600MW等級機組主要輔機單列配置方案探討

況 波，段宗周

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050031)

600MW等級機組主要輔機單列配置方案探討

況 波，段宗周

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050031)

本文在總結試點工程BL電廠主要輔機單列配置設備選型情況的基礎上，對600MW等級機組電廠主要輔機單、雙列配置的設計制造能力、運行可靠性、綜合技術經濟性等方面進行了論證分析，并提出了相關的結論和建議，供業內同行參考。

單列配置；制造能力；技術經濟性；設備投資。

目前，歐洲尤其是德國，一方面大力發展高初參數、低終參數的大型超超臨界火力發電機組，向世界展示燃煤電站的嶄新形象和先進的燃煤發電技術；另一方面，也試圖在降低工程投資方面走出一條新路。近幾年來，在歐洲先后建成了一批主要輔機設備采用單列配置的800MW等級超超臨界機組，這些電廠汽輪機采用單個低壓缸，主要輔機設備如給水泵、空氣預熱器、一次風機、送風機、引風機均采用單列配置，設備投資大幅降低。然而在我國輔機單列配置方案，是一個值得研究和探討的問題。

1 國內外600MW等級火電機組主要輔機配置情況

對于汽動給水泵配置方案，國外已投運的600/1000MW等級機組中有2%×50%容量和1%×100%容量兩種配置方案，日本多采用2%×50%汽泵，歐洲多采用1%×100%汽泵，而美國以上兩種配置都有。在我國絕大多數電廠采用2×50%容量汽泵方案，僅有外高橋三期等少數電廠采用了1%×100%容量汽泵配置方案。

關于鍋爐輔機配置，日本早在1996年磯子電廠就已經采用鍋爐主要輔機單列配置方案，而德國更是大力推廣鍋爐輔機單列配置方案，并做了大量旨在提高發電廠效率的創新優化工作。但目前國內還沒有600MW等級機組采用單列配置的先例。

2 輔機單列配置試點工程BL電廠簡介

BL電廠建設2臺660MW超超臨界直接空冷機組，汽輪機為上海汽輪機有限公司采用SIEMENS技術生產的單軸、三缸二排汽、一次中間再熱超超臨界空冷汽輪機，主蒸汽壓力27MPa，主汽/再熱熱段蒸汽溫度600℃/600℃。主要輔機設備如汽動給水泵、空氣預熱器、一次風機、送風機、引風機均采用單列配置。該工程已于2010年4月開工，計劃于2012年年底投產發電。

3 國內外600MW等級火電機組單列配置輔機設備制造能力

3.1 給水泵

國外KSB水泵廠、蘇爾壽公司、荏原公司等都有600MW及以上等級機組配套的100%容量給水泵的投運業績；目前國內主要給水泵生產廠家均沒有600MW等級機組100%容量鍋爐給水泵的運行業績。

3.2 給水泵汽輪機

國外法國阿爾斯通、德國西門子、日本東芝及美國GE公司等都有滿足600MW等級及以上機組配套的給水泵汽輪機投運業績。阿爾斯通曾為外高橋三期2×1000MW機組提供1×100%容量給水泵汽輪機；西門子公司可生產5MW～120MW工業汽輪機；目前國內各主要給水泵汽輪機生產廠家還沒有600MW等級機組100%容量給水泵汽輪機的運行業績。

杭州汽輪機股份有限公司可采用西門子技術設計制造功率達27.5MW的WK型雙分流汽輪機，可以滿足600MW等級機組100%容量給水泵的驅動要求。目前該廠已有2臺660MW機組100%容量給水泵汽輪機的合同業績。

東方汽輪機廠、上海汽輪機有限公司目前正在開發600MW等級機組的100%容量給水泵汽輪機。可見在不久的將來，國內制造廠家完全可以提供滿足600MW等級及以上機組配套的100%容量給水泵汽輪機。

3.3 鍋爐風機

對于一次風機和送風機而言，國內主要電站風機制造廠均有設計、制造能力；但對于單列引風機而言，要求TB點風機出口容積流量在380000m3/h以上、風機直徑大于4m。從國外技術支持方提供的資料看，國內各廠均具備依托國外技術設計制造單列引風機的能力。

3.4 空氣預熱器

從BL電廠招標采購情況看，豪頓華工程有限公司、阿爾斯通技術服務(上海)有限公司、上海鍋爐廠有限公司、無錫巴克杜爾技術有限公司具備提供600MW等級鍋爐單列空氣預熱器的能力。

