浅析中国300 MW等级循环流化床锅炉机组与煤粉锅炉机组可靠性

作者：郑晓敏

  中国现役的燃煤火力发电机组中．300 MW容量等级的燃煤火电机组总装机数量达880台，为装机数量最多的一个容量等级，占单机容量100 MW及以上燃煤火电机组总数量的45%以上；其装机总容量为277 313 MW,占火电总装机容量的30%以上。因此，300 MW等级燃煤机组的可靠性对中国燃煤火电机组整体可靠性的影响是比较大的。

  在300 MW等级的燃煤火电机组中，有近80台循环流化床锅炉机组投入运行。与煤粉锅炉相比，循环流化床锅炉的燃烧方式完全不同，燃煤颗粒与大量的灰颗粒混合后在炉膛内循环流化燃烧，所以锅炉炉膛内的受热而磨损更为严重．再加上循环流化床锅炉燃烧的劣质燃料中热值较低而矸石／灰分含量高，进一步加大了锅炉受热面的磨损，冈此，总体上循环流化床锅炉机组的可靠性要低于煤粉锅炉机组。早期投产的135 MW等级机组常常因为磨损爆管导致非计划停运（简称非停），最短连续运行时间仅有1周左右。后来随着对流化床锅炉磨损机理的不断深入研究．防磨技术也在不断发展．锅炉的连续运行时间不断增加。目前已有135 MW等级及300 MW等级的循环流化床锅炉机组连续运行时间超过400天的记录。

  由于300 MW等级燃煤火电机组中既有常规煤粉锅炉机组，又有循环流化床锅炉机组，所以在分析该容量等级燃煤火电机组的可靠性指标时，根据炉型分开统计分析更为科学合理，也更有利于对300 MW等级燃煤火电机组的可靠性进行评价：同时还能够定量对比分析300 MW等级循环流化床锅炉机组与煤粉锅炉机组在可靠性方而的差异。因此，电力可靠性管理中心对纳入可靠性管理的300 MW等级燃煤火电机组2010-2014年所报送的可靠性数据按照不同炉型进行了分类整理，整理结果可以反映出现役两种炉型在可靠性方面的变化趋势。

  在中国135 MW等级及200 MW等级的燃煤火电机组中，也有相当数量的循环流化床锅炉机组，但是因为单机容量较小，其非停对中国电网的影响在逐渐下降：同时在中国“上大压小”、“关停小机组”等政策的影响下，有不少机组已经或即将被关停，冈此在本文中不再对其专门统计与分析。另外，对于当年投产的机组，因为运行时间不足1年．所以其可靠性数据也不做统计与分析。

1  两种锅炉机组的综合可靠性指标统计

  表1给m了300 MW等级的循环流化床锅炉机组与同容量等级的煤粉锅炉机组部分可靠性指标的统计结果。从表1巾可以看出，除2011年以外，循环流化床锅炉机组的利用小时数、运行小时数以及可用小时数均低于煤粉锅炉机组。同时，受中国整个电力供应形势的影响，从2011年起，两种锅炉机组的利用小时数都在不断下降，分别从201 1年的5 500 h以上降低至2014年的4 900 h以下．其中流化床锅炉机组甚至不足4 700 h。

  与运行小时数及可用小时数相对应，循环流化床锅炉机组的运行系数(SF)以及等效可用小时数(EAF)也低于煤粉锅炉（简称为PC）机组，两种锅炉机组运行系数及等效可用系数5年来的变化曲线如图1所示，从201 1年起，两种锅炉机组的运行系数总体上二不断降低，但是循环流化床锅炉机组的利用小时数冈为低于煤粉锅炉机组，所以其运行系数也一直低于煤粉锅炉机组。流化床锅炉机组的等效可用系数略低于煤粉锅炉机组，在趋势上二者基本保持水平状态。

2两种锅炉机组的停运指标统计

  在正常服役期问，电厂机组停运一般分为计划停运及非计划停运两种，在计划停运期问对机组做必要的维护保养，以便于机组保持在较好的工作状态：但是非计划停运对机组的可靠性影响最大,往往会造成很大的经济损失。

  对于电网而青，大容量机组的非计划停运可能会对电网的安全稳定运行造成较大的危害，甚至造成电网崩溃：对于电厂而言，非计划停运不仅导致机组需要额外的维护保养，增加维修成本．而且冈为非计划停运导致的上网电量损失也会给电厂带来较大的效益损失。

