。

引入检修系数λ来表示天津IGCC扣除计划停运等效可用系数EAP的变化规律，其计算公式为：

λ与等效可用系数的关系如下：

对于天津IGCC机组EAP在不同年份有不同的数值，是年份的ti的函数，在ti年的检修系数λi可表示为：

经实际可靠性统计数据的检验和验证，文献[10～12]提出的检修系数符合幂函数的数学模型，幂函数的数学模型能够较好地拟合发电机组的运行可靠性数据。在天津IGCC可靠性预测中，发电机组检修系数变化规律λt的数学模型采用幂函数表示为：

式中：t——发电机组的运行年数；

λ( t)——发电机组的检修系数；

η——尺度参数；

m——增长系数。

3.2 基于现场数据进行2017年可靠性数据预测

由于λ(t)为幂函数，可以采用非线性回归方法确定可靠性监控数学模型的待定参数。采用最小二乘法来确定式子中参数m和η。根据2014～2016年得出天津IGCC系统的三组观测值数据,并根据2017年计划检修时间，预测2017年等效可用系数，计算数据如表4。

表4 2017年等效可用系数预测

2017年预测与实际差距为0.006%，差距不大。

表5

3.3 预测2018年计划停运时间（检修时间）与等效可用系数的关系（表5）

4 结语

（1）等效可用系数2013～2014年非计划停运次数较高，由于IGCC系统投产初期，系统运行不稳定，主要集中在气化炉系统及低热值燃机系统，随着针对气化炉系统及低热值燃机系统的技术攻关，等效可用系数逐步提高。但由于系统投运初期，机组的稳定运行水平较差，个别系统影响整体可靠性的权重较大，时间较长，因此在2013～2014年主要解决气化炉稳定及燃机系统稳定性问题。

通过解决影响机组可靠性关键因素，可以大幅提高机组可靠性水平。

（2）通过预测2017年结果来看差距极小，当以后发生意外事件时，可以剔除当年数据，重新预测，能够提高预测准确性。

（3）通过2014～2016年稳定期数据，利用现代可靠性理论找出计划检修时间与等效可用系数之间的关系，指导电厂根据电力市场等外部因素，进行检修计划的制定，同时使等效可用系数受控。

（4）可靠性分析是以可靠性为中心的检修基础，可靠性为中心的检修本质上是一套融故障检修，定期检修本质上是一套融合故障检修，定期检修，状态检修，改进性检修为一体的优化的综合检修模式，以实现提高设备可靠性，减少生产和维修费用的目标。通过可靠性预测，能够科学的制定检修计划，对经济检修有重要意义。

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