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上海“外三”电厂大幅突破耗煤纪录
发布日期:2021-11-25 11:27   来源:未知   阅读:

  外观红黄相间的上海外高桥第三发电厂坐落于东海边,其129米的炉顶高度也是外高桥地区的制高点。世界上发电效率最高的电厂—上海外高桥第三发电有限责任公司(以下简称“外三”)就坐落于此。

  外三的两台100万千瓦的超超临界发电机组供应着中国最大的工业化城市上海10%左右的电力。

  刚走近外三厂大门,就看到环保指标显示屏,所显示的烟尘、SO2、Nox都仅十几mg/m3,比所称的清洁燃烧的燃气机组排放还要低得多。左拐进入主大楼后,显示屏上所显示的2014年累计供电标准煤耗278克/千瓦时,而原世界纪录保持者的纪录为286.08克/千瓦时(2009年)。

  自2008年投产,外三就保持着多项世界第一,是国际火电界的标杆。外三电厂总经理冯伟忠称,当时外三刚投产就预计,外三将至少要保持10年内将无人超越的状态,到现在为止已维持了6年,接下来的几年,从现有情况来看,其他人也很少有机会了。

  面对多项世界第一,冯伟忠并没有满足止步,而是继续推进创新技术并实施。冯伟忠也早就有了新的目标,上海市委书记韩正前段时间到外三视察时曾说,对其做大创新项目的9号机组给予了“高度的评价和肯定”。冯伟忠介绍说,“如果我们这个大项目能够在2018年投产,将会延续下一个10年-20年的世界第一。”

  “该号机组预期煤耗将比现在还要降低十多克,理论设计为251克。”冯伟忠说。

  基于中国一次性能源的结构中煤炭占了近70%的现实,在整个中国的电力结构中,火电占到了绝对多数。截至2013年底,中国的火电装机比例70%左右,而西方国家的比例多在50%以下。

  为了支撑近年来GDP增长率,中国正源源不断地从中、西部省份开采煤炭资源,为工业的发展注入“血液”,对煤炭的大量消耗使中国面临能源枯竭的危机。日渐严重的雾霾,更是让火电企业压力倍增。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,其中有些排放标准比欧盟国家标准还要严格,比如导致雾霾最主要的元凶—氮氧化物排放的控制值,欧盟的标准是200mg/m3,中国的新标准是100mg/m3。

  新的标准出台后引起了很大的反响,《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。

  中国一次能源的特征是“多煤、少油、缺气”,要告别对煤炭的依赖,并不现实,而外三则为煤炭的清洁利用做出示范。2013年,外三的供电煤耗276.82克/千瓦时,与全国平均能耗(321克/千瓦时)相比,外三要低45克/千瓦时,按去年全国发电量5.25万亿千瓦时来计算,如果全国机组的平均煤耗都可以提高到“外三”的水平,约可实现节煤2.36亿吨,节约资金在千亿级。

  外三自身也享受到了科技创新带来的红利。2013年,外三的相对节煤达到了62万吨左右,约为人民币5亿元。

  在环保方面,冯伟忠介绍说,目前,外三的Nox的排放值平均是17mg/m3,即便是燃气发电机组的污染物排放标准也要50mg/m3。

  此前,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。”

  外三机组投产后,重点投向了节能型的环保技术创新领域,虽然原有的技术多来自国外,但外三在此基础上做了一个很大的突破。比如零能耗脱硫技术、节能型高效除尘、节能型高效全天候脱硝等一系列的创新技术,使得环保刷新了多次的世界纪录,但能耗是持续降低的。

  脱硫的能耗是非常高的,相当于外三通常情况下每年要消耗4万到5万吨的煤去脱硫,外三所采用的是零能耗脱硫技术。

  对此,冯伟忠提出了“全天候脱硝”和“广义回热”的理论。目前,“广义回热”理论将被清华大学写入大学教科书,原来热力学诸多理论都是西方学者的名字,今后将会出现中国人的名字。

  除此之外,还有世界首创的“火电机组变频总电源技术”等。目前外三的厂用电率已降至2.5%以下,再次大幅刷新了世界纪录。

  往往越高的环保标准意味着更高的能耗和运行成本,这对企业是一种负担。外三现在研究的技术就是要破解这一矛盾。

  冯伟忠所提到的重大创新项目,就是其独创的“新型汽轮机组”技术。该技术已经得到了发明专利,具体就是“高低位分轴布置的汽轮发电机组”。

  对于这一生冷抽象的名词,冯伟忠举了个例子,“在水电厂,一立方的水能发多少电,有确定的答案吗?不。为什么呢?学过物理学都知道,能发多少电,由势能决定。势能差越大,一立方水所发的电也就越多。因此,受到地形和造大坝技术的影响,不同的大坝,发电量也不同。”

