660MW超超临界直接空冷机组FCB功能实现与经济性分析.pdf

3 4 内 蒙 古 电 力 技 术 I N N E R MO N G O L I A E L E C T R I C P O 、 x E R 2 0 1 3 第3 1 卷 I JJ d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 6 2 1 8 2 0 1 3 0 1 0 1 9 6 6 0 MW超超 临界 直接 空冷机组 F C B功能 实现与经济性分析 段学友， 焦晓峰 ， 张谦 ， 郭瑞君 。 高军 ( 内蒙古 电力科学研 究院， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) 摘 要 ： 介 绍了某 6 6 0 MW超超 临界汽轮机组实现 F C B功能设计 对机组 F C B触发逻辑 、 主 再热蒸汽 系统 、 旁路 系统 、 除氧器容量等 系统或设备的配置要求； 对具备 F C B功能机组及 非 F C B 机组的初建投资费用 ， 及 电网故障对停机 、 启机运行成本消耗进行 了经湃 比较 。结果 表明虽然F C B 功能机组初投资费用较大， 但能有效减少由于电网故障造成的经济损失， 同时 可以大大降低 电厂运行成本 ， 因此在该机组上配备 F C B功能的方案是可行的。 关键词 ： 超超临界直接空冷机组 ； F C B功能； 大容量旁路 系统； 快速减 负荷 ； 运行成本 文献标志码 ： B 中图分类号 ： T M6 2 1 2 文章编号 ： 1 0 0 86 2 1 8 ( 2 0 1 3 ) O 1 0 0 3 40 3 Ac h i e v e me n t a n d Ec o n o mi c An a l y s i s o n FCB F un c t i o n o f 6 6 0 MW Ul t r a s u p e r c r i t i c a l Di r e c t Ai r - c o o l e d Un i t D u a n X u e y o u ， J i a o X i a o f e n g ， Z h a n g Q i a n ，G u o R u i j u n ， G a o J u n Mo n g o l i a E l e c t r i c P o w e r S c i e n c e & Re s e a r c h I n s t i t u t e h me r Mo n g o l i a Ho h h o t O1 0 0 2 0) Abs t r a c t ： Th i s pa p e r h a s i n t r o du c e d a 6 6 0 MW u l t r a s u p e r c r i t i c a l s t e a m t u r b i n e un i t t o r e a l i z e F CB f un c t i o n d e s i g n o n t h e un i t FCB t r i g g e r l o g i c ， ma i n r e he a t s t e a m s y s t e m， h y p a s s s y s t e m，d e a e r a t o r c a p a c i t y s y s t e m o r e q u i pme n t c o n f i g u r a t i o n r e q u i r e me nt s ；To ha v e t h e F CB f u n c t i o n u n i t a n d n o n F C B u n i t i n i t i a l i n v e s t me n t c o s t ，a n d p o w e r g r i d f a i l u r e t o s t o p ， a n d un i t o p e r a t i o n c o s t c o ns ump t i o n o n t he e c o n o mi c a l c o mp a r i s o nTh e r e s u l t s s h o w t h a t a l t h o u g h t h e F C B f u n c t i o n u n i t S i n i t i a l i n v e s t me n t c o s t i s l a r g e r ，b u t c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e p o we r g r i d f a i l u r e c a u s e d e