行业综述丨火电技术进步迎来里程碑

  8月下旬的几天里，位于江苏徐州的徐州华润电力有限公司，以及距此几十公里外的安徽淮北的申能安徽平山电厂二期工程现场，大咖云集，热闹非凡。由中国能源研究会和北京能源与环境学会组织的院士专家考察团，实地探访，现场考察，召开技术座谈会。

  十一届全国人大常委会副委员长，原能源部能源总工程师秦中一，中国能源研究会常务副理事长史玉波、周大地，中国能源研究会副理事长陈进行，中国工程院院士倪维斗、何多慧、陈念念、苏万华，清华大学教授毛健雄等专家，他们纷纷为徐州华润电力有限公司、申能安徽平山电厂二期工程所代表的火电技术进步点赞，为火电最新技术成果推广支招。

  “用煤的火力发电，也能做成绿色的项目，让火力发电迸发出新的生命力，能够站得住脚。”8月28日，在徐州华润电力有限公司召开的高温亚临界综合升级改造项目汇报交流会上，十一届全国人大常委会副委员长表示。

  徐州华润电力有限公司3号机组采用上海申能电力科技有限公司的高温亚临界技术改造，8月10日一次性顺利通过168小时满负荷试运行，供电煤耗可降至287克/千瓦时。在看来，该项目是火电技术自主创新的典型体现。

  “申能安徽平山电厂二期工程采用的高低位分轴布置二次再热技术可谓火电史上的壮举。”8月29日，在淮北申能发电有限公司，中国工程院院士、北京能源与环境学会名誉会长倪维斗谈道。

  申能安徽平山电厂二期工程将建设世界上单机容量最大的135万千瓦二次再热超超临界高低位布置双轴汽轮发电机组，被国家能源局列为“国家示范工程”。目前，该项目正有序推进。

  “高温亚临界改造”的成功实施、“高低位分轴布置”的稳步推进，这被众多院士专家看作是火电技术进步迎来的里程碑。这两大技术也让相隔不足百公里的徐州与淮北成为火电技术进步乃至推进能源革命的“能源新地标”。

  “今年6月4-7日，国际能源署清洁煤中心在美国召开了第九届国际清洁煤技术大会，美国国家电力研究院（EPRI）的专家在会后主动与上海申能电力科技有限公司（简称申能科技）的专家进行交流，并坦陈他们在提高亚临界机组蒸汽温度技术的研究中遇到了重大瓶颈。”申能科技总经理冯伟忠在上述汇报交流会上介绍道，占全球火电机组最大板块的亚临界机组的技术改造遭遇了世界性难题。

  随着材料技术的慢慢的提升和热能动力理论的日臻完善，蒸汽的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界直至超超临界的发展过程。能源清洁化的发展要求日益迫切，发展高参数大机组成为国家节能减排战略组成部分。但是，存量众多的现役亚临界机组何去何从成为一个重大课题。

  相关资料显示，目前，我国仍有约3.5亿千瓦装机容量的亚临界机组（主要为30万千瓦和60万千瓦等级），仅30万千瓦等级亚临界机组就达880台，该类机组的煤耗明显高于超临界和超超临界机组。

  “因厂制宜采用汽轮机通流部分改造、锅炉烟气余热回收利用、电机变频、供热改造等成熟适用的节约能源改造技术，重点对30万千瓦和60万千瓦等级亚临界、超临界机组实施综合性、系统性节能改造，改造后供电煤耗力争达到同类型机组领先水平。”《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》对亚临界机组提出了实施综合节约能源改造的明确要求。

  为充分挖掘现役亚临界燃煤发电机组节能潜力，科学做好机组改造、延寿与退役工作，逐步提升煤电高效清洁发展水平，2015年，国家能源局下发《亚临界煤电机组改造、延寿与退役暂行规定》(国能电力〔2015〕332号)。

  记者注意到，《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》要求：“到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时，其中现役60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。”

  据清华大学教授毛健雄分析，根据机组平均供电煤耗一般比额定工况下供电煤耗高15~20克/千瓦时的规律，上述要求意味着现役煤电机组额定工况下供电煤耗需要低于290克/千瓦时。该目标对于现役超超临界机组较易于实现，但对于亚临界机组而言却是巨大挑战。

  相关调研资料显示，由于参数较低且汽轮机通流效率普遍较低，30万千瓦等级湿冷亚临界机组额定工况下供电煤耗普遍高于320克/千瓦时（部分甚至超过340克/千瓦时），距离行动计划要求差距普遍超过30克/千瓦时，相去甚远。

  “全球首例”、“火电奇迹”——连日来，在徐州华润电力有限公司，首先将人们吸引住的是打着这些关键词的标识牌了。院士专家们也纷纷在此合影留念。

  近年来，业内不断提出针对亚临界机组改造提效的各种技术方案，但均存在很明显的短板。

  据北京能源与环境学会提供的资料，如常规汽轮机通流改造，节能收益一般仅有10克/千瓦时左右，远无法达到国家要求的310克/千瓦时煤耗要求，且改造的效率收益难以保持。而跨代升级改造成准二次再热超（超）临界机组，其改造量和成本过于巨大，几乎相当于重建，而最终的性能却差强人意，不具备经济可行性。至于升温至566/566摄氏度的方案，其节约能源的效果有限（约15克/千瓦时），但代价很大，仍旧没办法达标且性价比过低。

