600MW超臨界循環(huán)流化床機(jī)組可用率分析

摘要：根據(jù)國產(chǎn)機(jī)組的設(shè)備可靠行數(shù)據(jù)，國產(chǎn)機(jī)組的可用系數(shù)已經(jīng)可以達(dá)到95%，并隨著運(yùn)行維護(hù)水平的不斷提高，加強(qiáng)管理，可用率逐年提高。同時(shí)，本文也從設(shè)計(jì)的角度，提出了在CFB鍋爐、熱力系統(tǒng)、儀表控制等方面保證可用系數(shù)的措施，從而保證機(jī)組的可用系數(shù)可達(dá)95%以上。

關(guān)鍵詞：可用系數(shù);循環(huán)流化床;600MW機(jī)組

目前國內(nèi)電力投資和建設(shè)企業(yè)紛紛進(jìn)軍海外，開拓電力市場(chǎng)。而對(duì)于一些電網(wǎng)容量較小的國家而言，合同中往往對(duì)于機(jī)組的可靠性以及利用率提出了很高的要求，從商業(yè)利潤的角度出發(fā)，甚至要求機(jī)組的利用小時(shí)大于6500h，遠(yuǎn)超國內(nèi)的常規(guī)水平。如果燃料采用低熱值煤，那么對(duì)于機(jī)組可靠性的要求將更為苛刻。下面，本文就600MW循環(huán)流化床超臨界機(jī)組的可用率進(jìn)行分析研究。

1"電廠可用率指標(biāo)

1.1"電廠設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)

電廠設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有：可用系數(shù)（AF）、等效可用系數(shù)（EAF）、運(yùn)行系數(shù)（SF）、計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)（POF）、非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)（UOF）、非計(jì)劃停用率（UOR）等。上述指標(biāo)分別定義如下：

可用系數(shù)（AF）=（可用小時(shí)數(shù)AH）/（統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)PH）x"100%;其中可用小時(shí)數(shù)AH=運(yùn)行小時(shí)數(shù)SH+備用小時(shí)數(shù)RH;

等效可用系數(shù)（EAF）=（可用小時(shí)數(shù)AH-降出力等效停運(yùn)小時(shí)數(shù)EUDH）/（統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)PH）x"100%;

運(yùn)行系數(shù)（SF）=（運(yùn)行小時(shí)數(shù)SH）/（統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)PH）x"100%;

計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)（POF）=（計(jì)劃停運(yùn)小時(shí)數(shù)POH）/（統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)PH）x"100%;

1.2"影響指標(biāo)的主要因素

可以看出，影響可用系數(shù)的主要因素為機(jī)組系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性，只與設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和運(yùn)行維護(hù)水平有關(guān)，而與電網(wǎng)需求無關(guān);影響等效可用系數(shù)、運(yùn)行系數(shù)和計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)的主要因素除機(jī)組系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性外，還與電網(wǎng)用電需求直接相關(guān)。

按照機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)6500h考慮，機(jī)組長期處于高負(fù)荷或滿發(fā)狀態(tài)，機(jī)組運(yùn)行小時(shí)約為7000h。因此，若可用系數(shù)按95%考慮，扣除機(jī)組檢修時(shí)間后，可滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

2"國內(nèi)火電機(jī)組可靠性情況

2.1"國內(nèi)火電機(jī)組運(yùn)行可靠性近況

2013年，各地區(qū)100MW及以上容量火電機(jī)組運(yùn)行可靠性指標(biāo)見下表：

表2-1"""""2013年各地區(qū)100MW及以上容量火電機(jī)組運(yùn)行可靠性指標(biāo)

統(tǒng)計(jì)臺(tái)數(shù)（臺(tái)）

平均容量（MW/臺(tái)）

每千瓦裝機(jī)發(fā)電量（MWh/kW）

運(yùn)行系數(shù)（%）

等效可用系數(shù)（%）

非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)（次/臺(tái)年）

1660

379.54

5.24

80.45

91.84

0.54

2.2"國內(nèi)主要輔機(jī)運(yùn)行可靠性近況

2013年200MW及以上容量火電機(jī)組主要輔助設(shè)備運(yùn)行可靠性指標(biāo)如下：

表2-2"""""2013火電機(jī)組主要輔助設(shè)備運(yùn)行可靠性

輔助設(shè)備

分類

統(tǒng)計(jì)臺(tái)數(shù)（臺(tái)）

運(yùn)行系數(shù)（%）

可用系數(shù)（%）

計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)（%）

非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)（%）

非計(jì)劃停運(yùn)率（%）

磨煤機(jī)

