07交流：火电机组辅机单系列设计-俞基安资料课件

——新技术创新研讨火电机组辅机单系列设计俞基安布连电厂绿色布连前言第一部分尊敬的各位领导、各位同仁：大家好！

布连电厂是国电集团与河北省政府、内蒙古自治区政府三方合作的煤电一体化项目，一期工程建设2×660MW超超临界燃煤空冷发电机组和察哈素年产1000万吨煤矿。项目于2010年7月30日获得国家发改委核准，两台机组分别于2013年3月和6月投入商业运行。

布连电厂在技术创新和工程建设阶段受到了业内广泛关注，项目投产后先后荣获国家“优质工程金质奖”、“中国电力优质工程奖”、内蒙古自治区“草原杯”质量奖，并被国家发改委能源局授予“国家煤电节能减排示范电站”称号，更是得到了业界各方的普遍认可和好评。1工程荣获“2013年度中国电力优质工程奖”2

工程荣获“2013-2014年度国家优质工程金质奖”3

2014年10月9日，被国家发改委能源局授予“国家煤电节能减排示范电站”称号。创新内容和核心技术第二部分

工程在提高机组效率、节能降耗等方面进行了辅机单列布置、提高主蒸汽参数等110项科技创新和设计优化，获得国家实用新型专利20项、发明专利3项。

“大型落地低压内缸”等3项国家发明专利12“660MW超超临界锅炉空预器单列配置”等20项国家实用新型专利3

“660MW超超临界机组主厂房优化设计研究”等6项省部级科技进步奖4“660MW超超临界火电机组单列布置大型动叶可调轴流风机安装工法”等7项省部级工法“降低布连电厂烟风道钢材耗量”等27项省部级质量管理成果奖5

锅炉主要辅机一次风机、送风机、引风机、增压风机、空气预热器均采用1×100%容量单列设计和配置，为国内首创。（1）锅炉主要辅机单系列配置

典型2×50%布连1×100%1.新技术新设备的研究开发及应用一次风机：型号为ANT-2000/1000C，轴功率为3278kW（TB工况）。送风机：

型号为ANN-3392/1600C，轴功率为2600kW（TB工况）。引风机：

型号为ANN-4240/2000B，轴功率为7514kW（TB工况）。增压风机：

型号为ANN-4360/2000B，轴功率为4321.8。空气预热器：

转子直径为20850mm，总重量为1280.3吨，是目前由豪顿华公司研制的国内单体容量最大的风机和空预器。

送风机空预器一次风机引风机一次风机专利证书送风机专利证书空预器专利证书引风机专利证书锅炉辅机单系列关键技术证书每台机组采用1×100%容量汽动给水泵组设计，且前置泵和主泵同轴布置。（2）1×100%容量汽动给水泵组典型2×50%布连1×100%主给水泵：

型号为HPT400-450-5s，单泵最大流量为2500t/h，出水最大压力可达39.24MPa(a)。给水泵汽轮机：

采用杭汽研制的目前国内单机容量最大的单缸双分流外切换小汽轮机，型号为WK63/80，最大连续功率为32MW。前置泵：

型号为HZB352-760，设计流量为2590t/h，出水最大压力可达3.52MPa(a)。汽动给水泵组采用上海电气电站设备有限公司研制的国内第一台超超临界三缸二排汽空冷汽轮发电机（NZK660-27/600/600，QFSN-660-2）。（3）超超临界三缸二排汽空冷汽轮发电机

巴威锅炉第一次采用100%高压旁路及可调式再热器安全阀，取消过热器安全阀、水冷壁节流圈及炉水循环泵的设计，锅炉效率达95.2%以上，创美国巴威技术效率之最。锅炉效率较设计值94%高1.21个百分点，使得供电煤耗较设计值低3.77g/kWh（4）采用国内研制生产的第一台超超临界锅炉）巴威锅炉效率证明

（5）机组采用100%容量高压旁路系统，取消过热器安全阀，采用可调式再热器安全阀，且旁路系统和再热器安全阀均纳入DCS控制，在国内超超临界空冷机组上首次实现了FCB功能。

（6）采用国电智深公司研制生产的国内第一套机组重要辅机1×100%容量单列设计和配置的EDPF-NT+分散控制系统（DCS）及仿真机系统。

（1）提高蒸汽参数根据上汽西门子HMN型模块技术生产的超超临界空冷汽轮机主蒸汽压力最高可以达30MPa的技术特点，最终将汽轮机主汽压力由25MPa优化至27MPa，相应的锅炉过热器出口压力从26.25MPa提高至28MPa,100%THA工况热耗率降低44kJ/kWh，降低发电标准煤耗1.6g/kWh。

