600MW超臨界循環流化床機組可用率分析

摘要：根據國產機組的設備可靠行數據，國產機組的可用系數已經可以達到95%，并隨著運行維護水平的不斷提高，加強管理，可用率逐年提高。同時，本文也從設計的角度，提出了在CFB鍋爐、熱力系統、儀表控制等方面保證可用系數的措施，從而保證機組的可用系數可達95%以上。

關鍵詞：可用系數;循環流化床;600MW機組

目前國內電力投資和建設企業紛紛進軍海外，開拓電力市場。而對于一些電網容量較小的國家而言，合同中往往對于機組的可靠性以及利用率提出了很高的要求，從商業利潤的角度出發，甚至要求機組的利用小時大于6500h，遠超國內的常規水平。如果燃料采用低熱值煤，那么對于機組可靠性的要求將更為苛刻。下面，本文就600MW循環流化床超臨界機組的可用率進行分析研究。

1"電廠可用率指標

1.1"電廠設備可靠性評價指標

電廠設備可靠性評價指標主要有：可用系數（AF）、等效可用系數（EAF）、運行系數（SF）、計劃停運系數（POF）、非計劃停運系數（UOF）、非計劃停用率（UOR）等。上述指標分別定義如下：

可用系數（AF）=（可用小時數AH）/（統計期間小時數PH）x"100%;其中可用小時數AH=運行小時數SH+備用小時數RH;

等效可用系數（EAF）=（可用小時數AH-降出力等效停運小時數EUDH）/（統計期間小時數PH）x"100%;

運行系數（SF）=（運行小時數SH）/（統計期間小時數PH）x"100%;

計劃停運系數（POF）=（計劃停運小時數POH）/（統計期間小時數PH）x"100%;

1.2"影響指標的主要因素

可以看出，影響可用系數的主要因素為機組系統和設備的可靠性，只與設計、設備制造和運行維護水平有關，而與電網需求無關;影響等效可用系數、運行系數和計劃停運系數的主要因素除機組系統和設備的可靠性外，還與電網用電需求直接相關。

按照機組年利用小時數6500h考慮，機組長期處于高負荷或滿發狀態，機組運行小時約為7000h。因此，若可用系數按95%考慮，扣除機組檢修時間后，可滿足機組運行要求。

2"國內火電機組可靠性情況

2.1"國內火電機組運行可靠性近況

2013年，各地區100MW及以上容量火電機組運行可靠性指標見下表：

表2-1"""""2013年各地區100MW及以上容量火電機組運行可靠性指標

統計臺數（臺）

平均容量（MW/臺）

每千瓦裝機發電量（MWh/kW）

運行系數（%）

等效可用系數（%）

非計劃停運次數（次/臺年）

1660

379.54

5.24

80.45

91.84

0.54

2.2"國內主要輔機運行可靠性近況

2013年200MW及以上容量火電機組主要輔助設備運行可靠性指標如下：

表2-2"""""2013火電機組主要輔助設備運行可靠性

輔助設備

分類

統計臺數（臺）

運行系數（%）

可用系數（%）

計劃停運系數（%）

非計劃停運系數（%）

非計劃停運率（%）

磨煤機

5242

65.02

92.46

7.41

0.13

0.2

給水泵組

1765

77.67

93.81

6.15

0.04

0.05

送風機

1789

77.12

93.83

6.16

0.02

0.02

引風機

2647

76.75

93.75

6.09

0.15

0.2

高壓加熱器

4102

61.06

92.95

6.82

0.23

0.38

2.3"國內電廠可用率現狀分析

從表2-1，表2-2可以看出，各地區機組的等效可用系數均在90%以上，并未達到95%，但其非計劃停運系數非常低，考慮到國內機組經常處于降負荷運行狀態，可以斷定其等效可用系數的降低是受電網用電需求的影響，即機組降負荷調峰造成的主機降低出力等效停運小時數增加。因此機組的可靠性并不存在問題，可用率應在95%以上。另外，隨著運行維護水平的不斷提高，加強管理，可用率會逐年提高。

3""保證電廠可用率的設計措施

目前，國產設備的可用率已經可以滿足機組的要求，提高電廠運行人員的運行維護水平也是影響電廠可用率的關鍵因素。盡管如此，在設計過程中，也仍然可以采取一些措施，進一步保證電廠的可用率達到95%以上。

3.1"CFB鍋爐的保證措施

3.1.1"CFB鍋爐運行可用率概況

由于循環流化床鍋爐的特殊固有優點，即燃料的適應性和良好的環保特性，經過30"多年的發展和應用，現在循環流化床鍋爐無論在容量、效率和可用率方面，均已達到了電站鍋爐要求的水平。例如，國內600"MW等級的流化床鍋爐已投入運行了2年，;循環流化床鍋爐的效率可達90"%以上;而循環流化床鍋爐的可用率也早已可達95%以上。

