0、引言
目前，國內(nèi)已投運(yùn)的300 MW及以上機(jī)組，煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機(jī)均采用雙列設(shè)置，即均按2x50%負(fù)荷配置。輔機(jī)配置與輔機(jī)設(shè)備可靠性和機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，隨著技術(shù)的進(jìn)步及輔機(jī)制造水平的提高，為國內(nèi)煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機(jī)配置方案的多元化創(chuàng)造了條件。本文對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)輔機(jī)單列配置進(jìn)行了探討。
1、風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)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(jī)引起的非計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃降負(fù)荷較頻繁，據(jù)統(tǒng)計(jì)，125，200，300及600MW機(jī)組中，送、引風(fēng)機(jī)均排在影響因素的前10位，與發(fā)達(dá)國家的差距較大。自20世紀(jì)90年代以來，我國電站風(fēng)機(jī)設(shè)備的質(zhì)量提高很快，使電站風(fēng)機(jī)特別是軸流風(fēng)機(jī)的可靠性不斷提高。例如：1997年某鼓風(fēng)機(jī)廠對(duì)其利用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的、在15套300 MW火電機(jī)組中使用的28臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)和24臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)進(jìn)行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)其可用率已達(dá)99%。
中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)公布的2008年300 MW、600 MW等級(jí)容量火電機(jī)組主要輔助設(shè)備可靠性指標(biāo)中關(guān)于送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)”1如表1所示。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
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(jī)采用單列設(shè)置的可行性
目前，國產(chǎn)風(fēng)機(jī)可用率已基本滿足單列設(shè)置的要求，而且300 MW機(jī)組所配單列風(fēng)機(jī)與600 MW機(jī)組所配的雙列風(fēng)機(jī)相差不大，風(fēng)機(jī)的制造能力沒有問題。
從單列風(fēng)機(jī)配置業(yè)績看，布連電廠660 MW超超臨界機(jī)組已率先考慮采用單列風(fēng)機(jī)的配置，目前該工程已進(jìn)入施工建設(shè)階段。國外已有較多的配置單列風(fēng)機(jī)的業(yè)績，表2是Howden集團(tuán)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(jī)的部分使用業(yè)績。
從系統(tǒng)配置看，單列風(fēng)機(jī)需要操作控制的設(shè)備少，系統(tǒng)簡單。當(dāng)風(fēng)機(jī)采用雙列設(shè)置時(shí)，若停運(yùn)1臺(tái)風(fēng)機(jī)，則當(dāng)負(fù)荷上升后，停運(yùn)的風(fēng)機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)，需降低第1臺(tái)風(fēng)機(jī)的出力，使其運(yùn)行點(diǎn)的壓力低于風(fēng)機(jī)失速界限的最低點(diǎn)壓力后再啟動(dòng)第2臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行并聯(lián)。否則不僅不能實(shí)現(xiàn)2臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行而增加總出力的目的，還可能造成2風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)的不穩(wěn)定運(yùn)行狀況，甚至發(fā)生喘振，損壞風(fēng)機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)研，很多電廠由于風(fēng)機(jī)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(shí)，為了安全起見，仍維持2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。
