350 MW超临界供热机组辅机单列设计与应用

2022-01-03徐福海王文斌

黑龙江电力 2021年4期

徐福海，王文斌

(1.神华国华广投(柳州)发电公司，广西柳州 545600; 2.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)

0 引言

随着新能源发电机组的不断发展，传统火电机组的市场空间逐渐萎缩，加之燃煤价格不断上涨，火电厂基本处于亏损边缘，严峻形势逼迫火电厂降低发电成本、提高火电机组竞争力，扭转经营困境[1]。国华柳州电厂项目前期原设计重要辅机按照常规的一用一备传统双列设计，为了节约投资，降低厂用电率，减少运维成本，提高机组效率，将锅炉三大风机、空预器、汽动给水泵优化为单列设计布置[2-3]。为了保障发电和供热双重安全，对供热机组的单列设计布置提出更高的挑战和要求，必须在以往纯凝机组单列设计的基础上，采取更加先进可靠的技术管控措施。

1 背景

1.1 工程概况

国华柳州电厂2台350 MW热电联产新建工程，锅炉型号HG-1150/25.4-YM1，哈尔滨锅炉厂生产超临界变压直流燃煤锅炉，单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、Π型布置、全露天布置。

汽轮机型号CLN350/250-24.2/1.6/566/566，哈尔滨汽轮机厂制造，型式采用超临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、双抽汽凝汽式湿冷机组，中压缸旋转隔板控制中压抽汽量，单机最大供汽量400 t/h。

1.2 国内外单列设计应用

为提高机组运行经济性，节省投资，近年来各大发电集团陆续提出机组辅机单列配置的技术路线。由于电站辅机设计技术和加工制造水平的不断提升，辅机的可靠性也随着不断提高，为单列辅机布置在新机组的设计应用奠定了坚实的设备基础。

近年来国外陆续投产单列辅机配置的发电机组。比较典型的是6台800 MW德国RWE电厂项目、2台600 MW日本矶子电厂项目以及1台890 MW ENBW电厂项目。2002年4月发电运行的2台600 MW日本矶子电厂，运用一次风机、送风机、空预器单列设计配置。6台800 MW德国RWE电厂项目和1台890 MW ENBW电厂项目，锅炉全部采用送风机、引风机、一次风机、空预器单列配置，有效简化系统，为电厂日常运行维护创造了优势[4-5]。

而在我国，华能伊春350 MW机组和国电布连660 MW机组以及华能西宁350 MW机组，锅炉均采用一次风机、引风机、送风机、空预器单列设计配置。国内外这些工程实践为单列设计应用积累了大量宝贵经验[6]。

1.3 重要辅机可靠性分析

自20世纪90年代以来，随着设计、加工制造、安装调试技术的日益创新和逐步提高，电站辅机的可靠性也在不断提升，从图1可以看出，送风机、引风机和给水泵的等效可用系数逐年提高。鉴于大型辅机的可靠性已完全过关，为单列设计应用奠定了牢固基础。

图1 200 MW以上等级机组主要辅机等效可用系数

2 单列、双列方案对比分析

在工程的可研方案论证阶段，原则是锅炉三大风机(一次风机、送风机、引风机)、空气预热器、汽动给水泵和小汽轮机进行单双列设计布置对比，综合机务、电气、热工等专业，开展技术经济比较。

2.1 风机效率对比

风机单列设计布置后，由于系统简化、系统流程缩短，系统阻力损失降低，可以避免双列布置风机低负荷时“大马拉小车”和低负荷抢风[7]损失，并远离低负荷喘振点和低效区，风机始终运行在高效区，单列风机效率明显比双列设计提高，从表1可以看出，50%负荷时三大风机单列设计配置比双列配置降低功率5.12%。

表1 50%工况下的功率及效率

2.2 技术指标对比

从表2可以看出，小汽轮机从双列优化为单列后，汽机热耗直接降低约15 kJ/(kW·h)，当机组采用单列辅机设计配置后，机组的厂用电率比常规双列设计配置减少0.95%。汽机热耗和厂用电率等经济指标参数降低，累加使供电煤耗降低2.9 g/(kW·h)，产生非常好的节能经济效益。

表2 机组满负荷主要技术指

2.3 工程造价对比

采用辅机单列布置，所有设备均按全寿命设计，可有效减少机组冗余配置，大幅降低设备投资。机组采用送风机、引风机、一次风机、空预器、给水泵单列方案，与常规双列设计方案相比，2台机组合计降低工程造价2 640.72 万元，详见表3[8]。

表3 单双列布置综合投资比较表

2.4 日常运行维护费用对比

辅机单列配置能够降低机组厂用电率和供电煤耗，提高机组运行经济性，有效节约机组运行费用。同时由于设备数量减少一半，日常的维护备件耗材和人工都明显降低，二者合计，2台机组每年可节约运行维护费用115.99 万元，详见表4。

表4 单双列配置运行维护费用比较表

2.5 可靠性分析

根据风险概率数值模拟计算，在小于50%负荷工况下，双列辅机设计机组的可靠性概率从0.999 899 73下降到单列辅机设计的可靠性概率0.989 109 27，机组的可靠性概率减小1.07%，但机组在50%负荷工况下运行的几率微乎其微，因此这个可靠性概率下降是完全可以忽略和接受的。

而在大于50%负荷工况下，双列辅机设计机组的可靠性概率从0.978 337 14提高到单列辅机设计机组的可靠性概率0.988 812 53，机组可靠性概率上升1.05%。机组的安全可靠性提高的主要原因是单列辅机配置的机组设备减少、流程顺畅、系统简单、故障风险点减少，运行操作简单，人工误操作几率减小。这也正是单列设计反而超越双列设计的优势。

