近日，江蘇省政府發(fā)布《關(guān)于2019年度江蘇省科學技術(shù)獎勵的決定》，國家能源集團江蘇公司泰州發(fā)電廠《高參數(shù)大容量二次再熱機組運行控制關(guān)鍵技術(shù)》項目獲江蘇省科學技術(shù)三等獎。
提升運行控制技術(shù)是“剛需”
我國能源發(fā)展面臨高效清潔低碳的多重挑戰(zhàn)。研發(fā)新一代的高參數(shù)大容量二次再熱發(fā)電技術(shù)，對進一步提升燃煤發(fā)電效率、減少煤炭消耗、降低污染物和二氧化碳排放具有重要意義。但機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大復雜，是控制難度最大的工業(yè)過程。
運行控制技術(shù)是實現(xiàn)各項設(shè)計性能指標的重要環(huán)節(jié)，是火電機組的“大腦”和“神經(jīng)中樞”，是我國二次再熱發(fā)電技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)的重要組成部分。只有通過高性能控制系統(tǒng)和控制策略有效地監(jiān)測和控制，機組的生產(chǎn)過程才能適應(yīng)智能化、復雜化、大型化、精密化運行控制需求。提升運行控制技術(shù)因此也成為火電行業(yè)的“剛性需求”。在國際上，美國率先開展了高參數(shù)二次再熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用（美國Philo電廠125MW機組，31MPa/621℃/566℃/566℃和美國Eddystone電廠325MW機組，34.3MPa/649℃/565℃/565℃），但早期的超臨界二次再熱機組超越了當時的技術(shù)水平，在高溫耐熱材料、運行技術(shù)、自動控制等方面不能滿足要求，機組投運后出現(xiàn)了汽輪機高壓缸變形和鍋爐過熱器受熱面超溫等問題，不得不降溫降壓運行。此后，日本、丹麥等國選擇了降參數(shù)二次再熱技術(shù)路線（28~31MPa/ 550~580℃），最高蒸汽參數(shù)為31MPa/566℃/566℃/566℃（日本川越電站700MW機組，機組容量/壓力最高）和28.5MPa/580℃/580℃/580℃（丹麥Skrbk 3號415MW機組，溫度最高）。高參數(shù)大容量二次再熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展遭遇瓶頸。
清潔高效利用煤炭資源是火電人的初心和使命。該廠敢為人先，在別人沒有成功的路上披荊斬棘。從2010年開始，該廠聯(lián)合北京國電智深控制技術(shù)有限公司，依托國家科技支撐計劃、省部級產(chǎn)業(yè)化重大項目、企業(yè)自主項目等科技項目，對二次再熱機組調(diào)試運行技術(shù)、關(guān)鍵控制策略、控制系統(tǒng)研發(fā)等方面進行攻關(guān)，攻克了高參數(shù)大容量二次再熱復雜熱力系統(tǒng)控制、兩級再熱汽溫精準調(diào)節(jié)、受熱面壁溫偏差調(diào)控、汽輪機三缸聯(lián)合啟動、大規(guī)模復雜控制系統(tǒng)開發(fā)及機組安全可靠運行等難題，為世界首次將兩級再熱蒸汽參數(shù)提升至610℃以上、容量提升至1000MW級提供了堅實保障。
創(chuàng)新運行控制技術(shù)是“核心”
該廠二次再熱項目共獲授權(quán)發(fā)明專利8項，實用新型專利10項，軟件著作權(quán)5項，標準10項，論文75篇，在調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵控制策略、成套自動控制系統(tǒng)三個方面實現(xiàn)自主創(chuàng)新。
