／上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司 馮偉忠／

一、背景和需求

為應(yīng)對全球變暖和環(huán)境污染，節(jié)能減排已成為國際社會的共識，中國政府承諾，到2020年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）二氧化碳排放（碳排放強度）比2005年下降40%～45%。

煤炭是目前以至今后相當一段時間內(nèi)世界上最主要的一次能源，也是最大的二氧化碳排放來源，同時也是重要的大氣污染源。近來頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣，更使煤炭成為矛盾的焦點。

由于中國已探明的一次能源中煤炭占了近70%的特殊性，煤電總裝機容量已達9億kW，為協(xié)調(diào)好環(huán)境與電力發(fā)展的矛盾，發(fā)展煤電的高效化和清潔化技術(shù)，應(yīng)作為我國能源發(fā)展的長期戰(zhàn)略。

二、煤電的高效化——現(xiàn)有機組的節(jié)能及保效系列技術(shù)

近年來火電行業(yè)提效的主要途徑是結(jié)構(gòu)性改善。近10年來，中國大陸火電的平均效率和環(huán)保水平不斷提升，但是隨著200MW以下高耗能中小機組關(guān)停殆盡，結(jié)構(gòu)性改善的潛力將越來越少。

進一步發(fā)展高效煤電的主要技術(shù)途徑有以下幾個方面。

（1）采用更高等級蒸汽參數(shù)（700℃）

一次再熱700℃機組的效率,可比600℃機組高3%～3.2%。常規(guī)設(shè)計為：冷卻水溫20℃，含脫硫、脫硝系統(tǒng)的700℃機組，其理論凈效率約為46%～46.7%。目前700℃計劃的技術(shù)儲備不足，尚存在材料技術(shù)和造價瓶頸。原定2011年啟動的世界首個700℃ 高效超臨界示范工程，德國Wilhemshafen電廠一次再熱500MW機組項目已決定推遲3年。按此推算，在2020年以前，將難以見到商業(yè)化的700℃高效超臨界機組投產(chǎn)。該技術(shù)對于我國當前的節(jié)能減排形勢和完成2020年的減排計劃，尚遠水救不了近火。

（2）采用IGCC 技術(shù)

日本三菱重工于2007年9月建成并投產(chǎn)了據(jù)稱為目前世界最高效率的250MW IGCC 示范機組（勿來電廠）。機組的性能試驗效率42.9%，運行（滿負荷）效率42%。機組單位造價折合25000元（人民幣）/kW。下一步擬在澳洲建設(shè)530MW的機組，目標效率48%。

需要解決的問題：驗證長期運行的可靠性；大幅度降低造價，使其具備商業(yè)化推廣的可能性；進一步提高效率的可行性，使其具備競爭力。2020年前商業(yè)化推廣的可能性尚不明朗。

（3）面對現(xiàn)實，立足現(xiàn)有條件

在現(xiàn)有蒸汽參數(shù)、材料技術(shù)及單位造價條件下，充分挖掘現(xiàn)有技術(shù)條件下的節(jié)能潛力，防止因固體顆粒侵蝕導(dǎo)致的效率下降。

近年來在熱力學(xué)等熱能動力理論方面的研究已取得了一系列的突破。研究和實踐表明，目前的技術(shù)體系中，設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試、運行及控制方式等，仍存在著很大的節(jié)能空間。通過優(yōu)化、改進及創(chuàng)新，充分挖掘各個系統(tǒng)和環(huán)節(jié)中的節(jié)能減排潛力，是投資省、風(fēng)險低、見效快的有效途徑。

常規(guī)設(shè)計的600℃等級超超臨界、一次再熱，20℃冷卻水溫，含脫硫、脫硝機組的理論凈效率約為43%～43.5%。

上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司，建設(shè)兩臺1000MW超超臨界機組，汽輪發(fā)電及鍋爐的技術(shù)引進自德國SIEMENS和ALSTOM，由上海電氣制造。工程于2005年9月開工建設(shè)，2008年6月全部建成。

公司以新建工程為契機，以節(jié)能減排為重點，立足現(xiàn)有條件，在現(xiàn)有蒸汽參數(shù)、材料技術(shù)及單位造價條件下，開展了一大批綜合優(yōu)化和科技創(chuàng)新項目。通過建設(shè)期及投產(chǎn)后的全面、持續(xù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，機組效率不斷提高。目前外三機組的理論凈效率（含脫硫、脫硝）已提升至46.5% ，這已與目前700℃計劃的期望效率相當，在世界上遙遙領(lǐng)先。