2.提高机组效率（2）降低凝汽器背压将汽轮机背压由13kPa优化至12kPa，空冷岛面积由161万平米优化增加至165.8万平米。100%THA工况热耗率降低23kJ/kWh，折合降低发电标准煤耗0.8g/kWh。

（3）降低锅炉排烟温度

将空预器出口烟气温度由130℃优化至120℃，且在锅炉尾部设计烟气换热装置，使出口烟气温度降至90℃。锅炉效率提高约0.1%，折合降低发电标准煤耗0.3g/kWh。（4）提高给水温度锅炉尾部烟道至脱硫吸收塔前设计烟气余热回收装置（低温省煤器），使6号低加进口水温提高10℃，热耗降低31kJ/kWh,折合降低供电煤耗1.19g/kWh。

（5）降低汽水、烟风系统阻力将部分四大管道的弯头用弯管替代，且全厂采用紧凑型布置缩短了锅炉出口到汽轮机进口跨距和管道长度，使再热系统压降由原来的10%降至7.3%，过热系统压降由原来的5%降至3.78%。锅炉主要辅机单列后烟风系统挡板基本取消且采用大口径圆形烟风道，以及锅炉至尾部烟道采用紧凑型布置，使烟风系统阻力明显降低。100%THA工况热耗率降低15kJ/kWh，折合降低发电标准煤耗0.5g/kWh。

（6）确保锅炉良好燃烧采用最新型低氮燃烧器，顶部设计有燃烬风；考虑到锅炉辅机单列设计和配置后可能带来的烟气和进风分配不均，进行了大量模拟试验和优化布置工作，确保锅炉配风均匀、燃烧充分。

（7）采用高效的辅机设备。锅炉四大风机均采用高效动叶可调式轴流风机；重新计算了风机的效率曲线，保证40%以上工况的效率，机组所有风机和泵在选型时压头和流量的富裕量均比传统的火规标准小；磨煤机采用比较经济的HP1003型磨；全厂所有大型重要辅机的电机均统一采用上海电机厂生产的高效节能电动机；全厂变压器均选用高效节能型变压器。

（1）同步建设脱硫、脱硝设施，全厂除尘、脱硫及脱硝设施投运率均为100%，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放均优于国家最新排放标准。（2）超超临界空冷机组首次采用经深度处理后的城市中水，发电综合水耗0.06m³/s•GW，较湿冷机组年节水1500万立方。3.采用多项节能环保技术（3）取消锅炉燃油系统，采用完全等离子无油点火和稳燃技术。

（4）取消锅炉脱硫烟道旁路挡板，设计增压风机旁路烟道，且增压风机由集控进行控制和操作（机组低于70%负荷，可停运增压风机）；

增压风机

（5）从减轻工人劳动量、保护环境，实现自动运行等方面考虑，石子煤采用履带式自动输送技术；石子煤自动输送系统（6）优化全厂设备和管道保温从设计抓起，延伸到施工内在质量和外观工艺控制，节能效果显著。

（7）开发应用智能吹灰系统，改变了传统的定时吹灰方式，实现了按需吹灰，减少了蒸汽损耗，降低能耗。（8）优化锅炉壁温测点至2000多点，扩大了锅炉金属壁温监视范围，为运行人员有效控制管壁温度和燃烧调整提供了更加精细的监视手段。（9）全厂主、辅机DCS控制实现一体化布局，电子间采用物理分散现场布置方式，利用光缆通讯技术，控制系统分散布置、集中控制，节省了大量控制电缆。锅炉补给水、制氢站、工业废水、综合泵房等辅控系统全部无人值守，真正达到了集散控制效果。

（13）

（10）灰斗加热器采用节能型、长寿命的片式自控恒温电加热器,有效降低电除尘系统用电负荷500kW。

4.降低工程造价采用天然地基和土方平衡原则进行厂区总平面布置优化；电子间和配电间采用物理分散现场布置方式；全厂采用紧凑型优化布置，主厂房采用带有除氧间的紧凑型前煤仓布置方案；全厂综合管架采用圆形钢结构；优化输煤系统。重大技术创新课题的攻克和解决第三部分

