提高鍋爐單列輔機可靠性研究

石才由 神華國華廣投柳州發電有限責任公司

0 引言

早在上世紀90年代初期，為了追求機組的最佳性價比，日本和德國等發達國家設計并建造了一批輔機單列布置的火力發電機組，其中最具代表性的電廠有：日本磯子電廠（2×600MW）、德國RWE公司的6×800MW工程和ENBW公司1×890MW工程。日本磯子電廠鍋爐送風機、一次風機、空預器采用單列布置，而引風機采用雙列布置；德國RWE公司的6×800MW工程和ENBW公司1×890MW工程的鍋爐送風機、引風機、一次風機、空預器均采用單列布置。

國內隨著煤炭等一次能源價格上漲和火電廠利用小時數的大幅度減少，火電廠的經濟效益被大幅壓縮，這就要求各火電廠要不斷提高發電效率和降低廠用電率。國內目前已陸續投運多個單列輔機電廠，國電建投內蒙古能源有限公司布連電廠（以下簡稱布連電廠）2×660MW超超臨界燃煤空冷機組是目前國內最高等級的主要輔機單列布置的機組，于2013年7月投入運行。華能洛陽熱電有限責任公司（以下簡稱洛陽電廠）二期工程2×350MW也采用輔機單列布置，于2015年8月投入運行。黑龍江省華能伊春熱電有限公司（以下簡稱伊春電廠）一期2×350MW同樣采用輔機單列布置，兩臺機組分別于2015年9月和11月投入運行。神華國華廣投（柳州）發電有限責任公司（以下簡稱柳州電廠）的2×350MW主要輔機單列布置機組分別于2016年10月和12月投入運行。

柳州電廠是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司自主開發設計、制造的具有自主知識產權的超臨界350MW鍋爐。本鍋爐采用π型布置，單爐膛，尾部雙煙道，全鋼架，懸吊結構，燃燒器前后墻布置、對沖燃燒。爐膛斷面尺寸為15.287m寬、13.217m深，水平煙道深度為4.747m，尾部前煙道深度為5.98m，尾部后煙道深度為6.90m，水冷壁下集箱標高為6.5m，頂棚管標高為61.0m。

鍋爐的主汽系統以內置式啟動分離器為界設計成雙流程，從冷灰斗進口一直到標高41.005m的中間混合集箱之間為螺旋管圈水冷壁，再連接至爐膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊掛管，然后經下降管引入折焰角、水平煙道底包墻和水平煙道側墻，再引入汽水分離器。再熱器系統分為低溫再熱器和高溫再熱器兩段布置，中間無集箱連接，低溫再熱器布置于尾部雙煙道中的前部煙道，高溫再熱器布置于水平煙道中逆、順流混合與煙氣換熱。水冷壁為全膜式焊接水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管屏，上部水冷壁為垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏的過渡點在標高41.005m處，轉換比為1：3。鍋爐的啟動系統為不帶再循環泵的大氣擴容式啟動系統，內置式啟動分離器布置在鍋爐的前部上方，其進口為水平煙道側墻出口和水平煙道對流管束出口連接管，下部與貯水箱相連。過熱器主要采用煤水比調溫，并設兩級噴水減溫器。制粉系統采用五臺中速磨（設計煤種4運1備），正壓直吹式冷一次風機制粉系統，每臺磨煤機供布置于前墻和后墻同一層的燃燒器，前墻布置2層后墻3層，每層布置4只。在煤粉燃燒器的上方前、后墻各布置2層燃燼風，每層有4只風口。

1 主要輔機單列布置的優缺點

1.1 主要輔機單列布置的優點

主要輔機單列布置，具有初期投資少，運行維護費用低的優點。如柳州電廠在綜合投資比較方面，兩臺機組單列輔機可以比雙列輔機布置節約初投資費用約2640.72萬元，使用可靠性高的進口設備，則可以比雙列輔機布置節約初投資費用約1748.53萬元。在運行檢修費用綜合比較方面，單列比雙列布置兩臺機組節約費用115.99萬元。布連電廠的實際數據也表明，單列輔機布置的單臺鍋爐每年可節約輔機運行、設備維護、輔機檢修等費用共計99.7萬元。主要輔機單列布置，還具有設備簡潔、布置方便、流程順暢、系統簡單、控制部件少、運行操作簡單等優點。

