工程丨山东院以创新设计打造高效火电机组

在莱芜读懂二次再热

山东电力工程咨询院以创新设计打造高效火电机组

中国电力报 中电新闻网记者 吕晴朗 通讯员 伏睿 

华能莱芜电厂6号机组外景。

　　在山东莱芜，一个全球清洁高效低碳火电机组的新标杆已成为业内关注焦点，性能指标领先国内外所有机组──发电效率48.12%、发电煤耗255.29克/千瓦时、供电煤耗266.18克/千瓦时，让华能莱芜电厂6号机组（简称“莱芜项目”）超越行业、领先国际。

　　作为中国华能集团公司首台百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电机组和世界首台二次再热温度620摄氏度的百万千瓦机组，这个集技术研发、建设创新于一体的项目自2015年12月24日投运以来，一直保持安全、可靠、平稳运行，各项性能指标均优于设计值，各项环保指标全面优于国家超低排放标准，一举成为目前世界上效率最高、能耗最低、指标最优、环保最好的火电机组。

　　从此，我们可以自信地说：世界火电看中国，中国火电看莱芜。

　　果断尝鲜：我跟极致有个约定

　　发展更加高效清洁的燃煤机组，是21世纪初电力行业的大势所趋。山东电力工程咨询院有限公司 （简称 “山东院”）首次亲眼见到“二次再热”机组，是在十年前的一次海外调研中。上世纪50~70年代，美国、丹麦、日本等国率先建设了一批二次再热机组，但对于中国工程师而言，这还是一个脱离工程实践层面的名词。既然可行，何须再等？山东院迅速在全球范围内展开调研，倡导将这一先进理念引入中国。投入经费，牵头开展产学研的前期科研，为后期项目实施做了大量的技术储备。2009年，山东院结合莱芜百万千瓦机组项目，大胆　  提出将二次再热技术应用于工程实践。

　　这个划时代的技术创新，与华能集团不谋而合，一场与时代赛跑的竞逐之路，就此启动。

　　在我国超超临界火力发电技术的起步阶段，要实现这一想法，可谓难上加难。凭借对这项技术多年的研究和人才储备，山东院迅速组建了一个项目技术攻关团队，对全球最高效的二次再热发电项目进行调研，并联合主机厂、科研院所实施攻关，开展了200多项专题研究，最终于2013年1月通过了业主和国家主管部门专家的初步设计严格评审。

　　艰难破题：从积累开始的通关战役

　　与常规一次再热技术相比，二次再热技术最大的不同和难点在于：机组结构和系统设置都变得更加复杂。锅炉内部增加了一组再热器，锅炉受热面布置因此变得复杂，锅炉汽温调节难度大大增加；汽轮机本体增加了一个超高压缸，汽轮机结构也更加精密复杂，基座轴振与静变位指标成为最大难题；锅炉与汽轮机的连接管道与附件相应增加，对汽水、烟气系统的运行控制提出了更高要求。更艰难的是，如此复杂的系统工程，在全世界范围内都没有百万千瓦机组应用的先例可循，山东院需要和主机厂一 同进行设备选型和参数制定。

　　就锅炉而言，主蒸汽压力、温度参数的确定与设备材料之间存在巨大矛盾。在初设中，山东院将主蒸汽压力设置为35兆帕。但是，国际上目前最先进的锅炉安全阀起跳压力也无法与之匹配，而开发新型安全阀产品周期又很长，于是该院通过精密计算，将主蒸汽压力下调至31兆帕，看似是对现有材料科技的妥协，却已经最大程度利用了安全阀材料强度，保障了机组热效率。同时，再热温度的设置也遭遇管道材料强度的瓶颈。这一回，山东院没有妥协，主动出击，帮助主机厂用欧标材料替换了美标材料，满足了再热温度620摄氏度的要求，完美实现了主机综合参数最高的目标，为莱芜项目全厂热效率、煤耗刷新世界纪录打下了坚实基础。

　　就汽轮机而言，增加的一个超高压缸，使得汽轮机轴系较常规一次再热百万千瓦机组，增加了近7米，由此产生的质量增加，也使常规基础无法满足力学特性要求，基础设计方案因此需要大幅修改。按照我国标准规定，基座振动幅值必须小于20微米，这给该项目的汽轮机基座轴振控制带来了史无前例的考验。我国电力行业的轴振专家少之又少，但是山东院凭借着对高端专家人才队伍的长期培养，顺利过关，甚至指出了　  外国轴振专家的计算偏差。在我国缺乏汽轮机静变位标准的情况下，山东院的专家团队通过反复计算、模拟、调整，使最终确定的指标通过了业主和专家的轮番评审。

　　就汽温控制而言，锅炉汽温调节方式选取合理与否，直接关系到机组运行的安全可靠性和机组效率。为此，山东院细致比选了全球范围内的汽温控制系统，最终采用了烟气挡板调节、汽水系统喷水调节、烟气再循环调节三种技术结合的调温方式，奠定了莱芜项目安全稳定运行的基础。

　　短短几年攻克多项二次再热关键技术难题，究竟是依靠了什么力量？答案是山东院大量的投入、超前的技术研发及储备，以及产学研相结合的组织及协调。截至2015年底，该院已经围绕生产主线，构建了涵盖10大技术领域、34个学科的完整学科体系，并整合外部高端资源，打造了开放式的科技创新平台；9大工程技术研发中心的建立，进一步加强了产学研横向合作力度，为山东院提升在关键技术领域的核心竞争力储备了充足的人力、技术资源。

　　持续创新：成果背后的价值内涵

　　凭借项目前期的高端策划、持续稳　  定的项目管理水平、差异化优势的科研实力，山东院在莱芜项目实现了一揽子设计创新及优化：在国内首次采用塔式炉配侧煤仓布置，采用“多水合一水务管理中心”专利布置，采用全场现场总线（FCS），采用高能级烟气余热利用，采用脱硫除尘一体化组合环保设施……80多项优化方案，105项科研成果，解决了“二次再热机组动态响应分析、汽温调节和协调控制策略研究”“二次再热机组环保排放优化研究”等10余项关键技术难题，使得莱芜项目主要技术经济指标实现了“华能第一、世界一流”的目标。

　　在莱芜项目今年7月完成性能试验不久，华能业主及山东院上级国家电投集团公司向山东院发来贺信，热烈祝贺该院在莱芜项目中取得的辉煌成绩。随后，国家电投集团董事长王炳华也表达了对山东院的祝贺和赞赏。山东院历经近60年的发展，技术、创新能力已走在国内行业前列，通过莱芜项目研发及设计的成功实践，山东院的创新能力、核心竞争力上升到了一个新的台阶，在项目管理、人才队伍、技术能力等多方面都进一步增强，更具差异化优势，品牌影响力突出。对一个饱含创新基因的设计咨询企业来说，这些，才是真正弥足珍贵的。走上这条永远没有终点的清洁高效能源利用之路，莱芜，仅是山东院的另一个起点。

王萍