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供电煤耗低至251g/kWh的火电项目将于16年开工

摘要:上海“火电”领域将再创世界记录。国家示范性项目——“251”工程,计划今年年内开工,力争2018年底建成。该项目设计供电煤耗可降至251克/千瓦时,这是一个全新的世界记录,CO2排放量将低于美国新近推出的“苛刻标准”。

 

最近,外高桥第三发电厂总经理冯伟忠收到一封来自美国机械工程师协会(ASME)电力运行与维护技术委员会副主席克里斯玛塞拉C.E.M.的来信。来信是邀请冯伟忠及其团队参加2016年度ASME电力与能源大会,在会议中作为大会主题演讲人发言,并已提名冯伟忠为ASME电力部分最高荣誉—委员会主导者奖。

 

ASME有134年历史,是制造业领域世界权威,包括中国在内世界上90多个国家进出口机械工程设备的参考标准由其制定。中国企业家受此高规格邀请,在ASME历史上并不多见。

 

251工程:有望突破不可跨越的界限

吸引ASME的除了冯伟忠以往的技术创新,还有上海申能公司正在紧锣密鼓筹划的国家示范性项目“251”工程。这个全球瞩目的工程选址安徽平山电厂,总投资50亿元左右,计划今年年内开工,力争2018年底建成。

 

“251”工程是一台135万千瓦的二次再热超超临界机组,采用的是冯伟忠独创的“高低位分轴布置的汽轮发电机组”技术以及其他一系列创新技术,设计供电煤耗可降至251克/度。这是一个全新的世界记录。更重要的是,这一工程CO2排放量有望低于美国新近推出的“苛刻标准”。

 

 

如今,美国环境保护署(EPA)要求,新建煤电的排放要达到636公斤/毛兆瓦时限值。美国国家电力研究院(EPRI)权威专家专门出具报告称,当前技术水平最高的超超临界(USC)燃煤电厂能达到800公斤/毛兆瓦时【本平台注:这里的意思是发电CO2排放量为800kg/MWh,即每发一度电,排放的CO2量为800g】,而尚在研究中的下一代先进超超临界(A-USC)电厂也将仅达750公斤/毛兆瓦时。此外,目前较为热门的CO2捕捉和储存技术不具有商业竞争力,其技术发展前景存在变数。因此,EPRI的结论是,除非能进行大比例的热电联供,否则煤电技术将来无论如何发展也无法突破“636公斤/毛兆瓦时”的限值。

 

然而,“外三”电厂超超临界机组应用后,机组效率已达到46.5%(满负荷额定工况),对应CO2排放量约为670公斤/兆瓦时。而有望于2018年投入运营的平山二期超超临界机组,CO2排放量有望低于“636公斤/毛兆瓦时”的排放限值。

 

“冯教授的成就将可能令全球对于燃煤电厂CO2排放量的认知模式发生转变。”克里斯玛塞拉C.E.M.表示。“原以为,美国的新燃煤电厂建设项目几乎完全被美国环保局规定的CO2排放限值所消灭,而冯教授的技术由于能够实现满足美 国环保局规定的CO2排放限值,从而有望使整个火电行业获得重生和复兴。” 克里斯玛塞拉C.E.M.对正在设计中的“251工程”给出如此评价。

 

杀手锏:高低位分轴布置的汽轮发电机组

 

这是如何做到的?“杀手锏”就是“高低位分轴布置的汽轮发电机组”。

 

冯伟忠解释说,对火电厂而言,一公斤标准煤的发电量很大程度上取决于蒸汽参数,蒸汽压力、温度越高,理论上能够发的电也就越多。而温度比压力对效率的影响更大,所以现在世界上火电专家都在研究如何提高温度来提升发电效率。比如,现在所用的超超临界机组中的蒸汽达到600多摄氏度(USC),目前全球正在挑战700摄氏度大关(A-USC)。

 

但这一路径遇到了不少阻力,问题主要出在材料上。冯伟忠称,“到了700摄氏度,一般钢材不行,需要用到一种叫做‘镍基超级合金’的材料。”冯伟忠 说,与我们现在超超临界600摄氏度等级的材料价格相比,700摄氏度材料价格要再乘以十。”冯伟忠称,“仅高温蒸汽管道就将占到造价增加的绝大部分,买 这些700摄氏度的管道就要几十亿元。”因此,同等容量的下一代A-USC电厂的造价要相当于现有超超临界电厂造价的一倍,但煤耗仅下降约20克/千瓦时,商业价值不高。

 

