2.流化床炉,引进创新 我国一次能源以煤炭为主,高硫分、低热值的劣质煤在部分煤炭产区数量较大,大部分煤炭灰分含量达10%~30%。含硫量大于1%的煤炭超过我国探明储量的一半,每年产出的煤矸石达2亿吨以上,历年煤矸石累计存量约30亿吨,占地超过12000公顷。露天存放煤矸石占用大量土地资源,堆积自燃还会产生二氧化硫、一氧化碳等有毒有害气体。常规煤粉锅炉不能适应煤矸石等低质煤的利用。
循环流化床 (CFB)锅炉,具有燃料适应性广、负荷调整范围大、炉内脱硫和低氮燃烧等优点,可以燃用煤矸石、煤泥、洗中煤等劣质燃料,使一次能源得到充分利用。该技术是国际公认已商业化的洁净煤燃烧技术,是火电清洁化发展的一个重要方向。
我国开发和利用CFB锅炉技术已近30年,单机容量从0.6万千瓦开始逐渐扩大,自主开发了10万千瓦、13.5万千瓦、20万千瓦系列等级的CFB锅炉,机组参数从次高压逐渐提升到亚临界。为提高设计、制造、运行技术水平,2003年国家决定将四川白马电厂作为示范工程,引进法国阿尔斯通公司30万千瓦CFB锅炉技术,通过技贸结合方式,在采购国外设备的同时引进了设计、制造技术。该CFB锅炉于2005年年底顺利并网发电。与此同时,多家骨干锅炉制造企业根据多年积累的经验,自主研发了独具我国特色的30万千瓦CFB锅炉技术,至2010年年底已投运10多台 (套)机组,并达到国际先进水平。
为进一步提高能源利用效率,发展我国洁净煤发电技术,在引进消化吸收30万千瓦CFB锅炉技术的基础上,国家将大型超临界CFB锅炉技术,列入了 《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006~2020年)》,在 “十五”科技攻关和 “863”科技支撑计划项目中,下达并组织完成了60万千瓦超临界CFB锅炉的多项研究课题。经过长时间技术跟踪、消化吸收和自主创新研究实践,解决了若干技术难题,具备了研发拥有自主知识产权的60万千瓦超临界CFB锅炉的能力。2009年,我国启动了自主研发60万千瓦超临界CFB锅炉的计划,其依托工程仍为具有丰富建设和运行经验的四川白马电厂。
60万千瓦超临界CFB锅炉,是世界上最大容量、最高参数的CFB锅炉,由东方锅炉厂、哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、西安热工研究院、清华大学等单位组成产学研联盟自主研发。国家发展和改革委员会同时成立了独立的专家组,对研发技术方案论证、模型理论计算、技术参数确定、辅机配套选型等进行全过程、全方位技术把关。这种创新的研发模式,有力地促进了这一高新技术产品的问世,推动我国CFB锅炉技术达到当代国际先进水平。
3.大型空冷,推广应用 我国山西、陕西、蒙西地区是煤炭主产区,水资源却极其匮乏。国家制定产业政策,要求在这些地区建设的坑口火力发电厂利用空冷技术。空冷机组平均耗水指标仅为常规燃煤湿冷机组的1/3左右,节水效果显著。
空冷机组有间接空冷机组和直接空冷机组两大类。两种机组相比,间接空冷机组的供电煤耗低,每千瓦时标准煤耗约相差5克~8克,但间接空冷机组投资比直接空冷机组高。
20世纪80年代,我国引进了匈牙利的间接空冷系统技术,在此基础上,成功制造了首台20万千瓦间接空冷汽轮机,并在山西大同电厂安装投运。之后,通过对引进技术的消化吸收,又制造了多台同类型空冷机组。90年代初,我国开发制造了具有自主知识产权的20万千瓦间接空冷机组。2007年年底,我国首台 (套)60万千瓦亚临界间接空冷机组在山西阳城电厂投运。
