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大江東︱靠創新保持能耗世界“最低”成績!外三電廠很吸睛

人民日報中央廚房-大江東工作室  謝衛群
2021年12月13日17:21 | 來源:人民日報中央廚房
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冬季將臨,電力供應引人注目,國家和百姓期盼殷殷。

電力是經濟運行動力。一方面,要保障民生和企業正常生產用電,發電企業要履行社會責任,在安全生產的前提下多出力出足力。另一方面,還要立足我國能源稟賦以煤為主的基本國情,推廣提高能效的成熟先進技術,推動煤炭清潔高效利用,促進綠色低碳發展。

大江東工作室最近走訪了一家“明星”發電廠——上海外高橋第三發電公司(以下簡稱外三電廠),為什麼他們在國際同業中如此“吸睛”?面對國家重托,他們有怎樣的考量?

外三電廠外景。

每度電煤耗僅僅280克左右,節能水平世界領先

能源珍貴,節能為要——這方面,外三電廠有點“牛”。

外三電廠地處長江口的東海之濱。行進在楊高路,電廠的煙囪已然在望。然而,這家煤炭發電廠24小時排煙,廠區卻超級干淨,感受不到粉塵和異味,怎麼做到的?

外三電廠發電機組有個很潮的名字:超超臨界機組。成立於2005年2月5日的外三電廠,建設了2台100萬千瓦超超臨界國產引進型燃煤發電機組,是我國首批百萬級國產引進型燃煤發電機組之一。兩台機組2008年3月和6月建成投產,有效緩解了上海市“十一五”期間的電力供需矛盾。

發電大樓裡,兩台機組露出半圓的機身,平穩運轉著,有流線型的顏值,車間內一塵不染。

別小看這兩台機組,成績單可了不得,在節能減排、技術經濟指標等方面創造了諸多世界紀錄,引領中國百萬等級火電機組跨越式發展,在中國電力工業發展史上具有重要裡程碑意義。

外三電廠循著“科技創新引領企業發展”的戰略路徑,圍繞節能減排有針對性地開展了20多項重大技術創新,取得60多項專利成果,其中23項成果為國際首創,一舉改寫中國電力工業長期對歐美日等發達國家亦步亦趨歷史,在世界火電領域樹起一道中國標杆。

發一度電,消耗多少煤,是衡量電廠能耗的主要指標。從前,世界上電廠煤耗最低的記錄是丹麥電廠,每度電煤耗286克(負荷率89%)。日本最好水平的電廠是嘰子電廠,每度電煤耗303 克(負荷率90%)。外三電廠投產后,不斷刷新世界紀錄:2008年,實際運行煤耗為每度電287.44克﹔2009年282.16克﹔2010年279.39克﹔2015年277.33克。隨著環保要求趨嚴,電廠排放標准不斷提高,2020年,加上脫硫脫硝,每度電煤耗也才281.77克……切莫小看這幾克煤的節省,在業界,煤耗下降10克以上,技術就相差一代。至今,外三發電廠超超臨界機組已保持國內外領先地位十年之久。

幾克煤的節省和計較,有什麼意義呢?有專家依據數據統計,中國現有亞臨界煤電機組發電量是2.8億千瓦,如果煤電機組都能達到外三電廠的煤耗水平,每年將為國家節省4900萬噸標准煤!

外三電廠發電機組車間,一塵不染。

平均排放指標保持世界“最低”成績,顛覆“耗能減排”的被動環保觀念

衡量電廠環保水平的另一個指標是排放指標,外三電廠的表現也很出挑。

外三電廠始准瞄准對標的是國際最高水平。而世界發達國家煤電排放指標大體如下:氮氧化物每標准立方米含的毫克量,美國、日本、歐盟、澳大利亞的最好水平分別是:135、200、200、435,中國煤電廠的平均排放是100毫克,而外三電廠是10.55毫克,不到美國的1/10。二氧化氮每標准立方米含的毫克量,發達國家最好的是日本為172毫克,中國是50毫克。外三電廠是多少——6.39毫克!

煙塵的每標准立方米含的毫克量中國與美國都是20毫克,日本是40毫克,而外三電廠隻有0.67毫克!

難怪走在外三電廠,絲毫沒有粉塵的感覺。

耀眼的“最低”成績,是堅持技術創新“爭”來的。更將重點轉向環保,持續探索破解傳統煤電環保技術的“高投資、高能耗、高成本”的“三高”之困。

外三電廠在機組投產后,先后實施了廣義回熱技術、節能快速啟動技術、空預器柔性密封技術等創新技術,自主研發並實施了包括“零能耗脫硫技術”,“節能型全天候脫硝技術”、“低氧燃燒及低NOx高效燃燒技術”、“電除塵器系統優化技術”等,極大提升了機組效率和環保性能,社會效益和企業效益實現和諧統一。