由于国内还没有火电厂辅机单系列的设计和运行经验，因此，在布连电厂辅机单系列设计、制造、运输、安装（施工）、调试过程中还是碰到了一些困难和问题，但在项目公司的统一组织协调下，这些问题最终都顺利地得到了解决，而且安全性、可靠性、经济性方面得到了很好的验证，也为今后同类型机组工程设计、建设和运行管理积累了宝贵的经验。

1.设计及现场布置

由项目公司主导，以电力设计院为主，三大主机、主要辅机及DCS厂家密切配合，开展了创新设计和联合研发，以解决系统、布置、接口及控制等一系列问题。

（1）锅炉一次风机、送风机、引风机、增压风机、空气预热器均采用1×100%容量设计后，对锅炉尾部的设计和布置影响非常大，其钢结构及基础承载与常规火电机组设计完全不同，烟风道布置时需要解决碰撞和流场均匀性问题。经过设计院与锅炉厂、风机厂、空预器厂的反复配合，并通过流场的均匀性模拟试验，最后才形成了目前非常流畅和美观的设备和烟风道设计布置。为节省空间和减小阻力，采用了圆形烟风道设计。同时，考虑到跳任何一台风机和空预器，机组就得停运的实际情况，除保留空预器烟气进口挡板外，取消了其他所有空预器进出口挡板和风机出口挡板。厂房布置锅炉房0m锅炉房0m锅炉房锅炉房17.5m锅炉房0m锅炉房0m锅炉房17.5m

（2）空预器单列后，转子直径大，重量重，因此，一方面要解决好空预器进出烟风系统的设计；另一方面要解决好驱动方式的选择和转子膨涨及漏风率的有效控制。通过计算论证和招标，采用了带变频的中心驱动方案和转子特殊密封设计技术。实践证明，单列空预器采用带变频中心驱动是安全可靠性的，空预器漏风率小于5%的目标也是可以确保的。

（3）由于锅炉主要辅机均为单系列设计，功率比较大，因此，高压厂用电配电系统采用了10KV电压等级，在A/B母线段电源负荷分配时需要进行详细的荷载计算和分配，保证基本平衡。厂用10KV段励磁盘柜

（4）1×100%容量汽动给水泵组且前置泵和主泵同轴布置设计，需要解决设计选型和布置位置问题。最困难的是小机的设计选型，当初，除外三采用100%容量进口ALSTOM小机外，国内百万级机组配的小机大部分是杭汽采用三菱技术生产的2×50%容量小机。为了降低工程造价，项目公司希望ALSTOM和西门子公司利用其技术在中国生产，但最后都没有谈判成功。无奈之下，通过公开招投标，杭汽中标，采用西门子配套研制的目前国内单机容量最大的单缸双分流外切换小汽轮机。

为了确保成功，在杭汽设计结束正式下线生产前，项目公司委托西安交通大学进行了复核计算，并邀请国内顶级专家进行了全面审查，方案补充完善后才开始生产。通过招标给水泵采用了效率相对较高的苏尔寿泵（苏州工厂正在建设中）。另外，考虑到汽机房整体布局的合理性和给水泵的汽蚀裕量，最后汽动给水泵组整体布置在6.9米中间层，十分美观。

（5）机组采用1×100%高压旁路设计后，需要解决对锅炉的影响，因此在设计低温过热器时，需充分考虑过热蒸汽流量全部进入再热器系统时的安全性，将管材档次提高了一档。另外，在旁路控制上打破了国外自带空压机及储气系统和两套完整液压油系统的常规设计，压缩空气改由全厂的仪用空气进行系统供气，液压油系统由两套合并成一套进行A、B侧分别供油。同时，取消了过热器安全阀，采用了可调式再热器安全阀，并将其纳入到DCS控制。

（6）FCB功能设计。主要是在锅炉、汽机、电气、热工设计时就要充分考虑其余量和控制手段，尤其是给水系统、凝结水系统设计时要考虑一定的富余量，以满足FCB功能的需要。

2.制造及出厂试验

（1）由于是单系列设计，因此，设备的制造工艺和质量就显得特别重要，直接关系到设备、系统及机组的安全性和可靠性，为此，在所有主机和重要辅机设备制造过程中，加强了质量验收把关，发现和处理了很多制造缺陷和质量隐患。由于100%容量辅机确实庞大，在风机、空预器、小汽机工厂试验时碰到了试验台满足不了要求的问题。杭汽因工厂不具备超速试验条件，经过多轮谈判，只好到现场做的小机超速试验。风机是在试验台扩容改造后才完成工厂动平衡试验，过程中发现其中1台一次风机振动超标，经做动平衡，问题才得到解决。

