日前，安徽阜陽華潤電廠二期(以下簡稱“阜陽二期”)2×660MW超超臨界燃煤機組工程技術(shù)方案通過由中國工程院院士倪維斗、秦裕琨等9名專家組成的評審組評審。評審組認為，該方案先進、可行，“該項目示范實施對我國火電整體節(jié)能提效減排有重大意義，建議盡快實施。”
據(jù)了解，阜陽二期擬采用上海申能科技公司(以下簡稱“申能科技”)“單軸汽輪發(fā)電機全高位布置”“凝汽器低位布置”等系列技術(shù)，是國家示范工程——安徽平山電廠二期“1350MW高低位布置二次再熱超超臨界機組”的升級版，能實現(xiàn)機組運行效率、經(jīng)濟效益進一步提升，工程建設(shè)技術(shù)方案的額定工況設(shè)計供電煤耗可達249克/千瓦時，機組凈效率達49.33%。”
擺脫“管道”制約
按照煤電機組傳統(tǒng)布置方式，鍋爐與汽輪機之間需依靠一條高壓蒸汽管道連接。為提高發(fā)電效率，煤電行業(yè)出現(xiàn)了一次再熱技術(shù)甚至二次再熱技術(shù)，使電廠在汽輪機高壓缸、低壓缸之間增加一個甚至多個中壓缸，與鍋爐連接的大口徑高溫高壓管道的數(shù)量也隨之增多。“高溫蒸汽管道造價昂貴，總長度增加，不僅造成阻力和散熱損失，而且增加了投資成本，對機組效率和經(jīng)濟性都形成了制約。”申能科技總經(jīng)理馮偉忠說。
據(jù)了解，在國外較成熟的雙軸汽輪機組技術(shù)基礎(chǔ)上，馮偉忠創(chuàng)新發(fā)明了“一種新型的汽輪發(fā)電機組”方案，將高壓軸系放置在鍋爐本體外側(cè)臨近聯(lián)箱處，低位軸系保持不動，即“高低位”布置方案。
高壓軸系從原來鍋爐的“腳邊”位置挪到了接近鍋爐“肩膀”的高度，所需高溫高壓蒸汽管道長度大幅縮短，這樣阻力更小、散熱損失更少、管道建設(shè)成本更低，機組效率與經(jīng)濟性得以顯著提升。
提高蒸汽溫度，是煤電機組效率提升的重要途徑，但蒸汽溫度上升對蒸汽管道材料提出了更高要求，管道價格也隨之上漲。據(jù)了解，目前600攝氏度等級機組蒸汽管道綜合造價不到20萬元/噸，而正在研發(fā)的700攝氏度高效超超臨界機組采用昂貴的鎳基超級合金，管道價格達300萬元/噸左右。
“這個方案可消除絕大部分高參數(shù)、高價值管道，大幅節(jié)約投資，為700攝氏度等級機組的發(fā)展消除了最主要的制約因素。”馮偉忠表示。
目前，安徽平山電廠二期項目采用“高低位”技術(shù)方案的一臺1350MW機組正在建設(shè)，預(yù)計于2020年底前投產(chǎn)。而此次通過評審的阜陽二期工程“全高位”布置，便是由“高低位”布置方案升級而來，因汽輪機采用單軸全高位布置，造價相對較低。此外，由于所有高溫高壓管道都減至最短，機組經(jīng)濟性進一步提升。
樹立煤電效率新標桿
阜陽二期并非華潤電力與申能科技的首次合作。2015、2016年，銅山華潤電力有限公司兩臺百萬千瓦機組采用申能科技的技術(shù)方案完成改造，供電煤耗下降超過10克/千瓦時，年節(jié)約標煤超10萬噸。
2016年，雙方新的合作項目——華潤曹妃甸電廠兩臺105萬千瓦一次再熱超超臨界機組新建工程啟動，機組在純凝額定工況下的設(shè)計供電煤耗低至263克/千瓦時。今年4月25日，該電廠3號機完成168小時的滿負荷試運行。
曹妃甸電廠新機組的低煤耗，不僅超越了上海外三電廠，也明顯優(yōu)于國內(nèi)已投產(chǎn)二次再熱機組的最好水平，其單位千瓦造價也僅為已投產(chǎn)二次再熱機組的78%。根據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)，我國火電機組平均供電煤耗為321克/千瓦時，阜陽二期投產(chǎn)后，249克/千瓦時的設(shè)計供電煤耗將再次刷新曹妃甸電廠的煤耗紀錄。
激發(fā)中小機組潛能
9月30日，徐州華潤電力有限公司(以下簡稱“徐州華潤”)3號機(32萬千瓦)成功實現(xiàn)在6萬千瓦負荷下連續(xù)安全、穩(wěn)定和環(huán)保運行超過2個小時，實現(xiàn)了19%額定負荷的超低負荷運行。
據(jù)了解，江蘇省按照負荷調(diào)節(jié)能力(40%、35%、30%)將煤電機組分為三檔，而目前國內(nèi)機組負荷調(diào)節(jié)深度能夠達到35%的仍很少。華潤徐州3號機組19%的低負荷運行不僅在國內(nèi)，也在世界范圍內(nèi)實現(xiàn)了突破。
“就像騎自行車，騎快了簡單，想騎慢了又不摔倒，就困難多了。”向記者解釋機組調(diào)峰深度時，馮偉忠將機組調(diào)節(jié)過程比作騎自行車時控制平衡的過程，“同樣，煤電機組鍋爐在低負荷時的控制難度也大幅增加，隨著負荷水平降低，熄火的風(fēng)險也越來越高。”
2017年，華潤徐州3號機“亞臨界機組節(jié)能綜合升級改造”項目啟動。該項目利用申能科技的高溫亞臨界系列技術(shù)改造機組，在壓力不變的情況下將蒸汽溫度由538攝氏度提升至600攝氏度，并與其他配套的系列節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合，額定工況的設(shè)計供電煤耗低至287克/千瓦時，較改造前下降31克/千瓦時之多，達到了超超臨界機組的煤耗水平。由于壓力保持不變，改造成本與工程量也大大降低。
“除大幅降低煤耗外，我們在設(shè)計時還考慮到，為消納更多的可再生能源，電網(wǎng)將對煤電提出更高的靈活性及超低負荷運行要求，因此保留了鍋爐汽包以及汽輪機調(diào)節(jié)級設(shè)計，使機組可以充分發(fā)揮變負荷響應(yīng)快的優(yōu)勢。此外，還前瞻性地設(shè)計了超低負荷穩(wěn)燃、低負荷脫硝等系列技術(shù)，通過項目成功實施得到了驗證。”馮偉忠說。
據(jù)了解，截至2018年底，我國亞臨界機組裝機達3.5億千瓦，在煤電總裝機容量占比接近1/3，30萬千瓦等級亞臨界機組943臺。“3號機組的成功改造對于提高全國存量巨大的亞臨界機組發(fā)電效率具有典型的示范作用，對于盤活亞臨界機組生命力、提升資源利用率具有深遠的影響。”華潤徐州相關(guān)負責(zé)人表示。
