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近日，上海申能电力科技有限公司（以下简称“申能科技”）研发的“亚临界机组600摄氏度升温改造关键技术”在北京通过了行业评审。与会院士、专家一致认为，该技术为世界首创，具有自主知识产权，为我国亚临界机组高效、灵活性改造提供了一种可行的技术路径，具有显著的经济社会效益和良好的推广应用前景。“建议加强与国内研发和装备制造企业的合作，尽快推广应用”。
申能科技总经理冯伟忠认为，亚临界煤电机组在我国电力结构中扮演重要角色，其提效改造应成为我国煤电行业下一步发展的重头戏。
煤电低碳发展尚存短板
“目前，我国煤电超低排放改造工作已基本完成，但高效低碳的目标依然任重道远。”冯伟忠指出。
2019年9月，国家能源局发布的《关于政协十三届全国委员会第二次会议第1910号（工交邮电类192号）提案答复的函》指出，彼时科技部已会同有关部门研究部署面向2030年的煤炭清洁高效利用重大项目，力争到2030年实现燃煤发电净效率突破50%、燃煤发电机组实现20%-100%调峰、掌握百万吨碳捕集利用与封存成套技术。
“从这三点可看出，清洁化基本完成后，低碳发展已成为煤电下阶段的主要任务。”冯伟忠阐述了对上述复函中提及的三个目标的理解，“第一个是煤电行业自身要提高效率、降低碳排放；第二个是要通过深度调峰，支持可再生能源的消纳；第三个则是希望煤电向零碳排放方向发展。”
统计显示，我国目前在运亚临界机组约3.5亿千瓦，占煤电总装机容量约1/3。“相对而言，这类机组在我国煤电机组中效率最低、煤耗最高、总量最大，是我国煤电减排的短板。但一味关停这些机组既不科学，也不经济，其大幅提效势在必行。”冯伟忠表示。
基于需求提升改造性价比
冯伟忠介绍，目前常见的亚临界机组改造方案主要有三种：一种是常规的通流改造，但其节能效果不足以使机组煤耗降至310克/千瓦时的平均供电煤耗目标；第二种是跨代升级改造，即将现有锅炉拆除改造成准二次再热机组，其造价高昂，性能差强人意；第三种是蒸汽升温至566℃改造并配合通流改造，锅炉、蒸汽管道、汽轮机等都需进行配套改造，性价比也不高。
冯伟忠认为，在确定改造方案前，先要明确亚临界机组对改造有哪些需求。“首先，能效提升的幅度要足够大，要确保优于《行动计划》的要求。此外，改造时我们会考虑机组超低负荷调峰能力，提升机组灵活性。另外，就是机组延寿。我国亚临界机组运行时间相对最长，有些已达到运行年限，改造后应该能够持续高效运行，还需要有合理的投资回报，以避免改造资金资源浪费。”
“从改造可行性上看，若提高主蒸汽压力，不仅要拆除更换整个锅炉，其他承压部件也需全部替换，这是目前跨代升级改造无法推广的主要原因。”冯伟忠指出，“而如果只提高主再热蒸汽温度，不涉及温度升高的承压部件基本无需替换，汽轮机效率也会随温度升高带来的容积流量提升以及排汽湿度下降等相应提高。”
升温改造具备推广条件
“在比较外二、外三发电厂机组的运行特性时我们发现，外三超超临界机组在降负荷滑压运行至亚临界机组标准压力、600摄氏度的工况下运行，其热耗要比外二超临界机组满负荷运行时的热耗低110千焦/千瓦时。”冯伟忠表示，“各种研究对比证明，在提升机组参数以提升能效时，提升温度的影响远比提升压力显著。”
据此，申能科技研发了 “亚临界机组600摄氏度升温改造关键技术”，该技术方案的关键在于，在保持汽轮机进口压力（16.7兆帕）不变的条件下，把汽机进口汽温从537摄氏度提升至600摄氏度。
“以此为基础，结合先进汽轮机设计制造技术，热力系统的优化，亚临界机组供电煤耗水平与超超临界机组的差距可控制在7克/千瓦时以内。如再通过加载申能科技的一系列专项节能技术填补这一差距，改造后的亚临界机组煤耗能够达到超超临界机组水平。对于采用该技术方案的新建30万高温亚临界机组，额定工况下供电煤耗完全可低于290克/千瓦时，60万千瓦机组可以再低3-5克/千瓦时。”
据了解，作为该套技术方案的首例应用，华润徐州3号机已于2019年陆续通过改造后的168试运、深度调峰认证试验等。验证结果显示，其平均供电煤耗可达282克/千瓦时，已达到甚至超过许多一次再热超超临界机组的水平；在50%负荷运行情况下，供电煤耗也低于305克/千瓦时；机组排放达标的稳燃负荷调节范围，从改造前的100%—55%提升至改造后的100%—19%。
“这一改造项目颇具代表性，其成果普适性很强、性价比高，该方案具备大规模推广的可行性。”冯伟忠表示，“若在我国现役3.5亿千瓦亚临界机组中全面推广，保守计算每年可节约4700万吨以上标准煤，减排二氧化碳超过1亿吨。同时，深度调峰能力的大幅提升，使煤电能起到支持和推动可再生能源电力加速发展的作用，从而成为支持和推动我国电力工业低碳发展并保障电力供应安全的压舱石。”