從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性看，當(dāng)采用軸流風(fēng)機(jī)（雙列設(shè)置）時(shí)，低負(fù)荷運(yùn)行工況下，2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的工作線與風(fēng)機(jī)等效率線長軸方向基本一致，因此機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，風(fēng)機(jī)開度雖然較小，但效率的降低比較平緩：而單臺(tái)風(fēng)機(jī)（停l臺(tái)風(fēng)機(jī)）運(yùn)行時(shí)，流量大、壓頭小，風(fēng)機(jī)效率下降較明顯，運(yùn)行中仍然是2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)機(jī)總的軸功率較小。即使是配雙列動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)，在低負(fù)荷下仍然是2臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)。因此，當(dāng)配單列風(fēng)機(jī)時(shí)，即使在低負(fù)荷工況，也不會(huì)降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，且單列風(fēng)機(jī)沒有2臺(tái)風(fēng)機(jī)搶風(fēng)、運(yùn)行不均衡而帶來的風(fēng)機(jī)實(shí)際效率下降的問題。配單列風(fēng)機(jī)不會(huì)降低風(fēng)機(jī)在各運(yùn)行工況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(yàn)。例如，外高橋三期1000 MW機(jī)組上采用這些經(jīng)驗(yàn)，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。可以預(yù)計(jì)，類似于外高橋三期的空氣預(yù)熱器改進(jìn)技術(shù)，將會(huì)使我國電站空氣預(yù)熱器的運(yùn)行可靠性和漏風(fēng)控制水平得到大幅提高。
需要指出的是，即使配置雙列空氣預(yù)熱器，也不允許單臺(tái)空氣預(yù)熱器長期運(yùn)行，若空氣預(yù)熱器發(fā)生故障難以及時(shí)處理時(shí)，需停爐處理。由于漏煙，即使有進(jìn)口隔離門，入內(nèi)檢修也非常困難；如果轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)，因煙氣側(cè)泄漏，動(dòng)靜膨脹會(huì)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(duì)主機(jī)運(yùn)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(dá)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。
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(shí)，均不采用單側(cè)運(yùn)行。目前已投運(yùn)的300 MW除塵器布置基本上都是2臺(tái)雙室4電場(chǎng)或5電場(chǎng)布置，如果其中1個(gè)供電區(qū)域出了故障，電氣除塵器仍可以繼續(xù)運(yùn)行，除塵保證效率已考慮這個(gè)因素，均留有設(shè)計(jì)裕量。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
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?yàn)榧词乖O(shè)置了擋板門，遇到故障時(shí)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(shí)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(duì)主機(jī)運(yùn)行方面也沒有大的區(qū)別。300 MW等級(jí)單列除塵器與600 MW等級(jí)的單臺(tái)除塵器相差不大。
3、可靠性計(jì)算及對(duì)供熱機(jī)組的影響
3.1不同風(fēng)機(jī)配置的可靠性計(jì)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(shí)，可不考慮除塵器的影響。
由于中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)未公布空氣預(yù)熱器的可用率等數(shù)據(jù)，且雙列配置時(shí)也不允許空氣預(yù)熱器較長時(shí)間的單側(cè)運(yùn)行，其可靠性指標(biāo)難以取值，因此本文可靠性計(jì)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(dòng)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。
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(jì)及風(fēng)門故障等系統(tǒng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
由于發(fā)電設(shè)備強(qiáng)迫停運(yùn)造成的罰款以及電能置換費(fèi)用是因網(wǎng)而異的，本文不對(duì)非停造成的損失給予費(fèi)用的量化。
3.2可靠性對(duì)供熱機(jī)組的影響
文獻(xiàn)[10]中規(guī)定：在確定熱電廠內(nèi)安裝的鍋爐容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮當(dāng)1臺(tái)容量最大的鍋爐停用時(shí)，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(jī)的可靠性邏輯是串聯(lián)的，從非計(jì)劃停運(yùn)的角度看，按照文獻(xiàn)的規(guī)定，單列風(fēng)機(jī)配置的可靠性風(fēng)險(xiǎn)比雙列風(fēng)機(jī)要低0.08%。因此供熱機(jī)組在帶工業(yè)負(fù)荷時(shí)，需要認(rèn)真評(píng)估單列輔機(jī)的供熱可靠性并謹(jǐn)慎選擇。帶采暖負(fù)荷的供熱機(jī)組，當(dāng)區(qū)域熱網(wǎng)的配置滿足上述要求時(shí)（例如多個(gè)熱源點(diǎn)的熱網(wǎng)系統(tǒng)），單列風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)不會(huì)降低風(fēng)機(jī)在各運(yùn)行工況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。即使在低負(fù)荷工況，也不會(huì)降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，且單列風(fēng)機(jī)沒有2臺(tái)風(fēng)機(jī)搶風(fēng)、運(yùn)行不均衡帶來的風(fēng)機(jī)實(shí)際效率下降的問題。