5242

65.02

92.46

7.41

0.13

0.2

給水泵組

1765

77.67

93.81

6.15

0.04

0.05

送風(fēng)機(jī)

1789

77.12

93.83

6.16

0.02

0.02

引風(fēng)機(jī)

2647

76.75

93.75

6.09

0.15

0.2

高壓加熱器

4102

61.06

92.95

6.82

0.23

0.38

2.3"國內(nèi)電廠可用率現(xiàn)狀分析

從表2-1，表2-2可以看出，各地區(qū)機(jī)組的等效可用系數(shù)均在90%以上，并未達(dá)到95%，但其非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)非常低，考慮到國內(nèi)機(jī)組經(jīng)常處于降負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，可以斷定其等效可用系數(shù)的降低是受電網(wǎng)用電需求的影響，即機(jī)組降負(fù)荷調(diào)峰造成的主機(jī)降低出力等效停運(yùn)小時(shí)數(shù)增加。因此機(jī)組的可靠性并不存在問題，可用率應(yīng)在95%以上。另外，隨著運(yùn)行維護(hù)水平的不斷提高，加強(qiáng)管理，可用率會(huì)逐年提高。

3""保證電廠可用率的設(shè)計(jì)措施

目前，國產(chǎn)設(shè)備的可用率已經(jīng)可以滿足機(jī)組的要求，提高電廠運(yùn)行人員的運(yùn)行維護(hù)水平也是影響電廠可用率的關(guān)鍵因素。盡管如此，在設(shè)計(jì)過程中，也仍然可以采取一些措施，進(jìn)一步保證電廠的可用率達(dá)到95%以上。

3.1"CFB鍋爐的保證措施

3.1.1"CFB鍋爐運(yùn)行可用率概況

由于循環(huán)流化床鍋爐的特殊固有優(yōu)點(diǎn)，即燃料的適應(yīng)性和良好的環(huán)保特性，經(jīng)過30"多年的發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐無論在容量、效率和可用率方面，均已達(dá)到了電站鍋爐要求的水平。例如，國內(nèi)600"MW等級(jí)的流化床鍋爐已投入運(yùn)行了2年，;循環(huán)流化床鍋爐的效率可達(dá)90"%以上;而循環(huán)流化床鍋爐的可用率也早已可達(dá)95%以上。

3.1.2"CFB鍋爐運(yùn)行可用率的影響因素以及保證措施

循環(huán)流化床鍋爐的非計(jì)劃被迫停爐的主要原因主要包括鍋爐部件的磨損、分離器的耐火材料出現(xiàn)問題、高溫膨脹節(jié)的故障。這3個(gè)方面的原因占到了循環(huán)流化床鍋爐被迫停爐次數(shù)的80%以上。此外，在一些條件下，輔機(jī)選擇不合適、檢修鍋爐部件逐漸和未被發(fā)現(xiàn)的磨損和裂縫、運(yùn)行錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)失誤，也是被迫停爐的原因。

3.1.2.1下爐膛過渡區(qū)的磨損：為了解決這一問題，一些公司開發(fā)了各式各樣的專利技術(shù)，如切渦片、踢出管設(shè)計(jì)等及其改進(jìn)設(shè)計(jì)，使得沿爐墻向下流動(dòng)的床料不會(huì)對(duì)過渡段的耐火材料造成磨損。

3.1.2.2"過熱器/再熱器的磨損：大容量循環(huán)流化床鍋爐在各種負(fù)荷下，都必須具有較高的燃燒效率和脫硫效果，因此鍋爐床溫應(yīng)有良好的變負(fù)荷特性，而采用外置換熱床可以起到這一作用。

3.1.2.3"控制再熱汽溫的調(diào)節(jié)擋板的磨損：再熱蒸汽旁路控制技術(shù)便是一個(gè)很好的選擇，即在初級(jí)再熱器冷端入口處布置一旁路連接至末級(jí)再熱器入口，通過冷熱再熱蒸汽的混合來調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度。

