二次再熱：煤電清潔高效利用升級版

　　編者按

　　新中國建立之初，我國發電裝機容量僅為185萬千瓦，其中火電裝機容量占到91.2%。彼時，提高裝機容量，為經濟社會發展提供強有力的保障，是火電的首要任務。70年來，我國發電裝機容量增長了1026倍，火電仍是我國裝機容量最多、發電量最大的電源種類，此時，我國已建成全球最大的清潔煤電供應體系。

　　在我國火電建設超低排放和節能改造的道路上，由中國能建華東院(以下簡稱“華東院”)設計，中國能建江蘇電建三公司(以下簡稱“江蘇電建三公司”)和中國能建江蘇電建一公司(以下簡稱“江蘇電建一公司”)承建的泰州電廠二期工程，作為世界首例百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發電機組，發電效率達到47.82%，樹立起全球煤電領域的標桿。

　　填補空白實現火電技術的新跨越

　　我國能源資源稟賦結構，決定煤電成為我國電力供應的主力。2007年，國家發展改革委發布相關文件，要求規劃新建火電項目要盡可能采用60萬千瓦及以上超臨界機組，開啟了中國火電的“大機組”時代。

　　早在2002年，時刻關注煤電高效清潔利用的華東院，憑借技術實力，承接了我國首座百萬千瓦級超超臨界燃煤電站——浙江玉環電廠的技術研發和設計任務。該電廠投產后，熱效率達到45.4%，與當時國內平均煤耗相比，每年可節約59萬噸原煤，成為了當時國內綜合節能和環保水平最高的燃煤電廠。

　　“當時百萬機組已經非常先進了，但我們想，在這個基礎上，煤電的利用效率還能更高嗎？”2006年，華東院總工程師陳仁杰帶領團隊結束玉環電廠的設計工作不久，便馬不停蹄地投入到全新的大容量、高參數二次再熱燃煤發電技術的研究中。

　　2012年底，完全自主知識產權的二次再熱技術課題正式列入“十二五”節能減排國家科技支撐計劃，并依托泰州電廠二期示范工程建成世界首臺百萬千瓦二次再熱機組。

　　二次再熱技術是泰州二期工程采用的核心技術，也被認為是當今提高火電發電效率的主要手段之一。該技術在國外應用多年，但一般只用于裝機容量較小、參數較低的機組，從未在高參數百萬千瓦機組上應用過。

　　“在百萬機組上采用二次再熱技術，不只是簡單地提高參數，更重要的是當各個系統參數提高后，如何解決系統之間以及設備之間的匹配問題。”華東院泰州二期項目設總李林說道，“二次再熱是什么？教科書上有介紹，但要變成工程實踐，是個很大的挑戰。”

　　當時我國二次再熱技術尚處空白，世界范圍內也沒有百萬千瓦級機組設計、制造和運行的業績和經驗可以參考，為確保項目順利進行，華東院成立了攻堅課題研究小組，充分調動多方科研和技術力量，反復進行方案論證、系統設計和裝備制造研發等。

　　“舉個簡單的例子，二次再熱的主蒸汽溫度和壓力都提高了，對水質的要求是否還會和一次再熱的要求一樣呢？水中的微量元素發生變化，會對設備的壽命產生直接影響，這些問題都需要研究。”李林補充道。

　　最終，項目組提出了“五大類”“十六大”節能減排優化集成創新技術。該集成技術內容涵蓋回熱系統擬定、輔機優化選型、降低廠用電率措施、控制優化和減少大氣污染物排放等多個方面，首次將兩級再熱蒸汽參數提升至610攝氏度以上、容量提升至100萬千瓦級，形成了新一代高參數大容量二次再熱發電自主成套技術體系。

　　依托泰州二期工程，我國形成自主設計制造技術和產業，從而實現我國火力發電的重大技術進步，使我國在高參數大容量機組方面，擺脫了國外知識產權束縛，火電設計水平獲得一次新跨越，也為大容量燃煤機組綜合提效做好技術儲備。

　　樹立標桿打造綜合指標最優機組

　　1949年，我國火電機組發一度電要消耗1000克標準煤，1978年供電煤耗下降到了471克/千瓦時。截至2018年，我國6000千瓦及以上電廠供電標準煤耗已低至308克/千瓦時。

