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二次再热的“第一个螃蟹”
发布时间:2015-08-25   信息来源:中国华能   
  8月24日11时58分,华能安源电厂集控中心大屏幕显示:2号机组完成试运投产,这台66万千瓦二次再热发电机组再热温度623℃,机组运行稳定,宽敞明亮的大厅里又一次因喜悦而流光溢彩。

  二次再热,是世界领先的发电技术,在相同蒸汽压力温度条件下,二次再热机组的热效率比一次再热机组提高约2%,对应二氧化碳减排约3.6%。在我国火电技术迈进世界前沿的百尺竿头时,超超临界二次再热发电技术就成了更进一步的选择。二次再热这项技术以其复杂性和特殊性著称,在国内电力行业一直是一个没人敢吃的“螃蟹”。今年6月27日,我国首台66万千瓦超超临界二次再热燃煤机组在华能安源电厂投运,“第一个螃蟹”终于被华能吃下。

  “第一个螃蟹”背后的选择

  二次再热是超超临界发电技术必走的路线之一。在百万千瓦燃煤机组技术日臻成熟之时,新一代高效一次再热技术、二次再热技术的应用受到业界的广泛关注。但由于二次再热技术比较复杂,业界更倾向于新一代高效一次再热技术,直到2013年,二次再热技术要不要推广应用,还在争论之中,看似遥遥无期。

  此时,华能在静默之中先行一步。国内首台百万千瓦超超临界燃煤机组、首台超超临界60万千瓦燃煤机组、首台超临界60万千瓦燃煤机组等,都是在华能诞生。我国以煤为主的资源禀赋,决定了燃煤发电在未来相当长的一段时间内依然是主力,而华能的燃煤发电机组装机到今年上半年达到1.12亿千瓦,占总装机的72.7%。节能降耗,不仅是华能,而且是行业燃煤发电技术攻关的核心。华能在攀登燃煤发电技术研发应用的金字塔过程中,总是先人一步,不断接近高峰。2012年年中,华能在攻关代表火电未来发展方向的IGCC发电技术的同时,决定在华能安源电厂建设两台66万千瓦超超临界二次再热燃煤机组,在华能莱芜电厂建设两台100万千瓦超超临界二次再热燃煤机组。当年11月,华能与哈尔滨电气集团企业、东方电气集团有限企业、上海电气集团总企业签订莱芜电厂和安源电厂二次再热机组三大主机设备采购合同。

  在设备采购合同签约会上,华能集团企业总经理曹培玺说出了华能上二次再热项目的初衷:“华能莱芜、安源电厂二次再热项目,代表当前燃煤电厂技术的先进水平,是落实《能源发展“十二五”规划》,加快能源生产方式变革、强化节能优先战略、发展高效清洁煤电的具体实践,必将为华能集团企业以科技引领,创建具有国际竞争力的世界一流企业提供强有力的技术支撑。”2013年11月,曹培玺到安源电厂新建工程现场视察,指出华能应用二次再热技术的意义:第一是为国争光,第二是提升华能竞争力,第三是为科技创新积累经验。他鼓励大家:“二次再热技术的应用,体现华能的一种精神、一种担当,没有过不去的火焰山,也没有解决不了的难题。”当即决定由集团企业时任总工程师胡式海任组长,企业总经理助理蒋敏华及华能国际、西安热工院等方面负责人参加的二次再热应用技术研究工作领导小组,对各项技术难题展开研究。

  华能攻关二次再热,也是在为另外一个新技术开路:700℃超超临界发电技术。发展700℃等级先进超超临界机组,提高发电效率,是实现火电技术重大升级的关键。据测算,60万千瓦的700℃先进超超临界机组供电煤耗约260克/千瓦时,可比同容量等级的先进水平的600℃超超临界机组降低约25克/千瓦时。目前,华能正在牵头研发带二次再热的700℃超超临界发电技术,二次再热技术的成功,无疑为700℃超超临界发电技术打开了关键通道。