1.2 主要輔機單列布置的缺點

在運行安全性和靈活性方面不及雙列布置機組，而保證機組穩定運行不僅是輔機單列布置的關鍵問題，同時也是電力工程界爭議的焦點。通過表1可以看出送風機、引風機、給水泵的可用系數國產設備均高于進口設備，但仍有約6%的停運概率，且任意一臺單列主要輔機停運便會造成機組停運，造成較大的經濟損失。

表1 2009年300MW等級容量的送風機、引風機、給水泵的主要可靠性指標

2 提高輔機單列布置鍋爐穩定性的措施

輔機單列布置的設備主要在鍋爐，包括三大風機和空預器，而給水泵在投入運行后也處在鍋爐專業的直接管轄下，這五大輔機只要任意一臺停運便會造成鍋爐MFT，影響機組的安全性和經濟性。為了保證單列輔機的可靠性，通過結合已投運電廠的經驗和專家組的有關意見和建議，同時結合機組投產兩年以來的經驗，從如下5個方面采取應對措施。

2.1 初設階段

單列風機優化了風煙擋板及聯絡擋板，可以有效減少故障率，系統簡化，阻力降低。單列輔機設備就地增加監視測點，重要測點全部采用3取2，避免出現單點保護，增加可靠性。電氣方面對單列輔機電源進行A、B段負荷的分配優化。

在單列風機油泵MCC中配置延時繼電器，電壓瞬時突降時，3s內電源恢復后，可保持電動機運行，不進需要重新啟動。

2.2 設備采購

通過參觀調研，選擇投運單列設備中運行比較可靠的輔機廠產品。重視單列輔機附屬產品質量，如風機的油站、風機的電機、熱工設備等。選用質量可靠、設計合理、維護方便的產品，盡量選用可靠的進口設備。

2.3 基建安裝

（1）做好單列風機、空預器基礎的質量驗收，同時做防雨、擋風設計。

（2）做好動葉執行機構連桿的安裝及全行程對中、角度調整工作，避免部分點位蹩力。

（3）做好防止電動機出線盒壓接與出線孔摩擦的情況，并核實電機的裕量。檢查空預器吹灰器內部支撐架，防止運行中脫落。

2.4 設備調試

（1）在DCS組態中做好單列輔機(如油壓、液位、振動軸承溫度等)的報警設置及分級。

（2）調試時配合試驗單位做好單列設備的調試工作及性能試驗工作。

（3）調試過程中，要求單體調試和系統調試中所有的熱工保護100%投入、所有熱工測點100%投入，閥門及邏輯保護傳動100%完成。

（4）調試階段，重點對空預器熱態的各間隙進行調整，根據調研情況，單列空預器出故障的概率較高。通過調試期間的大負荷參數對比分析，不斷優化空預器各處間隙。

2.5 生產期

認真執行設備定期試驗制度，如定期開展油質監督、定期開展油泵切換。機組停備期間要全面檢查二次接線及電機定期測絕緣。

根據投產后的實際情況，對空預器電流波動、風機振動、溢流閥卡澀等問題進行了分析處理，提高了設備可靠性。

3 結論

通過結合已投運電廠的經驗和專家組的有關意見和建議，從電廠初設、設備采購、基建安裝、基建調試和生產期5個方面提出了提高輔機單列布置鍋爐穩定性的措施，降低了主要輔機單列布置應用鍋爐缺點的影響力，使單列輔機應用鍋爐具有更明顯的競爭優勢。柳州電廠投產兩年多以來，未發生由于單列設備故障導致的機組停運，保證了機組投產后的長周期穩定運行。