c o n o mi c l o s s e s ，a t t h e s a me t i me c a n b e g r e a t l y r e d u c e d t h e c o s t o f o p e r a t i o n i n po we r p l a n t s ， a n d S O o n i n t h e u ni t e q u i p p e d wi t h FCB f u n c t i o n s c h e me i S f e a s i b l e Ke y wo r d s ： u l t r a - s u p e r c r i t i c a l d i r e c t a i r - c o o l e d u n i t ；F CB f u n c t i o n ； l a r g e c a p a c i t y o f by p a s s s y s t e m；f a s t l o a d r e d u c t i o n；o p e r a t i o n c o s t 0 引言 机组F C B ( F a s t C u t B a c k ， 快速减负荷) 工况是 指并网机组在电网发生故障时， 机组快速降低负 荷， 并自动转为只带厂用电而形成“ 孤岛运行” 的方 式 。汽轮发 电机组在所并入电 网或主变压器 线 发生故障时， 需要及时跳机以保护机组安全， 但是 机组跳机后再次启机会消耗很长时间 。电网故障 被排 除后 ， 要想保证机组 能及 时并 网运行 ， 需要汽 轮机在甩掉负荷、 解列电网后仍能继续运行 ， 即机 l 收稿 日期1 2 0 1 2 1 2 1 5 作者简介1段学友( 1 9 7 7 一) ， 男， 内蒙 人， 硕： j ： ， 高级_ l 程师， 从事汽轮机调整试验及牛产试验 作 I 基金项目1内蒙 电 ( 集刚) 彳 丁 限责任公司2 0 1 2 年第二批科技项 目 2 0 1 3 年第3 l 卷第 1 期 段学友， 等： 6 6 0 M W超超临界直接空冷机组 F C B 功能实现与经济性分析 3 5 组在不并 网情况下只带 自身辅助设备消耗的电功 率( 带厂用电) 定速运行 ， 随时准备再并网。因此 ， 机组 是否具备 F C B功能对 电网的安全稳定运行意 义重大 。 1 主设备概况 某 6 6 0 M W汽轮机组锅炉为北京巴布科克- 威 尔科克斯有限公司生产的超超临界直流、 单炉膛、 一 次再热 、 平衡通风 、 全封 闭、 固态排渣 、 型锅炉 ， 型号 BWB 一 2 0 8 2 2 8 0 0 一 M。汽轮机为上海汽轮机 有限公司制造 的超超临界 、 一次 中间再热 、 单轴 、 三 缸 两 排 汽 、 直 接 空 冷 凝 汽 式 汽 轮 机 ， 型 号 Z K N 6 6 0 2 7 6 0 0 6 0 0 。发电机由上海电气电站设备 有限公司上海发电机厂生产， 型号Q F S N 一 6 6 0 2 ， 额 定功率 6 6 0 MW， 额定电压 2 0 k V。 2 F C B 功能对机组热力系统配置要求 超超临界机组在额定负荷下实现F C B 功能， 其 运行 方式 、 运行 工况与非 F C B功能机组有所差异 ， 尤 其对机组 F C B触发逻辑及热力 系统配置有特殊 要求。 2 1 机组 F C B触发逻辑 在外部电网系统故障时， 锅炉、 汽轮机正常运 行 ， 联跳主变 出 口开关 ， 发 电机 维持带厂用 电运行 工况u 。发变组 内部故障时 ， 汽轮机跳 闸 ， 锅炉正常 运行。 2 2 主、 再热蒸汽系统 机组在高负荷工况下触发F C B ， 选择高、 低旁路 阀后管径时需按旁路容量加上减温水量考虑。高 旁替代过热器安全阀， 高旁投人、 减温水失去时， 高 旁仍需投入运行， 此时需考虑高旁阀后至再热器入 口管道的管材选择。高旁阀后管道设计温度需在 5 0 0以上口 ， 材料应选用耐高温合金材料 。 2 _ 3 旁路 系统 机组在高负荷工况下触发 F C B， 转为厂用 电孤 岛运行方式。为了维持系统工质平衡 ， 汽轮机和旁 路的蒸汽流量需要与机组热力平衡相匹配， 须设置 大容量旁路系统以满足锅炉蒸发量的需求， 保证锅 炉不超温、 超压 。如果机组高、 低旁容量配置不合 理 ， 机组触发F C B 后 ， 再热器容易超压 ， 导致低旁减 温水流量偏低， 低旁闭锁关闭， 锅炉上水流量低导 致锅炉MF T ( M a in F u e l T r i p ， 主燃料跳闸) 等问题。 配备大容量的旁路是F C B 试验成功的重要条 件 ， 且旁路系统应具备开启速度快等特点。本工程 高压旁路容量为 1 0 0 B M C R， 低压旁路为6 5 B M CR。 