探訪世界首例百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤項目

在泰州發(fā)電有限公司，煤炭除了用于發(fā)電，連燃燒產(chǎn)生的固體廢棄物也被“吃干榨凈”，產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放值分別為2毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米、12毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米和35毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米，遠(yuǎn)優(yōu)于國家規(guī)定的排放限值。

泰州發(fā)電有限公司一期工程建設(shè)2臺百萬千瓦超超臨界燃煤機(jī)組，二期工程建設(shè)2臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤機(jī)組。其中，二次再熱燃煤機(jī)組被國際能源署評定為當(dāng)前全球發(fā)電效率最高的燃煤機(jī)組。

“2臺二次再熱燃煤機(jī)組的發(fā)電效率分別達(dá)到47.82%、47.95%，比常規(guī)一次再熱機(jī)組的發(fā)電效率高2%，按照我國供電煤耗平均水平300克/千瓦時計算，相當(dāng)于每千瓦時電少用6克煤，帶來的效益非?？捎^。”國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司總經(jīng)理陳旭偉說。

燃煤發(fā)電領(lǐng)域的一次突破

在陳旭偉看來，富煤的能源稟賦決定了煤炭是我國能源供應(yīng)主力，以燃煤發(fā)電為主體的電源結(jié)構(gòu)短時間內(nèi)難以改變。2018年，我國火電發(fā)電量占比63.7%，預(yù)計到2020年火電占比仍將高達(dá)61%，煤炭在電廠的清潔高效利用意義重大。

在火電廠整個生產(chǎn)流程中，最基本的理論依據(jù)是熱力循環(huán)理論。根據(jù)這一理論，提高燃煤機(jī)組效率主要有三種途徑：一是提高初參數(shù)，二是降低末參數(shù)，三是增加熱力循環(huán)次數(shù)。

陳旭偉解釋，提高初參數(shù)就是把壓力、溫度提高?，F(xiàn)在泰州發(fā)電有限公司機(jī)組壓力已達(dá)31兆帕，溫度達(dá)600攝氏度，如果再進(jìn)一步提高壓力、溫度的話，需要研發(fā)新的材料。降低末參數(shù)，就是把真空再優(yōu)化，適合東北等氣溫比較低的地區(qū)。理論上講，再熱次數(shù)越多，循環(huán)效率越高，但受投入和產(chǎn)出比的影響，在原技術(shù)條件下，一次再熱發(fā)電技術(shù)作為主流發(fā)展起來了。隨著技術(shù)進(jìn)步和燃料價格上漲，二次再熱發(fā)電技術(shù)的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢凸顯，成為一種很有競爭優(yōu)勢的技術(shù)路線。

二次再熱發(fā)電技術(shù)的原理是，蒸汽從鍋爐出來后進(jìn)入超高壓缸做功，超高壓缸排出的乏汽回到鍋爐被再次加熱后進(jìn)入高壓缸再次做功，高壓缸排出的乏汽第二次回到鍋爐被加熱后進(jìn)入中壓缸做功，最后依次進(jìn)入低壓缸和凝汽器。與一次再熱發(fā)電技術(shù)不同的是，高壓缸排出的乏汽第二次回到鍋爐被加熱后進(jìn)入中壓缸做功，從而提高了機(jī)組循環(huán)效率。

據(jù)國家能源集團(tuán)江蘇電力有限公司黨委書記張世山介紹，燃煤發(fā)電效率的提升空間一直存在，但大容量高參數(shù)二次再熱發(fā)電技術(shù)是國際性難題，在美國高參數(shù)二次再熱發(fā)電技術(shù)遭遇瓶頸后，日本、丹麥等國選擇了降參數(shù)技術(shù)路線。目前，丹麥運(yùn)行的二次再熱發(fā)電機(jī)組裝機(jī)僅47萬千瓦。

