IGCC系統發電設備可靠性分析

崔丕桓

（華能（天津）煤氣化發電有限公司，天津 300452）

現階段燃煤發電帶來了嚴重的環境問題，潔凈的煤發電技術成為有益選擇。IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整體煤氣化聯合循環發電系統是把潔凈的煤氣化技術與高效的燃氣—蒸汽聯合循環發電系統結合起來。既有高發電效率，又有極好的環保性能，是一種有發展前景的潔凈煤發電技術。華能天津IGCC是我國第一個IGCC電廠，技術是華能集團應對目前電力市場形勢選擇的世界先進水平的潔凈煤發電技術。

目前國家能源局電力可靠性中心沒有適合IGCC電廠的可靠性統計規程，而相關電力行業檢修標準不包含IGCC系統。本文主要對IGCC電廠可靠性特征量進行分析，找出系統薄弱環節，重點攻關，提高系統可靠性。同時，分析IGCC系統的可靠性數據，構建出IGCC可靠性增長模型，找出檢修時間與等效可用系數之間的初步關系，確定合適的檢修時間，指導狀態檢修。通過控制IGCC機組的可靠性，實現機組長周期安全高效運行。

1 現役天津IGCC可靠性系統劃分

1.1 可靠性定義

在規定的時間內，規定的條件下，完成規定功能的能力。

1.2 IGCC系統簡介（如圖1）

IGCC機組系統復雜，流程長，為便于可靠性分析，找出系統薄弱環節，必然要從系統角度對IGCC機組進行子系統劃分。天津IGCC分為空分系統、氣化及凈化系統、燃機輪機系統、余熱鍋爐系統、汽輪機系統如圖1所示。

圖1 天津IGCC流程圖示意圖

1.3 IGCC狀態劃分（如圖2）

圖2 狀態劃分圖

可用：設備處于能夠執行預定功能的狀態，而不論其是否在運行，也不論其能夠提供多少出力?？捎脿顟B包含運行和備用。

運行：對于機組，指發電機在電氣上處于聯接到電力系統工作（包括試運行）的狀態，可以是全出力運行，計劃或非計劃降低出力運行。

備用：設備處于可用，但不在運行狀態。對于機組，備用可分為全出力備用、計劃或非計劃降低出力備用。

不可用：設備不論由于何種原因處于不能運行或備用的狀態。不可用狀態分為計劃和非計劃停運。

計劃停運：機組或輔助設備處于計劃檢修期內的狀態（包括進行檢查、試驗、技術改造等）。計劃停運應是事先有進度安排，并有既定期限，分為大修、小修、節日檢修和公用系統計劃檢修三類。

非計劃停運：機組處于不可用狀態，但不是計劃停運。

2 天津IGCC可靠性數據統計

基于現場數據按上述規則統計天津IGCC電站2013～2016年可靠性數據結果如表1～3。

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通過以上分析，天津IGCC隨著投產以來，通過各系統分析，影響IGCC可靠性因素為氣化爐及低熱值燃機系統。通過3年的治理，天津IGCC可靠性水平有了長足的進步，尤其是2014年、2015年、2016年可靠性水平趨于平穩，IGCC系統已經進入穩定期。

3 穩定期IGCC系統計劃檢修與可靠性關系

天津IGCC經過近年來的治理，已經趨于穩定，找到關于計劃檢修時間與等效可用系數之間的關系，對于天津IGCC制定年度檢修計劃及控制可靠性指標有指導意義，對于保障機組安全經濟運行有積極作用。

3.1 檢修系數的計算公式

發電機組的等效可用系數EAF是評價發電機組可靠性主要指標之一，其計算公式：

式中：tAH——可用小時，為運行小時和備用小時之和；

tED——等效降低出力小時數；

tPH——統計期間小時數；

tPH= tAH+tUH=tAH+tUO+tPO；

tPO——計劃停運小時數；

tUH——不可用小時數；

tUH=tUO+tPO；

tUO——非計劃停運小時數。

對于天津IGCC來說，單臺機組的等效可用系數在有安排較長時間計劃檢修的年份EAF比較小，在安排較短的計劃檢修年份EAF較大，但安排了較長時間計劃檢修后，機組的可靠性得到了提升，而如何選取計劃檢修時間與EAF形成了一對矛盾，選取合適的計劃檢修時間使得EAF處于可接受范圍顯得至關重要。

引入檢修系數λ來表示天津IGCC扣除計劃停運等效可用系數EAP的變化規律，其計算公式為：

λ與等效可用系數的關系如下：

對于天津IGCC機組EAP在不同年份有不同的數值，是年份的ti的函數，在ti年的檢修系數λi可表示為：

經實際可靠性統計數據的檢驗和驗證，文獻[10～12]提出的檢修系數符合冪函數的數學模型，冪函數的數學模型能夠較好地擬合發電機組的運行可靠性數據。在天津IGCC可靠性預測中，發電機組檢修系數變化規律λt的數學模型采用冪函數表示為：

式中：t——發電機組的運行年數；

λ( t)——發電機組的檢修系數；

η——尺度參數；

m——增長系數。

3.2 基于現場數據進行2017年可靠性數據預測

由于λ(t)為冪函數，可以采用非線性回歸方法確定可靠性監控數學模型的待定參數。采用最小二乘法來確定式子中參數m和η。根據2014～2016年得出天津IGCC系統的三組觀測值數據,并根據2017年計劃檢修時間，預測2017年等效可用系數，計算數據如表4。

表4 2017年等效可用系數預測

2017年預測與實際差距為0.006%，差距不大。

表5

3.3 預測2018年計劃停運時間（檢修時間）與等效可用系數的關系（表5）

4 結語

（1）等效可用系數2013～2014年非計劃停運次數較高，由于IGCC系統投產初期，系統運行不穩定，主要集中在氣化爐系統及低熱值燃機系統，隨著針對氣化爐系統及低熱值燃機系統的技術攻關，等效可用系數逐步提高。但由于系統投運初期，機組的穩定運行水平較差，個別系統影響整體可靠性的權重較大，時間較長，因此在2013～2014年主要解決氣化爐穩定及燃機系統穩定性問題。

通過解決影響機組可靠性關鍵因素，可以大幅提高機組可靠性水平。

（2）通過預測2017年結果來看差距極小，當以后發生意外事件時，可以剔除當年數據，重新預測，能夠提高預測準確性。

（3）通過2014～2016年穩定期數據，利用現代可靠性理論找出計劃檢修時間與等效可用系數之間的關系，指導電廠根據電力市場等外部因素，進行檢修計劃的制定，同時使等效可用系數受控。

（4）可靠性分析是以可靠性為中心的檢修基礎，可靠性為中心的檢修本質上是一套融故障檢修，定期檢修本質上是一套融合故障檢修，定期檢修，狀態檢修，改進性檢修為一體的優化的綜合檢修模式，以實現提高設備可靠性，減少生產和維修費用的目標。通過可靠性預測，能夠科學的制定檢修計劃，對經濟檢修有重要意義。

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