白 杰，彭紅文，朱大宏

（華北電力設(shè)計院工程有限公司，北京市，100120）

0 引言

目前，國內(nèi)已投運的300 MW及以上機組，煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機均采用雙列設(shè)置，即均按2×50%負(fù)荷配置。輔機配置與輔機設(shè)備可靠性和機組承擔(dān)的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，隨著技術(shù)的進步及輔機制造水平的提高，為國內(nèi)煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機配置方案的多元化創(chuàng)造了條件。本文對煙風(fēng)系統(tǒng)輔機單列配置進行了探討。

1 風(fēng)機實際運行情況

20世紀(jì)90年代以前，我國大型電站（125 MW及以上）風(fēng)機引起的非計劃停機和非計劃降負(fù)荷較頻繁，據(jù)統(tǒng)計，125，200，300及600 MW機組中，送、引風(fēng)機均排在影響因素的前10位，與發(fā)達國家的差距較大。自20世紀(jì)90年代以來，我國電站風(fēng)機設(shè)備的質(zhì)量提高很快，使電站風(fēng)機特別是軸流風(fēng)機的可靠性不斷提高。例如：1997年某鼓風(fēng)機廠對其利用引進技術(shù)生產(chǎn)的、在15套300 MW火電機組中使用的28臺動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機和24臺動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機進行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)其可用率已達99%。

中國電力企業(yè)聯(lián)合會公布的2008年300 MW、600 MW等級容量火電機組主要輔助設(shè)備可靠性指標(biāo)中關(guān)于送風(fēng)機、引風(fēng)機的數(shù)據(jù)[1]如表1所示。

表1 20082008年風(fēng)機的運行可靠性指標(biāo)Tab.Tab.1 1 Fan reliability index in

2 鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備采用單列設(shè)置的可行性

2.1 風(fēng)機采用單列設(shè)置的可行性

目前，國產(chǎn)風(fēng)機可用率已基本滿足單列設(shè)置的要求，而且300 MW機組所配單列風(fēng)機與600 MW機組所配的雙列風(fēng)機相差不大，風(fēng)機的制造能力沒有問題。

從單列風(fēng)機配置業(yè)績看，布連電廠660 MW超超臨界機組已率先考慮采用單列風(fēng)機的配置，目前該工程已進入施工建設(shè)階段。國外已有較多的配置單列風(fēng)機的業(yè)績，表2是Howden集團和德國透平通風(fēng)技術(shù)有限公司（TLT）公司國外單列風(fēng)機的部分使用業(yè)績。

從系統(tǒng)配置看，單列風(fēng)機需要操作控制的設(shè)備少，系統(tǒng)簡單。當(dāng)風(fēng)機采用雙列設(shè)置時，若停運1臺風(fēng)機，則當(dāng)負(fù)荷上升后，停運的風(fēng)機再次啟動時，需降低第1臺風(fēng)機的出力，使其運行點的壓力低于風(fēng)機失速界限的最低點壓力后再啟動第2臺風(fēng)機進行并聯(lián)。否則不僅不能實現(xiàn)2臺風(fēng)機并聯(lián)運行而增加總出力的目的，還可能造成2風(fēng)機發(fā)生搶風(fēng)的不穩(wěn)定運行狀況，甚至發(fā)生喘振，損壞風(fēng)機。根據(jù)現(xiàn)場運行調(diào)研，很多電廠由于風(fēng)機啟停較麻煩，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低至50%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（boil maximum continuous rating，BMCR）時，為了安全起見，仍維持2臺風(fēng)機運行。

表2 國外部分單列風(fēng)機的使用業(yè)績Tab.Tab.2 2 Past cases of some single-set foreign wind generators