　　2015年9月25日，泰州電廠二期3號機組一次順利完成168小時滿負荷試運行，順利移交投產。通過采用二次再熱、提高主參數、十級抽汽回熱系統和煙氣余熱利用等技術，泰州電廠二期實現了發電效率達47.82%，發電煤耗為256.86克/千瓦時，均創下當時的世界之最；在污染物排放指標上，與常規百萬超超臨界機組相比，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉塵排放量減少5%以上，達到國家超低排放要求，成為全球煤電領域的標桿。

　　技術新了、標準新了、設備新了，將圖紙變為現實，建設的新問題也多了。每臺機組大大小小有上千個系統，幾百臺相關設備，其中不少都是首次使用。“這是一個創新的項目，在建設過程中不少裝備企業也在嘗試一些新發明、新設備，其中不免會出現一些問題。”江蘇電建三公司泰州二期項目經理朱建峰回憶起建設中遇到的一個小插曲，在3號機組鍋爐水冷壁的安裝中，施工人員發現采用的新材料材質出現了問題。此時，水冷壁吊裝已經過半,但為了保證施工質量，項目人員決定對水冷壁進行重新安裝。“這樣的困難其實還有很多，但好在都被攻克了。”

　　20世紀70年代，我國首臺30萬千瓦火電機組平頂山姚孟電廠，從開工到投產，用了5年時間。面對新技術、新挑戰，泰州電廠兩臺百萬機組不到兩年半就實現了移交投產。

　　運籌帷幄,決勝于千里之外。在江蘇電建一公司項目副經理沈金友看來，工程高質量建設，離不開精密高效的頂層設計，“圍繞這一項目，我們編寫了《B標段工程管理策劃書》，涵蓋了工程管理總體目標和進度管理、安全管理、質量管理、經營管理、物資管理策劃等六大項內容，制定、完善了40項管理制度。”

　　從40多項策劃細則，到99.5%以上焊口一次合格率，從安全文明“頂級范”的施工現場，到一批創新成果不斷涌現……項目結束后，江蘇電建一公司將在泰州二期的成功經驗編纂成250多頁全過程策劃管理成果，成為優化項目建設的重要“教科書”。

　　泰州電廠二期項目的建設，也為電力建設事業和企業自身發展培養了一批新生力量。一批“80后”年輕人先后走上管理崗位，更多的青年被推上技術和管理前沿，接受錘煉。“先后有60多個剛畢業的大學生到現場鍛煉，得到了快速成長。”江蘇電建一公司工程科科長顧志海介紹道。

　　引領未來探索火電清潔高效新方向

　　黨的十八大以來，全國煤電裝機容量由7.49億千瓦增長至9.8億千瓦，增幅達到30%。與此同時，電力二氧化硫、氮氧化物、煙塵的排放量從859萬噸、1086萬噸、178萬噸下降至120萬噸、114萬噸、26萬噸，降幅分別達86%、89%、85%。火電機組供電標準煤耗也從325克/千瓦時下降至312克/千瓦時。

　　“現在我們還在繼續探索二次再熱這一技術的發展潛力，目前，泰州電廠正在進行二次再熱機組的能量梯級利用的課題。”泰州電廠改造項目經理王亞軍說，“希望通過不斷創新，進一步提高火電廠能源利用的效率。”

　　截至2018年底，泰州二期項目成果已在21臺100萬千瓦和66萬千瓦機組上得到推廣應用。不僅如此，泰州二期示范項目的成功建設，還吸引了諸多國外電力同行前來參觀，為我國燃煤高效發電核心技術及重大裝備“走出去”奠定了良好基礎。

　　2019年6月，依舊是由華東院設計、江蘇電建一公司、江蘇電建三公司承建的江蘇宿遷二期兩臺66萬千瓦超超臨界二次再熱機組全部投運。在泰州二期的基礎上，該項目聚焦二次再熱技術的高效靈活利用，滿足電網調峰、電力寬負荷運行需求。“清潔高效利用煤炭資源，是未來火電發展的發向，在這一領域的探索是永無止境的。”陳仁杰這樣描述自己心中火電發展的前景。

　　目前，中國能建正承擔我國700攝氏度超超臨界技術研發任務中的總體方案設計研究、示范電站建設的工程可行性研究等工作，其供電效率可達到50%左右，將助力火電技術提效減排繼續升級。

　　70年來，依托科技創新與工程實踐，中國能建在百萬千瓦等級高效超超臨界發電、二次再熱發電、空冷技術、IGCC發電、CFB發電、聯合循環發電、煙塔合一、近零排放與節能改造等火電技術領域的研發與設計實力，已處于國際領先水平，為我國火電技術進步與煤炭清潔高效利用作出了突出貢獻。(特約通訊員曾雪瑩)