  据华润电力控股有限公司（简称华润电力）党委书记、总裁胡敏介绍，对于现役亚临界机组的提效改造，他曾就温度提高等有关问题与冯伟忠进行探讨。“我也是冯伟忠教授的粉丝。”在上述会议上，胡敏郑重地表示。

  经多年研究，冯伟忠在2010年提出了“高温亚临界”改造技术路线。其关键是保持机组主再汽压力基本不变，把机组主再热蒸汽温度均大幅度提高到现有超超临界机组的600摄氏度水平，并整合应用已在上海外高桥第三发电有限公司验证成熟的节能减排系列技术，可大幅度提高机组的能效和环保水平。

  鉴于“高温亚临界综合升级改造方案”的可行性、先进性和较超高的性价比，华润电力率先与冯伟忠领衔的申能科学技术合作，在徐州华润电力有限公司3号机组率先实施高温亚临界综合升级改造项目。

  这被中国能源研究会常务副理事长史玉波称赞为：“华润电力是第一个吃螃蟹的。”把冯伟忠的系列技术称为“千里马”，把华润电力比作“伯乐”。

  “我们公司3号机组为32万千瓦国产亚临界燃煤纯凝机组，2004年6月建成投产，2016年平均供电煤耗325克/千瓦时。进行高温亚临界机组节能综合升级改造，目标是改造完成后机组在设计工况下煤耗不高于287克/千瓦时，达到超超临界机组水平。”徐州华润电力有限公司总经理李义介绍道。

  在徐州华润电力有限公司实施的高温亚临界综合升级改造项目于2017年4月启动定制化设计，于2018年11月底停机真正开始改造施工，2019年8月3日完成安装和调试。除了先进的机组煤耗水平外，该改造还有效提升了低负荷下脱硝装置工作时候的温度，打破了机组超低负荷运行的瓶颈等等，机组的节能和环保以及灵活性等综合性能得到全面提升。

  “我在现场注意到几个数据，第一个是显示屏上的发电煤耗，两个数据分别是296和293，如果按照火电厂鉴定验收的标准，要把大气条件折算到标准的大气压力和温度，现在没折算，但预计折算后煤耗要在290克以下，约285-287克左右，这是一个重要的数据，可以反映出改造项目大量节省了煤炭消耗。”在讲话时表示。

  在申能安徽平山电厂二期工程（简称平二项目）现场，各项工作正稳步有序向前推进。主厂房40米层浇筑已完成，锅炉大板梁安装验收完成，受热面吊装已开始，冷却塔塔体施工正在进行中。

  一个正在建设的火电项目却罕见地已经吸引来了一批又一批探访者。院士专家们的浓厚兴趣被工程现场正在建设的一个个环节勾起。“考察完冯伟忠团队的系列技术，我们都想推荐冯伟忠参评院士了。”8月29日，倪维斗、何多慧、陈念念、苏万华等几位院士在“平二项目”现场召开的座谈会上表示。

  从19世纪末现代火电技术成型以来，提高发电厂效率始终是电力技术界不懈的追求。为突破采用更高等级蒸汽参数以及二次再热技术的造价瓶颈，冯伟忠的高低位分轴布置发明专利被正式提出。

  该技术可极大缩短机炉之间的主蒸汽供热管道、一次冷再蒸汽管道、一次热再蒸汽管道及二次冷再蒸汽管道，与此同时，管道系统的压力损失及散热损失也大幅度降低。实际主蒸汽供热管道及高温再热蒸汽管道的长度不到常规布置二次再热机组的10%。这使得二次再热机组的优势能够获得充分的发挥，机组效率及性价比可进一步提升。此外，双轴技术的采用，使得机组的容量瓶颈得以打开。

  从2005年初提出该项技术到2016年末正式核准项目落地，“平二项目”正一步步走来。

  2009年3月，启动工程化研究。2013年底，具备开展示范工程建设的条件。2015年3月，通过国家能源局组织的专家技术评审。2015年12月31日，被国家能源局列为国家示范工程。2016年12月28日，获安徽省发改委核准。2018年7月，项目开工……

  “这一新型汽轮发电机组将改变传统电厂一百多年来的设计格局。”北京能源与环境学会秘书长冯丽萍在“平二项目”现场表示。也正是因为其重大的里程碑意义，全世界火电业的目光已经集中到这里，“平二项目”（淮北申能发电有限公司）总经理张岭兴奋地告诉《中国电力报》记者，美国能源部代表团于2016年9月及12月前后两次参观了高低位布置模型。2018年12月6日，在POWER-GEN国际会议上，淮北申能发电有限公司作为中国唯一获奖单位，被授予第五届皮博迪年度全球洁净煤领导者奖。

  谈及冯伟忠技术实践，申能股份有限公司党委书记、董事长须伟泉表示，申能集团公司一直格外的重视科学技术创新工作，持续推进了上海外高桥第三发电公司的研发技术，还专门成立科技公司对冯伟忠系列技术进行推广。

  “以冯伟忠教授为首的技术团队，是申能集团公司的一大特色。申能集团公司宽容良好的科研生态，保证和支持了创新技术的研究和发展。”8月27日，在史玉波主持召开的“平二项目”技术座谈会上，申能集团公司党委书记、董事长黄迪南谈道。

  据了解，“平二项目”计划2020年10月份建成投产。世界火电行业新的标杆或将在此诞生。

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