提高锅炉单列辅机可靠性研究

石才由 神华国华广投柳州发电有限责任公司

0 引言

早在上世纪90年代初期，为了追求机组的最佳性价比，日本和德国等发达国家设计并建造了一批辅机单列布置的火力发电机组，其中最具代表性的电厂有：日本矶子电厂（2×600MW）、德国RWE公司的6×800MW工程和ENBW公司1×890MW工程。日本矶子电厂锅炉送风机、一次风机、空预器采用单列布置，而引风机采用双列布置；德国RWE公司的6×800MW工程和ENBW公司1×890MW工程的锅炉送风机、引风机、一次风机、空预器均采用单列布置。

国内随着煤炭等一次能源价格上涨和火电厂利用小时数的大幅度减少，火电厂的经济效益被大幅压缩，这就要求各火电厂要不断提高发电效率和降低厂用电率。国内目前已陆续投运多个单列辅机电厂，国电建投内蒙古能源有限公司布连电厂（以下简称布连电厂）2×660MW超超临界燃煤空冷机组是目前国内最高等级的主要辅机单列布置的机组，于2013年7月投入运行。华能洛阳热电有限责任公司（以下简称洛阳电厂）二期工程2×350MW也采用辅机单列布置，于2015年8月投入运行。黑龙江省华能伊春热电有限公司（以下简称伊春电厂）一期2×350MW同样采用辅机单列布置，两台机组分别于2015年9月和11月投入运行。神华国华广投（柳州）发电有限责任公司（以下简称柳州电厂）的2×350MW主要辅机单列布置机组分别于2016年10月和12月投入运行。

柳州电厂是哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主开发设计、制造的具有自主知识产权的超临界350MW锅炉。本锅炉采用π型布置，单炉膛，尾部双烟道，全钢架，悬吊结构，燃烧器前后墙布置、对冲燃烧。炉膛断面尺寸为15.287m宽、13.217m深，水平烟道深度为4.747m，尾部前烟道深度为5.98m，尾部后烟道深度为6.90m，水冷壁下集箱标高为6.5m，顶棚管标高为61.0m。

锅炉的主汽系统以内置式启动分离器为界设计成双流程，从冷灰斗进口一直到标高41.005m的中间混合集箱之间为螺旋管圈水冷壁，再连接至炉膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊挂管，然后经下降管引入折焰角、水平烟道底包墙和水平烟道侧墙，再引入汽水分离器。再热器系统分为低温再热器和高温再热器两段布置，中间无集箱连接，低温再热器布置于尾部双烟道中的前部烟道，高温再热器布置于水平烟道中逆、顺流混合与烟气换热。水冷壁为全膜式焊接水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管屏，上部水冷壁为垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏的过渡点在标高41.005m处，转换比为1：3。锅炉的启动系统为不带再循环泵的大气扩容式启动系统，内置式启动分离器布置在锅炉的前部上方，其进口为水平烟道侧墙出口和水平烟道对流管束出口连接管，下部与贮水箱相连。过热器主要采用煤水比调温，并设两级喷水减温器。制粉系统采用五台中速磨（设计煤种4运1备），正压直吹式冷一次风机制粉系统，每台磨煤机供布置于前墙和后墙同一层的燃烧器，前墙布置2层后墙3层，每层布置4只。在煤粉燃烧器的上方前、后墙各布置2层燃烬风，每层有4只风口。

1 主要辅机单列布置的优缺点

1.1 主要辅机单列布置的优点

主要辅机单列布置，具有初期投资少，运行维护费用低的优点。如柳州电厂在综合投资比较方面，两台机组单列辅机可以比双列辅机布置节约初投资费用约2640.72万元，使用可靠性高的进口设备，则可以比双列辅机布置节约初投资费用约1748.53万元。在运行检修费用综合比较方面，单列比双列布置两台机组节约费用115.99万元。布连电厂的实际数据也表明，单列辅机布置的单台锅炉每年可节约辅机运行、设备维护、辅机检修等费用共计99.7万元。主要辅机单列布置，还具有设备简洁、布置方便、流程顺畅、系统简单、控制部件少、运行操作简单等优点。

1.2 主要辅机单列布置的缺点

在运行安全性和灵活性方面不及双列布置机组，而保证机组稳定运行不仅是辅机单列布置的关键问题，同时也是电力工程界争议的焦点。通过表1可以看出送风机、引风机、给水泵的可用系数国产设备均高于进口设备，但仍有约6%的停运概率，且任意一台单列主要辅机停运便会造成机组停运，造成较大的经济损失。

表1 2009年300MW等级容量的送风机、引风机、给水泵的主要可靠性指标

2 提高辅机单列布置锅炉稳定性的措施

辅机单列布置的设备主要在锅炉，包括三大风机和空预器，而给水泵在投入运行后也处在锅炉专业的直接管辖下，这五大辅机只要任意一台停运便会造成锅炉MFT，影响机组的安全性和经济性。为了保证单列辅机的可靠性，通过结合已投运电厂的经验和专家组的有关意见和建议，同时结合机组投产两年以来的经验，从如下5个方面采取应对措施。

2.1 初设阶段

单列风机优化了风烟挡板及联络挡板，可以有效减少故障率，系统简化，阻力降低。单列辅机设备就地增加监视测点，重要测点全部采用3取2，避免出现单点保护，增加可靠性。电气方面对单列辅机电源进行A、B段负荷的分配优化。

在单列风机油泵MCC中配置延时继电器，电压瞬时突降时，3s内电源恢复后，可保持电动机运行，不进需要重新启动。

2.2 设备采购

通过参观调研，选择投运单列设备中运行比较可靠的辅机厂产品。重视单列辅机附属产品质量，如风机的油站、风机的电机、热工设备等。选用质量可靠、设计合理、维护方便的产品，尽量选用可靠的进口设备。

2.3 基建安装

（1）做好单列风机、空预器基础的质量验收，同时做防雨、挡风设计。

（2）做好动叶执行机构连杆的安装及全行程对中、角度调整工作，避免部分点位蹩力。

（3）做好防止电动机出线盒压接与出线孔摩擦的情况，并核实电机的裕量。检查空预器吹灰器内部支撑架，防止运行中脱落。

2.4 设备调试

（1）在DCS组态中做好单列辅机(如油压、液位、振动轴承温度等)的报警设置及分级。

（2）调试时配合试验单位做好单列设备的调试工作及性能试验工作。

（3）调试过程中，要求单体调试和系统调试中所有的热工保护100%投入、所有热工测点100%投入，阀门及逻辑保护传动100%完成。

（4）调试阶段，重点对空预器热态的各间隙进行调整，根据调研情况，单列空预器出故障的概率较高。通过调试期间的大负荷参数对比分析，不断优化空预器各处间隙。

2.5 生产期

认真执行设备定期试验制度，如定期开展油质监督、定期开展油泵切换。机组停备期间要全面检查二次接线及电机定期测绝缘。

根据投产后的实际情况，对空预器电流波动、风机振动、溢流阀卡涩等问题进行了分析处理，提高了设备可靠性。

3 结论

通过结合已投运电厂的经验和专家组的有关意见和建议，从电厂初设、设备采购、基建安装、基建调试和生产期5个方面提出了提高辅机单列布置锅炉稳定性的措施，降低了主要辅机单列布置应用锅炉缺点的影响力，使单列辅机应用锅炉具有更明显的竞争优势。柳州电厂投产两年多以来，未发生由于单列设备故障导致的机组停运，保证了机组投产后的长周期稳定运行。