從運行經(jīng)濟性看，當(dāng)采用軸流風(fēng)機（雙列設(shè)置）時，低負(fù)荷運行工況下，2臺風(fēng)機運行時，由于風(fēng)機的工作線與風(fēng)機等效率線長軸方向基本一致，因此機組負(fù)荷降低時，風(fēng)機開度雖然較小，但效率的降低比較平緩；而單臺風(fēng)機（停1臺風(fēng)機）運行時，流量大、壓頭小，風(fēng)機效率下降較明顯，運行中仍然是2臺風(fēng)機運行風(fēng)機總的軸功率較小[3]。即使是配雙列動調(diào)風(fēng)機，在低負(fù)荷下仍然是2臺風(fēng)機運行較為經(jīng)濟。因此，當(dāng)配單列風(fēng)機時，即使在低負(fù)荷工況，也不會降低風(fēng)機的運行經(jīng)濟性，且單列風(fēng)機沒有2臺風(fēng)機搶風(fēng)、運行不均衡而帶來的風(fēng)機實際效率下降的問題。配單列風(fēng)機不會降低風(fēng)機在各運行工況下的運行經(jīng)濟性。

2.2 空氣預(yù)熱器采用單列設(shè)置的可行性

從空氣預(yù)熱器的可靠性來看，近年來其可靠率已穩(wěn)步提高，并積累了大量的經(jīng)驗。例如，外高橋三期1 000 MW機組上采用這些經(jīng)驗，并采用了部分新技術(shù)，成功地提高了空氣預(yù)熱器的可靠性，并將空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率控制在很低的水平?？梢灶A(yù)計，類似于外高橋三期的空氣預(yù)熱器改進技術(shù)，將會使我國電站空氣預(yù)熱器的運行可靠性和漏風(fēng)控制水平得到大幅提高[2-9]。

需要指出的是，即使配置雙列空氣預(yù)熱器，也不允許單臺空氣預(yù)熱器長期運行，若空氣預(yù)熱器發(fā)生故障難以及時處理時，需停爐處理。由于漏煙，即使有進口隔離門，入內(nèi)檢修也非常困難；如果轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動，因煙氣側(cè)泄漏，動靜膨脹會損害部件，一般也要停爐處理。鑒于以上原因，空氣預(yù)熱器按單列設(shè)置與雙列設(shè)置對主機運行方面沒有大的區(qū)別。

從使用業(yè)績看，目前歐美等發(fā)達國家的發(fā)電廠空氣預(yù)熱器已有單列設(shè)置業(yè)績，表3為Howden單列空氣預(yù)熱器的部分業(yè)績。

表3 Howdenowden單列空氣預(yù)熱器部分使用業(yè)績Tab.Tab.3 3 Past cases of Howden single preheater

2.3 除塵器采用單列設(shè)置的可行性

當(dāng)除塵器按雙列設(shè)置時，均不采用單側(cè)運行。目前已投運的300 MW除塵器布置基本上都是2臺雙室4電場或5電場布置，如果其中1個供電區(qū)域出了故障，電氣除塵器仍可以繼續(xù)運行，除塵保證效率已考慮這個因素，均留有設(shè)計裕量。

由于空氣預(yù)熱器出口至除塵器的煙道上一般不設(shè)煙道擋板門，因為即使設(shè)置了擋板門，遇到故障時關(guān)閉了故障側(cè)入口煙道擋板門，但由于擋板門關(guān)不嚴(yán)，漏煙嚴(yán)重，也難于入內(nèi)檢修。并且，由于電氣除塵器內(nèi)部故障原因較復(fù)雜，一般難以在短時間內(nèi)修復(fù)，需停爐小修處理。因此，除塵器按單列設(shè)置與雙列設(shè)置對主機運行方面也沒有大的區(qū)別。300 MW等級單列除塵器與600 MW等級的單臺除塵器相差不大。

3 可靠性計算及對供熱機組的影響

3.1 不同風(fēng)機配置的可靠性計算

除塵器采用單列與雙列定性分析基本不影響系統(tǒng)的可靠性，因此分析系統(tǒng)可靠性時，可不考慮除塵器的影響。

由于中國電力企業(yè)聯(lián)合會未公布空氣預(yù)熱器的可用率等數(shù)據(jù)，且雙列配置時也不允許空氣預(yù)熱器較長時間的單側(cè)運行，其可靠性指標(biāo)難以取值，因此本文可靠性計算中暫不包括空氣預(yù)熱器的影響，但建議空氣預(yù)熱器若采用單列設(shè)置，應(yīng)注意轉(zhuǎn)動裝置的可靠性并留有更大的裕量，減少空氣預(yù)熱器小故障的可能性。

