節能降碳改造“華電鄒縣樣板”
10萬千瓦、20萬千瓦、50萬千瓦……100萬千瓦，2022年5月6日6時56分，隨著集控室大屏幕上，機組輸出功率穩步增長，華電國際鄒縣電廠7號機組通流改造項目圓滿完成。這是繼全國首臺100萬千瓦等級全通流改造項目——華電鄒縣電廠8號機組通流改造項目后，實施的又一超超臨界百萬千瓦等級煤電機組節能降碳改造力作。
“在技術改造方面，百萬機組先后實施第四代通流提效、高效密封等技術，實現熱耗水平下降，節能減排效果顯著。”華電國際鄒縣發電廠生產技術部負責人介紹，經過深入分析和反復論證，確定“汽輪機組熱耗高”是影響機組供電煤耗的重要因素，決定利用國內現有先進、成熟節能技術，實施配汽方式（增設補汽閥）、通流技術、高壓模塊、葉片構型、汽封型式、進汽密封等應用創新，顯著提高了機組節能降耗和運行可靠性水平；并同步實施空預器預防ABS堵塞改造、燃燒設備及煙風流場優化改造等項目，在降低燃燒熱損失、提高鍋爐效率的基礎上，有效提高鍋爐低負荷穩燃能力和機組靈活性調節能力。
“此次節能降碳改造圓滿竣工，不僅大大提高了百萬千瓦機組清潔生產能力，為企業能源保供、提質增效、升級發展注入強大動力，也對探索百萬千瓦級存量煤電機組高質量發展之路具有重大意義。”華電國際鄒縣發電廠相關負責人告訴記者，早在2020年4月，企業錨定國家“雙碳”戰略目標，探索推進煤炭清潔高效利用，率先實施8號機組通流改造，成為國內首批百萬千瓦機組節能升級改造項目。在缺乏可借鑒經驗背景下，山東電力人逢山開路、遇水搭橋、敢闖敢創，先后召開設計聯絡會、專項籌備會、技術交底會30余次，克服工期緊、任務重、難度大等重重難題，強化施工組織、優化施工順序、保障安全高效，于2020年4月6日正式開工，同年7月14日竣工。
百萬千瓦機組節能改造項目大獲成功，給予企業上下極大鼓舞，為同類超超臨界百萬千瓦機組節能降碳改造提供示范樣板。2021年初，鄒縣電廠又完成一臺亞臨界60萬千瓦機組節能改造工作。同年7月16日，參與全國碳市場首批交易，獲得交易額660余萬元。鄒縣電廠負責人告訴記者，先后進行改造的3臺機組，機組效率分別提升3.7%、2.5%、3.6%，實現全年碳配額盈余。到2022年底，將全面完成全廠8臺機組節能改造。改造完之后，全年可減少煤炭消耗36萬噸，碳減排量接近百萬噸，為大機組節能降碳改造、煤炭高效利用，樹立“新樣板”。
供熱改造“華能黃臺方案”
2016年供熱以來，家住濟南盛福街道居民王女士一家深感溫暖。“這幾年每到冬天，家里溫度始終保持在20℃以上，各個房間溫度也都很均勻，在家里穿著薄衣裳就很暖和。”回想起寒冷冬季家里“飄紅”的溫度計，再看看現在的室溫，王女士臉上洋溢著滿意的笑容，這是華能濟南黃臺發電有限公司供熱改造給居民帶來的紅利。早在2014年，華能黃臺電廠作為省會“城市電廠”，根據“加快構建清潔、高效、安全、可持續的現代能源體系，清潔高效地發展煤電”要求，成立專業組織機構，深入開展火電機組供熱、靈活性改造研究，做好技術改造方案儲備，成熟一項，推進一項，確保溫暖市民的同時，能耗指標始終走在行業前列，打造城市“綠色名片”。
高背壓供熱改造樹標桿。2014年11月18日，黃臺電廠7號機組順利完成高背壓供熱改造并投運，成為當時省內單機容量最大的高背壓機組。改造完成后，在供熱工況運行時，冷水塔及機組循環水泵退出運行，由熱網循環泵建立起新的“汽—水”交換系統，機組冷源損失降為零，機組循環熱效率從43%突破性地提高至91%以上，熱耗及發電煤耗降幅超過50%，新增供熱面積800萬平方米，在燃煤量保持不變情況下，減少煤炭消耗量20余萬噸，減排二氧化碳38萬余噸，7號機組也因此自2016年以來，連續6年榮獲中電聯同類型機組能效對標一等獎。2016年黃臺電廠又投資近億元進行8號機組高背壓供熱改造，實現8號機組供熱能力900萬平方米，全廠供熱能力提升到4500萬平方米。至此，黃臺電廠7、8號兩臺高背壓供熱機組同時運行，在機組能耗水平大幅降低的同時，為濟南市提供了更多穩定可靠的清潔熱源，開創了國內同一電廠兩臺30萬千瓦等級高背壓機組同時運行之先河。
