8月下旬的幾天里，位于江蘇徐州的徐州華潤電力有限公司，以及距此幾十公里外的安徽淮北的申能安徽平山電廠二期工程現(xiàn)場，大咖云集，熱鬧非凡。由中國能源研究會和北京能源與環(huán)境學(xué)會組織的院士專家考察團(tuán)，實(shí)地探訪，現(xiàn)場考察，召開技術(shù)座談會。
十一屆全國人大常委會副委員長華建敏，原能源部能源總工程師秦中一，中國能源研究會常務(wù)副理事長史玉波、周大地，中國能源研究會副理事長陳進(jìn)行，中國工程院院士倪維斗、何多慧、陳念念、蘇萬華，清華大學(xué)教授毛健雄等專家，他們紛紛為徐州華潤電力有限公司、申能安徽平山電廠二期工程所代表的火電技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)贊，為火電最新技術(shù)成果推廣支招。
重量級的專業(yè)人士何以扎堆亮相？這足見大家關(guān)心的這些技術(shù)問題的重大意義。
“用煤的火力發(fā)電，也可以做成綠色的項(xiàng)目，讓火力發(fā)電迸發(fā)出新的生命力，能夠站得住腳。”8月28日，在徐州華潤電力有限公司召開的高溫亞臨界綜合升級改造項(xiàng)目匯報交流會上，十一屆全國人大常委會副委員長華建敏表示。
徐州華潤電力有限公司3號機(jī)組采用上海申能電力科技有限公司的高溫亞臨界技術(shù)改造，8月10日一次性順利通過168小時滿負(fù)荷試運(yùn)行，供電煤耗可降至287克/千瓦時。在華建敏看來，該項(xiàng)目是火電技術(shù)自主創(chuàng)新的典型體現(xiàn)。
“申能安徽平山電廠二期工程采用的高低位分軸布置二次再熱技術(shù)可謂火電史上的壯舉。”8月29日，在淮北申能發(fā)電有限公司，中國工程院院士、北京能源與環(huán)境學(xué)會名譽(yù)會長倪維斗談道。
申能安徽平山電廠二期工程將建設(shè)世界上單機(jī)容量最大的135萬千瓦二次再熱超超臨界高低位布置雙軸汽輪發(fā)電機(jī)組，被國家能源局列為“國家示范工程”。目前，該項(xiàng)目正有序推進(jìn)。
“高溫亞臨界改造”的成功實(shí)施、“高低位分軸布置”的穩(wěn)步推進(jìn)，這被眾多院士專家看作是火電技術(shù)進(jìn)步迎來的里程碑。這兩大技術(shù)也讓相隔不足百公里的徐州與淮北成為火電技術(shù)進(jìn)步乃至推進(jìn)能源革命的“能源新地標(biāo)”。
現(xiàn)役亞臨界機(jī)組何去何從？
“今年6月4-7日，國際能源署清潔煤中心在美國召開了第九屆國際清潔煤技術(shù)大會，美國國家電力研究院（EPRI）的專家在會后主動與上海申能電力科技有限公司（簡稱申能科技）的專家進(jìn)行交流，并坦陳他們在提高亞臨界機(jī)組蒸汽溫度技術(shù)的研究中遇到了重大瓶頸。”申能科技總經(jīng)理馮偉忠在上述匯報交流會上介紹道，占全球火電機(jī)組最大板塊的亞臨界機(jī)組的技術(shù)改造遭遇了世界性難題。
隨著材料技術(shù)的不斷進(jìn)步和熱能動力理論的日臻完善，蒸汽的參數(shù)經(jīng)歷了低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界直至超超臨界的發(fā)展過程。能源清潔化的發(fā)展要求日益迫切，發(fā)展高參數(shù)大機(jī)組成為國家節(jié)能減排戰(zhàn)略組成部分。但是，存量眾多的現(xiàn)役亞臨界機(jī)組何去何從成為一個重大課題。
相關(guān)資料顯示，目前，我國仍有約3.5億千瓦裝機(jī)容量的亞臨界機(jī)組（主要為30萬千瓦和60萬千瓦等級），僅30萬千瓦等級亞臨界機(jī)組就達(dá)880臺，該類機(jī)組的煤耗顯著高于超臨界和超超臨界機(jī)組。
“因廠制宜采用汽輪機(jī)通流部分改造、鍋爐煙氣余熱回收利用、電機(jī)變頻、供熱改造等成熟適用的節(jié)能改造技術(shù)，重點(diǎn)對30萬千瓦和60萬千瓦等級亞臨界、超臨界機(jī)組實(shí)施綜合性、系統(tǒng)性節(jié)能改造，改造后供電煤耗力爭達(dá)到同類型機(jī)組先進(jìn)水平。”《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》對亞臨界機(jī)組提出了實(shí)施綜合節(jié)能改造的明確要求。
為充分挖掘現(xiàn)役亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能潛力，科學(xué)做好機(jī)組改造、延壽與退役工作，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，2015年，國家能源局下發(fā)《亞臨界煤電機(jī)組改造、延壽與退役暫行規(guī)定》(國能電力〔2015〕332號)。