“我脑筋急转弯,把具有多个汽缸的汽轮机给拆了,一部分放到锅炉上去,从而省却绝大部分的高温高压管道。这不但能大幅度降低投资,而且管道短了,阻力变小,散热损失小了,效率还更高。”冯伟忠称。德国西门子公司深入研究后对此技术给予高度评价,该技术能大大提高火力发电机组的净效率,是改革高污染发电行业变身排放绿色产业的唯一机遇,是引领世界煤电继续发展的技术。

 

这,并不是凭空奇想。冯伟忠凭着一次次大胆创新,将世界先进水平火电机组整整向前推进了一代。2008年,冯伟忠主持建设并运行的“外三”超超临界火电机组问世,即在世界火电业树起新标杆——每度电平均运行煤耗287.44克。数字背后,“外三”独揽18项节能减排行业纪录,包括12项世界首创和6项国内首创的技术创新。

 

2009年,“零能耗脱硫技术”、“广义回热技术”等多项节能降耗技术创新措施齐下,“外三”单耗再下探至282.16克。2010年,凭借“冯式创新”组合拳,“外三”相继实施“弹性回热技术”和“节能型快速启动技术”等技术改造,在全球火电业首次叩开“280克大关”——平均每送出一度电煤耗降至279.39克。2011年,“外三”两台机组实际运行供电煤耗更是降至276.02克/千瓦时,再次大幅刷新自己保持的世界纪录。

 

破悖论:环保和企业效益并非对立体

外三的技术创新,更悄然改变着整个电力行业的环保理念。

 

日渐严重的雾霾,让火电企业压力倍增。一时间,在电力行业,一场前所未有的节能减排风暴正在刮起:“超低排放”、“超净排放”成为大家耳熟能详的词语。

 

2014年7月1日,史上最严的《火电厂大气污染物排放标准》开始实施,新的标准出台后引起巨大反响,《中国电力报》曾刊登专家文章,标题为《压垮骆驼的最后一根稻草》来抨击新的标准。先来看指标对比:氮氧化物(NOx)的含量从450毫克/立方米“垂直下降”至100毫克/立方米,二氧化硫(SO2)的含量从200毫克/立方米下降至50毫克/立方米,烟尘含量从50毫克/立方米下降至20毫克/立方米(重点地区)。不少电力专家认为,其中有些排放标准比欧盟国家标准还要严格。

 

“指标下降的绝对值十分大。”对于当时大多数电厂掌握的技术来看,能想到的无非就是增加过滤次数。“这就好比洗衣服时‘过’肥皂水一样,同样多的水,但第一次过掉的肥皂最多。”冯伟忠解释道。也就是说,如果减少排放,只是通过增加过滤次数的话,那么成本会上升不少,但减排的边际效益会出现明显下降。

 

不少人认为,越高的环保标准往往意味着更高的能耗和运行成本,这对企业是一种负担。

 

而外三研发的创新技术破解了这一矛盾。2012年3月,环保部来外三看过后惊喜地发现,对于新标准中争议最大的NOx排放限值,外三早已优于新标准限值,其当年前两个月的平均排放仅为64.12毫克/立方米,事实上,还可以轻易降至30毫克/立方米以下。有环境科学专家在看了外三在线排放数据曲线后感慨,“要不是亲眼所见,无论如何也无法想象。”这给环保部门一个强烈的信号:技术上没有障碍。

 

更让环保部吃惊的是,外三取得这些减排效果,国家并没有投过一分钱。不少电厂都为减排发愁时,外三为何有这么大的积极性?原来,外三的减排不是“增能”,而是“降耗”。

 

全天候脱硝技术就是一例。当时,掌握脱硝技术并不稀奇,但当发电负荷较低时,就不能用选择性催化还原法(SCR)来脱硝了,因此,一般电厂的脱硝投入率仅70%。但这一世界性难题,被冯伟忠攻克了。外三一台机组脱硝的效果相当于其他电厂同类型2台机组在脱硝。不仅如此,外三机组投产后,重点投向了节能型的环保技术创新领域。比如,零能耗脱硫技术、节能型高效除尘、低氧低氮高效燃烧技术等一系列创新技术,使得环保刷新了多次世界纪录,但能耗持续降低。

 

这再次回答了不少人的疑问:环保和企业效益并不是对立体,可以变成良性互动。

 

外三一次次的技术创新既坚定了环保部推出严格标准的信心,同时,严重的雾霾和国家严控东部地区新建煤电的举措,也让同行清醒地认识到:环保,电力行业无法置身事外。不少电厂纷纷开始“技术自救”,向“超低排放”转变。(摘自《上海观察》)

 

 

转发自电厂运营分析之道 李蕾

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