  走近“第一个螃蟹”

  在濛濛细雨中,华能安源电厂与远处的青山绘成一幅水墨画。在安源电厂员工的习惯称呼中,这里叫“新厂”。安源电厂始建于1958年,当时厂址在江西萍乡市湘东区。2011年,电厂关停,迁址萍乡芦溪工业园区,新厂今年8月建成投产。“关停时,大家有两台国产12.5万千瓦的燃煤电机组,这次上二次再热机组,也是大家的二次创业”,安源电厂厂长钟明才说,“今天,大家交上了圆满的答卷。”

  华能集团企业副总经理刘国跃在1号机组生产现场调研后十分满意:“安源电厂投产是一个新的起点,是我国二次再热技术应用的开始,大家要不断优化完善安源电厂的设备系统,让二次再热技术充分发挥其技术经济优势,同时为后续该技术的应用积累经验。”安源电厂1号机组是我国首次设计、首次制造、首次施工、首次运行的66万千瓦二次再热机组工程,代表了我国目前火力发电同类型机组最好发电技术水平,对引领发电技术进步,带动国内电力设备制造业水平提升、促进能源消费革命具有深远意义。

  两台机组运行期间,主、辅设备和系统运行稳定,主要经济技术指标达到国内领先水平,平均供电煤耗272.66克/千瓦时,比2014年国内同容量一次再热火电机组平均水平低19.97克/千瓦时,电气和热控保护投入率、自动装置投入率、测点/仪表投入率等均达到100%,汽水品质合格,各项性能指标达到设计值,是当前同容量超超临界机组的最好水平。

  “现在,两台机组基本达到设计值,现在的供电煤耗是272.66克/千瓦时”,钟明才说,“大家正在做机组优化调整,预计到9月份,机组性能优化完毕后,供电煤耗可以降到271克/千瓦时”。两台机组每年可节约标煤14.5万吨。钟明才先容,两台二次再热机组比常规机组投入多3亿元。两台机组运行4年,就可以节约标煤50余万吨,按照江西本地煤价折算,正好可以收回多投入的3亿元。全国60万千瓦等级的机组约800台,如果全部采用二次再热机组,每年可以节约煤炭5800多万吨,减少二氧化碳排放1亿多吨。

  在节约燃煤的同时,安源电厂致力于减排。为实现超净排放,安源电厂在原有的设计基础上,对整个环保设施包括脱硫系统进行了全面升级改造,采用了烟气协同治理系统,通过协同治理,电厂生产过程中产生的烟气,经烟气脱硝装置+低低温省煤器+低低温电除尘器+高效除尘的湿法烟气脱硫装置等系统处理后,二氧化硫、氮氧化物、烟尘排放指标优于国家燃机限值排放要求,浓度分别小于15.1、37.5、3.1毫克每立方,生产过程中产生的灰渣、石膏能够全部综合回收利用。

  在实现超净排放的同时,安源电厂还实现废水零排放。在水系发达,水资源丰富的江西,安源电厂还充分利用中水。安源电厂厂区用水部分取自袁河,利用芦溪污水处理厂中水作为补充水源,冷却水经冷却塔冷却后循环利用。厂里将工业废水、生活污水、含油污水、含煤废水等经分类收集,集中处理后全部回收利用。厂里还安装了防尘装置和隔音罩、消声器,有效地控制了煤尘和噪声。

  “第一个螃蟹”是如何吃下的

  在细雨声中,安源电厂工程部主任何胜回忆起两年前的那场大雨。2013年6月28日,安源电厂正式开工建设。刚准备浇第一罐混凝土时,瓢泼大雨骤然而下,在场的一百多人谁也没有动,在大雨中见证这罐混凝土浇筑成功。“大家很兴奋,觉得是一次洗礼”,何胜说,“新的历史时刻来临了,新的马拉松开始跑了,大家对新电厂充满憧憬。”