（2）主汽压力提高1MPa后，对锅炉受热面、汽机及四大管道影响很大，尤其是从美国进口的管材，壁厚都是正偏差，结果在四大管道设计和弯管时碰到了许多问题，一方面是四大管道壁厚增加导致支吊架刚开始设计时大部分过载，后进行重新设计。另外，在配管时出现了难以弯管和中心面对不上的问题。

3.运输及现场安装

由于空预器和小机特别大，因此都是在部分解体后才运输到现场，在安装过程中也碰到了吊装不进的问题。4.控制策略及仿真机开发

因机组主要辅机采用了单系列设计和技术创新，故机组的控制策略没有现成的经验可以借鉴和参考。布连电厂未雨绸缪，把DCS控制厂家、电力设计院和供货厂家召集一起分阶段开展了联合设计、逻辑组态、仿真机开发等工作。

对所有的控制策略、逻辑组态、保护定值进行了专家审定。根据已经审定通过的意见，再安排仿真机开发、验证和测试，在没有问题的基础上再安装到#1机组进行调试，直至顺利通过168h试运行。对在#1机组调试过程中发现的问题，再及时到仿真机上进行修改完善，然后再进行#2机组的调试，确保了所有技术创新和设计优化成果得到了保证。实践证明，布连电厂单系列设计和技术创新的控制策略、逻辑组态、保护定值是科学合理的。取得的主要成果第四部分

项目投产后，两台机组的供电煤耗分别为292.9g/kWh、294.4g/kWh，厂用电率分别为4.39%、4.20%，达到世界上同类空冷机组的最好水平。其中，辅机单列式布置是布连电厂在技术创新方面最大的亮点，节能提效和综合效益非常显著。工程名称机组容量机组编号锅炉热效率（%）汽机热耗(kJ/kWh)机组供电煤耗（g/kWh）汽机最大出力（MW）厂用电率（%）耗水率（kg/kwh）轴振最大值（μm）真空系统严密性(kPa/min)除尘器效率（%）空预器漏风率（%）排烟温度（℃）氮氧化物排放浓度（mg/Nm3）二氧化硫排放浓度（mg/Nm3）烟尘排放浓度（mg/）布连电厂2×660MW超超临界空冷标准值947652296.67114.540.432

0.299.75118100100301号95.237650.73292.968734.064.3980.35680.11999.864.7110.65123.6202号95.47644.952294.461731.544.2040.35570.08499.744.9411053.628.9720.57国内某电厂2×1000MW超超临界空冷标准值93.7767529910395.65

0.299.661221号93.717641.338298.52441075.7815.5160.8376.490.11199.763.99112.116396452号93.7357672.9323298.6151069.4575.5290.87760.11299.6953.6511575.994.628.4布连电厂与国内某百万空冷机组指标对比表运行实际值

（1）提高了辅机效率。单台100%容量给水泵汽轮机的内效率在各种工况下均高于2×50%容量，在低负荷运行时，效率优势更加明显，可降低煤耗0.4克／千瓦时。单列式配置的一次风机可以弥补双列式配置时压头大、流量小的不足，效率更高;单列式配置的送风机、引风机效率也都高于双列式配置。单列式配置空预器的漏风率低于双列式配置，其保证值可以由双列式配置空预器的6%降到5%以下。

（2）降低了辅机投资和运行电耗。布连电厂两台锅炉采用单列式配置的空预器和三大风机后，合计比双列式降低设备造价1800多万元，全年减少耗电量120万千瓦时。

（3）简化了运行操作。锅炉辅机采用单列式配置后，取消了联络风道和烟风系统的大部分挡板，简化了烟风系统，减少了故障点和泄漏源，也避免了双列式配置带来的风机“抢风”、“失速”、“喘振”等问题，调节及响应速度十分快捷。汽动给水泵组采用单列式布置和汽动同轴前置泵后，简化了给水系统，机组正常启动可直接用汽泵组上水，并可实现全行程快速调节，改善了2×50%给水系统操作复杂、调节速度慢的不足。锅炉主要辅机单列配置

（4）调节灵活可靠。锅炉、汽机、电气及控制系统匹配良好，启动及带负荷响应速度快捷，PSS、AVC、AGC、一次调频均正常投入，自动控制系统安全可靠。50%、100%甩负荷后5分钟左右即可重新并网，10分钟左右就可带至50%负荷（330