主設(shè)備概況如下。

1）鍋爐：塔式，超超臨界，一次再熱，平衡通風(fēng)，四角切圓燃燒，螺旋水冷壁，固態(tài)排渣燃煤（粉）鍋爐。爐頂標高129m。由上海鍋爐廠引進德國ALSTOM技術(shù)并生產(chǎn)?；緟?shù)：主汽壓力28MPa，主、再熱蒸汽溫度605℃/603℃，額定蒸汽流量2732t／h。

2）汽輪機：超超臨界，單軸，四缸四排汽，反動式，雙背壓，凝汽式汽輪機。由上海汽輪機廠引進德國SIEMENS技術(shù)并生產(chǎn)?；緟?shù)：主蒸汽壓力25.86MPa，主、再熱蒸汽溫600℃/600℃，功率為1000MW。

3）發(fā)電機：水，氫，氫冷，同軸無刷勵磁。由上海電機廠引進德國SIEMENS技術(shù)并生產(chǎn)。基本參數(shù)：定子電壓27kV，額定電流23759A，額定功率1000MW，功率因數(shù)0.9。

上海外高橋第三發(fā)電有限公司節(jié)能新技術(shù)成效圖如下。

這些節(jié)能減排技術(shù)涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化，設(shè)備改進，研發(fā)專門節(jié)能設(shè)備，機組啟動和運行方式及控制策略的優(yōu)化和創(chuàng)新等。由于部分技術(shù)不但節(jié)能和減排效果顯著，還因簡化了系統(tǒng)，提高了安全性，且顯著降低了投資，故項目的總投資并不因為這一系列技術(shù)的實施而增加。機組投產(chǎn)后，為進一步提升機組的環(huán)保水平，同時又能兼顧機組能耗和運行費用的降低，幾年來，又先后研發(fā)和實施了“零能耗脫硫技術(shù)”、“節(jié)能型高效除塵技術(shù)”以及“節(jié)能型高效全天候脫硝技術(shù)”等，使機組的節(jié)能和環(huán)保水平又有了新的飛躍。目前已成功實施的這類新技術(shù)，大部分屬通用技術(shù)，不但能應(yīng)用于新建機組，也適用于現(xiàn)有機組的技術(shù)改造，這對提升整個行業(yè)的效率和環(huán)保水平意義重大。

（一）直流鍋爐新型節(jié)能啟動系列技術(shù)

（1）不啟動給水泵、不點火的鍋爐靜壓上水及熱態(tài)水沖洗技術(shù)

超臨界及超超臨界等直流鍋爐在點火前后，為防止在鍋爐帶負荷時爐管內(nèi)發(fā)生沉淀、結(jié)垢和腐蝕等問題，必須預(yù)先對鍋爐的加熱和蒸發(fā)段進行清洗。該階段需要使用鍋爐給水泵，在熱態(tài)清洗時還需點火加熱，這就需消耗大量的燃料和輔機能源。鍋爐靜壓上水及不點火熱態(tài)水沖洗技術(shù)不用啟動給水泵和風(fēng)機，也不用點火加熱，節(jié)約了大量的燃料和廠用電，并且操作簡單，可控性好。由于沖洗的水溫高，且整個被沖洗受熱面內(nèi)的沖洗介質(zhì)均處于汽水兩相流，極大地改善了沖洗效果。

（2）直流鍋爐蒸汽加熱啟動和穩(wěn)燃技術(shù)

這一技術(shù)的基本思路是采用相鄰汽輪機的抽汽加熱給水，以間接地整體加熱鍋爐，使鍋爐在點火時已處于熱爐、熱風(fēng)的熱環(huán)境。采用這一啟動技術(shù)后，不僅大幅度減少了啟動過程中的燃油、燃煤量和廠用電消耗，創(chuàng)造了最低斷油穩(wěn)燃負荷＜20%BMCR的世界紀錄，極大提高了鍋爐啟動和運行的安全性，徹底杜絕了鍋爐點火啟動初期的先干燒后驟冷現(xiàn)象，即水冷壁尚未進入飽和狀態(tài)前的過熱器、再熱器先承受“干燒”，內(nèi)壁加速氧化，而后待水冷壁內(nèi)工質(zhì)被加熱至沸點并產(chǎn)汽，此飽和蒸汽進入對流受熱面后出現(xiàn)的“驟冷”，并導(dǎo)致氧化皮脫落的現(xiàn)象。也大大縮短了啟動時間，簡化了操作。目前，機組每次啟動油耗穩(wěn)定在12～18t。三期工程的調(diào)試總耗油量為1030t。僅為定額的1／10。