設(shè)一次風(fēng)機可靠率為PP，送風(fēng)機可靠率為PF，引風(fēng)機可靠率為PI。由于風(fēng)機的可靠率=1-非計劃停運率，則PF=99.97%、PI=99.98%、PP=99.97%。

按照可靠性理論[4]，單列和雙列配置風(fēng)機的可靠性為：單列設(shè)置風(fēng)機可靠率PS=PP×PF×PI；雙列設(shè)置風(fēng)機可靠率 PD=（PP1+PP2-PP1PP2）×（PF1+PF2-PF1PF2）×（PI1+PI2-PI1PI2）。

通過計算可得：PS=99.920%；PD=99.999 978%；單列風(fēng)機配置的非計劃停運的概率增加0.08%。

雙列配置的煙風(fēng)系統(tǒng)中，需設(shè)置較多的風(fēng)門，系統(tǒng)較為復(fù)雜。上述數(shù)據(jù)中并未計及風(fēng)門故障等系統(tǒng)帶來的風(fēng)險。

由于發(fā)電設(shè)備強迫停運造成的罰款以及電能置換費用是因網(wǎng)而異的，本文不對非停造成的損失給予費用的量化。

3.2 可靠性對供熱機組的影響

文獻[10]中規(guī)定：在確定熱電廠內(nèi)安裝的鍋爐容量和臺數(shù)時，應(yīng)考慮當(dāng)1臺容量最大的鍋爐停用時，其余鍋爐（含熱用戶中已確定作為尖峰和備用的鍋爐）應(yīng)承擔(dān)工業(yè)熱用戶連續(xù)生產(chǎn)所需的用汽量，以及冬季采暖、通風(fēng)和生活用熱水用熱量的60%～75%，嚴(yán)寒地區(qū)取上限。

由于單列風(fēng)機的可靠性邏輯是串聯(lián)的，從非計劃停運的角度看，按照文獻[10]的規(guī)定，單列風(fēng)機配置的可靠性風(fēng)險比雙列風(fēng)機要低0.08%。因此供熱機組在帶工業(yè)負(fù)荷時，需要認(rèn)真評估單列輔機的供熱可靠性并謹(jǐn)慎選擇。帶采暖負(fù)荷的供熱機組，當(dāng)區(qū)域熱網(wǎng)的配置滿足上述要求時（例如多個熱源點的熱網(wǎng)系統(tǒng)），單列風(fēng)機的配置是可以選用的。

4 鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備采用單列設(shè)置與雙列設(shè)置的比較

4.1 系統(tǒng)及布置的比較

煙風(fēng)系統(tǒng)輔機單列設(shè)置由于不存在切換及聯(lián)絡(luò)，簡化了系統(tǒng)，優(yōu)化了風(fēng)門配置，減少了控制元件。

配單列風(fēng)機不會降低風(fēng)機在各運行工況下的運行經(jīng)濟性。即使在低負(fù)荷工況，也不會降低風(fēng)機的運行經(jīng)濟性，且單列風(fēng)機沒有2臺風(fēng)機搶風(fēng)、運行不均衡帶來的風(fēng)機實際效率下降的問題。

單列輔機方便布置，鍋爐房0 m顯得更加寬敞，方便運行檢修。單列空氣預(yù)熱器直徑比雙列空氣預(yù)熱器大，鍋爐尾部柱網(wǎng)需進行部分調(diào)整，同時鍋爐尾部至空氣預(yù)熱器的煙道更為簡潔，也能帶來一定的好處。

4.2 投資比較

對于2×300 MW等級機組，以某工程為例，對單列配置和雙列配置進行了初步的煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機的選型，主要設(shè)備、分項價格及安裝費見表4[10]。其中，設(shè)備價格與安裝費用都是針對2臺鍋爐得到的數(shù)值；另外，煙風(fēng)系統(tǒng)流程簡化后煙道工程量2臺爐可優(yōu)化40 t，費用列在表4中，風(fēng)道的優(yōu)化量較小，忽略不計。由表4知，單列配置的設(shè)備材料投資可節(jié)省約1 280萬元（2臺爐）。