記者注意到，《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》要求：“到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時，其中現(xiàn)役60萬千瓦及以上機(jī)組（除空冷機(jī)組外）改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時。”
據(jù)清華大學(xué)教授毛健雄分析，根據(jù)機(jī)組平均供電煤耗一般比額定工況下供電煤耗高15~20克/千瓦時的規(guī)律，上述要求意味著現(xiàn)役煤電機(jī)組額定工況下供電煤耗需要低于290克/千瓦時。該目標(biāo)對于現(xiàn)役超超臨界機(jī)組較易于實(shí)現(xiàn)，但對于亞臨界機(jī)組而言卻是巨大挑戰(zhàn)。
相關(guān)調(diào)研資料顯示，由于參數(shù)較低且汽輪機(jī)通流效率普遍較低，30萬千瓦等級濕冷亞臨界機(jī)組額定工況下供電煤耗普遍高于320克/千瓦時（部分甚至超過340克/千瓦時），距離行動計劃要求差距普遍超過30克/千瓦時，相去甚遠(yuǎn)。
“徐州樣本”提供全球標(biāo)桿
“全球首例”、“火電奇跡”——連日來，在徐州華潤電力有限公司，首先將人們吸引住的是打著這些關(guān)鍵詞的標(biāo)識牌了。院士專家們也紛紛在此合影留念。
這是怎樣的一項(xiàng)技術(shù)呢？
近年來，業(yè)內(nèi)不斷提出針對亞臨界機(jī)組改造提效的各種技術(shù)方案，但均存在明顯的短板。
據(jù)北京能源與環(huán)境學(xué)會提供的資料，如常規(guī)汽輪機(jī)通流改造，節(jié)能收益一般僅有10克/千瓦時左右，遠(yuǎn)無法達(dá)到國家要求的310克/千瓦時煤耗要求，且改造的效率收益難以保持。而跨代升級改造成準(zhǔn)二次再熱超（超）臨界機(jī)組，其改造量和成本過于巨大，幾乎相當(dāng)于重建，而最終的性能卻差強(qiáng)人意，不具備經(jīng)濟(jì)可行性。至于升溫至566/566攝氏度的方案，其節(jié)能效果有限（約15克/千瓦時），但代價很大，仍然無法達(dá)標(biāo)且性價比過低。
據(jù)華潤電力控股有限公司（簡稱華潤電力）黨委書記、總裁胡敏介紹，對于現(xiàn)役亞臨界機(jī)組的提效改造，他曾就溫度提高等有關(guān)問題與馮偉忠進(jìn)行探討。“我也是馮偉忠教授的粉絲。”在上述會議上，胡敏鄭重地表示。
經(jīng)多年研究，馮偉忠在2010年提出了“高溫亞臨界”改造技術(shù)路線。其關(guān)鍵是保持機(jī)組主再汽壓力基本不變，把機(jī)組主再熱蒸汽溫度均大幅提高到現(xiàn)有超超臨界機(jī)組的600攝氏度水平，并整合應(yīng)用已在上海外高橋第三發(fā)電有限公司驗(yàn)證成熟的節(jié)能減排系列技術(shù)，可大幅提高機(jī)組的能效和環(huán)保水平。
鑒于“高溫亞臨界綜合升級改造方案”的可行性、先進(jìn)性和較高性價比，華潤電力率先與馮偉忠領(lǐng)銜的申能科技合作，在徐州華潤電力有限公司3號機(jī)組率先實(shí)施高溫亞臨界綜合升級改造項(xiàng)目。
這被中國能源研究會常務(wù)副理事長史玉波稱贊為：“華潤電力是第一個吃螃蟹的。”華建敏把馮偉忠的系列技術(shù)稱為“千里馬”，把華潤電力比作“伯樂”。
“我們公司3號機(jī)組為32萬千瓦國產(chǎn)亞臨界燃煤純凝機(jī)組，2004年6月建成投產(chǎn)，2016年平均供電煤耗325克/千瓦時。進(jìn)行高溫亞臨界機(jī)組節(jié)能綜合升級改造，目標(biāo)是改造完成后機(jī)組在設(shè)計工況下煤耗不高于287克/千瓦時，達(dá)到超超臨界機(jī)組水平。”徐州華潤電力有限公司總經(jīng)理李義介紹道。
在徐州華潤電力有限公司實(shí)施的高溫亞臨界綜合升級改造項(xiàng)目于2017年4月啟動定制化設(shè)計，于2018年11月底停機(jī)正式開始改造施工，2019年8月3日完成安裝和調(diào)試。除了先進(jìn)的機(jī)組煤耗水平外，該改造還有效提高了低負(fù)荷下脫硝裝置工作溫度，打破了機(jī)組超低負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸等等，機(jī)組的節(jié)能和環(huán)保以及靈活性等綜合性能得到全面提升。