（3）直流鍋爐低給水流量疏水啟動技術(shù)

這一技術(shù)是以采用了蒸汽加熱啟動后，鍋爐水動力得到極大的改善為前提，取消爐水循環(huán)泵，采用疏水啟動，并將啟動點火給水流量，降至原先的60%以下。該技術(shù)大大簡化了啟動系統(tǒng)和運行控制，降低了投資，提高了安全性和可靠性，在確保低負荷區(qū)水動力穩(wěn)定的前提下，大大減少了啟動階段的工質(zhì)和熱量損失。但仍具有常規(guī)帶爐水循環(huán)泵鍋爐的極熱態(tài)啟動時間短、損失小的特點。

（4）汽動給水泵組低速啟動及全程調(diào)速運行技術(shù)

研發(fā)汽動給水泵組全程調(diào)速技術(shù)，取消給水泵出口調(diào)節(jié)閥，并基于單臺100%容量給水泵，取消電動泵，不再有泵間并列和解列操作的有利條件，從鍋爐點火前低速啟動直至機組滿負荷，DCS至給水泵組的控制指令僅剩一個轉(zhuǎn)速信號。采用汽動給水泵組低速啟動及全程調(diào)速運行技術(shù)，不僅大大降低了鍋爐啟動時的能量損耗，還提高了機組效率，極大地簡化了系統(tǒng)控制策略，也消除了最小流量再循環(huán)閥的沖蝕泄漏風(fēng)險，提高了設(shè)備運行的安全性。

（5）超超臨界機組快速啟動技術(shù)

利用蒸汽加熱啟動等創(chuàng)新技術(shù)的有利條件，參考設(shè)備制造商的啟動曲線，研究并實施成功超（超）臨界機組節(jié)能型快速啟動技術(shù)。在大幅度提升機組啟動安全性的同時，啟動能耗顯著下降。不論機組處于何種狀態(tài)，包括冷態(tài)啟動在內(nèi)，從鍋爐的點火至發(fā)電機并網(wǎng)，時間可控制在120分鐘以內(nèi)。耗油＜10～20t，耗電8萬度，耗煤200噸（含加熱蒸汽）。啟動總耗費僅為常規(guī)啟動方法的1/6。

外高橋第二發(fā)電廠900MW超臨界機組與外三機組冷態(tài)啟動數(shù)據(jù)比較如下。

（二） 回轉(zhuǎn)式空預(yù)器接觸式全向柔性密封技術(shù)

此項創(chuàng)新技術(shù)是為鍋爐空預(yù)器加設(shè)一種獨創(chuàng)的接觸式全向柔性密封裝置，能完全覆蓋原動靜間的漏風(fēng)間隙，并能自動補償空預(yù)器轉(zhuǎn)子的蘑菇形變形及漏風(fēng)間隙的非線性變化，實現(xiàn)了對空預(yù)器的全方位密封，其磨損率可控，抗倒伏，運行穩(wěn)定可靠。加裝這種裝置后，空預(yù)器漏風(fēng)率及8大風(fēng)機電流大幅下降，機組帶脫硫、脫硝廠用電率＜3.5%。同時，空預(yù)器換熱效率的改善，提高了鍋爐效率。此項創(chuàng)新技術(shù)可創(chuàng)造相當于降低機組煤耗2.84g／kWh的節(jié)電及節(jié)煤效益。

（三）廣義回熱系列技術(shù)

從傳統(tǒng)的以鍋爐給水為回熱媒介的經(jīng)典回熱循環(huán)，拓展為以鍋爐輸入的水、風(fēng)、煤等均作為回熱媒介的廣義回熱循環(huán)。

（四）低氧及低氮高效燃燒技術(shù)