3.1.2.4"輔機(jī)選擇：影響循環(huán)流化床鍋爐可用率的主要輔機(jī)是燃料給料系統(tǒng);風(fēng)機(jī)/馬達(dá)以及包括冷渣器在內(nèi)的灰處理系統(tǒng)，應(yīng)盡量采用床下連續(xù)排渣、流化床冷渣器;另外三大風(fēng)機(jī)考慮合理的裕量系數(shù)。

3.2"熱力系統(tǒng)的保證措施

熱力系統(tǒng)可通過合理選擇進(jìn)口或國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)以及增加設(shè)備備用裕量來保證電廠可用率。

3.2.1"給水系統(tǒng)

給水系統(tǒng)高加設(shè)有旁路，當(dāng)任何一臺(tái)高壓加熱器故障時(shí)，高壓給水可通過旁路進(jìn)入鍋爐，機(jī)組仍然可以滿負(fù)荷運(yùn)行，高壓加熱器的切除不會(huì)影響機(jī)組的可用率。

3.2.2"凝結(jié)水系統(tǒng)

凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)100%或3臺(tái)50%容量凝結(jié)水泵，凝結(jié)泵的故障切除不會(huì)影響機(jī)組的可用率。低壓加熱器設(shè)有旁路，低加的切除也不會(huì)影響機(jī)組的可用率。

3.2.3汽輪機(jī)防進(jìn)水和冷蒸汽措施

按照ASME"TDP-2006的相關(guān)規(guī)定，優(yōu)化設(shè)計(jì)主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、抽汽管道、加熱器以及疏放水系統(tǒng)，防止水和冷蒸汽對(duì)汽輪機(jī)造成的損壞，提高機(jī)組運(yùn)行安全，保證電廠的可用率。

3.2.4"冷卻水系統(tǒng)

開、閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分別設(shè)置2臺(tái)100%容量開、閉式循環(huán)冷卻水泵，1運(yùn)1備;當(dāng)閉式循環(huán)冷卻水泵或開式循環(huán)冷卻水泵單臺(tái)故障時(shí)，不會(huì)影響機(jī)組的可用率。

3.3"儀表控制的保證措施

主熱力系統(tǒng)控制采用DCS控制。DCS關(guān)系到整個(gè)電廠的安全運(yùn)行，是保證電廠可用率達(dá)到95%的關(guān)鍵因素。DCS采用軟、硬件成熟可靠的產(chǎn)品，重要部件（控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)、電源等）采用冗余設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、控制器和IO分配采用風(fēng)險(xiǎn)分散原則，使控制系統(tǒng)內(nèi)部的單一故障不會(huì)引起運(yùn)行設(shè)備與備用設(shè)備同時(shí)停運(yùn)。同時(shí)，注意控制策略的優(yōu)化，減少機(jī)組因?yàn)榭刂茀?shù)不合理造成的系統(tǒng)波動(dòng)劇烈，從而保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。并在調(diào)試階段逐一核實(shí)確認(rèn)保護(hù)投入率100%、自動(dòng)投入率99%。通過上述硬、軟件措施確保分散控制系統(tǒng)DCS的可用率達(dá)到99.9%以上。

4"結(jié)論

國產(chǎn)設(shè)備可用率已經(jīng)可以達(dá)到95%，并隨著運(yùn)行維護(hù)水平的不斷提高，可用率逐年提高。盡管如此，在設(shè)計(jì)過程中，也仍然可以采取一些措施。

（1）循環(huán)流化床鍋爐無論在容量、效率和可用率方面，已可和煤粉爐相比。提高循環(huán)流化床鍋爐可用率的關(guān)鍵是鍋爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、輔機(jī)選型和運(yùn)行管理。

（2）熱力系統(tǒng)可通過合理選擇進(jìn)口或國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)以及增加設(shè)備備用裕量來保證電廠可用率。

（3）通過DCS硬件配置及軟件優(yōu)化組態(tài)確保分散控制系統(tǒng)DCS的可用率達(dá)到99.9%以上。

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作者簡(jiǎn)介：

陳琪"1987.06"女"漢"湖北省蘄春縣"碩士"工程師"研究方向：熱力系統(tǒng)