該項目突破了百萬千瓦二次再熱燃煤電站運行調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)。建立了首部百萬千瓦二次再熱機組全過程運行導則，創(chuàng)立了百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤電站的整體調(diào)試運行體系，實現(xiàn)標準化規(guī)范化的機組安裝、調(diào)試、啟動、運行調(diào)整和事故處理，保障了示范機組長期連續(xù)穩(wěn)定高效運行。該項目研發(fā)了百萬千瓦二次再熱機組關(guān)鍵控制策略。通過開發(fā)二次再熱機組數(shù)學模型和控制方法，針對二次再熱鍋爐水冷壁和高溫受熱面安全性與汽溫調(diào)節(jié)匹配難題，突破傳統(tǒng)汽溫控制策略設(shè)計理念，發(fā)明了匹配復合式受熱面布置的協(xié)同調(diào)溫技術(shù)，開發(fā)了受熱面壁溫偏差控制關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)了基于多功能組群協(xié)同優(yōu)化調(diào)度的機組級自啟?？刂萍夹g(shù)；研發(fā)了三級旁路“7態(tài)”方式全程自動控制策略。
該項目研制了百萬千瓦二次再熱機組成套自動控制系統(tǒng)。研制的自主知識產(chǎn)權(quán)控制系統(tǒng)解決了復雜的多系統(tǒng)協(xié)同二次再熱機組安全可靠運行、快速平穩(wěn)控制、工控系統(tǒng)信息安全等難題。從而首次實現(xiàn)“中國腦”在二次再熱機組的成功應(yīng)用。
以上關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新支撐建成了世界首臺百萬千瓦二次再熱燃煤發(fā)電機組，控制策略先進、系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，成功經(jīng)受了大幅度的變負荷、RB及100%甩負荷等惡劣工況的考驗，順利實現(xiàn)了機組高質(zhì)量投產(chǎn)。
運用運行控制技術(shù)是“初心”
該項目經(jīng)濟和社會效益顯著。自2015年9月份投產(chǎn)以來，該廠兩臺機組一直穩(wěn)定可靠經(jīng)濟運行，其中3號機組實現(xiàn)無故障運行1025天，實現(xiàn)最多連續(xù)運行記錄363天。
該項目成果入選國家“十二五”科技創(chuàng)新成就展和阿斯塔納世博會，習近平總書記兩次親臨展臺，做出“煤電是件大事，一定要搞好”的重要批示。第三方測試結(jié)果表明，機組發(fā)電效率47.82%，供電煤耗266.3克每千瓦時，比國內(nèi)最先進一次再熱機組降低6.3克每千瓦時；蟬聯(lián)中電聯(lián)2016年至2018年三年全國能效指標競賽前兩名；榮獲“國家煤電節(jié)能減排示范電站”稱號；國際能源署2015—2016年發(fā)布3份研究報告均將示范工程列為國際發(fā)電效率最高的燃煤機組；專家鑒定認為：“整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平”。
不忘初心、砥礪前行，在示范工程的帶動下，“高參數(shù)、大容量二次再熱機組運行控制關(guān)鍵技術(shù)”項目成果得到迅速推廣應(yīng)用。研發(fā)成果在國家能源集團、大唐集團等發(fā)電集團的8臺660MW和1000MW機組上得到直接應(yīng)用。截止2019年底，兩臺機組累計發(fā)電509億千瓦時，實現(xiàn)產(chǎn)值154.5億元，利潤總額26.8億元，上繳各項稅費17.3億元。節(jié)約標煤363萬噸/年，二氧化碳減排1016萬噸/年，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和社會效益。該示范工程為我國大力實施節(jié)能減排戰(zhàn)略和“一帶一路”戰(zhàn)略做出了重大貢獻，有力踐行國家創(chuàng)新綠色發(fā)展戰(zhàn)略，取得了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，打破了國外的技術(shù)壟斷，推動了燃煤的清潔高效利用，促進了節(jié)能減排，培養(yǎng)了一批科技創(chuàng)新人才，實現(xiàn)了我國火力發(fā)電技術(shù)上的突破，引領(lǐng)了行業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向，奠定了我國在該領(lǐng)域國際領(lǐng)先地位。