廣義回熱系列技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了在各個負荷段，尤其是低負荷段的制粉干燥出力及穩(wěn)燃性能，使鍋爐燃燒條件得到極大的改善，在此基礎(chǔ)上，實施了低氧燃燒。低氧燃燒使鍋爐滿負荷的省煤器出口氧量大幅下降（從設(shè)計值的3.5%降至2%，過?？諝庀禂?shù)從1.2降至1.1），煙氣量因此大幅下降，低負荷段的氧量亦相應(yīng)大幅下降，從而使各風(fēng)機的耗電率及排煙損失在寬負荷范圍內(nèi)大幅下降，低氧燃燒也有利于降低NOx生成。因此，可使NOx在SCR入口處就能保持在較低值（130-200mg/Nm3），與此同時，仍可確保很高的燃燒效率，飛灰含碳量可控制在0.4%以內(nèi)，一般在0.1%～0.2%。

（五） 汽輪機設(shè)計參數(shù)及運行調(diào)節(jié)方式的優(yōu)化

（1）避免因負荷原因開啟補汽閥

調(diào)整設(shè)計工況，確保在全負荷及包括夏季工況在內(nèi)的各種條件下均能實現(xiàn)滑壓運行，避免因負荷原因開啟補汽閥，減少節(jié)流損失。

（2）節(jié)能型抽汽調(diào)頻技術(shù)

通過調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，間接地同步改變各級低壓回熱抽氣量，再以高加抽汽量調(diào)節(jié)的配合，從而達到汽輪機暫態(tài)功率調(diào)節(jié)的目的。主調(diào)門經(jīng)常性全開，補汽閥全關(guān)，消除汽輪機進汽節(jié)流損失。

（六）給水泵配置優(yōu)化

在中國首次采用100%汽動給水泵，自配獨立凝汽器，可單獨啟動，取消電動給水泵。簡化系統(tǒng)，降低投資約1億元，顯著提高了安全性，徹底消除了多臺泵之間的解列和并列操作，也不存在各臺泵之間的流量平衡協(xié)調(diào)問題，大大降低了機組啟動階段的能耗及費用。啟動汽源取自相臨汽輪機的抽汽而非高價值的電力，且一旦鍋爐產(chǎn)汽后，其汽源即可適時切回本機（冷再熱蒸汽）。

選用ALSTOM效率高達86.7%的給水泵專用汽輪機；該機的三調(diào)門配置，即兼顧了在BMCR時加旁路噴水的FCB極端運行工況，又能確保額定運行工況時的最佳效率；減少了給水泵專用汽輪機的驅(qū)動用汽，從而能降低主汽輪機的熱耗約20kJ/kWh。

（七）防止機組效率下降——SPE綜合治理系列技術(shù)

管道的蒸汽側(cè)氧化；氧化皮阻塞引起的爐管超溫和爆管；氧化皮破碎形成的顆粒引起的汽輪機葉片及旁路閥芯等侵蝕（固體顆粒侵蝕SPE），導(dǎo)致機組效率不斷下降，是超（超）臨界機組面臨的突出問題，并已經(jīng)困擾國際發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域幾十年。中國近年來投產(chǎn)的超臨界和超超臨界機組也出現(xiàn)了這方面較嚴重的傾向，若不加以重視，相當部分的節(jié)能減排成果就會被其吞噬。

德國運行效率最高的Niederaussem電廠1025MW超超臨界機組，投產(chǎn)僅一年，就因SPE問題，其高壓缸的內(nèi)效率就下降了3.6%。世界設(shè)計效率最高的丹麥NORDJYLLAND電廠3號機組（411 MW，兩次再熱，超超臨界，低溫海水冷卻，排汽壓力2.3kPa） ，如果不是因為嚴重的SPE問題，機組在89%發(fā)電負荷率下的運行效率不應(yīng)低于外三機組。

日本運行效率最高的磯子電廠新一號機600MW超超臨界機組，設(shè)計含脫硫、脫硝的凈效率43%（供電煤耗285.7g／kWh），在全年大部分時間都是滿負荷運行的情況下，其運行效率最高的年份（2002年）的實際運行凈效率也僅為40.7%（供電煤耗301.8g／kWh）。這里也明顯反映出了SPE的影響。

隨著中國超（超）臨界機組的大規(guī)模建設(shè)，以及一些機組系統(tǒng)設(shè)計及啟動方式的不當，這一問題也日益突出。除了因氧化皮阻塞引起的爐管超溫和爆管事故呈頻發(fā)之勢外，其隱形的后果——固體顆粒侵蝕導(dǎo)致的機組效率下降也已逐步顯現(xiàn)，部分機組已相當嚴重。

以下是3個1000MW超超臨界項目（并網(wǎng)2～2.7年后）在線運行汽耗的比較。

?

