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探秘國家能源集團泰州電廠二次再熱關鍵技術創新之路
時間:2020-05-18 09:10:01

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近日,江蘇省政府發布《關于2019年度江蘇省科學技術獎勵的決定》,國家能源集團江蘇公司泰州發電廠《高參數大容量二次再熱機組運行控制關鍵技術》項目獲江蘇省科學技術三等獎。

提升運行控制技術是“剛需”

我國能源發展面臨高效清潔低碳的多重挑戰。研發新一代的高參數大容量二次再熱發電技術,對進一步提升燃煤發電效率、減少煤炭消耗、降低污染物和二氧化碳排放具有重要意義。但機組系統結構龐大復雜,是控制難度最大的工業過程。

運行控制技術是實現各項設計性能指標的重要環節,是火電機組的“大腦”和“神經中樞”,是我國二次再熱發電技術自主知識產權的重要組成部分。只有通過高性能控制系統和控制策略有效地監測和控制,機組的生產過程才能適應智能化、復雜化、大型化、精密化運行控制需求。提升運行控制技術因此也成為火電行業的“剛性需求”。在國際上,美國率先開展了高參數二次再熱發電技術的研發及應用(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水平,在高溫耐熱材料、運行技術、自動控制等方面不能滿足要求,機組投運后出現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二次再熱技術路線(28~31MPa/ 550~580℃),最高蒸汽參數為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)。高參數大容量二次再熱發電技術發展遭遇瓶頸。

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,該廠聯合北京國電智深控制技術有限公司,依托國家科技支撐計劃、省部級產業化重大項目、企業自主項目等科技項目,對二次再熱機組調試運行技術、關鍵控制策略、控制系統研發等方面進行攻關,攻克了高參數大容量二次再熱復雜熱力系統控制、兩級再熱汽溫精準調節、受熱面壁溫偏差調控、汽輪機三缸聯合啟動、大規模復雜控制系統開發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提升至610℃以上、容量提升至1000MW級提供了堅實保障。

創新運行控制技術是“核心”

該廠二次再熱項目共獲授權發明專利8項,實用新型專利10項,軟件著作權5項,標準10項,論文75篇,在調試關鍵技術、關鍵控制策略、成套自動控制系統三個方面實現自主創新。

該項目突破了百萬千瓦二次再熱燃煤電站運行調試關鍵技術。建立了首部百萬千瓦二次再熱機組全過程運行導則,創立了百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤電站的整體調試運行體系,實現標準化規范化的機組安裝、調試、啟動、運行調整和事故處理,保障了示范機組長期連續穩定高效運行。該項目研發了百萬千瓦二次再熱機組關鍵控制策略。通過開發二次再熱機組數學模型和控制方法,針對二次再熱鍋爐水冷壁和高溫受熱面安全性與汽溫調節匹配難題,突破傳統汽溫控制策略設計理念,發明了匹配復合式受熱面布置的協同調溫技術,開發了受熱面壁溫偏差控制關鍵技術;研發了基于多功能組群協同優化調度的機組級自啟??刂萍夹g;研發了三級旁路“7態”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。研制的自主知識產權控制系統解決了復雜的多系統協同二次再熱機組安全可靠運行、快速平穩控制、工控系統信息安全等難題。從而首次實現“中國腦”在二次再熱機組的成功應用。

以上關鍵技術創新支撐建成了世界首臺百萬千瓦二次再熱燃煤發電機組,控制策略先進、系統性能穩定可靠,成功經受了大幅度的變負荷、RB及100%甩負荷等惡劣工況的考驗,順利實現了機組高質量投產。

運用運行控制技術是“初心”

該項目經濟和社會效益顯著。自2015年9月份投產以來,該廠兩臺機組一直穩定可靠經濟運行,其中3號機組實現無故障運行1025天,實現最多連續運行記錄363天。

該項目成果入選國家“十二五”科技創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。第三方測試結果表明,機組發電效率47.82%,供電煤耗266.3克每千瓦時,比國內最先進一次再熱機組降低6.3克每千瓦時;蟬聯中電聯2016年至2018年三年全國能效指標競賽前兩名;榮獲“國家煤電節能減排示范電站”稱號;國際能源署2015—2016年發布3份研究報告均將示范工程列為國際發電效率最高的燃煤機組;專家鑒定認為:“整體技術達到國際領先水平”。

不忘初心、砥礪前行,在示范工程的帶動下,“高參數、大容量二次再熱機組運行控制關鍵技術”項目成果得到迅速推廣應用。研發成果在國家能源集團、大唐集團等發電集團的8臺660MW和1000MW機組上得到直接應用。截止2019年底,兩臺機組累計發電509億千瓦時,實現產值154.5億元,利潤總額26.8億元,上繳各項稅費17.3億元。節約標煤363萬噸/年,二氧化碳減排1016萬噸/年,創造了巨大的經濟和社會效益。該示范工程為我國大力實施節能減排戰略和“一帶一路”戰略做出了重大貢獻,有力踐行國家創新綠色發展戰略,取得了一系列具有自主知識產權的核心技術,打破了國外的技術壟斷,推動了燃煤的清潔高效利用,促進了節能減排,培養了一批科技創新人才,實現了我國火力發電技術上的突破,引領了行業技術發展的方向,奠定了我國在該領域國際領先地位。


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