單列輔機(jī)方便布置，鍋爐房0m顯得更加寬敞，方便運(yùn)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(jìn)行部分調(diào)整，同時(shí)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(duì)于2x300 MW等級(jí)機(jī)組，以某工程為例，對(duì)單列配置和雙列配置進(jìn)行了初步的煙風(fēng)系統(tǒng)主要輔機(jī)的選型，主要設(shè)備、分項(xiàng)價(jià)格及安裝費(fèi)見表4n0]。其中，設(shè)備價(jià)格與安裝費(fèi)用都是針對(duì)2臺(tái)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(tái)爐可優(yōu)化40 t，費(fèi)用列在表4中，風(fēng)道的優(yōu)化量較小，忽略不計(jì)。由表4知，單列配置的設(shè)備材料投資可節(jié)省約1280萬元（2臺(tái)爐）。
4.3運(yùn)行費(fèi)用比較
單列輔機(jī)的配置，由于系統(tǒng)簡單，風(fēng)門優(yōu)化，流程順暢，對(duì)降低煙氣系統(tǒng)的阻力有利，經(jīng)估算，汽輪機(jī)最大連續(xù)出力(turbine maximum continuous rating，TMCR)工況下2臺(tái)機(jī)組引風(fēng)機(jī)運(yùn)行可節(jié)電約50 kW-h，以鍋爐設(shè)備年利用6 000 h計(jì)，年節(jié)電約30萬kW-h。
一次風(fēng)機(jī)雙列配置時(shí)采用離心風(fēng)機(jī)，單列配置時(shí)采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。經(jīng)估算，TMCR工況下2臺(tái)機(jī)組一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行可節(jié)電約600 kW-h，鍋爐設(shè)備年利用（考慮供熱）以5 945h計(jì)，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(jī)后，一次風(fēng)機(jī)由離心風(fēng)機(jī)改為動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)后，2臺(tái)機(jī)組年節(jié)電390萬kW．h，以0.3元/(kW．h)計(jì)，運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約117萬元。如不考慮一次風(fēng)機(jī)型式的變化，2種配置運(yùn)行費(fèi)用相差不多。
5、建議
(1)對(duì)風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等輔機(jī)可靠性的重視應(yīng)等同子主機(jī)，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(jī)，并注意提高風(fēng)機(jī)輔助系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)機(jī)的保護(hù)控制。對(duì)空氣預(yù)熱器的可靠性應(yīng)予以重視，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)組，如采用單列配置時(shí)，建議在臨近采暖期前對(duì)主要輔機(jī)設(shè)備的檢查和維護(hù)，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(jī)制造廠同步快速發(fā)展，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(jī)單列配置是建立在這個(gè)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(jī)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(yùn)行操作簡單。經(jīng)初步估算，2臺(tái)機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)單列輔機(jī)配置可以節(jié)約投資約1280萬元。單列風(fēng)機(jī)配置簡化了煙氣系統(tǒng)流程，如考慮一次風(fēng)機(jī)由雙列時(shí)的離心風(fēng)機(jī)改為單列時(shí)的動(dòng)調(diào)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率提高，可降低風(fēng)機(jī)的廠用電和運(yùn)行費(fèi)用。
(3)按照可靠性理論，單列風(fēng)機(jī)的可靠性邏輯是串聯(lián)的；從非計(jì)劃停運(yùn)的角度看，單列風(fēng)機(jī)配置的可靠性有所下降。當(dāng)風(fēng)機(jī)設(shè)備的可靠性較高時(shí)，可靠性下降有限。
(4)對(duì)于供熱機(jī)組，當(dāng)帶工業(yè)負(fù)荷時(shí)，需要認(rèn)真評(píng)估單列風(fēng)機(jī)配置方案供熱可靠性，并謹(jǐn)慎選擇單列風(fēng)機(jī)配置方案。帶采暖負(fù)荷的供熱機(jī)組，當(dāng)區(qū)域熱網(wǎng)的配置滿足文獻(xiàn)的要求時(shí)（特別是多個(gè)熱源點(diǎn)的熱網(wǎng)系統(tǒng)），單列風(fēng)機(jī)的配置是可以選用的。
