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(jī)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(píng)審組評(píng)審。評(píng)審組認(rèn)為，該方案先進(jìn)、可行，“該項(xiàng)目示范實(shí)施對(duì)我國火電整體節(jié)能提效減排有重大意義，建議盡快實(shí)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(jī)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(jī)組”的升級(jí)版，能實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行效率、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提升，工程建設(shè)技術(shù)方案的額定工況設(shè)計(jì)供電煤耗可達(dá)249克/千瓦時(shí)，機(jī)組凈效率達(dá)49.33%。”

擺脫“管道”制約

按照煤電機(jī)組傳統(tǒng)布置方式，鍋爐與汽輪機(jī)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(jī)高壓缸、低壓缸之間增加一個(gè)甚至多個(gè)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(jià)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(duì)機(jī)組效率和經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)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(dòng)，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(jī)組效率與經(jīng)濟(jì)性得以顯著提升。

提高蒸汽溫度，是煤電機(jī)組效率提升的重要途徑，但蒸汽溫度上升對(duì)蒸汽管道材料提出了更高要求，管道價(jià)格也隨之上漲。據(jù)了解，目前600攝氏度等級(jí)機(jī)組蒸汽管道綜合造價(jià)不到20萬元/噸，而正在研發(fā)的700攝氏度高效超超臨界機(jī)組采用昂貴的鎳基超級(jí)合金，管道價(jià)格達(dá)300萬元/噸左右。

“這個(gè)方案可消除絕大部分高參數(shù)、高價(jià)值管道，大幅節(jié)約投資，為700攝氏度等級(jí)機(jī)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(xiàng)目采用“高低位”技術(shù)方案的一臺(tái)1350MW機(jī)組正在建設(shè)，預(yù)計(jì)于2020年底前投產(chǎn)。而此次通過評(píng)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(jí)而來，因汽輪機(jī)采用單軸全高位布置，造價(jià)相對(duì)較低。此外，由于所有高溫高壓管道都減至最短，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提升。

樹立煤電效率新標(biāo)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(tái)百萬千瓦機(jī)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(shí)，年節(jié)約標(biāo)煤超10萬噸。

2016年，雙方新的合作項(xiàng)目——華潤曹妃甸電廠兩臺(tái)105萬千瓦一次再熱超超臨界機(jī)組新建工程啟動(dòng)，機(jī)組在純凝額定工況下的設(shè)計(jì)供電煤耗低至263克/千瓦時(shí)。今年4月25日，該電廠3號(hào)機(jī)完成168小時(shí)的滿負(fù)荷試運(yùn)行。

曹妃甸電廠新機(jī)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(jī)組的最好水平，其單位千瓦造價(jià)也僅為已投產(chǎn)二次再熱機(jī)組的78%。根據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)，我國火電機(jī)組平均供電煤耗為321克/千瓦時(shí)，阜陽二期投產(chǎn)后，249克/千瓦時(shí)的設(shè)計(jì)供電煤耗將再次刷新曹妃甸電廠的煤耗紀(jì)錄。

激發(fā)中小機(jī)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(hào)機(jī)(32萬千瓦)成功實(shí)現(xiàn)在6萬千瓦負(fù)荷下連續(xù)安全、穩(wěn)定和環(huán)保運(yùn)行超過2個(gè)小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了19%額定負(fù)荷的超低負(fù)荷運(yùn)行。

據(jù)了解，江蘇省按照負(fù)荷調(diào)節(jié)能力(40%、35%、30%)將煤電機(jī)組分為三檔，而目前國內(nèi)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)深度能夠達(dá)到35%的仍很少。華潤徐州3號(hào)機(jī)組19%的低負(fù)荷運(yùn)行不僅在國內(nèi)，也在世界范圍內(nèi)實(shí)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(jī)組調(diào)峰深度時(shí)，馮偉忠將機(jī)組調(diào)節(jié)過程比作騎自行車時(shí)控制平衡的過程，“同樣，煤電機(jī)組鍋爐在低負(fù)荷時(shí)的控制難度也大幅增加，隨著負(fù)荷水平降低，熄火的風(fēng)險(xiǎn)也越來越高。”

2017年，華潤徐州3號(hào)機(jī)“亞臨界機(jī)組節(jié)能綜合升級(jí)改造”項(xiàng)目啟動(dòng)。該項(xiàng)目利用申能科技的高溫亞臨界系列技術(shù)改造機(jī)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(jì)供電煤耗低至287克/千瓦時(shí)，較改造前下降31克/千瓦時(shí)之多，達(dá)到了超超臨界機(jī)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?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)還考慮到，為消納更多的可再生能源，電網(wǎng)將對(duì)煤電提出更高的靈活性及超低負(fù)荷運(yùn)行要求，因此保留了鍋爐汽包以及汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)，使機(jī)組可以充分發(fā)揮變負(fù)荷響應(yīng)快的優(yōu)勢(shì)。此外，還前瞻性地設(shè)計(jì)了超低負(fù)荷穩(wěn)燃、低負(fù)荷脫硝等系列技術(shù)，通過項(xiàng)目成功實(shí)施得到了驗(yàn)證。”馮偉忠說。

據(jù)了解，截至2018年底，我國亞臨界機(jī)組裝機(jī)達(dá)3.5億千瓦，在煤電總裝機(jī)容量占比接近1/3，30萬千瓦等級(jí)亞臨界機(jī)組943臺(tái)。“3號(hào)機(jī)組的成功改造對(duì)于提高全國存量巨大的亞臨界機(jī)組發(fā)電效率具有典型的示范作用，對(duì)于盤活亞臨界機(jī)組生命力、提升資源利用率具有深遠(yuǎn)的影響。”華潤徐州相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。