針對這類問題產(chǎn)生的機理進行了全面和深入的研究，提出了綜合治理的技術(shù)路線，其基本思路為：

1）應(yīng)設(shè)法防止和減緩高溫蒸汽金屬氧化物的生成；

2）對于已生成的金屬氧化物應(yīng)避免其脫落；

3）對已脫落的金屬氧化物應(yīng)盡快予以清除；

4）對未能清除的金屬氧化物應(yīng)盡量減輕其對汽輪機葉片的破壞等。

根據(jù)這一思路和技術(shù)路線，研發(fā)了一整套所謂的中醫(yī)全身療法的蒸汽氧化和固體顆粒侵蝕綜合治理的系列技術(shù)，其涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、施工及調(diào)試、機組控制、啟動和運行方式等方面的一系列改進和創(chuàng)新，從而使這一困擾了世界發(fā)電領(lǐng)域幾十年的頑癥被徹底根治。

（八） 降低廠用電——火電機組集中式變頻總電源技術(shù)

由于上海地區(qū)煤電的調(diào)峰范圍大，達40%～100%，在低負荷時，輔機均處于低效運行工況，若能進行變速運行，其運行效率將大為改善。但傳統(tǒng)的電子式大功率高電壓變頻技術(shù)，可靠性低，占地大，性價比較低。

集中式變頻總電源技術(shù)，利用單獨設(shè)置的轉(zhuǎn)速可調(diào)的小汽輪機推動一個發(fā)電機，通過改變小汽輪機的轉(zhuǎn)速，從而改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率。這個發(fā)電機為連接在同一母線上的所有輔機提供變頻動力電源。與此同時，所有連接在該母線上的輔機都連接有一路工頻電源，作為備用。

集中式變頻總電源根據(jù)機組的負荷情況，為連接在其上的所有輔機提供初步調(diào)整的調(diào)頻電源，每一個輔機上的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如閥門、擋板各自進行微調(diào)，以保證滿足生產(chǎn)要求。

本集中式變頻電源的小汽輪機為凝汽式，自帶凝汽器。汽源取自主汽輪機抽汽。變頻小汽輪機選用了SIEMENS產(chǎn)品，21MW，發(fā)電機選用了北重的30MVA空冷式。

集中式變頻總電源原理圖

三、煤電的潔凈化——節(jié)能型超低排放環(huán)保系列技術(shù)傳統(tǒng)環(huán)保的困局

（一）零能耗脫硫技術(shù)

目前的石灰石-石膏濕法脫硫，需耗用約1%以上的廠用電，此類系統(tǒng)實際為“耗能減排”。

零能耗脫硫技術(shù)核心：

1）通過改進工藝和運行方式，使整個脫硫系統(tǒng)在額定工況下的耗電率降至0.8%以內(nèi)；

2）研發(fā)并加裝了基于碳鋼的脫硫煙氣熱能回收裝置，并將這部分熱量送回熱力系統(tǒng)以替代汽輪機抽汽加熱凝結(jié)水，減少汽輪機的熱耗，從而平衡脫硫系統(tǒng)的能耗；

3）煙氣熱能回收裝置布置于增壓風(fēng)機與脫硫塔之間，不但能回收鍋爐的排煙熱能，還能回收引風(fēng)機與增壓風(fēng)機的做功導(dǎo)致的煙氣溫升（ 5～10℃ ），顯著提升了項目的邊際效益。技術(shù)的關(guān)鍵是防止熱能回收裝置的煙側(cè)低溫腐蝕及積灰堵塞。

金相分析：硫腐蝕對換熱器最低溫段的金屬有效壁厚的最大減薄量僅為0.033mm（管子實際壁厚3.5mm），其對運行壽命的影響可以忽略。

根據(jù)性能試驗結(jié)果，該系統(tǒng)降低煤耗2.71g/kWh，折合年節(jié)標煤達3萬噸，脫硫吸收塔的水耗下降45t/h以上。其投資回收期＜2年。

（二）節(jié)能高效除塵系列技術(shù)

（1）通過一系列的綜合優(yōu)化和科技創(chuàng)新技術(shù)，有效減少機組煙氣量

高效靜電除塵技術(shù)主要內(nèi)容如下。

通過綜合優(yōu)化，機組煙氣量較設(shè)計值合計減少大于18.4%。煙氣量的減少，在靜電除塵器結(jié)構(gòu)不變的前提下，相應(yīng)地煙氣流速降低，煙氣的攜帶動量減小，有利于煙塵在電場內(nèi)的沉降和降低電除塵出口的二次攜帶?？偀煔饬拷档?，也會使得靜電除塵器比集塵面積大，從而提高電除塵的效率。對新建機組，本技術(shù)還可以有效解決電除塵器占用場地龐大，基礎(chǔ)建設(shè)費用和設(shè)備投資大大增加的一系列問題。