4 輔機單、雙列配置的技術經濟比較

4.1 汽動給水泵組的技術經濟比較

4.1.1 效率比較

根據各廠商提供的資料綜合分析，600MW等級機組1%×100%容量給水泵的效率比2%×50%容量給水泵高3%左右。

對于給水泵汽輪機，1%×100%容量給水泵汽輪機內效率稍高于2%×50%容量的內效率，在低負荷運行時效率優勢更加明顯。其中在THA工況下高0.1%；在75%負荷工況下高1.3%；在50%負荷工況下高2%。

4.1.2 初投資比較

100%容量給水泵按進口產品考慮， 2臺100%容量給水泵價格比4臺50%容量給水泵高1100萬元左右；給水泵汽輪機按國產設備考慮，2臺100%容量給水泵汽輪機比4臺50%容量給水泵汽輪機高600萬元左右。

2套100%容量汽動給水泵組價格比4套50%容量汽動給水泵組價格高1700萬元左右。

兩臺機組1%×100%容量汽動給水泵方案比2%×50%容量汽動給水泵方案的給水系統管道及閥門初投資減少170萬元左右。

綜合比較，2臺機組1×100%容量汽動給水泵方案和2×50%容量汽動給水泵方案相比，設備初投資增加1550萬元左右。

4.1.3 綜合比較

對于整套汽動給水泵組，1%×100%容量汽動給水泵效率較2%×50%容量汽動給水泵效率高3%左右，兩臺機組節約標煤1900噸/年左右，減排CO2約5000噸/年。因此，汽動給水泵組單列配置在節能減排方面優于雙列配置方案；從目前的設備造價水平來看，單列配置方案比雙列配置高1550萬元左右，在低煤價地區，其節能減排效益難以使高出的投資在合理年限內得到回收；但是在高煤價地區，節能減排效益就比較明顯，高出的投資可在合理年限內得到回收。

就給水系統的可靠性來講，當給水泵發生故障時，對于單臺100%容量的給水泵方案必須停機。為此建議在設備采購時應特別關注給水泵組及附屬設備的可靠性。根據外高橋三期工程經驗，單列配置給水系統的可靠性完全可以達到雙列配置的水平。

4.2 鍋爐三大風機和空預器的技術經濟比較

4.2.1 效率比較

一次風機：由于單列配置一次風機可以彌補雙列配置時壓頭大、流量小的不足，所以其效率高于雙列配置一次風機，在低負荷運行時效率優勢更加明顯。其中在THA工況下高0.5%；在75%負荷工況下高2.8%；在50%負荷工況下高3.4%。

送風機和引風機：單列配置送風機和引風機的效率與雙列配置風機效率基本相當。

空氣預熱器漏風率：由于空氣預熱器的漏風率與其周長有關，單列配置空氣預熱器的周長小于雙列配置空氣預熱器周長之和，所以單列配置空預器的漏風率低于雙列配置空預器。其保證值可以由雙列配置空預器的6%降到5%以下。

值得一提的是，如果鍋爐三大風機采用單列配置，空氣預熱器也應采用單列配置方案。

4.2.2 初投資比較

根據BL電廠設備招標結果，兩臺機組單列配置一次風機比雙列配置價格低121萬元；兩臺機組單列配置送風機比雙列配置價格低22萬元；兩臺機組單列配置引風機比雙列配置價格低148萬元；兩臺機組單列配置三大風機比雙列配置價格合計低281萬元。

兩臺鍋爐單列配置空氣預熱器的價格比雙列配置低1420萬元。

2臺600MW等級機組鍋爐采用單列配置空預器、三大風機合計降低設備造價1800萬元左右。

4.2.3 綜合比較

從機組運行的經濟性方面講，鍋爐輔機單列配置方案空預器、一次風機的漏風率和效率優于雙列配置方案；單列配置送風機和引風機的效率與雙列配置風機基本相當。值得一提的是當機組在低于50%的額定負荷運行時，雙列配置方案風機單側運行并不能達到節約用電的目的，這一點可以通過外高橋二期、東勝熱電廠、大同電廠三期的單側運行實驗結果得到驗證，究其原因是單側運行時風機流量大壓頭小，運行工況嚴重偏離風機高效區，效率下降非常明顯。

從設備造價方面講，2臺600MW等級機組鍋爐單列配置空預器、三大風機合計降低1800萬元左右，優勢明顯。

鍋爐輔機單列配置方案簡化了煙風系統，取消了聯絡風道，減少了擋板和風門數量，檢修維護工作量大大減小，且不存在兩臺風機在低負荷時發生“搶風”現象，也避免了2臺風機并列操作帶來的風險。