3.1.2"CFB鍋爐運行可用率的影響因素以及保證措施

循環流化床鍋爐的非計劃被迫停爐的主要原因主要包括鍋爐部件的磨損、分離器的耐火材料出現問題、高溫膨脹節的故障。這3個方面的原因占到了循環流化床鍋爐被迫停爐次數的80%以上。此外，在一些條件下，輔機選擇不合適、檢修鍋爐部件逐漸和未被發現的磨損和裂縫、運行錯誤、設計失誤，也是被迫停爐的原因。

3.1.2.1下爐膛過渡區的磨損：為了解決這一問題，一些公司開發了各式各樣的專利技術，如切渦片、踢出管設計等及其改進設計，使得沿爐墻向下流動的床料不會對過渡段的耐火材料造成磨損。

3.1.2.2"過熱器/再熱器的磨損：大容量循環流化床鍋爐在各種負荷下，都必須具有較高的燃燒效率和脫硫效果，因此鍋爐床溫應有良好的變負荷特性，而采用外置換熱床可以起到這一作用。

3.1.2.3"控制再熱汽溫的調節擋板的磨損：再熱蒸汽旁路控制技術便是一個很好的選擇，即在初級再熱器冷端入口處布置一旁路連接至末級再熱器入口，通過冷熱再熱蒸汽的混合來調節再熱蒸汽溫度。

3.1.2.4"輔機選擇：影響循環流化床鍋爐可用率的主要輔機是燃料給料系統;風機/馬達以及包括冷渣器在內的灰處理系統，應盡量采用床下連續排渣、流化床冷渣器;另外三大風機考慮合理的裕量系數。

3.2"熱力系統的保證措施

熱力系統可通過合理選擇進口或國產優質設備、優化系統可靠性設計以及增加設備備用裕量來保證電廠可用率。

3.2.1"給水系統

給水系統高加設有旁路，當任何一臺高壓加熱器故障時，高壓給水可通過旁路進入鍋爐，機組仍然可以滿負荷運行，高壓加熱器的切除不會影響機組的可用率。

3.2.2"凝結水系統

凝結水系統設置2臺100%或3臺50%容量凝結水泵，凝結泵的故障切除不會影響機組的可用率。低壓加熱器設有旁路，低加的切除也不會影響機組的可用率。

3.2.3汽輪機防進水和冷蒸汽措施

按照ASME"TDP-2006的相關規定，優化設計主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、抽汽管道、加熱器以及疏放水系統，防止水和冷蒸汽對汽輪機造成的損壞，提高機組運行安全，保證電廠的可用率。

3.2.4"冷卻水系統

開、閉式循環冷卻水系統分別設置2臺100%容量開、閉式循環冷卻水泵，1運1備;當閉式循環冷卻水泵或開式循環冷卻水泵單臺故障時，不會影響機組的可用率。

3.3"儀表控制的保證措施

主熱力系統控制采用DCS控制。DCS關系到整個電廠的安全運行，是保證電廠可用率達到95%的關鍵因素。DCS采用軟、硬件成熟可靠的產品，重要部件（控制器、通訊網絡、電源等）采用冗余設計，網絡結構、控制器和IO分配采用風險分散原則，使控制系統內部的單一故障不會引起運行設備與備用設備同時停運。同時，注意控制策略的優化，減少機組因為控制參數不合理造成的系統波動劇烈，從而保證機組平穩運行。并在調試階段逐一核實確認保護投入率100%、自動投入率99%。通過上述硬、軟件措施確保分散控制系統DCS的可用率達到99.9%以上。

4"結論

國產設備可用率已經可以達到95%，并隨著運行維護水平的不斷提高，可用率逐年提高。盡管如此，在設計過程中，也仍然可以采取一些措施。

（1）循環流化床鍋爐無論在容量、效率和可用率方面，已可和煤粉爐相比。提高循環流化床鍋爐可用率的關鍵是鍋爐的設計結構、輔機選型和運行管理。

（2）熱力系統可通過合理選擇進口或國產優質設備、優化系統可靠性設計以及增加設備備用裕量來保證電廠可用率。

（3）通過DCS硬件配置及軟件優化組態確保分散控制系統DCS的可用率達到99.9%以上。

參考文獻：

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作者簡介：

陳琪"1987.06"女"漢"湖北省蘄春縣"碩士"工程師"研究方向：熱力系統