技术创新助火电效率大幅跃升

      日前，安徽阜阳华润电厂二期（以下简称“阜阳二期”）2×660MW超超临界燃煤机组工程技术方案通过由中国工程院院士倪维斗、秦裕琨等9名专家组成的评审组评审。评审组认为，该方案先进、可行，“该项目示范实施对我国火电整体节能提效减排有重大意义，建议尽快实施。” 

      据了解，阜阳二期拟采用上海申能科技公司（以下简称“申能科技”）“单轴汽轮发电机全高位布置”“凝汽器低位布置”等系列技术，是国家示范工程——安徽平山电厂二期“1350MW高低位布置二次再热超超临界机组”的升级版，能实现机组运行效率、经济效益进一步提升，工程建设技术方案的额定工况设计供电煤耗可达249克/千瓦时，机组净效率达49.33%。” 

摆脱“管道”制约 

      按照煤电机组传统布置方式，锅炉与汽轮机之间需依靠一条高压蒸汽管道连接。为提高发电效率，煤电行业出现了一次再热技术甚至二次再热技术，使电厂在汽轮机高压缸、低压缸之间增加一个甚至多个中压缸，与锅炉连接的大口径高温高压管道的数量也随之增多。“高温蒸汽管道造价昂贵，总长度增加，不仅造成阻力和散热损失，而且增加了投资成本，对机组效率和经济性都形成了制约。”申能科技总经理冯伟忠告诉记者。 

      据了解，在国外较成熟的双轴汽轮机组技术基础上，冯伟忠创新发明了“一种新型的汽轮发电机组”方案，将高压轴系放置在锅炉本体外侧临近联箱处，低位轴系保持不动，即“高低位”布置方案。 

      高压轴系从原来锅炉的“脚边”位置挪到了接近锅炉“肩膀”的高度，所需高温高压蒸汽管道长度大幅缩短，这样阻力更小、散热损失更少、管道建设成本更低，机组效率与经济性得以显著提升。 

      提高蒸汽温度，是煤电机组效率提升的重要途径，但蒸汽温度上升对蒸汽管道材料提出了更高要求，管道价格也随之上涨。据了解，目前600摄氏度等级机组蒸汽管道综合造价不到２０万元/吨，而正在研发的700摄氏度高效超超临界机组采用昂贵的镍基超级合金，管道价格达300万元/吨左右。 

      “这个方案可消除绝大部分高参数、高价值管道，大幅节约投资，为700摄氏度等级机组的发展消除了最主要的制约因素。”冯伟忠表示。 

      目前，安徽平山电厂二期项目采用“高低位”技术方案的一台1350MW机组正在建设，预计于2020年底前投产。而此次通过评审的阜阳二期工程“全高位”布置，便是由“高低位”布置方案升级而来，因汽轮机采用单轴全高位布置，造价相对较低。此外，由于所有高温高压管道都减至最短，机组经济性进一步提升。 

树立煤电效率新标杆 

      阜阳二期并非华润电力与申能科技的首次合作。2015、2016年，铜山华润电力有限公司两台百万千瓦机组采用申能科技的技术方案完成改造，供电煤耗下降超过10克/千瓦时，年节约标煤超10万吨。 

      2016年，双方新的合作项目——华润曹妃甸电厂两台105万千瓦一次再热超超临界机组新建工程启动，机组在纯凝额定工况下的设计供电煤耗低至263克/千瓦时。今年4月25日，该电厂3号机完成168小时的满负荷试运行。 

　　曹妃甸电厂新机组的低煤耗，不仅超越了上海外三电厂，也明显优于国内已投产二次再热机组的最好水平，其单位千瓦造价也仅为已投产二次再热机组的78%。根据国家能源局的数据，我国火电机组平均供电煤耗为321克/千瓦时，阜阳二期投产后，249克/千瓦时的设计供电煤耗将再次刷新曹妃甸电厂的煤耗纪录。 

      除了供电煤耗，阜阳二期机组净效率可达到49.33%，这个数字意味着什么？ 

      国家能源局今年9月发布的《关于政协十三届全国委员会第二次会议第1910号(工交邮电类192号)提案答复的函》（以下简称《答复》）称，科技部会同有关部门正研究部署面向2030年的煤炭清洁高效利用重大项目，力争到2030年在煤炭清洁燃烧与高效发电方面，“实现燃煤发电净效率突破50%”、“燃煤发电机组实现20%-100%调峰”。 

      记者了解到，目前国内已投产的最先进火电机组净效率可达46%左右，曹妃甸电厂新机组净效率达46.7%，而阜阳二期机组净效率设计值跃升至49.33%，距离“2030年突破50%”的目标已十分接近。有评审组专家表示：“在国际上，煤电机组净效率提高1个百分点，就可以被视作一代技术水平的提升。阜阳二期项目建成后，将成为新的燃煤火电世界标杆。” 

激发中小机组潜能 

      除机组效率外，《答复》中“要在2030年实现20%-100%调峰”的任务目标，徐州华润电力有限公司（以下简称“徐州华润”）3号机（32万千瓦）已提前完成并实现超越。9月30日，该机组成功实现在6万千瓦负荷下连续安全、稳定和环保运行超过2个小时，实现了19%额定负荷的超低负荷运行。 

      据了解，江苏省按照负荷调节能力（40%、35%、30%）将煤电机组分为三档，而目前国内机组负荷调节深度能够达到35%的仍很少。华润徐州3号机组19%的低负荷运行不仅在国内，也在世界范围内实现了突破。 

      “就像骑自行车，骑快了简单，想骑慢了又不摔倒，就困难多了。”向记者解释机组调峰深度时，冯伟忠将机组调节过程比作骑自行车时控制平衡的过程，“同样，煤电机组锅炉在低负荷时的控制难度也大幅增加，随着负荷水平降低，熄火的风险也越来越高。” 

      2017年，华润徐州3号机“亚临界机组节能综合升级改造” 项目启动。该项目利用申能科技的高温亚临界系列技术改造机组，在压力不变的情况下将蒸汽温度由538摄氏度提升至600摄氏度，并与其他配套的系列节能创新技术相结合，额定工况的设计供电煤耗低至287克/千瓦时，较改造前下降31克/千瓦时之多，达到了超超临界机组的煤耗水平。由于压力保持不变，改造成本与工程量也大大降低。 

      “除大幅降低煤耗外，我们在设计时还考虑到，为消纳更多的可再生能源，电网将对煤电提出更高的灵活性及超低负荷运行要求，因此保留了锅炉汽包以及汽轮机调节级设计，使机组可以充分发挥变负荷响应快的优势。此外，还前瞻性地设计了超低负荷稳燃、低负荷脱硝等系列技术，通过项目成功实施得到了验证。”冯伟忠说。 

      据了解，截至2018年底，我国亚临界机组装机达3.5亿千瓦，在煤电总装机容量占比接近1/3，30万千瓦等级亚临界机组943台。“3号机组的成功改造对于提高全国存量巨大的亚临界机组发电效率具有典型的示范作用，对于盘活亚临界机组生命力、提升资源利用率具有深远的影响。”华润徐州相关负责人表示。