在百萬千瓦二次再熱機(jī)組沒有國際先例、沒有任何參考資料的情況下，以國家能源集團(tuán)為首的二次再熱研發(fā)團(tuán)隊，依托科技部“十二五”科技支撐計劃項目和國家能源局高效煤電項目，聯(lián)合中國電力工程顧問集團(tuán)、上海電氣集團(tuán)開展了攻關(guān)。泰州發(fā)電有限公司二期工程3號、4號二次再熱燃煤機(jī)組分別于2015年9月、2016年1月建成投運(yùn)，標(biāo)志著該公司建成了世界首例百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤項目，實現(xiàn)了自主研發(fā)、自主設(shè)計、自主制造、自主建設(shè)和自主運(yùn)營。

“百萬千瓦二次再熱燃煤機(jī)組的安全環(huán)保經(jīng)濟(jì)運(yùn)營，是燃煤發(fā)電領(lǐng)域的一次重大突破。”陳旭偉表示。環(huán)保經(jīng)濟(jì)效益顯著 正進(jìn)一步推廣應(yīng)用

第三方的測試結(jié)果表明，泰州發(fā)電有限公司2臺二次再熱燃煤機(jī)組供電煤耗比當(dāng)今國外最好水平低6.6克/千瓦時，比國內(nèi)最好的一次再熱機(jī)組水平低6.3克/千瓦時，處于世界領(lǐng)先水平，且每年碳排放量比常規(guī)百萬千瓦機(jī)組減排5%，煙塵、二氧化硫和氮氧化物均實現(xiàn)超低排放。

投產(chǎn)至2018年底，2臺二次再熱燃煤機(jī)組發(fā)電量387.7億千瓦時，按照供電煤耗比國內(nèi)最好一次再熱機(jī)組低6.3克/千瓦時測算，共節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤24.4萬噸，折合減排二氧化碳68.4萬噸、煙塵9.68噸、二氧化硫59.8噸、氮氧化物118.7噸。

“以現(xiàn)有煤價為基礎(chǔ)，二次再熱燃煤機(jī)組的回報是非?？捎^的。”陳旭偉說。

據(jù)了解，泰州發(fā)電有限公司2臺二次再熱燃煤機(jī)組比一期2臺機(jī)組增加投資4.3億元，千瓦投資實際上增加210余元，按照機(jī)組設(shè)計壽命30年計算，幾年內(nèi)便可收回投資。

“目前，我們二期機(jī)組的供電煤耗比一期低20克/千瓦時。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，近3年，我們一期機(jī)組共計轉(zhuǎn)讓51億千瓦時發(fā)電量給二期二次再熱燃煤機(jī)組。”陳旭偉說，“按照過去3年每噸標(biāo)準(zhǔn)煤750元計算，相當(dāng)于多收益近8000萬元。”

由于泰州發(fā)電有限公司二次再熱燃煤機(jī)組的安全穩(wěn)定環(huán)保運(yùn)營，江蘇省在發(fā)電小時數(shù)上予以傾斜。

“每年多發(fā)50個小時的電量。”張世山說，“呼吁政策進(jìn)一步予以支持，增強(qiáng)新建燃煤機(jī)組應(yīng)用二次再熱發(fā)電技術(shù)的動力，推動60萬千瓦超臨界、超超臨界等在役機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造。”

截至2018年底，二次再熱發(fā)電技術(shù)成果已在國內(nèi)21臺1000兆瓦和660兆瓦新建機(jī)組得到應(yīng)用，受到廣泛好評。

“二次再熱發(fā)電技術(shù)推廣意義重大，實際上更看好的是‘一帶一路’沿線國家的電廠項目。”陳旭偉說。

另外，發(fā)展二次再熱發(fā)電技術(shù)更為重要的目的，是為開發(fā)更加有效的發(fā)電機(jī)組做好技術(shù)儲備，對進(jìn)一步提升燃煤發(fā)電效率、降低供電煤耗、減少污染物和二氧化碳排放具有重要意義。