2.6 最终方案

经过多次设计优化，结合技术和经济分析对比，单列设计配置方案远优于双列方案。

最终确定工程设计方案采用单列设计配置，其技术路线为：锅炉一次风机、送风机、引风机、空气预热器、汽动给水泵和小汽轮机单列设计，取消脱硫增压风机，实施引风机和增压风机合一，见图2。汽动给水泵和小汽轮机采用100%容量、同轴布置、无备用电动给水泵[9]，见图3。

图2 单列设计风烟系统图

图3 单列设计给水系统图

3 提高可靠性措施

3.1 三大风机与国内其他单列项目对比

从表5可以看出，该工程风机本体和电动机采用国内广泛应用的国产成熟顶级品牌，在保证可靠性的同时进一步降低工程造价。

表5 不同电厂三大风机配置比较

3.2 三大风机优化配置

油站：送风机和一次风机采用动叶调节机构，配套复杂的液压调节系统。常规配置国产油站液压缸、伺服马达以及轴承箱等处的密封元件容易出现老化现象，经常发生油站部件内外漏，影响调节的灵敏度和精度，降低其调节机构的可靠性。虽然国产调节机构经过多次技术改进，但依然是故障相对集中的部位，而且国产液压元件存在质量不稳定的问题，从而降低风机的安全可靠性。原设计双列风机油站采用国产产品，液压油与润滑油站整体设计、油箱合并为一个。此次单列风机油站设计优化配置采用进口产品，液压油与润滑油站整体设计，油箱和油路各自独立，同时提高油站密封材料等级，改用更耐腐蚀的密封材料，杜绝渗漏点，提高油系统的安全可靠性。

三大风机轴承和变送器采用进口产品，测温装置从单只优化为双支。风机轴承测振装置原设计双列配置方案采用国产产品，每套含2个探头及1台就地监测仪。单列配置后，采用与主机一样标准的进口艾默生产品，含4个测振探头及1个键相探头。

3.3 给水泵设计优化配置

3.3.1 机务

1)给水泵芯包和机械密封以及最小流量阀从国产产品更改为进口产品，同时采用进口减速机。

2)前置泵进口单滤网布置：为了防止给水细小颗粒堵塞滤网导致给水泵停运，原设计前置泵进口滤网采用双滤网[10]。但此配置给水系统复杂，加大给水系统损失，降低泵组的运行经济性。因此，前置泵进口滤网优化设计为单滤网，给水系统简化、减小系统阻力损失，提升泵组经济性。

3.3.2 热控系统

常规双列配置采用2台差压型变送器测量给水泵流量，1台压力变送器测量给水泵入口压力；单列配置后给水泵流量测量改为3台进口差压变送器，给水泵入口压力测量采用3台进口压力变送器。给水入口压力、润滑油压、给水流量和排汽压力测量采用三冗余配置。

3.4 小汽轮机

3.4.1 小汽轮机与主机共用凝汽器

小汽轮机不单独配置凝汽器，排汽经过管道直接排进主机凝汽器，与常规的全容量给水泵组布置单独的凝汽器[11]比较，此次设计配置方案取消不必要设备配置，缩短排汽系统流程，减小排汽系统损失，提高可靠性和经济性，并降低设备投资。

3.4.2 热控系统

原双列配置方案MTSI安全监视仪表采用EPRO MMS6000；单列配置后MTSI安全监视仪表升级采用EMERSON CSI6500，采用双冗余电源供电方式。测振装置二重冗余，轴向位移二重冗余，调节汽门配备双支LVDT，配置双端万向节及安装支架；前后轴承及推力轴承安装双支三线制铂热电阻，小汽轮机前后径向轴承温度PT100各1支，推力瓦工作面2支，非工作面2支，独立引至本体接线盒。

3.5 空预器

原双列设计配置三分仓式空预器，三分仓分为一次风仓、烟气仓和二次风仓，漏风率设计保证值8%。单列配置后空预器优化升级为四分仓布置，见图4 。四风仓空预器较三风仓空预器在结构上有区别，通过减少风仓和烟仓压差，并采用柔性密封，漏风率设计保证值下降到4.5%，与三分仓比较，漏风率下降3.5%，按照漏风率每下降1%煤耗降低0.14 g/(kW·h)计算，四分仓设计煤耗降低0.49 g/(kW·h)，有效提高机组的经济性。

图4 三分仓和四分仓空预器机构图

3.6 提高管控等级

为了保证单列设备绝对安全可靠，避免单列设备问题造成机组非停，按照主机标准对所有单列配置辅机进行技术质量的升级管控，从每个环节严格把控质量，扩大和提高质检点范围和等级，充分发挥施工调试监理和驻厂监造代表的作用，当前工序验收不合格绝不允许进入后续工序。扩大金属监检和监督检查范围，第一时间发现小汽轮机前轴瓦面轻微裂纹、小汽轮机低压调速汽门螺栓硬度和材质不符合标准等缺陷。

4 应用效果

2014年10月29日开工，工程全部节点一次成优，一次启动并网成功，2台机组分别于2016年10月27日、2016年12月26日通过168试运后投产发电。4年来全部单列设备长周期安全可靠运行，无重大缺陷和问题，等效可用系数优于常规双列设计配置机组，实现单列设计既定的安全性和经济性目标，机组验收性能试验数据(见表6)表明各项技术指标全部优于设计值，2台机组与原双列设计保证值比较，空预器漏风率分别下降3.76%、3.85%，锅炉效率分别提高0.93%、0.84%，厂用电率分别下降2.44%、1.87%，供电煤耗分别下降5.08 g/(kW·h)、3.35 g/(kW·h)，创造了良好的经济效益和社会效益。