（2）采用高頻電源技術(shù)對靜電除塵器的電源裝置進行改造

高頻電源供給電場的是一系列的電流脈沖（脈沖寬度在5～20μs），可以提高煙塵的荷電效率，提高粉塵遷移速度，從而提高除塵效率。在煙塵帶有足夠電荷的前提下，可盡量減少無效的電場電離，從而大幅度減少電除塵器電場供電能量損耗。高頻電源采用節(jié)能供電方式，在高煙塵比電阻下，既能克服“反電暈”的特殊現(xiàn)象，提高除塵效率，又能大幅度地節(jié)約電耗。改造后，除塵器出口煙塵濃度由原20～25mg/Nm3降至12～15mg/Nm3；電耗下降70%。

（3）基于中溫省煤器的低低溫電除塵改造

在電除塵進口增設(shè)中溫省煤器，實現(xiàn)節(jié)能型低低溫電除塵改造，煙溫降至100℃ 以下。大幅降低電除塵進口煙溫，在降低煙塵比電阻的同時，進一步減小煙氣體積，降低煙氣流速達7.5%，大幅減小煙氣攜帶動能，增加煙氣在電除塵停留時間，以實現(xiàn)高效除塵。同時，與傳統(tǒng)低溫電除塵不同的是，中溫省煤器不僅不會增加，反而降低了煙氣系統(tǒng)阻力，降低引風(fēng)機和增壓風(fēng)機電耗1400kW，同時提升了煙氣熱能回收效率，綜合性地實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。中溫省煤器改造后，電除塵出口煙塵的實際濃度由12mg/Nm3，進一步降至7mg/Nm3。

（4）脫硫系統(tǒng)增效改造

采用自主創(chuàng)新技術(shù)對脫硫吸收塔噴淋進行改造，增加噴淋層，并杜絕煙氣走廊。此改造，不僅進一步提高了脫硫效率，同時大大降低了脫硫塔出口粉塵含量。今年1～5月，SO2的平均排放濃度為14.34mg/Nm3。由于各項減排、降溫等措施，包括低溫省煤器的應(yīng)用，顯著降低了脫硫塔的水耗，進一步降低了脫硫煙氣總量，使脫硫吸收塔內(nèi)空罐煙氣流速小于4m/s，大大降低了脫硫塔出口的對顆粒物的兩次攜帶，進一步提高脫硫塔的降塵效果，增加一層高效除霧裝置，進一步提升對顆粒物的捕捉效果。改造后，經(jīng)濾膜法測定，脫硫吸收塔出口煙氣粉塵含量降至0.76mg/Nm3。

（三）節(jié)能型高效全負荷脫硝系列技術(shù)

SCR脫硝技術(shù)存在的三大世界性難題：

1）中國發(fā)電的主要方式為煤電，其調(diào)峰不可避免。上海的調(diào)峰范圍為40%～100%。在低負荷下的SCR工作煙溫將不能維持，SCR不得不退出運行，但此時鍋爐的NOx產(chǎn)生濃度高達額定負荷時的2倍以上。這意味著在更需要脫硝的情況下，SCR反而不能作為。

2）SCR在運行時，會有少量的NH3逃逸，并與煙氣中的SO3反應(yīng)生成NH3HSO4，易造成空預(yù)器低溫段的強烈腐蝕及堵灰，繼而風(fēng)機用電顯著增加，嚴重的甚至可危及鍋爐的運行安全及出力。外三的SCR運行不到一年，空預(yù)器就發(fā)生了較嚴重的堵塞。

3）催化劑效率下降快，壽命有限，需定期更換，費用高，工作量大，廢舊催化劑的后處理困難。

（1）節(jié)能型高效全負荷脫硝技術(shù)

技術(shù)關(guān)鍵——增設(shè)可調(diào)式抽汽補充加熱鍋爐給水。于高壓缸處增設(shè)一個合適的抽汽點，并相應(yīng)增加一個抽汽可調(diào)式的給水加熱器在負荷降低時，通過調(diào)節(jié)門可控制該加熱器的入口抽汽壓力基本不變，從而能維持給水溫度基本不變。