“節能減排”已成國際關注焦點,但“減排”與“節能”往往如魚與熊掌難以兼得——二氧化硫等污染氣體的減排,要付出相當的能耗。發電廠傳統的脫硫系統,就是典型的“耗能減排”,耗電量達發電量的1%甚至更多。

為大幅降低脫硫系統能耗,外三電廠研究出“零能耗”脫硫系列技術,使脫硫系統的節能量與耗能量達到平衡甚至結余。這成為脫硫要求和標准提高了,煤耗卻並未提高的“外三秘訣”。

外三電廠總經理施敏解釋:基本思路是,煙氣脫硫之前將其中熱能通過一種特殊裝置加以回收,送回熱力系統再發電,以彌補脫硫系統的電耗,再輔以相應的節電技術,最終使脫硫系統的節能量與耗能量達到平衡甚至結余,實現“零能耗”脫硫,顛覆了“耗能減排”的被動環保觀念。

電除塵高頻電源技術,也是外三電廠一大發明。用高頻電源供給電場,電流脈沖寬度在5-20μs,可以提高煙塵的荷電效率和粉塵遷移速度,從而提升除塵效率。2010年上半年,外三對兩台鍋爐的四個電場除塵器進行了節能增效改造,將原先的工頻電源改造為高頻電源,這是國內百萬級機組首次採用該技術。該項目改造周期僅需15天,並且大部分施工可以在機組運行期間實施。改造后,高頻電源運行穩定、可靠,除塵效率大幅提升。同時,電除塵器的高壓電源總功耗由改造前的871kW降低到改造后的266kW,節能69.5%。

以下為各國環保排放標准與外三實際對比:

火力發電廠,節能就是最大的減排,外三電廠技術復制推廣價值巨大

外三電廠展廳有許多獎狀與証書,包括從國際上獲頒的。而他們更看重的是,先走一步的經驗,開始在我國一些電廠復制與推廣。這對中國能源的高效利用和“雙碳”戰略都將有重要意義。

中國的電能資源稟賦以煤電為主。截至今年10月底,全國發電裝機容量約23億千瓦,發電量6.7176萬億千瓦時,其中,火電裝機 12.8億千瓦,火電機組佔總容量的55.7%,全年發電量5.1743萬億度,佔總量的77%,平均供電煤耗為304.9克/千瓦時。2020年,中國大陸消費煤炭49.8億噸,其中用於火力發電21.7億噸。火力發電,是中國最大的煤炭消費方。在清華大學副校長,院士倪維斗看來,火力發電廠節能,就是最大的減排。

外三發電系統裝備。

全球氣候變暖,資源和環境挑戰嚴峻。“十二五”規劃以來,我國明確提出,必須堅持節能減排優先的原則,加快對高耗能、高耗材、高排放、低效能產業的技術改造。國家發展改革委、國家能源局也發出了《關於開展全國煤電機組改造升級的通知》。

外三電廠的創新技術,不僅為今后的大容量高參數汽輪發電機組的建設起到示范作用,也可廣泛應用於各種容量和參數的新建機組和老機組的技術改造,具有巨大的推廣潛力。

國家使命,就是企業擔當。2010年,外三電廠設立了技術推廣應用公司,外三電廠的技術在一些電廠得到推廣與應用,取得良好效果:

華潤銅山電力有限公司2×1000MW超超臨界燃煤機組應用本項目研究的部分技術后,根據第三方性能試驗結果:80%負荷考核工況下,#5、#6機組的供電煤耗每度電分別下降14.6克和14.2克煤。按兩台機組年發電量120億度電,平均煤耗下降10克,年可節約標煤約17.3萬噸。

在徐州華潤電廠#3機組上,實施世界首例“高溫亞臨界綜合升級改造”。該項目實現了亞臨界機組效率水平跨代升級至超超臨界機組水平,煤耗降低10%以上,每度電降約36克煤﹔改造同步實現20%-100%深度調峰。

而華潤曹妃甸二期項目2台1000MW按照外三“升級版”咨詢、改造后額定工況用煤僅275克,超過了外三電廠水平。

新建機組——淮北申皖發電有限公司2×660MW超超臨界燃煤機組,進行了全系統優化節能環保技術綜合應用,根據第三方性能試驗報告,額定考核工況下,機組供電標准煤耗每度電僅273.22克,相較於同類型新建機組額定工況設計供電標准煤耗參考值285克,降低了11.78克。按額定工況下平均運行3000小時發電量39.6億度電考量,一年可節約標煤約4.66萬噸。

施敏說,對於現役約2.8億kW存量中具備條件的亞臨界煤電機組,建議進行高溫亞臨界綜合升級改造。以改造后煤耗下降35 g/kWh為計, 300MW機組投入改造費用約3.5億元/台,約6.5年收回投資,以此推算存量機組總計年節標煤量4900萬噸,投入成本約3200-3500億。可先作試點評估后推廣。

目前,外三電廠在節能與環保上作的改進,部分也推進了我國設計標准及環保標准的修訂。

(本文圖片除署名外由謝衛群攝)

(責編:沐一帆、軒召強)

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