2 4除氧器容量 除氧器是机组汽水循环 系统中主要 的蓄水和 缓冲环节， 在机组满负荷工况下触发F C B ， 除氧器容 量要求至少可以维持锅炉额定工况下运行 7 m i n 的 耗水量 。 3 F C B 功能机组的经济性分析 3 1 机组建设初期投资费用 6 6 0 MW 超超 临界 机组要实现 1 0 0 额定 负荷 下F C B 功能 ， 须配置 1 0 0 旁路系统 ， 如机组不要求 实现F C B 功能， 配置 3 5 启动旁路即可。两种容量 旁路选择 同一品牌 ， 差价 约为 6 0 0 万元 。具备 F C B 功能机组高旁后管材材质要求高于无F C B 功能机 组， 按高旁阀后至再热器人 口管道长5 0 in 计算， 具 备F C B 功能机组在高旁后管材选择及焊接费用要 比普通机组多 3 0 万元。具备 F C B 功能机组除氧器 所需容量较大， 需 比普通机组多花费 6 0 万元 。 机组实现F C B 功能对系统设备、 运行技术和控 制性能要求较高， 试验过程中稍有不慎容易导致设 备损 坏 ， 目前 国内能成功进行该试验 的机组很少 。 进 行 F C B试 验技术难 度较 大 ， 需要投 人大量 的人 力、 物力 、 财力对机组F C B 试验进行研究和完善， 才 能保证机组F C B功能投运的可靠性。进行F C B 试 验项 目的初始调查研究费用约为 3 5 万元。 通过 比较 ， 具备 F C B功能 的 6 6 0 MW 超超临界 机组设备初期投资约 比无 F C B功能机组增加 7 2 5 万 元 。机组建设初期投资费用 比较见表 1 。 表 1 机组建设初期设备投资费用比较 万元 机组类别 旁路容量 高旁后管材 除氧器 其他费用合计 有 F C B功能机组 1 6 5 0 1 4 0 5 8 0 3 5 2 4 0 5 无 F C B功能机组 1 0 5 0 1 1 0 5 2 0 0 1 6 8 0 3 2 电网故障时机组启、 停机费用 如机组不具备 F C B功能 ， 电网故 障时须停 机 、 停炉， 待电网故障恢复后再次启动， 机组再次启动 消耗 的煤量 、 电量 、 水量 为显性成本 消耗 。机组从 全面停运到满负荷过程需要比机组正常运行消耗 更多的人力物力， 为隐性成本的消耗。如电网故障 恢复较慢， 则整个机组需要从冷态方式启动 ， 从锅 内 蒙 古 电 力 技 术 2 3 年第3 1 卷第1 j 9 J 炉点火到发电机并网大约需要 1 0 h ( 见图 1 ) 。如电 网故障后可即时恢 复 ， 机组无故障处理 ， 则可直接 进行温态或热态启动 ， 此 时消耗的时间及成本会相 应减少 下面以冷态启动为例 ， 简要核算机组停机 后启动成本费用。 升压 ， 3 h 转速 ， 2 h 图1 火电机组启动用时简图 火力发电厂机组 的启动成本主要 由变动成本 和固定成本构成 。变动成本 主要包括启机中煤量 、 燃油、 等离子用电量 、 厂用电消耗 、 除盐水成本等 ， 固定成本为机组启动过程中 出现的折 旧费和人T 费等。 3 2 1 燃料 消耗 汽轮机组停机再启动需要一定的启动消耗 ， 即 锅 炉和汽轮机启 动所需燃料 ( 煤和燃油 ) 的消耗 。 本机 组配备 等离子点火 系统 ， 无燃 油消耗 。估算 6 6 0 M W超超临界机组锅炉点火到发电机并网消耗 的煤量大约5 6 0 t ， 按标煤单价7 5 0 元 t 计算 ， 启动时 煤量消耗费用为4 2 万元 。如果为燃油启动机组 ， 启 动过程中需消耗燃油约 8 0 t ， 按油价 7 5 0 0 元 t 计算 ， 启动中燃油消耗费用 为6 0万元。如果启机过程不 顺利 ， 机组启动消耗会更多。 3 - 2 2用 电量 消耗 厂用 电消耗涉及全厂 附属机械设备 的用 电量 消耗 ， 机组采用等离子点火系统时 ， 等离子点 火用 电量也应考虑在厂用电范围内。优化 机组辅机启 动时问 ， 估算机组启动过程 中辅机厂用电消耗最少 约 1 2 0 0 0 0 k wh ， 按电价0 5 2 元 k Wh 估算， 厂用电消 耗费用 6 2 4 万元。 3 2 3除 盐水 消耗 超超临界直流锅炉对炉水品质要求很高， 锅炉 启动过程中需要使用除盐水进行冷 、 热态冲洗排 污， 用水量很大。6 6 0 M W锅炉冷 、 热态冲洗各需 2 5 h 。除盐水成本单价按 5 元 t 计算 ， 机组启动过程 中除盐水费用为0 6 万元。 3 2 4 固定成本消耗 6 6 0 M W机组启动时每小时固定成本消耗为 ： 材料费0 1 8 万元 ， 折旧费 1 5 4 万元， 修理费0 3 4 万 元， 人T费0 4 8 万元， 财务费用0 9 7 万元， 其他费用 0 3 9 万元。从锅炉点火到发电机并 网( 机组零负荷 ) 约为 1 0 h ， 自机组初负荷到满负荷需 5 h ， 启 动全程 1 5 h中约有 1 2 5 h的固定成本计入启动费用 ， 共计 4 8 7 5 万元 。 