  冯伟忠继续说道,“同样火电厂也是一样,一公斤标准煤能发多少电,这根本不知道。取决于我们所说的蒸汽的参数,它和水电厂中势能是一样的。蒸汽压力、温度越高,理论上能够发的电也就越多了。这就是为什么发电技术会从低、中、高、亚临界、超临界到超超临界,不断地把蒸汽压力温度提高。”

  而温度比压力对效率的影响更大,所以,现在世界上的主流,更多是在推进温度的提高。比如,现在所用的超超临界机组中的蒸汽达到了600多摄氏度,而目前全球正在挑战700摄氏度大关。这一路径现在有不少麻烦,主要出在材料上。

  冯伟忠称,“到了700摄氏度,一般的钢材是不行的。需要用到一种叫做超级镍基超级合金的材料。”冯伟忠介绍说,“我们一般的常规临界温度在540摄氏度,我们超超临界在600摄氏度,材料价格翻了10倍左右。现在700摄氏度材料,价格要再乘以10。”

  因为材料问题,700摄氏度超超临界的试验研究已做了十几年,还存在许多问题。2011年,原计划在德国示范的第一台700摄氏度50万千瓦的超超临界机组流产了,原定先推迟3年,到了今年看又不行了,还要推迟。推到什么时候不知道,因为实在太贵了,”冯伟忠称,“光高温蒸汽管道就将占到造价增加的绝大部分,买这些700摄氏度的管道要几十亿元。”

  “因此我发明了一个技术,也就是脑筋急转弯,既然大容量汽轮机分成好几个气缸,我把具有多个气缸的汽轮机给拆了,一部分放到锅炉上去了。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,效率还要更高。”冯伟忠称,“‘10克煤耗,一代技术’,基本上比现在减少十多克,投入并不会增加,反而会减少。”

  在外三原有的基础上,如果采用新技术,预计净效率可达48.5%-49%,远远超过欧盟700摄氏度的期望效率,将成为新的世界之最。德国西门子公司在做了深入研究后,对于此技术给予了高度评价称,“本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成为排放绿色产业的唯一机遇”,西门子认为此技术是引领世界煤电继续发展的技术。

  9号机组将采用这项技术,预计2018年投产,它将会改写世界发电厂的历史。接下来发电厂的设计格局可能会发生全新的改变。

  冯伟忠认为国外研发下一代技术之所以遇到瓶颈,是由于路径依赖的问题。“我受的正规全日制教育只有五年级,后来的知识主要靠自学。但从另一个角度来说,我的大脑没有被格式化。爱因斯坦说过,知识是有限的,但是想像力是无限的。”提到创新,冯伟忠认为主要需要三点:第一,创新需要理论的支持;第二,创新需要跨专业的思维;第三,创新需要精神的支撑。

  以外三为依托,申能集团同时成立了一个专门的节能公司—申能能源科技公司,冯伟忠仍是总经理,将为发电厂的节能改造提供各种服务。

  2013年底和2014年初,外三分别与华润电力控股有限公司和神华集团有限责任公司签订了技术合作框架协议,在煤电行业中推广外三的节能减排创新技术。2014年9月2日,外三将会与中国大唐集团签署技术合作框架协议。

  外三电厂2011年-2013年的供电煤耗分别是276.02克/千瓦时、276.14克/千瓦时、276.82克/千瓦时,远远低于此前的世界纪录。这种效率水平已与国际尚在研发中的下一代蒸汽温度为700摄氏度等级高效超临界机组的期望效率相当。

  这三年来外三的供电煤耗基本是原地踏步,甚至出现了轻微的上扬。对于这一怪现象,冯伟忠举了一个例子,比如一辆车开100公里/小时是油耗最低的,如果让它只开到30公里或者40公里的时速,油耗肯定上去了。“现在有各种各样的原因,主要是西电东送、上海买了太多的外来电,导致上海本地的电厂运行负荷率不断走低,常处于最低负荷运行。我们100万千瓦机组以最低负荷40万千瓦运行,与满负荷运行的煤耗差不多要到15克以上。今年煤耗我估计277也撑不住。有好几天,煤耗大幅度上升都到了290多克,是因为要负荷运行。”冯伟忠抱怨说。

  “10克煤耗,一代技术”,“低负荷运行,使我们降低的煤耗又增加了,相当于我们又自废了武功。”冯伟忠说,“对于外三这种电厂,算是好的了,我们有各种各样的技术,加起来之后,相差还不是很大。像是其他电厂,外高桥第一发电厂,负荷率从40%到100%,煤耗要相差30克/千瓦时以上。”

  30克,不是小数目。按2013年全国发电量52451亿千瓦时来计算,则意味着每年将损失1.57亿吨煤,浪费资金约700亿元。



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