2.1  两种锅炉机组停运指标

  图2给出了两种锅炉机组计划停运次数(POT)及非计划停运次数( UOT)统计值，可以看出，在计划停运次数方面，循环流化床锅炉机组平均每年要停运1.5次左右，而煤粉锅炉机组则不到1次．说明循环流化床锅炉机组比煤粉锅炉机组需要投入更多的维护。在非计划停运次数方面，循环流化床锅炉机组的非计划停运次数在不断降低，从最高的2011年2.48次／（台-年）迅速降低至2014年的不到0.75次／（台·年），但仍要高于煤粉锅炉机组2014年的0.45次／（台·年）。

  在非计划停运巾，I～Ⅲ类非计划停运之和称为强迫停运．图3给出了两种锅炉机组强迫停运次数( FOT)及等效强迫停运率(EFOR)的统计值，、与非停次数的规律类似，从2011年起，循环流化床锅炉机组的强迫停运次数及等效强迫停运率均有了较大幅度的下降，分别从2011年的1.97次／（台·年）及3.7%降至2014年的0.62次／（台·年）及1.1 8%．但仍远高于煤粉锅炉的0.42次／（台·年）及0.31%。

  表2及图4给出了停运时间及平均非计划停运间隔小时。从表2中可以看出．在计划停运小时方面，二者的台年小时数大致相当．说明在正常维护条件下，二者所消耗的时间相差不大：而在非计划停运时间方面．循环流化床锅炉机组仍要远高于煤粉锅炉机组，说明一旦发生非停．循环流化床锅炉机组恢复需要的时间更长．这对上网电量会有更大的影响。

  从图4中可以看出，随着投运时间的延长，循环流化床锅炉机组的平均非计划停运间隔小时数迅速增加，从2010和2011年的3 000 h左右迅速增加到2014年的超过8 667 h．说明循环流化床锅炉机组整体的最长连续运行时间在不断增加．机组的可靠性在增加，非停次数在不断减少。不过，与煤粉锅炉机组相比较，仍要远低于煤粉锅炉机组，同级别煤粉锅炉机组2014年平均非计划停运间隔时间为14 826.5 h。

2.2  非计划停运分系统统计与分析

  由于汽轮机系统与发电机系统相同，锅炉系统（锅炉本体及其辅助设备）是两种锅炉机组之间最大的不同，因而从整体上说．两种类型机组可靠性的差异主要是由锅炉系统所造成的。

  图5及图6给出了两种锅炉机组分系统非计划停运次数和累计非停时间所占比例，在两种锅炉机组中，锅炉系统不论是非停总次数，还是累计非停时间，均远高于其他系统。在2010-2014年，循环流化床锅炉机组因为锅炉系统所造成的非停次数分别占总次数的82.86%、84.93%、72.22%、76.6%、70.73%：所造成的累计停运时间分别占总时间的86.74%、93.15%、94.63%、98.01%、91.57%。与之相对应，煤粉锅炉机组的锅炉系统所造成的非停次数仅占非停总次数的56.3%、52.05%、48.49%、49.84%、49.84%；  累计非停时间占总时间的69.49%、72.48%、54.72%、64.04%、63.88%。从上述的数据对比中可以看H{，循环流化床锅炉机组的锅炉系统所引起的非停次数及非停时间比例更高，说明循环流化床锅炉系统的可靠性还需要进一步提高。

2.3锅炉系统非计划停运分类别统计

  不同类型的非计划停运对电厂的经济性或是对电网负荷的影响也有所不同，其中第1类非计划停运山于需要立即停机，所以对电网的安全运行冲击也最大，凶此在机组的日常管理需要给予更多的关注。

  图7～10依次给出了两种锅炉机组锅炉系统不同类别的非计划停运次数、累计非计划停运时间以及各自所占比例。

  如图7.图8所示，总体上看，两种锅炉机组锅炉系统非计划停运次数与图2中的非计划停运次数趋势类似．也进一步证明了火电机组非计划停运中，锅炉系统占了绝大部分。从非计划停运分类别统计上看，两种机组的锅炉系统第1类非计划停运次数及累计非计划停运时间均为最多的：第V类非计划停运次数及累计时间都是最少的。

  如图9和图10所示，煤粉锅炉机组锅炉系统的第1类非计划停运次数及累计非停时间所占的比例要大于循环流化床锅炉系统，但是第Ⅱ类非计划停运次数及累计时间所占比例要小于循环流化床锅炉系统，第Ⅲ类所占比例二者大致相当。