“我在現(xiàn)場注意到幾個數(shù)據(jù)，第一個是顯示屏上的發(fā)電煤耗，兩個數(shù)據(jù)分別是296和293，如果按照火電廠鑒定驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)，要把大氣條件折算到標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓力和溫度，現(xiàn)在沒折算，但預(yù)計折算后煤耗要在290克以下，約285-287克左右，這是一個重要的數(shù)據(jù)，可以反映出改造項(xiàng)目大量節(jié)省了煤炭消耗。”華建敏在講話時表示。
國家示范工程“平二項(xiàng)目”穩(wěn)步推進(jìn)
在申能安徽平山電廠二期工程（簡稱平二項(xiàng)目）現(xiàn)場，各項(xiàng)工作正穩(wěn)步有序向前推進(jìn)。主廠房40米層澆筑已完成，鍋爐大板梁安裝驗(yàn)收完成，受熱面吊裝已開始，冷卻塔塔體施工正在進(jìn)行中。
一個正在建設(shè)的火電項(xiàng)目卻罕見地已經(jīng)吸引來了一批又一批探訪者。院士專家們的濃厚興趣被工程現(xiàn)場正在建設(shè)的一個個環(huán)節(jié)勾起。“考察完馮偉忠團(tuán)隊(duì)的系列技術(shù)，我們都想推薦馮偉忠參評院士了。”8月29日，倪維斗、何多慧、陳念念、蘇萬華等幾位院士在“平二項(xiàng)目”現(xiàn)場召開的座談會上表示。
從19世紀(jì)末現(xiàn)代火電技術(shù)成型以來，提高發(fā)電廠效率始終是電力技術(shù)界不懈的追求。為突破采用更高等級蒸汽參數(shù)以及二次再熱技術(shù)的造價瓶頸，馮偉忠的高低位分軸布置發(fā)明專利被正式提出。
該技術(shù)可極大縮短機(jī)爐之間的主蒸汽管道、一次冷再蒸汽管道、一次熱再蒸汽管道及二次冷再蒸汽管道，與此同時，管道系統(tǒng)的壓力損失及散熱損失也大幅降低。實(shí)際主蒸汽管道及高溫再熱蒸汽管道的長度不到常規(guī)布置二次再熱機(jī)組的10%。這使得二次再熱機(jī)組的優(yōu)勢可以得到充分發(fā)揮，機(jī)組效率及性價比可進(jìn)一步提高。此外，雙軸技術(shù)的采用，使得機(jī)組的容量瓶頸得以打開。
從2005年初提出該項(xiàng)技術(shù)到2016年末正式核準(zhǔn)項(xiàng)目落地，“平二項(xiàng)目”正一步步走來。
2009年3月，啟動工程化研究。2013年底，具備開展示范工程建設(shè)的條件。2015年3月，通過國家能源局組織的專家技術(shù)評審。2015年12月31日，被國家能源局列為國家示范工程。2016年12月28日，獲安徽省發(fā)改委核準(zhǔn)。2018年7月，項(xiàng)目開工……
“這一新型汽輪發(fā)電機(jī)組將改變傳統(tǒng)電廠一百多年來的設(shè)計格局。”北京能源與環(huán)境學(xué)會秘書長馮麗萍在“平二項(xiàng)目”現(xiàn)場表示。也正是因?yàn)槠渲卮蟮睦锍瘫饬x，全世界火電業(yè)的目光已經(jīng)集中到這里，“平二項(xiàng)目”（淮北申能發(fā)電有限公司）總經(jīng)理張嶺興奮地告訴《中國電力報》記者，美國能源部代表團(tuán)于2016年9月及12月前后兩次參觀了高低位布置模型。2018年12月6日，在POWER-GEN國際會議上，淮北申能發(fā)電有限公司作為中國唯一獲獎單位，被授予第五屆皮博迪年度全球潔凈煤領(lǐng)導(dǎo)者獎。
談及馮偉忠技術(shù)實(shí)踐，申能股份有限公司黨委書記、董事長須偉泉表示，申能集團(tuán)公司一直高度重視科技創(chuàng)新工作，持續(xù)推進(jìn)了上海外高橋第三發(fā)電公司的技術(shù)研發(fā)，還專門成立科技公司對馮偉忠系列技術(shù)進(jìn)行推廣。
“以馮偉忠教授為首的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，是申能集團(tuán)公司的一大特色。申能集團(tuán)公司寬容良好的科研生態(tài)，保證和支持了創(chuàng)新技術(shù)的研究和發(fā)展。”8月27日，在史玉波主持召開的“平二項(xiàng)目”技術(shù)座談會上，申能集團(tuán)公司黨委書記、董事長黃迪南談道。
據(jù)了解，“平二項(xiàng)目”計劃2020年10月份建成投產(chǎn)。世界火電行業(yè)新的標(biāo)桿或?qū)⒃诖苏Q生。