3 2 5 机组寿命损失 锅炉和汽轮机启 、 停会 引起 汽轮机金属疲 劳 ， 减少汽轮机使用寿命 ， 锅炉 、 汽轮机冷态启 、 停一 次 使用寿命耗损率约为0 0 0 5 。按 目前电价估算， 机组寿命损失折合人 民币约为8 万元 。 3 - 3 电网故障时F C B功能机组费用 机组 F C B功能可实现在 电网或局部小 电网瘫 痪后机组不停机 、 不停炉 ， 避免锅炉 由干态转入湿 态运行， 可大大降低运行成本。F C B 功能机组在电 网故 障状态下发电机带厂用 电运行 ， 全厂辅机用 电 均由机组 自身提供 ， 不存在机组启动成本和厂用 电 消耗。机组满负荷F C B T况下， 锅炉热负荷为额定 容量 的5 0 ， 机组锅炉 1 0 0 负荷下额定煤量为 2 6 0 t h ， 如果按标煤单价 7 5 0 元 t 计算 ， 机组 F C B工况运 行 1 5 mi n 的煤量成本消耗为 2 - 4 万元。F E B功能机 组在 电网故障后带厂用 电运行 ， 如 1 5 mi n 后 电网故 障恢 复 ， 则机组可重新并 网， 约 3 h即可带满负荷 机组启动 固定成本计 人启动费用 的消耗 约为 6万 兀 。 机组在满负荷1 况下触发 F C B，F E B触发过程 中机前压力不稳定会发生波动现象 ， 高 、 低旁及再 热 安全 门参 与压力调节会 产生一部 分汽水损 失 。 为使锅炉满负荷 F C B工况下 _ 【 质平衡 ， 机组试验过 程 中大约有 2 2 0 t 蒸汽对空排放 ， F E B 试 验过程中汽 水损失可折合为0 1 1 万元。 3 4 综合费用 6 6 0 MW 超超临界机组非 F E BT况下 ， 电网故 障停 机后冷态 、 温态及热态启动 ， 以及机组 F C B丁 况运行下所需费用对 比见表2 。 从表 2中数据 可知 ， 机 组冷态 表 2 机组启动非 F C B 工 况及 F C B工况 运行 费用比较 万元 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 l 3 第3 l 替第1 J 和励 磁 电流降低 至许 可值 ， 安全解列机组 ， 则不会 发生甩负荷、 由于离心力作用致使机组过速而引发 的转动部件及各轴承瓦的损坏事件。 5 防范措施 针对以上功率测量异常问题 ， 为了确保不再出 现类似设备异常及事故， 结合 同家电网公司十八 项 电网重大反事故措施 中要求 ， 提出了下列相关 的防范措施 。 ( 1 )电流互感器 B A 4 的 L 1 相和 L 2 相 电流接线 错误 ， 是二次T作人员在进行T A二次回路测试和伏 安特性试验后恢复接线时发生的。因此在试验前 ， 必须填写二次接线的措施票 ， 并对端子接线进行拍 照， 保证拆 、 接线正确无误。 ( 2 )建议对全厂T A 二次回路的接线端子排线 号标识 情况进行清查整改 ： 对于字迹模糊 、 手写 的 线号标识进行更换 ； 标识必须用标准的线号打印机 打印 ， 要求字迹清楚 、 标记正确 ， 符合 电力设备的规 程规范要求。 ( 3 )本机组的监控系统和调速器 的电气测量 共用 1 组T A线圈 ， 建议将这 2 个重要监视控制设备 一 一 ， 启动一次费用为 1 0 5 5 9 万元 ， 温态和 热态启动方式消耗成本低于冷态启动方式 ， 但远远 高于 F C B T况下运行 时费用 。随着市场 电价不断 上涨 ， 南北方煤价差异增大 ， 南方 同类 型机组启动 费用会更高。如果锅炉为燃油点火启动模式 ， 则机 组冷态启动一次费用高达 1 6 5 万元。 3 5 小结 机组具备 F C B 功能所需的热力系统及设备配 置一次性初投资比不具备 F C B功能机组增加 7 2 5 万 元。如果在机组运行周期 内发生一次电网故障 ， 造 成机组 F C B动作 ， 等离子点火启动模式机组冷态启 动时 ， 一次性挽 回直接经济损失可达 9 7 0 8 万元 ， 燃 油点火启动模式机组冷态启动时一次可挽回直接 经济损失可达 1 5 6 4 9 万元。机组全寿命周期内发 生5 8 次电网故障即可收回投资成本。 4 结语 F C B 功能机组在电网故障恢复后可迅速激活网 的 T A电气测量设备从 电气 回路 中分离 ， 各用 1 组 T A， 以降低重要设备同时发生故障的概率。 ( 4 )当值班 员监视 到发电机组的 电气测量数 据不正确时 ， 应在最短的时间内将调速器切换为手 动运行 ， 并持续监视机组 的导叶开度 、 定子电流 、 励 磁 电流等重要参 数 ， 将其降低至许可值 ， 避免 发牛 机组过负荷。 ( 5 )针对设备安全管理漏洞 ， 应加大运行值班 员和检修维护人员的技术培训力度 ， 提高事故预想 及应急处理的能