1000MW 机组工程总体设计优化

1000MW 机组工程总体设计优化
发表时间：2019-11-20T12:50:11.500Z 来源：《中国电业》2019年15期作者：王萌
[导读] 针对提高机组运行效率，做好节能减排，对1000MW机组工程进行设计优化
摘要：针对提高机组运行效率，做好节能减排，对1000MW机组工程进行设计优化，从设计理念以及运行模式上不断的优化完善，提升机组的运行指标及机组效率，实现机组运行稳定、经济、节能、降耗、环保的优化整合。

关键词：发电；1000MW机组；设计优化
引言
为了进一步提升机组的运行效率，提升火电企业的节能减排效果，对1000MW超超临界火力发电机组设计进一步优化，使运行经济性以及节能减排效果提升，实现传统设计理念以及传统机组运行模式的不断突破。

此次设计优化的2×1000MW机组是超超临界二次再热燃煤机组，设置了同步配套的烟气脱硫脱销系统，将锅炉电动给水前置泵设计优化成为汽动泵，锅炉给水高压加热器双列六台优化为单列三台，热力系统增设低低温省煤器，大功率辅机设备工频运行优化为变频运行等优化方案，本文主要针对该机组优化设计进行探讨。

1 设计特征分析
为了满足我国当前绿色、环保型生产作业，响应低碳生产节能减排要求，在提升机组的运行效率、可靠性、稳定性的原则下设计了2×1000MW超超临界二次再热火电机组，实现了机组运行的高效、节能环保等特征[1]。

1.1采用国产DCS设备
随着当前我国经济的快速发展，火力发电行业的单机容量都在不断提升。

而在大容量机组运行情况下，必须要充分保证机组运行的安全性、稳定性以及经济性。

对于电厂机组的运行来说，自动化控制系统（下图1所示）是其运行的核心所在，此次设计的超超临界机组属于目前世界上等级最高的火力发电机组，对自动化控制系统的要求更高，技术复杂性也更高。

图1 协调控制系统示意图
我国目前已经研究出了成熟DCS系统，此设计采用的机组控制以及监控系统主要是由分散处理站、人机接口装置以及相应的通信系统组成[2]。

分散系统的主要子系统之间采取的是硬接线方式，并通过I/O通道来实现信息传递。

而且分散控制系统本身也能够实现逻辑控制以及连锁保护。

针对两台机组的分散控制分别设置了相应的公用网路，并与DCS数据总线进行了联接。

目前在电厂中现场总线技术实现了广泛的应用。

此设计的该电厂DCS控制同样采取的是现场总线控制，利用光缆线路将循环水泵房、空压机房、220kV升压站、脱硫脱硝、化学水处理、输煤系统等与DCS进行了联接，其主要的控制是在单元集中控制室实现的；DCS组态图如下图2所示，类似的DCS系统已在投产的1000MW发电厂如东营大唐发电公司、神华寿光、华能莱州、国投湄洲湾等等发电厂得以应用。

其主要具备了以下一些特点。

图1 DCS组态图
（1）实现了所有的I/O的投入率100%及正确率100%，168小时的试运行过程中画面保持良好，系统本身的运行可靠性也比较高，系统的运行精度也比较高，指标的时效性也完全满足了各项设计标准的要求，从而证实DCS可靠性、稳定性、准确性及人机对话方便性。

（2）机组运行过程中FSSS、SCS实现了正常运行，I/O各个点实现了正确的投入，机组所有电气执行机构各项的投入率也达到了100%，指令、反馈、实际值精准对应。

（3）机组ATC整机逐渐启动的过程中，模拟量调节系也在工况变化中实现动态至稳定平衡的运行调节，并且调节准确迅速。

通过对其运行状况进行分析发现，本机组的模拟量系统能够实现长时间的可靠运行，这样就能充分保证机组在实际生产中能够实现高频率、大幅度的负荷调节变化，完全满足了当前电网调度的实际需求，电网调度的品质也完全达到了优良标准，投入AGC、A VC控制调节均符合要求。

（4）机组各个部分保护投入率也达到了100%，MFT、ETS、OPC、RB、发变组保护以及相关的辅助保护，没有误动作或者是拒动等现象，正确率达到了100%，完全能够保障整套机组的安全稳定运行[2]。

(5)FSSS、DEH以及TSI各个分项系统都进行了完善，整体的性能水平也得到了进一步提升，完全达到了当初的设计标准，在运行过程中各项保护功能和自动调节装置均工作正常，保护动作以及调节动作完全达到了优良品质。

（6）机组并网以及带负荷、减负荷运行过程中系统控制精确运行稳定，目标值、给定值、实际值的变化跟踪均符合要求。

1.2采用电动给水前置泵改为汽动泵前置泵
在对实际运行的多个发电厂详细考察分析后，优化设计将两台锅炉电动给水前置泵改为一台汽动前置泵并与锅炉主给水汽动泵同轴，共用一台小汽轮机驱动，在提高汽动给水泵汽轮机热效率的同时降低厂用电量[3]，减少了除氧间至零米的管道，节省了汽机房零米空间。