“切缸”改造創先河。為進一步滿足地區供熱發展需要，黃臺電廠用實踐踐行理念，用創新破解難題，2018年至2019年，先后對9、10號機組進行“切缸改造”。“切缸”是指機組運行中，將原低壓缸進汽量從每小時100噸快速減至20噸以下，截留熱量用于供熱；同時“汽輪機切缸”有效提高機組靈活性，為參與電網深度調峰奠定基礎。2018年，“切缸”改造在國內同類型機組尚屬首例，無任何經驗可供參考，各類問題“井噴”涌現。為解決葉片安全性和輔機系統適配性兩大難題，該廠迅速成立攻關小組，經過多次試驗，研發出一種汽輪機末級葉片水蝕防護涂層及其制備方法，起到完美保護葉片的效果。與此同時打破常規，在葉根安裝套管及熱電偶，測點接入DCS監測，解決顫振、鼓風等重大技術問題。
2018年3月7日，該廠10號機組圓滿完成汽輪機“切缸”試驗，這是國內首臺順利完成汽輪機“切缸”試驗的35萬千瓦超臨界機組。2019年10月10日，9號機組順利完成“切缸”改造，至此該廠4臺機組全部完成供熱改造，供熱能力達到5300萬平方米，進一步穩固山東省內最大綠色清潔熱源企業地位，為煤電機組供熱改造提供“新方案”。
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靈活性改造“國能壽光路徑”
“鍋爐運行正常，各項參數及技術指標完全正常，具備點火條件，現在點火。”隨著值班長點火口令，操作員投入等離子點火裝置，集控室液晶屏幕上跳動起紅色火焰……這是記者在國家能源集團壽光電廠看到的一幕，乍一看感覺跟其他現代化燃煤電廠并無不同，不過隨著負責人介紹，這座看似普通的電廠內，蘊藏著靈活性改造的“綠色密碼”。
國能壽光電廠2×100萬千瓦燃煤汽輪發電機組，采用超超臨界前后墻對沖鍋爐，配置40只點火油槍和8只微油點火裝置，用于點火、暖爐和低負荷穩燃。“隨著山東新能源發電占比增加，煤電機組承擔起深度調峰任務，需要通過改變出力工況適應負荷變化。”項目負責人說，“深度調峰是電網負荷峰谷差較大時，電廠通過降低出力，發電機組超過基本調峰范圍的一種運行方式，深度調峰負荷率一般為40%至30%。”據悉，靈活性改造之前，壽光電廠深度調峰負荷可降低至40萬千瓦，但為保障長期低負荷鍋爐燃燒穩定性，需要投入大量燃油進行穩燃，燃料損耗同步增多。同時，未燃盡油滴會粘污電極，造成鍋爐電除塵器無法正常投入，大量煙塵直接排放到大氣，給環境帶來污染。
“深調雖好，操作不易。深度調峰常被比作‘在鋼絲上跳舞’，為攻克鍋爐燃燒穩定性、環保和輔機系統安全性等因素制約，我們蹚出了靈活性改造‘國能壽光路徑’。”壽光電廠負責人介紹，項目保留原有微油點火系統，將前墻最下層8只燃燒器改造為國家能源集團最新一代DLZ-HV-200型高效等離子體點火及穩燃系統，不僅可節省配套的消防、避雷、防靜電系統的投資以及運行成本，而且能有效避免機組低負荷運行期間鍋爐燃燒排放污染物超標和燃燒效率下降等風險。據悉，壽光電廠2號鍋爐靈活性改造于5月20日開始，6月30日機組點火啟動成功。機組改造后，實現設備長期35%負荷穩定運行，降低電耗20％—40%，設備重量減輕近80%，大幅度提升陰陽極使用壽命3至5倍以上。同時，相較微油點火每200小時可節約161.6萬元。
“等離子點火是一種新型的鍋爐點火燃燒技術，通過直流電流在介質氣壓0.01—0.03兆帕的條件下接觸引弧，并在強磁場下獲得穩定功率的直流空氣等離子體。同時，等離子體在燃燒器內形成局部高溫區，煤粉顆粒在高溫區內迅速燃燒，實現鍋爐冷態無油啟動，是一種高效、穩定的鍋爐啟動點火方式。”省能源局電力處負責人介紹，目前，煤電機組主要通過少油和無油點火方式。其中，少油點火技術投資小、可靠性高，鍋爐啟動速度快，但每次啟動和維持穩定燃燒，要消耗大量燃油。等離子體點火作為無油點火方式之一，具有結構簡單、操作方便等特點，通過提供冷卻水、壓縮空氣、交流電源和煤粉，便可實現無油啟停和穩燃目的，環保、經濟效益十分顯著。
壽光電廠深化靈活性改造前期工作。第一時間成立機組靈活性改造領導小組，靠前指揮、統籌協調；創新大數據分析技術，準確預測不同時間段機組最大出力；優化機組協調系統邏輯，有效保障調峰穩定性及快速性；完善鍋爐給水流量、風量、一次調頻等控制和保護程序，不斷提高機組安全；制定《深度調峰運行技術措施》和《深調事故預案》，反復組織操作人員進行仿真機演練，確保每項操作安全規范。
寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。截至目前，國能壽光電廠2號鍋爐自靈活性改造投運后參與調峰約30次，平均負荷率75%，點火成功率100%，火檢強度100%。下一步，該廠將以此次改造為契機，精心組織、科學調度，在保障建設質量和安全的前提下，全力推進1號鍋爐靈活性改造。