1）節(jié)能型高效全天候脫硝技術(shù)，解決了SCR低負荷運行的世界難題?？纱_保SCR在全負荷范圍內(nèi)處于催化劑的高效區(qū)運行，2011～2013年的外三脫硝系統(tǒng)全年投入率均接近100%，真正實現(xiàn)了全天侯脫硝。經(jīng)上海市環(huán)保局統(tǒng)計，外三一臺機組全年的NOx減排量超過了上海同類兩臺機組。與此同時，該技術(shù)還能降低機組平均供電煤耗約1g／kWh。

2）節(jié)能型空預(yù)器防堵塞與腐蝕的技術(shù)，自2009年10月將該技術(shù)安裝投用后，空預(yù)器堵塞問題得到了徹底根治，到目前為止，空預(yù)器再未發(fā)生任何堵灰情況。后續(xù)的檢查中發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器冷端受熱面表面呈金屬光澤，原先尚未清除的灰垢都已不見蹤影。經(jīng)性能試驗表明，該技術(shù)能降低機組煤耗達2g／kWh。

3）節(jié)能型催化劑保效及延壽技術(shù)、該技術(shù)于機組投產(chǎn)時即投入使用，成效顯著。截止于今年2月底，SCR已累計運行超過47000h，遠遠超過了16000h（80%脫硝效率）的設(shè)計壽命。目前的脫硝平均運行效率高達89%以上，今年累計平均NOx排放16.61mg/m3，遠遠優(yōu)于設(shè)計值，甚至遠遠優(yōu)于燃氣輪機排放標準。從投用至今，從未發(fā)現(xiàn)SCR效率的下降跡象。

（2）根治氨逃逸導(dǎo)致的空預(yù)器堵塞與腐蝕的技術(shù)

1） 空預(yù)器腐蝕及堵塞的產(chǎn)生。

根據(jù)氨逃逸率及硫酸氫氨生成濃度的不同，一般在150～230℃及以下溫度就可能在空預(yù)器相應(yīng)低溫區(qū)域發(fā)生結(jié)露，其腐蝕性較強，且溫度越低區(qū)域的結(jié)露趨勢越嚴重。與此同時，呈堿性的煙灰會迅速粘附其上，吸收酸露并生成水泥狀附著物，很難清除。為防止腐蝕，空預(yù)器的中、低溫區(qū)域采用了搪瓷換熱片。

煙氣流及所攜帶的大量煙灰亦會對凸于換熱片表面的附著物產(chǎn)生沖刷作用，但當沖刷強度低于煙灰的粘結(jié)速率時，粘結(jié)附著物便會不斷增長。而粘結(jié)物造成的通流面積的減少，又降低了煙氣流的沖刷能力，導(dǎo)致惡性循環(huán)。不過，當部分區(qū)域堵塞后，其余流通部分的煙速將上升，相應(yīng)的沖刷能力增強，最終達到?jīng)_刷和粘結(jié)的動態(tài)平衡。

2） 空預(yù)器阻塞治理及廣義回熱技術(shù)（一期）的成效

空預(yù)器堵塞的治理思路是全面提高其進風(fēng)的溫度，顯著提高空預(yù)器冷端換熱片的平均運行溫度。從而使其結(jié)露區(qū)域下移，結(jié)露及煙灰粘結(jié)速率下降，確保煙氣（灰）流的沖刷能力大于附著物粘結(jié)速率，消除煙灰粘結(jié)現(xiàn)象。與此同時，腐蝕問題也能迎刃而解。

廣義回熱技術(shù)（一期）的基本思路是利用汽輪機的抽汽加熱空預(yù)器進風(fēng)，與傳統(tǒng)暖風(fēng)器不同的是該系統(tǒng)并不僅在低溫季節(jié)使用，而是隨機組同步運行。

自2009年10月將該系統(tǒng)安裝投用后，空預(yù)器堵塞問題得到了徹底根治，到發(fā)電機組”專利技術(shù)，研發(fā)新一代高效超臨界機組。技術(shù)核心是采用雙軸汽輪發(fā)電機，將其中的高（中）壓缸軸系布置于鍋爐上靠近過熱器和再熱器的出口聯(lián)箱處，（中）低壓缸軸系則仍按常規(guī)布置。技術(shù)優(yōu)勢：取消了大部分高價值的高溫高壓蒸汽管道，從而也相應(yīng)消除了這部分管道對應(yīng)的壓力和散熱損失。該技術(shù)尤適合于二次再熱機組和700℃高效超臨界機組。

