技術創新助火電效率大幅躍升

2020-12-03 新華網客戶端

    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方案通過由中國工程院院士倪維鬥、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，「該項目示範實施對我國火電整體節能提效減排有重大意義，建議儘快實施。」

    據了解，阜陽二期擬採用上海申能科技公司（以下簡稱「申能科技」）「單軸汽輪發電機全高位布置」「凝汽器低位布置」等系列技術，是國家示範工程——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，能實現機組運行效率、經濟效益進一步提升，工程建設技術方案的額定工況設計供電煤耗可達249克/千瓦時，機組淨效率達49.33%。」

    擺脫「管道」制約

    按照煤電機組傳統布置方式，鍋爐與汽輪機之間需依靠一條高壓蒸汽管道連接。為提高發電效率，煤電行業出現了一次再熱技術甚至二次再熱技術，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，對機組效率和經濟性都形成了制約。」申能科技總經理馮偉忠說。

    據了解，在國外較成熟的雙軸汽輪機組技術基礎上，馮偉忠創新發明了「一種新型的汽輪發電機組」方案，將高壓軸系放置在鍋爐本體外側臨近聯箱處，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、管道建設成本更低，機組效率與經濟性得以顯著提升。

    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，而正在研發的700攝氏度高效超超臨界機組採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、高價值管道，大幅節約投資，為700攝氏度等級機組的發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採用「高低位」技術方案的一臺1350MW機組正在建設，預計於2020年底前投產。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，因汽輪機採用單軸全高位布置，造價相對較低。此外，由於所有高溫高壓管道都減至最短，機組經濟性進一步提升。

    樹立煤電效率新標杆

    阜陽二期並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採用申能科技的技術方案完成改造，供電煤耗下降超過10克/千瓦時，年節約標煤超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，也明顯優於國內已投產二次再熱機組的最好水平，其單位千瓦造價也僅為已投產二次再熱機組的78%。根據國家能源局的數據，我國火電機組平均供電煤耗為321克/千瓦時，阜陽二期投產後，249克/千瓦時的設計供電煤耗將再次刷新曹妃甸電廠的煤耗紀錄。

    激發中小機組潛能

    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）成功實現在6萬千瓦負荷下連續安全、穩定和環保運行超過2個小時，實現了19%額定負荷的超低負荷運行。

    據了解，江蘇省按照負荷調節能力（40%、35%、30%）將煤電機組分為三檔，而目前國內機組負荷調節深度能夠達到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，也在世界範圍內實現了突破。

    「就像騎自行車，騎快了簡單，想騎慢了又不摔倒，就困難多了。」向記者解釋機組調峰深度時，馮偉忠將機組調節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，熄火的風險也越來越高。」

    2017年，華潤徐州3號機「亞臨界機組節能綜合升級改造」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，並與其他配套的系列節能創新技術相結合，額定工況的設計供電煤耗低至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。由於壓力保持不變，改造成本與工程量也大大降低。

    「除大幅降低煤耗外，我們在設計時還考慮到，為消納更多的可再生能源，電網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節級設計，使機組可以充分發揮變負荷響應快的優勢。此外，還前瞻性地設計了超低負荷穩燃、低負荷脫硝等系列技術，通過項目成功實施得到了驗證。」馮偉忠說。

    據了解，截至2018年底，我國亞臨界機組裝機達3.5億千瓦，在煤電總裝機容量佔比接近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於提高全國存量巨大的亞臨界機組發電效率具有典型的示範作用，對於盤活亞臨界機組生命力、提升資源利用率具有深遠的影響。」華潤徐州相關負責人表示。

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