1.3采用单台锅炉给水泵原设计两台50%锅炉给水泵组，优化成为一台100%锅炉给水泵组。

锅炉给水前置泵由0米平台移至13.7米平台与主泵同轴，通过设计优化将给水系统减少一组锅炉给水泵组，减少了给水管道、汽源管道，节省初期设备的投资及占地面积，提高汽动给水泵汽轮机的热利用率。

1.4采用单列高压加热器锅炉主给水高压加热器原设计三台加热器先串联后并联两列运行，共六台卧式布置，抽汽、给水、疏水系统为两路，系统复杂潜在的漏点较多，检修维护量大，设备初期投资多。

优化设计为单列三台串联布置，结构简单方便检修，大大节省高压管道及占地面积。

1.5采用低低温省煤器此次设计优化在锅炉尾部烟道增设低低温省煤器，布置在电除尘器入口。

低低温省煤器可以将烟气温度降至酸露点温度以下，同时满足湿法脱硫系统要求温度低的工艺。

1.5.1将电除尘器入口烟气温度降低至酸露点温度以下，使烟气中大部分SO3 冷凝形成硫酸雾，粘附在粉尘表面并被碱性物质中和，粉尘特性得到很大改善，比电阻大大降低，从而大幅提高除尘效率。

1.5.2可大幅减少 SO3 和 PM
2.5 排放。

电除尘器入口烟气温度降至酸露点温度以下，气态 SO3 将转化为液态的硫酸雾。

因电除尘器入口含尘浓度很高，粉尘总表面积很大，为硫酸雾凝结附着提供了良好条件。

SO3 去除率通常可达90%以上。

1.6采取变频调节匹配变工况运行发电负荷必须相应电网需求，当负荷由1000MW至最低稳然负荷400WM变化时，设备出力也随之改变，其中引风机、送风机工频运行静叶、动叶改变开度进行调节，设计优化为变频调节，静叶、动叶节基本上保持全开，减小介质沿程阻力损失，减小电动机耗电量。

凝结水泵工频定压运行，出口调阀调节开度，设计优化为出口调阀全开凝泵变频滑压运行，节省凝泵耗电量的同时减少系统节流损失及调阀磨损。

循环水泵优化设计成为工频与变频可以相互切换的运行方式，根据环境温度变化合理调节运行方式，特别是冬季变频运行减小循环泵耗电量，使进入凝汽器的循环水量合理调整，减小凝结水过冷度提高热效率。

1.7采取三相一体式主变压器由于1000MW机组本身的主变容量非常大，目前国内超过百万级的机组在运行过程中主要采取的是三台单相变压器。

目前国内的大型变压器生产制造水平完全能够达到实际需求，但是受到运输条件方面的限制。

单相变压器在实际使用过程中不仅会占用更大的面积，而且其离相母线的布置方式非常复杂，与三相一体变压器相比较，单相变压器整体造价成本以及原材料消耗都要高很多，鉴于此，优化设计选择了三相一体变压器，这样不仅能够节省大量的设备成本投入，而且也能够让整个系统得到进一步简化，与此同时变压器基础桩数上也能得到有效控制，变压器在运行过程中的能耗也能进一步降低。

1.8采取紧凑型平面布局
充分利用空间，在设备布置上首先保证设备检修、维护、安装时叉车及起重车、行车、葫芦吊等辅助检修的设施顺利通行，其次检修拆卸的设备零部件有存放空间，并便于现场检修维护工作的开展，在此要求下优化设备布置，将两台1000MW机组的整体占地面积优化的非常小。

2优化设计成果
在针对两台1000MW机组进行进一步优化设计之后，在占地面积、发电耗能、热效率、运行方式等各个方面都得到了极大的改善。

在优化设计方案下工程的设计成本得到了有效控制，工程整体建设概算比批准的概算节约了300多万人民币。

3结束语
在本次针对1000MW机组工程进行设计的过程中，对同类型的机组成熟设计经验进行了充分借鉴，在此基础上实现了1000MW机组最大程度的优化设计。

从而使得本次工程建设整体投资成本得到有效控制，也使得机组设备在实际运行过程中可靠性、经济性、环保性得到的有效提升，而且灵活性也更强，各项设计指标非常突出，由此也能够为后续的机组设计提供良好的借鉴作用。

参考文献
[1]潘凤萍,陈世和,张红福,孙叶柱,孙伟鹏. 1000MW超超临界机组自启停控制系统总体方案设计与应用[J]. 中国电力,2009,42(10):15-18.
[2]程永权,胡伟明,邹祖斌,刘洁. 1000MW水轮发电机组研究新进展[J]. 电力建设,2011,32(06):62-66.
[3]马小勇. 基于信息网络集成分析的火电管理复杂体系研究[D].华北电力大学,2012.。