  大雨中开工,也预示着整个建设过程的艰辛。因为是首台二次再热机组,没有可以借鉴的经验,常规火电建设中的非常平常的问题,在二次再热机组建设过程中就是大问题,所以,每走一步,都困难重重。面对诸多新的问题,大家都在思索:到底如何完成建设目标?能否达到预期效果?能否安全稳定运行?为此,华能集团企业牵头,集中了建设、设计、科研、设备制造等方面的精英,成立技术研究工作领导小组,提前梳理问题,逐一寻找对策。大家在摸索中前进,在险阻中攻关,终于,走过“火焰山”,电厂如期建成,焕发出勃勃生机。

  走过“火焰山”,最让人纠结的是设备与设计、施工之间的矛盾。由于二次再热技术是首次应用,所以设备厂商也是边引进技术,边设计制造。最让人尴尬的是,辅机设备标书挂出来后,竟然没有厂家“接招”。电厂只好先请有潜质的厂家来,厂家进行模拟实验,确认具备生产能力后,再招标。机组锅炉和汽轮机分属两家单位制造,指标都很好,但是两套设备一匹配,就出现问题,仅仅为了解决“匹配”问题,就开了五次专题会。在处理矛盾的同时,华能的技术人员还积极抓设计优化,先后参与了设计院的总平面布置优化、主要烟风煤粉管道优化、凝汽器冷端优化,烟气再循环优化、高压疏水管道防内漏等多项设计优化。采纳了“引增合一”、 低低温省煤器、给水前置泵与主泵同轴布置、干式排渣机、循环水泵露天布置、全厂现场总线、凝结水泵全过程变频调节等华能优化设计成果。通过运用侧煤仓布置、输煤栈桥穿烟囱等华能典型设计,节约投资480万元。主蒸汽、一二次高温再热蒸汽管道采用“2-2”布置形式,节约投资378万元。全厂空压机集中布置在烟囱零米层,减少用地,节约投资76.8万元。主要烟、气、煤粉管道采用圆形管道,减少风机能耗等14项优化设计成果,共计节约投资5000万元。

  “火焰山”最难的关口就是锅炉焊接,收获最大的也是焊接。安源电厂二次再热机组锅炉,比常规锅炉的4道管道多出两道,锅炉出口主蒸汽压力32.45兆帕,温度605℃,一、二次再热器出口蒸汽温度623℃,是世界最高参数。由于机组的温度和压力参数高,受热面管道直径小、管壁厚、管排密,采用全氩弧焊接,空间狭小,位置困难,施工技术和施工难度非常高,它的成功与否对工程人员是个极大的挑战。2014年8月21日,锅炉末级过热器出口集箱外直径660毫米、壁厚160毫米,这道目前国内最大壁厚的P92马氏体钢焊口,6名技术人员经过不间断84小时的连续作业,用掉200公斤P920焊条,一次检验合格。据统计,安源电厂1号机组共完成焊口70423道,2号机组共完成焊口68437道,比常规机组焊口多出15000道左右。两台机组试运过程和投产后没有发生因焊接质量造成锅炉爆管影响生产。

  走“火焰山”最顺利的就是实现厂用电受电、锅炉水压、冲管、汽机扣缸、锅炉点火等节点一次成功。1号机组锅炉一次汽水压试验压力为51兆帕,为我国锅炉水压试验的最高压力。为保证试压成功,500多名作业人员加班加点3个多月,反复检测,不断试验,2014年11月25日,1号机组51兆帕水压试验,全部焊口及法兰、阀门等无一泄露、变形,水压试验一次成功!

  在安源电厂这两台机组的建设过程中,华能解决了“二次再热机组动态响应分析、汽温调节和协调控制策略研究”、 “二次再热机组环保排放优化研究”等10余项关键技术难题,打破了国外常识产权壁垒制约,为华能下一个二次再热重点项目——华能莱芜电厂100万千瓦超超临界二次再热燃煤机组建设提供了有力的技术支撑。

  
文:哈新军   
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