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中国二次再热发电技术领跑世界

“锅炉运行正常,各项参数及技术指标完全正常,具备点火条件,现在点火。”

随着值班长陈林的点火口令,操作员投入等离子点火装置,集控室液晶屏幕上跳动起红色火焰,国家能源集团宿迁公司(以下简称宿迁公司)的660MW超超临界二次再热机组工程点火成功。

截至8月28日,该工程2台机组发电量已达22.67亿千瓦时。机组发电煤耗≤256g/kWh,发电效率≥48%,以及环境指标均创世界之最。

“该项目二次再热塔式锅炉、高效汽轮机、及其配套附属设备、智能发电控制系统、先进的环保设备等核心技术均实现自主可控,这标志着我国高效灵活二次再热发电技术已领跑世界。”项目负责人俞基安告诉科技日报记者。

追赶路上付出的高额学费

火力发电从诞生至今,已有近150年历史。

但是,作为世界上煤炭生产消费和电力需求第一大国,在上世纪80年代以前,中国火电技术大大落后于世界先进水平。

“改革开放后,我国引进了许多国外的火电技术和装备,包括美国、欧洲、日本,可以说在技术流派上五花八门,最早的时候就连机组上的螺丝都是从国外随设备一起进口的。”回忆那段往事,俞基安心里五味杂陈。

随着我国电力体制的改革,火电技术的设计、研发能力明显加快。2004年,我国火电技术终于跨出一大步,建成60万千瓦超临界电站;2006年,建成100万千瓦超超临界电站;2015年,建成100万千瓦超超临界二次再热电站。

根据预测,至2030年、2050年,煤炭在我国一次能源消费总量占比将降至50%和40%。换言之,煤炭在我国能源结构中的主导地位不会发生变化,火力发电技术在中国并未过时。

为了减少能源消耗、打响蓝天保卫战,我国必须发展自主可控的清洁高效火电技术和装备。

平均年龄39岁的“梦之队”

“超超临界机组得益于更高的蒸汽温度和压力,比亚临界热效率提高5%—7%,采用二次再热技术后,可进一步提升2%—3%。”华北电力大学教授段立强介绍说,更高的热效率意味着更少的煤耗,以及更少的污染物排放。

2015年,国电江苏泰州电厂二期二次再热示范工程投产,供电煤耗比国际同类机组降低13.7g/kWh,奠定了我国在该领域的领先地位。

但是,二次再热机组在较大负荷变化范围内保证经济运行和调峰能力仍然欠缺。因此,“高效灵活二次再热发电机组研制及工程示范”被列入国家“十三五”重点研发计划。

从2016年10月起,原国电集团依托宿迁公司联合华北电力大学、华东电力设计院、上海电气集团等14家单位,组成一支148人、平均年龄39岁的“梦之队”,向世界最高水平的二次再热发电技术发起冲击。

要达到“灵活”与“高效”,必须在锅炉、汽轮机、系统设计及控制系统优化等关键技术上发力。

“在现有材料下,锅炉出口蒸汽参数32.24 MPa(a)/605℃/623℃/623℃已经是极限,宿迁公司采用塔式锅炉,通过攻克锅炉关键技术,优化受热面布置、降低温度偏差,实现宽负荷范围长期达到设计参数,这在全世界范围内很难做到。”俞基安对此感到非常自豪。

此外,项目组攻克二次再热机组高效供热关键技术,首次在火电领域应用“汽电双驱”引风机高效灵活供热技术,为大机组替代小锅炉供热提供了优质方案;攻克了二次再热机组欠温调温等关键技术,还集成优化了回热、真空、旁路、调频等一系列创新技术,实现了机组快速启停、深度调峰、高效灵活等关键指标。

“我国火电技术从引进、消化、吸收,到自主创新、优化提高,宿迁公司的高效灵活二次再热技术具有完全自主知识产权,处于世界领先水平。”全国工程勘察设计大师、华东电力设计院原总工程师陈仁杰评价说。

把控制系统自主权抓在手里

过去,我国火电技术的落后,不仅表现在核心装备上,控制系统也采用进口,因此,系统和网络安全始终是悬在头顶的一把利剑。

今年初,委内瑞拉接连发生大面积严重停电事件,造成严重经济损失和社会影响,更引发了人们对包括电站、电网在内的工控网络安全的关注。

“我们这个项目,不仅实现信息和控制系统完全自主可控,还首次在煤电领域应用了智能发电技术,10个人就能控制2台66万千瓦机组的运行,可以从容应对电网的即时调峰要求。”宿迁公司总经理刁保圣告诉记者。

承担这一重任的国家能源科环集团智深公司党委书记黄焕袍、华电天仁总经理余康介绍说,他们针对智能发电运行控制系统(ICS)与智能发电公共服务系统(IMS)的体系架构与基础功能进行深入开发与验证,构建了四大智能控制、六大智慧管理和七大智能中心,ICS系统运用后为项目的高效运行、先进控制和智能监测与诊断提供了有力支持,在充分发挥机组性能的前提下,有效降低日常操作工作量60%以上。

俞基安曾多次到国外电厂学习参观,过去他只有羡慕的份,而现在在他看来,我国目前的火电设计、装备制造、运维管理各个方面已经处于世界领先水平,特别是老百姓最关心的环保排放也达到世界最优水平,实现了烟气脱硫、脱硝、除尘超低排放,脱硫废水零排放,固弃物100%利用。

来源:科技日报