外三電廠何以名聲在外？成為燃煤電廠高效清潔的標桿，供電煤耗再次刷新世界記錄
二氧化硫14.29mg/m3、氮氧化物17.93mg/m3、煙塵11.82mg/m3，這是11月2日9時上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司（以下簡稱“外三電廠”）7號脫硫出口的監(jiān)測數據,足以媲美燃氣機組的排放水平。其實，外三電廠早就名聲在外，成為國內燃煤電廠高效清潔的標桿。
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“要不是親眼所見，無論如何也無法想象。”日前，由國際能源署潔凈煤中心主辦的高效清潔燃煤發(fā)電技術國際會議在上海召開，與會國內外環(huán)保專家的行程之一就是參觀外三電廠，這是一位與會專家看過外三電廠在線排放數據曲線后的感慨。
這座位于東海邊的燃煤電廠現有兩臺100萬千瓦級超超臨界燃煤發(fā)電機組，是緩解上海電力供需矛盾和實現節(jié)能減排目標的關鍵工程，是我國首批國產百萬千瓦火力發(fā)電工程之一，也是目前國內單機容量最大、運行參數最高的燃煤發(fā)電機組。
“近零排放”在國內已經成為一種潮流，但外三電廠不僅環(huán)保指標優(yōu)異，還一直保持著供電煤耗最低的世界紀錄。
在大氣污染治理備受關注、煤電改造要求不斷加嚴的今天，外三電廠的實踐能給同行帶來哪些啟示？
一個腦筋急轉彎式的發(fā)明
用600攝氏度的高溫材料去實現700攝氏度超超臨界機組的效率
在此次高效清潔燃煤發(fā)電技術國際會議上，外三電廠的重大創(chuàng)新項目“新型汽輪機組”技術吸引了與會者的目光，其中的“高低位分軸布置的汽輪發(fā)電機組”已經獲得了發(fā)明專利。
對于這一生冷抽象的名詞，外三電廠總經理馮偉忠舉了這樣一個例子：“在水電廠，1立方米水能發(fā)多少電？沒有確定的答案，因為水的發(fā)電量由勢能決定，勢能差越大，1立方米水所發(fā)的電也就越多。因此，水的發(fā)電量受地形和大壩的影響，不同的大壩，發(fā)電量不同。”
火電廠也存在類似的問題。1公斤標準煤能發(fā)多少電，取決于蒸汽參數，蒸汽壓力、溫度越高，理論上發(fā)電量也就越大。
“這就是為什么發(fā)電技術會從低、中、高、亞臨界、超臨界到超超臨界，不斷地把蒸汽壓力和溫度提高。因為溫度比壓力對效率的影響更大。所以，現在的主流技術更多是在推進溫度的提高。”馮偉忠說。
據他介紹，現在所用的超超臨界機組的蒸汽溫度是600多攝氏度，歐盟、美國、日本、中國等在開發(fā)700攝氏度等級的超超臨界發(fā)電技術。
這一技術的關鍵是必須要使用能夠在700攝氏度高溫下長期安全運行的高溫鎳基金屬材料，但這種材料的價格是現在使用的600攝氏度材料的10倍以上。
有專家介紹說，電廠需要幾根近百米長的這種主蒸汽和高溫再熱蒸汽管道，單這幾根管子的成本就會占整個電廠投資的25%。
用馮偉忠的話說，他的發(fā)明就像一個“腦筋急轉彎”。具體來說，就是把汽輪發(fā)電機組的高溫高壓氣缸直接布置在鍋爐的出口，從而大大縮短了需要采用昂貴的700攝氏度耐高溫材料管道的長度，也解決了由此產生的一系列技術問題。
同時，汽輪發(fā)電機組的低壓氣缸還布置在原來的低位位置，采用常規(guī)的普通材料管道即可。也就是說，這一技術能夠用600攝氏度的高溫材料去實現700攝氏度超超臨界機組的效率。
馮偉忠說，在外三電廠原有的基礎上，如果采用新技術，預計凈效率可達48.5%~49%，遠遠超過歐盟對700攝氏度超超臨界機組的期望效率。
外三電廠的汽輪機采用了德國西門子公司的技術。西門子公司在進行深入研究后，對此項技術給予了高度評價：“本技術能大大提高火力發(fā)電機組的凈效率，是改革高污染發(fā)電行業(yè)成為排放綠色產業(yè)的唯一機遇”。
據悉，外三電廠的9號機組將采用這項技術建設，預計2018年投產，也有可能會因此改變電廠的設計格局。
何以持續(xù)創(chuàng)新？
解決了一大批傳統(tǒng)火電行業(yè)的瓶頸問題，成為全國火電廠中唯一的高新技術企業(yè)
外三電廠取得今天的成績，與其堅持技術創(chuàng)新密不可分。
工程建設初期，外三電廠就以節(jié)能減排為重點、以超越世界先進為目標，開展了一大批科技創(chuàng)新項目，研究了一系列節(jié)能減排等專門技術。這些技術涵蓋了系統(tǒng)設計優(yōu)化、設備改進、機組啟動和運行方式及控制策略優(yōu)化和創(chuàng)新等，其中大部分技術與工程建設同步實施，從而極大地提升了機組的綜合性能。
