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二次再热:煤电清洁高效利用升级版

发布时间:2019-10-28  点击:2

  编者按

  新中国建立之初,我国发电装机容量仅为185万千瓦,其中火电装机容量占到91.2%。彼时,提高装机容量,为经济社会发展提供强有力的保障,是火电的首要任务。70年来,我国发电装机容量增长了1026倍,火电仍是我国装机容量最多、发电量最大的电源种类,此时,我国已建成全球最大的清洁煤电供应体系。

  在我国火电建设超低排放和节能改造的道路上,由中国能建华东院(以下简称“华东院”)设计,中国能建江苏电建三公司(以下简称“江苏电建三公司”)和中国能建江苏电建一公司(以下简称“江苏电建一公司”)承建的泰州电厂二期工程,作为世界首例百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电机组,发电效率达到47.82%,树立起全球煤电领域的标杆。

  填补空白实现火电技术的新跨越

  我国能源资源禀赋结构,决定煤电成为我国电力供应的主力。2007年,国家发展改革委发布相关文件,要求规划新建火电项目要尽可能采用60万千瓦及以上超临界机组,开启了中国火电的“大机组”时代。

  早在2002年,时刻关注煤电高效清洁利用的华东院,凭借技术实力,承接了我国首座百万千瓦级超超临界燃煤电站——浙江玉环电厂的技术研发和设计任务。该电厂投产后,热效率达到45.4%,与当时国内平均煤耗相比,每年可节约59万吨原煤,成为了当时国内综合节能和环保水平最高的燃煤电厂。

  “当时百万机组已经非常先进了,但我们想,在这个基础上,煤电的利用效率还能更高吗?”2006年,华东院总工程师陈仁杰带领团队结束玉环电厂的设计工作不久,便马不停蹄地投入到全新的大容量、高参数二次再热燃煤发电技术的研究中。

  2012年底,完全自主知识产权的二次再热技术课题正式列入“十二五”节能减排国家科技支撑计划,并依托泰州电厂二期示范工程建成世界首台百万千瓦二次再热机组。

  二次再热技术是泰州二期工程采用的核心技术,也被认为是当今提高火电发电效率的主要手段之一。该技术在国外应用多年,但一般只用于装机容量较小、参数较低的机组,从未在高参数百万千瓦机组上应用过。

  “在百万机组上采用二次再热技术,不只是简单地提高参数,更重要的是当各个系统参数提高后,如何解决系统之间以及设备之间的匹配问题。”华东院泰州二期项目设总李林说道,“二次再热是什么?教科书上有介绍,但要变成工程实践,是个很大的挑战。”

  当时我国二次再热技术尚处空白,世界范围内也没有百万千瓦级机组设计、制造和运行的业绩和经验可以参考,为确保项目顺利进行,华东院成立了攻坚课题研究小组,充分调动多方科研和技术力量,反复进行方案论证、系统设计和装备制造研发等。

  “举个简单的例子,二次再热的主蒸汽温度和压力都提高了,对水质的要求是否还会和一次再热的要求一样呢?水中的微量元素发生变化,会对设备的寿命产生直接影响,这些问题都需要研究。”李林补充道。

  最终,项目组提出了“五大类”“十六大”节能减排优化集成创新技术。该集成技术内容涵盖回热系统拟定、辅机优化选型、降低厂用电率措施、控制优化和减少大气污染物排放等多个方面,首次将两级再热蒸汽参数提升至610摄氏度以上、容量提升至100万千瓦级,形成了新一代高参数大容量二次再热发电自主成套技术体系。

  依托泰州二期工程,我国形成自主设计制造技术和产业,从而实现我国火力发电的重大技术进步,使我国在高参数大容量机组方面,摆脱了国外知识产权束缚,火电设计水平获得一次新跨越,也为大容量燃煤机组综合提效做好技术储备。

  树立标杆打造综合指标最优机组

  1949年,我国火电机组发一度电要消耗1000克标准煤,1978年供电煤耗下降到了471克/千瓦时。截至2018年,我国6000千瓦及以上电厂供电标准煤耗已低至308克/千瓦时。