鉴于直接空冷机组成本较低,而且在空冷系统方面的技术难度相对简单,因此,2000年以来,我国开始在开发直接空冷机组上下工夫。国家发展和改革委员会组织哈尔滨空调股份有限公司,以内蒙古乌拉山发电厂30万千瓦机组和中国电力投资集团公司所属的通辽第二发电有限责任公司60万千瓦机组为国产化依托工程,自主开发了亚临界参数的30万千瓦和60万千瓦直接空冷系统。随后,哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂和东方汽轮机厂也相继成功研制了亚临界30万千瓦和60万千瓦直接空冷汽轮机。2006年,我国开始自主设计开发60万千瓦超临界直接空冷汽轮机,东方汽轮机厂首先突破,于2008年7月制造了首台 (套)机组,在华能集团河北上安电厂三期工程投入运行。该机组将高效率、低消耗的超临界技术与节水的直接空冷技术相结合,节能、节水和环保效果显著,各项性能指标已达到世界先进水平。2007年9月,国家以宁夏灵武电厂二期建设为示范工程,启动了100万千瓦超超临界直接空冷机组的研制。东方电气集团研制了首台 (套)机组,2010年12月成功投入运行。这是全球首台 (套)百万千瓦级超超临界直接空冷机组。
截至2010年年底,我国投运的空冷机组已有2000多万千瓦,还有数十台 (套)30万千瓦和60万千瓦的直接空冷机组正在制造。我国已是世界上拥有空冷机组最多的国家。
4.联合循环,示范探索 燃气—蒸汽联合循环发电技术,能快速响应负荷变化能源利用率高、污染低以及用水少等特点。
20世纪80年代以来,随着高温材料性能、气动热力设计、制造工艺水平的技术进步,燃气—蒸汽联合循环技术获得了迅速发展,机组标准状态下的效率可达到56%~60%,具备了很好的调峰能力,在世界范围内得到广泛应用。
我国工业燃气轮机起步于20世纪50年代末60年代初。发展初期,一机部上海汽轮机锅炉研究所、南京汽轮电机厂、哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂等单位,曾自行研制或仿制了1000千瓦、1500千瓦、3000千瓦、6000千瓦的中小型燃气轮机。
20世纪70年代中期,南京汽轮电机厂研制了2.3万千瓦燃气轮机,生产了2台产品。但由于国家能源及经济政策的调整,进入80年代,我国燃气轮机市场严重萎缩,生产基本停顿。
重型燃气轮机集多项高技术于一身,体现着一个国家的工业化水平,掌握该项技术具有非常重要的意义,但国内企业尚不具备自主设计制造能力。
1983年,南京汽轮电机厂与美国GE公司建立了合作关系,共同生产3.9万千瓦6B型机组,由GE公司提供压气机、透平转子、燃烧室、自动控制系统四大关键件,其余部件由国内制造并组装。用这种模式,南京汽轮电机厂生产了6B系列燃气轮机60多台,制造能力及水平有所提高,产品还出口至中东及非洲地区。
随着我国 “西气东输”工程的实施、近海天然气开发和液化天然气(LNG)引进工程的推进,国家把发展燃气—蒸汽联合循环发电作为能源结构调整的重要组成部分。
2001年,国家决定以技贸结合方式,引进E级和F级燃气轮机及其联合循环技术,以促进国内燃气轮机产业的发展和制造水平的提高。国家发展和改革委员会先后组织了三次共50台 (套)机组、共约1800万千瓦燃气轮机市场换技术的 “打捆招标”。在“打捆招标”中,哈尔滨汽轮机厂、南京汽轮电机厂引进美国GE公司技术,上海汽轮机厂引进德国西门子公司技术,东方汽轮机厂引进日本三菱重工业公司技术。同时,为制造燃气轮机的高温热部件,4家企业分别与外方相继成立了合资企业。到2008年,我国已制造了7台E级和50余台F级燃气轮机,除高温热部件和控制系统外,大部分部件可在国内制造,国产化率达到50%~70%。此后,因受到天然气资源的制约,燃气—蒸汽联合循环发电机组未有更多发展。
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未完待续)(请关注:本书的优秀读书征文详见中国工业报网站
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