在工程建設和機組投產后的6年多時間里，外三電廠先后成功研發(fā)了“超超臨界機組節(jié)能快速啟動”等18項節(jié)能減排關鍵技術，其中世界首創(chuàng)12項、國內首創(chuàng)6項，已獲得28項國家專利，解決了一大批傳統(tǒng)火力發(fā)電及環(huán)保技術的瓶頸問題。因此，外三電廠成為全國火電廠中唯一的高新技術企業(yè)。
在國內火電行業(yè)，外三電廠的多項指標遙遙領先。
比如，廠用電率是電廠的一項重要指標，指發(fā)電廠在生產過程中自身所使用的電能，一般占電廠發(fā)電量5%以上。5%看似不多，但對外高橋這樣的500萬千瓦級發(fā)電基地來說，對應的負荷就是25萬千瓦，足夠滿足一個中小型城市的供電。
目前，外三電廠的綜合廠用電率是2.5%左右。在外人看來，這已經是足夠小的數字，但電廠工作人員告訴記者，如果不是因為處在夏季工況需要加開循環(huán)水泵，外三的廠用電率可以控制在2%。而就在一年前，這個數據還是3.54%（仍然是世界最好水平）。
如何保持煤耗世界記錄？
每送出一度電，外三電廠就可比全國平均水平節(jié)約45克標準煤
現在，“近零排放”成為火電行業(yè)的熱點話題。實現“近零排放”不外乎兩條路：減少消耗和降低排放。有專家這樣概況外三模式：以資源節(jié)約為主導，同時對煙氣凈化系統(tǒng)進行技術升級改造和運行方式優(yōu)化。
今年年初，中電聯(lián)發(fā)布的年度行業(yè)報告中有這樣一句話：“2013年，全國火電機組供電煤耗321克/千瓦時，提前實現國家節(jié)能減排‘十二五’規(guī)劃目標（325克/千瓦時），煤電機組供電煤耗繼續(xù)居世界先進水平。”
早在2008年，外三電廠就創(chuàng)造了當時世界實際運行供電煤耗最低的記錄——287克/千瓦時，這還是在只有74%負荷率的情況下。
2013年，外三電廠的這兩臺100萬千瓦超超臨界機組在負荷率78%的情況下，含脫硫和脫硝的實際運行供電煤耗達到276.82克/千瓦時，遠遠低于原世界紀錄保持者、丹麥NORDJYLLAND電廠3號機286.08克/千瓦時的水平。而這兩臺蒸汽溫度600攝氏度等級機組的效率水平，已與國際上正在研發(fā)并計劃在10年后投入商業(yè)運行的蒸汽溫度700攝氏度等級的高效超臨界機組的期望效率相當。
同時，外三電廠的除塵效率達99.8%以上，脫硫效率達98%以上，脫硝效率達80%以上。
276.82克/千瓦時意味著什么？這意味著，每送出一度電，外三電廠可比全國平均水平節(jié)約45克標準煤。按照2013年的發(fā)電量測算，一年就可以節(jié)煤52萬噸，相當于每年能比同行多賺3億元以上。這只是經濟效益，其節(jié)能減排所創(chuàng)造的環(huán)境效益更加彌足珍貴。
與很多中小發(fā)電廠灰蒙蒙的景象不同，坐落在東海邊的外三電廠廠區(qū)里綠意盎然，噴泉清澈見底。
目前，外三電廠的氮氧化物排放值平均是17mg/m3，遠低于燃氣發(fā)電機組污染物排放標準要求的50mg/m3。
外三電廠世界首創(chuàng)“零能耗脫硫”、“節(jié)能型全天候脫硝”、“脫硝催化劑高效延壽”等一系列技術改造，解決了“低溫熱能回收時的硫腐蝕”、“脫硝裝置低負荷退出運行”等多項世界級難題，在顯著提高機組效率的同時，也大幅度地提高了環(huán)保性能。
今年7月，國際能源署清潔煤中心主任安德魯·米切納贊許說，外三電廠是全球最清潔的火電廠。
■微觀點
碳減排的基礎是提高煤電效率
清華大學熱能工程系教授毛健雄：
要解決燃煤電廠的二氧化碳減排問題，第一步應該是最大限度地提高煤電效率，這樣就把煤電排放的二氧化碳降到最低。
第二步才是二氧化碳捕集和封存技術即CCS，但這是一個高成本、高能耗的技術。從煤電效率來說，火電廠如果采用CCS系統(tǒng)，就會把現有效率的10%吃掉，用一句玩笑話說，就是“辛辛苦苦50年，一下回到解放前”。
即使將來必須采用CCS技術，基礎也應該是高效的煤電。如果本來效率就很低，再使用CCS就很難繼續(xù)。從這個角度講，今天最大限度提高火電廠的效率，不僅是為了今天的節(jié)能減排，也是為將來減排二氧化碳打基礎。當然，隨著技術進步，CCS本身的能耗也會降低。
如果現在全國火電效率都提高到外三電廠現有的水平，則每度電產生的二氧化碳會降低20~35%，效率越高，每度電產生的二氧化碳越少。
將來，如果我國也對火電的二氧化碳排放提出限制要求，我國的火電效率將迎來一個大幅提高的過程，因為環(huán)境政策標準是驅動一切環(huán)保技術發(fā)展的動力。
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