  2015年9月25日,泰州电厂二期3号机组一次顺利完成168小时满负荷试运行,顺利移交投产。通过采用二次再热、提高主参数、十级抽汽回热系统和烟气余热利用等技术,泰州电厂二期实现了发电效率达47.82%,发电煤耗为256.86克/千瓦时,均创下当时的世界之最;在污染物排放指标上,与常规百万超超临界机组相比,二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘排放量减少5%以上,达到国家超低排放要求,成为全球煤电领域的标杆。

  技术新了、标准新了、设备新了,将图纸变为现实,建设的新问题也多了。每台机组大大小小有上千个系统,几百台相关设备,其中不少都是首次使用。“这是一个创新的项目,在建设过程中不少装备企业也在尝试一些新发明、新设备,其中不免会出现一些问题。”江苏电建三公司泰州二期项目经理朱建峰回忆起建设中遇到的一个小插曲,在3号机组锅炉水冷壁的安装中,施工人员发现采用的新材料材质出现了问题。此时,水冷壁吊装已经过半,但为了保证施工质量,项目人员决定对水冷壁进行重新安装。“这样的困难其实还有很多,但好在都被攻克了。”

  20世纪70年代,我国首台30万千瓦火电机组平顶山姚孟电厂,从开工到投产,用了5年时间。面对新技术、新挑战,泰州电厂两台百万机组不到两年半就实现了移交投产。

  运筹帷幄,决胜于千里之外。在江苏电建一公司项目副经理沈金友看来,工程高质量建设,离不开精密高效的顶层设计,“围绕这一项目,我们编写了《B标段工程管理策划书》,涵盖了工程管理总体目标和进度管理、安全管理、质量管理、经营管理、物资管理策划等六大项内容,制定、完善了40项管理制度。”

  从40多项策划细则,到99.5%以上焊口一次合格率,从安全文明“顶级范”的施工现场,到一批创新成果不断涌现……项目结束后,江苏电建一公司将在泰州二期的成功经验编纂成250多页全过程策划管理成果,成为优化项目建设的重要“教科书”。

  泰州电厂二期项目的建设,也为电力建设事业和企业自身发展培养了一批新生力量。一批“80后”年轻人先后走上管理岗位,更多的青年被推上技术和管理前沿,接受锤炼。“先后有60多个刚毕业的大学生到现场锻炼,得到了快速成长。”江苏电建一公司工程科科长顾志海介绍道。

  引领未来探索火电清洁高效新方向

  党的十八大以来,全国煤电装机容量由7.49亿千瓦增长至9.8亿千瓦,增幅达到30%。与此同时,电力二氧化硫、氮氧化物、烟尘的排放量从859万吨、1086万吨、178万吨下降至120万吨、114万吨、26万吨,降幅分别达86%、89%、85%。火电机组供电标准煤耗也从325克/千瓦时下降至312克/千瓦时。

  “现在我们还在继续探索二次再热这一技术的发展潜力,目前,泰州电厂正在进行二次再热机组的能量梯级利用的课题。”泰州电厂改造项目经理王亚军说,“希望通过不断创新,进一步提高火电厂能源利用的效率。”

  截至2018年底,泰州二期项目成果已在21台100万千瓦和66万千瓦机组上得到推广应用。不仅如此,泰州二期示范项目的成功建设,还吸引了诸多国外电力同行前来参观,为我国燃煤高效发电核心技术及重大装备“走出去”奠定了良好基础。

  2019年6月,依旧是由华东院设计、江苏电建一公司、江苏电建三公司承建的江苏宿迁二期两台66万千瓦超超临界二次再热机组全部投运。在泰州二期的基础上,该项目聚焦二次再热技术的高效灵活利用,满足电网调峰、电力宽负荷运行需求。“清洁高效利用煤炭资源,是未来火电发展的发向,在这一领域的探索是永无止境的。”陈仁杰这样描述自己心中火电发展的前景。

  目前,中国能建正承担我国700摄氏度超超临界技术研发任务中的总体方案设计研究、示范电站建设的工程可行性研究等工作,其供电效率可达到50%左右,将助力火电技术提效减排继续升级。

  70年来,依托科技创新与工程实践,中国能建在百万千瓦等级高效超超临界发电、二次再热发电、空冷技术、IGCC发电、CFB发电、联合循环发电、烟塔合一、近零排放与节能改造等火电技术领域的研发与设计实力,已处于国际领先水平,为我国火电技术进步与煤炭清洁高效利用作出了突出贡献。(特约通讯员曾雪莹)



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