表4 單/雙列輔機配置的投資比較Tab.Tab.4 4 Cost comparison of single and double set

4.3 運行費用比較

單列輔機的配置，由于系統(tǒng)簡單，風(fēng)門優(yōu)化，流程順暢，對降低煙氣系統(tǒng)的阻力有利，經(jīng)估算，汽輪機最大連續(xù)出力（turbine maximum continuous rating，TMCR）工況下2臺機組引風(fēng)機運行可節(jié)電約50 kW·h，以鍋爐設(shè)備年利用6 000 h計，年節(jié)電約30萬kW·h。

一次風(fēng)機雙列配置時采用離心風(fēng)機，單列配置時采用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機。經(jīng)估算，TMCR工況下2臺機組一次風(fēng)機運行可節(jié)電約600 kW·h，鍋爐設(shè)備年利用（考慮供熱）以5 945 h計，年節(jié)電約360萬kW·h。

綜合考慮上述因素，采用單列配置風(fēng)機后，一次風(fēng)機由離心風(fēng)機改為動調(diào)風(fēng)機后，2臺機組年節(jié)電390萬kW·h，以0.3元/（kW·h）計，運行費用可節(jié)約117萬元。如不考慮一次風(fēng)機型式的變化，2種配置運行費用相差不多。

5 建議

（1）對風(fēng)機、空氣預(yù)熱器等輔機可靠性的重視應(yīng)等同于主機，應(yīng)采用可靠性高的設(shè)備。

（2）選用調(diào)節(jié)性能好的風(fēng)機，并注意提高風(fēng)機輔助系統(tǒng)的可靠性，加強對風(fēng)機的保護控制。對空氣預(yù)熱器的可靠性應(yīng)予以重視，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)動設(shè)備的裕量，增加關(guān)鍵部件的安全倍率是必要的。

（3）帶采暖熱負(fù)荷的供熱機組，如采用單列配置時，建議在臨近采暖期前對主要輔機設(shè)備的檢查和維護，盡量保證采暖期設(shè)備的可靠性。

6 結(jié)論

（1）隨著我國火電廠的快速發(fā)展，鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機制造廠同步快速發(fā)展，積累了大量的經(jīng)驗，設(shè)計能力、制造水和設(shè)備可靠性已大幅提高，煙風(fēng)系統(tǒng)輔機單列配置是建立在這個基礎(chǔ)上的優(yōu)化和創(chuàng)新，是可行的，設(shè)備在各種工況下是安全的。

（2）單列輔機的配置設(shè)備簡潔，布置方便，流程順暢，系統(tǒng)簡單，控制部件少，運行操作簡單。經(jīng)初步估算，2臺機組煙風(fēng)系統(tǒng)單列輔機配置可以節(jié)約投資約1 280萬元。單列風(fēng)機配置簡化了煙氣系統(tǒng)流程，如考慮一次風(fēng)機由雙列時的離心風(fēng)機改為單列時的動調(diào)風(fēng)機，風(fēng)機運行效率提高，可降低風(fēng)機的廠用電和運行費用。

（3）按照可靠性理論，單列風(fēng)機的可靠性邏輯是串聯(lián)的；從非計劃停運的角度看，單列風(fēng)機配置的可靠性有所下降。當(dāng)風(fēng)機設(shè)備的可靠性較高時，可靠性下降有限。

（4）對于供熱機組，當(dāng)帶工業(yè)負(fù)荷時，需要認(rèn)真評估單列風(fēng)機配置方案供熱可靠性，并謹(jǐn)慎選擇單列風(fēng)機配置方案。帶采暖負(fù)荷的供熱機組，當(dāng)區(qū)域熱網(wǎng)的配置滿足文獻[10]的要求時（特別是多個熱源點的熱網(wǎng)系統(tǒng)），單列風(fēng)機的配置是可以選用的。

[1]國家電力監(jiān)管委員會，中國電力企業(yè)聯(lián)合會.2008年300 MW、600 MW等級容量火電機組主要輔助設(shè)備可靠性指標(biāo)[R].北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2009.

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