但鍋爐輔機單列配置在國內尚無先例，目前業內對鍋爐輔機單列配置的可靠性問題以及對機組造成的影響普遍比較關注，諸如：輔機故障造成的“非停”次數有可能會增加、機組啟停次數增加會影響機組壽命、輔機檢修只能在停機時進行、電網調度部門可能會開出高額罰單等等。因此，建議在現階段應重點加強試點工程實施過程的跟蹤、分析、總結等管理工作，取得成功經驗后推廣。

5 輔機單列配置運行保護控制相關技術

5.1 輔機單列配置對保護控制要求

輔機單列配置減少了設備數量，引風機進、出口和送風機出口均取消了擋板或風門，煙風系統大大簡化。但輔機單列配置以后單臺設備故障會造成機組停機。因此，輔機單列配置對運行、保護及控制提出了更高的要求。

5.2 輔機單列配置運行保護控制策略

輔機單列配置以后其控制策略如機組MFT生成條件、三大風機、空預器、給水泵組的快速減負荷功能等，必須做較大修改。

風機控制系統不再考慮左右側煙風系統的相互影響和平衡調節方案，也不需設計風機啟動和停運過程交叉隔離煙風通道的邏輯控制系統。取消了三大風機、鍋爐給水泵汽輪機的RB邏輯，僅保留磨煤機跳閘RB功能。通過調節引風機入口動葉來實現爐膛壓力穩定。

5.3 輔機單列配置保護控制系統采取的優化措施

為滿足輔機單列配置方案對運行保護和控制技術提出的高可靠性要求，建議采取以下主要措施：

(1)適度增加儀控設備的進口范圍，對國產設備嚴格要求采用優質產品。

(2)在一次檢測儀表設備的配置上，增加冗余度。盡量采用三冗余配置。

(3)在系統測點配置上適當增加輔助測點和設備，做為保護和監視的輔助手段。

(4)遵循熱工保護系統 “獨立性”原則，做好保護控制設計。

(5)適當增大動調執行機構的力矩裕量。

(6)風機油站動力電源采用雙電源，并可在運行中實現切換。

(7)要求液壓油站停運后，動葉能夠在半小時甚至更長時間內保位，潤滑油失去后能在較長時間內繼續運行，取消風機和電機的斷油停機保護。

6 輔機單列配置對廠用電系統的影響

輔機單列配置后，單個電機的容量增加一倍，需要考慮電機啟動時廠用電母線電壓水平和短路電流水平。

經計算，當引風機與脫硫增壓風機合并設置時，引風機電動機功率將達10000kW以上，必須采用10kV電壓等級的開關設備，但其短路水平可降到40kA。經核算10kV、40kA與6kV、50kA兩個電壓等級的設備造價水平基本相當。

7 結論及建議

(1)600MW等級機組工程采用1%×100%容量汽動給水泵方案是可行的。

(2)采用1%×100%容量汽動給水泵和鍋爐主要輔機單列配置方案時，建議在設備采購時選用優質、高可靠性的設備。

(3)鍋爐輔機單列配置在國內尚無先例，因此，是否采用鍋爐輔機單列配置方案應根據項目特點、機組在區域電網中的作用和地位并結合輔機設備調研和選型情況綜合考慮。

(4)積極爭取電網調度方式由調機改為調廠，這樣既可以達到節能減排目的，也可以為今后建設鍋爐輔機單列配置的電廠創造條件。

[1]GB50660—2011，大中型火力發電廠設計規范[S]．

Discussion on Single Row Con fi guration Scheme of Main Auxiliary System in 600MW Power Plant

KUANG Bo，DUAN Zong-zhou
(Hebei Electric Power Research & Design Institute，Shijiazhuang 050031，China)

Based on the summarization about selection of main auxiliary equipment with single row con fi guration in BL power plant pilot project, this article demonstrates and analyzes the auxiliary equipment with single and double row con fi guration in 600MW power plant, in terms of design and manufacture capability, operation reliability and comprehensive technical economy, and puts forward relevant conclusions and recommendations for reference.

single row con fi guration; manufacturing capacity; technical economy; equipement investment.

TM621

B

1671-9913(2012)02-0034-04

2012-04-28

況波(1967- )，男，河南南陽人，高級工程師，設計總工程師。