1350MW、二次再熱、超超臨界機組高低位分軸布置汽輪發(fā)電機組設(shè)計參數(shù)，目前為止，空預(yù)器再未發(fā)生任何堵灰情況。后續(xù)的檢查中發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器冷端受熱面表面呈金屬光澤，原先尚未清除的灰垢都已不見蹤影。

（3）安全節(jié)能型催化劑延壽

1）催化劑隨著運行時間的的延長，其活性會不斷降低。目前相關(guān)文獻給出的主要原因為：催化劑中毒，積碳和積灰，催化劑燒結(jié)，其表面形成水合物，活性組分流失以及機械磨損等。一般過了設(shè)計壽命期，其脫銷效率會快速下降。

2）由于從調(diào)試起就針對性的采用了自主研發(fā)的催化劑延壽技術(shù)和運行控制措施，成效顯著。截止于2013年9月底，SCR已累計運行超過50000小時，遠遠超過了16000h（80%脫硝效率）的設(shè)計壽

我國的低碳綠色電力的發(fā)展戰(zhàn)略，并不應(yīng)是否要發(fā)展煤電的問題，而應(yīng)是如何將先進的低碳和綠色環(huán)保理念與中國的資源現(xiàn)實相結(jié)合，走出有中國特色的并符合中國國情的生態(tài)電力發(fā)展之路。命。目前的脫硝平均運行效率高達89%以上，2015年1～5月平均NOx排放低達15.89mg/m3，遠遠優(yōu)于設(shè)計值，甚至遠遠優(yōu)于燃氣輪機排放標準。從投用至今，從未發(fā)現(xiàn)SCR效率的下降跡象。

四、下一代高效超臨界技術(shù)

根據(jù)“一種高低位分軸布置的汽輪額定功率為1350MW；主蒸汽流量為3229t／h，最大3416t／h；主蒸汽壓力／一次／二次再熱蒸汽壓力為30MPa／9.17MPa／2.25MPa；主蒸汽溫度／一次／二次再熱蒸汽溫度為600℃/610℃/620℃；冷卻水溫為19℃。

據(jù)SIMENS所做的熱平衡計算表明，若采用600℃等級蒸汽參數(shù)及二次再熱，高/低位布置方案，其汽輪發(fā)電機的熱耗水平相對目前一次再熱常規(guī)布置方案可再下降5%。若再集成外三已成熟的節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)，機組含脫硫、脫硝的凈效率可達49%的劃時代水平。若將來700℃材料成熟，機組凈效率可進一步升至52%。

應(yīng)用本技術(shù)技術(shù)，還可將原4×300MW或2×600MW的亞臨界機組就地改建成2×750MW的新型汽輪發(fā)電機組，其投資和改造工作量遠遠小于新建電廠。而其新增的容量相當于零能耗發(fā)電，故其商業(yè)價值及減排價值均極其可觀。

換一個角度看，這些新增的發(fā)電容量，應(yīng)該被稱為一種更穩(wěn)定，更優(yōu)質(zhì)，更經(jīng)濟，零污染的新能源。若該型示范機組能建成，則此后新建的機組及現(xiàn)有亞臨界機組的改造均可采用該技術(shù)。而對于今后發(fā)展700℃高效超臨界機組，需要采用極其昂貴的蒸汽管道，本技術(shù)將具有無可比擬的優(yōu)勢。

五、結(jié)束語

基于中國的一次能源中煤炭資源占了近70%的現(xiàn)實，我國的低碳綠色電力的發(fā)展戰(zhàn)略，并不應(yīng)是否要發(fā)展煤電的問題，而應(yīng)是如何將先進的低碳和綠色環(huán)保理念與中國的資源現(xiàn)實相結(jié)合，走出有中國特色的并符合中國國情的生態(tài)電力發(fā)展之路。煤炭不應(yīng)是污染的代名詞，通過技術(shù)創(chuàng)新的實踐證明，煤電完全可以做到比燃氣輪機發(fā)電更清潔，更環(huán)保，與環(huán)境更友好！今后，我們還將繼續(xù)推動熱能動力和電力環(huán)保領(lǐng)域的理論研究和創(chuàng)新實踐，不斷開發(fā)節(jié)能減排的新技術(shù)，為我國及國際社會的節(jié)能和環(huán)保事業(yè)作出新的貢獻。