  从图7～10可以看出，煤粉锅炉系统在发生非计划停运事件时．发生第1类非计划停运事件的比例要超过循环流化床锅炉系统，造成这种现象的原因可能是两种锅炉的燃烧机理不同所造成的。二者在遇到因燃烧系统问题所造成的非停时，由于循环流化床锅炉的炉膛中有大量的床料，具有较大的蓄热能力，所以燃烧系统出现故障时，往往不会造成汽轮发电机组的立即停运，可以通过调节负荷维持一小段时间：而对于煤粉锅炉，一旦燃烧系统发生故障，造成锅炉灭火时，就会造成汽轮发电机组立即停运。

2.4两种锅炉系统可靠性比较

  从上面的统计与分析中可以看出，300 MW等级的循环流化床锅炉机组可靠性整体上尽管有了很大的提高．但是仍要低于同级别煤粉锅炉机组。造成这一现象的主要原因有3个方面：

  (1)循环流化床锅炉采用大量物料颗粒在炉内进行循环燃烧的方式，造成锅炉内部受热面严重磨损，大大影响了机组的可靠性。所以，即使二者燃用相同的燃料，循环流化床锅炉也会比煤粉锅炉受到更严重的磨损。

  (2)循环流化床锅炉在实际运行巾，所燃用煤种大多为劣质燃料，即燃料的热值低而灰分高或者矸石含量比较大。据统计，300 MW等级循环流化床锅炉所用的燃煤灰分一般在30%～40%，部分资源综合利用电厂所燃用的低热值煤种灰分接近50%，同时在灰分巾，矸石含量较多，灰颗粒硬度较大，进一步加剧了锅炉的磨损。

  (3) 300 MW等级的循环流化床锅炉机组投运时间较短．而且每年新投产的机组数量所占比例较大，也极大地影响了机组整体的可靠性。因为300 MW等级循环流化床锅炉机组I叶』现时间较短．从设计制造到电厂运行人员对其认识还不够充分，一定程度上影响了锅炉系统的可靠性。另外，循环流化床锅炉机组由于投运台数较少，所以台年平均值就会相对比较大。

3结论与建议

  从以上的数据统计与分析中可以看出巾国300 MW等级循环流化床锅炉机组的可靠性指标提升很快．但由于循环流化床锅炉的技术特点及燃用劣质燃料的现实情况，造成循环流化床锅炉机组可靠性指标小于煤粉锅炉机组。其中磨损是造成循环流化床锅炉可靠性较低的主要原因。

为了进一步提高300 MW甚至更大容量等级的循环流化床锅炉机组及煤粉锅炉机组的可靠性，建议如下：(1)电厂在设计和运行阶段，尽可能使设计燃料与实际运行的燃料相符。(2)在锅炉的设计制造阶段．要尽可能收集更多的同类型机组的磨损发生的原因及处理方法，并在设计时加以考虑，同时采取适当的避免措施，防止同类型的故障反复出现。(3)在电厂的日常管理中，要做好循环流化床锅炉全过程可靠性管理工作，即在建设阶段要做好锅炉的施工安装质量管理；在机组投运后要做好日常运行、维护及检修的管理，尤其需要提高运行及检修人员的业务能力，做好燃烧调整及设备维护．以减少故障的发生：同时对于已发生的故障．要深入研究，彻底弄清故障原因并防止类似的故障再次发生。(4)电力企业做好日常的可靠性管理工作，加强和完善本企业的管理体系和技术体系建设，以便于为开展可靠性的分析与应用打下坚实的基础。

4摘要：为了定量分析中国已经投运的300 MW等级的循环流化床锅炉机组与煤粉锅炉机组在可靠性方面的差异，对中国大部分现役的300 MW等级循环流化床锅炉机组和煤粉锅炉机组可靠性数据进行了统计．分析并比较了两种锅炉机组的综合可靠性指标及停运指标。分析结果表明，尽管循环流化床锅炉机组的可靠性指标有了很大的提高，非计划停运次数2011年2.48次／（台·年）迅速降低至2014年的不到0.75次／（台·年），强迫停运次数及等效强迫停运率也分别从最高的201 1年1.97次／（台·年）及3.7%降至2014年的0.62次／（台，年）及1.18%．但与煤粉锅炉机组相比，非计划停运次数台年均值、强迫停运次数台年均值及等效强迫停运率分别高0.30次、0.20次及0.87%；平均非计划停运间隔小时低6 158.90 h。因此循环流化床锅炉机组的可靠性还需要进一步提高、