节能降碳改造“华电邹县样板”
10万千瓦、20万千瓦、50万千瓦……100万千瓦，2022年5月6日6时56分，随着集控室大屏幕上，机组输出功率稳步增长，华电国际邹县电厂7号机组通流改造项目圆满完成。这是继全国首台100万千瓦等级全通流改造项目——华电邹县电厂8号机组通流改造项目后，实施的又一超超临界百万千瓦等级煤电机组节能降碳改造力作。
“在技术改造方面，百万机组先后实施第四代通流提效、高效密封等技术，实现热耗水平下降，节能减排效果显著。”华电国际邹县发电厂生产技术部负责人介绍，经过深入分析和反复论证，确定“汽轮机组热耗高”是影响机组供电煤耗的重要因素，决定利用国内现有先进、成熟节能技术，实施配汽方式（增设补汽阀）、通流技术、高压模块、叶片构型、汽封型式、进汽密封等应用创新，显著提高了机组节能降耗和运行可靠性水平；并同步实施空预器预防ABS堵塞改造、燃烧设备及烟风流场优化改造等项目，在降低燃烧热损失、提高锅炉效率的基础上，有效提高锅炉低负荷稳燃能力和机组灵活性调节能力。
“此次节能降碳改造圆满竣工，不仅大大提高了百万千瓦机组清洁生产能力，为企业能源保供、提质增效、升级发展注入强大动力，也对探索百万千瓦级存量煤电机组高质量发展之路具有重大意义。”华电国际邹县发电厂相关负责人告诉记者，早在2020年4月，企业锚定国家“双碳”战略目标，探索推进煤炭清洁高效利用，率先实施8号机组通流改造，成为国内首批百万千瓦机组节能升级改造项目。在缺乏可借鉴经验背景下，山东电力人逢山开路、遇水搭桥、敢闯敢创，先后召开设计联络会、专项筹备会、技术交底会30余次，克服工期紧、任务重、难度大等重重难题，强化施工组织、优化施工顺序、保障安全高效，于2020年4月6日正式开工，同年7月14日竣工。
百万千瓦机组节能改造项目大获成功，给予企业上下极大鼓舞，为同类超超临界百万千瓦机组节能降碳改造提供示范样板。2021年初，邹县电厂又完成一台亚临界60万千瓦机组节能改造工作。同年7月16日，参与全国碳市场首批交易，获得交易额660余万元。邹县电厂负责人告诉记者，先后进行改造的3台机组，机组效率分别提升3.7%、2.5%、3.6%，实现全年碳配额盈余。到2022年底，将全面完成全厂8台机组节能改造。改造完之后，全年可减少煤炭消耗36万吨，碳减排量接近百万吨，为大机组节能降碳改造、煤炭高效利用，树立“新样板”。
供热改造“华能黄台方案”
2016年供热以来，家住济南盛福街道居民王女士一家深感温暖。“这几年每到冬天，家里温度始终保持在20℃以上，各个房间温度也都很均匀，在家里穿着薄衣裳就很暖和。”回想起寒冷冬季家里“飘红”的温度计，再看看现在的室温，王女士脸上洋溢着满意的笑容，这是华能济南黄台发电有限公司供热改造给居民带来的红利。早在2014年，华能黄台电厂作为省会“城市电厂”，根据“加快构建清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系，清洁高效地发展煤电”要求，成立专业组织机构，深入开展火电机组供热、灵活性改造研究，做好技术改造方案储备，成熟一项，推进一项，确保温暖市民的同时，能耗指标始终走在行业前列，打造城市“绿色名片”。
高背压供热改造树标杆。2014年11月18日，黄台电厂7号机组顺利完成高背压供热改造并投运，成为当时省内单机容量最大的高背压机组。改造完成后，在供热工况运行时，冷水塔及机组循环水泵退出运行，由热网循环泵建立起新的“汽—水”交换系统，机组冷源损失降为零，机组循环热效率从43%突破性地提高至91%以上，热耗及发电煤耗降幅超过50%，新增供热面积800万平方米，在燃煤量保持不变情况下，减少煤炭消耗量20余万吨，减排二氧化碳38万余吨，7号机组也因此自2016年以来，连续6年荣获中电联同类型机组能效对标一等奖。2016年黄台电厂又投资近亿元进行8号机组高背压供热改造，实现8号机组供热能力900万平方米，全厂供热能力提升到4500万平方米。至此，黄台电厂7、8号两台高背压供热机组同时运行，在机组能耗水平大幅降低的同时，为济南市提供了更多稳定可靠的清洁热源，开创了国内同一电厂两台30万千瓦等级高背压机组同时运行之先河。
“切缸”改造创先河。为进一步满足地区供热发展需要，黄台电厂用实践践行理念，用创新破解难题，2018年至2019年，先后对9、10号机组进行“切缸改造”。“切缸”是指机组运行中，将原低压缸进汽量从每小时100吨快速减至20吨以下，截留热量用于供热；同时“汽轮机切缸”有效提高机组灵活性，为参与电网深度调峰奠定基础。2018年，“切缸”改造在国内同类型机组尚属首例，无任何经验可供参考，各类问题“井喷”涌现。为解决叶片安全性和辅机系统适配性两大难题，该厂迅速成立攻关小组，经过多次试验，研发出一种汽轮机末级叶片水蚀防护涂层及其制备方法，起到完美保护叶片的效果。与此同时打破常规，在叶根安装套管及热电偶，测点接入DCS监测，解决颤振、鼓风等重大技术问题。
2018年3月7日，该厂10号机组圆满完成汽轮机“切缸”试验，这是国内首台顺利完成汽轮机“切缸”试验的35万千瓦超临界机组。2019年10月10日，9号机组顺利完成“切缸”改造，至此该厂4台机组全部完成供热改造，供热能力达到5300万平方米，进一步稳固山东省内最大绿色清洁热源企业地位，为煤电机组供热改造提供“新方案”。
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灵活性改造“国能寿光路径”
“锅炉运行正常，各项参数及技术指标完全正常，具备点火条件，现在点火。”随着值班长点火口令，操作员投入等离子点火装置，集控室液晶屏幕上跳动起红色火焰……这是记者在国家能源集团寿光电厂看到的一幕，乍一看感觉跟其他现代化燃煤电厂并无不同，不过随着负责人介绍，这座看似普通的电厂内，蕴藏着灵活性改造的“绿色密码”。
国能寿光电厂2×100万千瓦燃煤汽轮发电机组，采用超超临界前后墙对冲锅炉，配置40只点火油枪和8只微油点火装置，用于点火、暖炉和低负荷稳燃。“随着山东新能源发电占比增加，煤电机组承担起深度调峰任务，需要通过改变出力工况适应负荷变化。”项目负责人说，“深度调峰是电网负荷峰谷差较大时，电厂通过降低出力，发电机组超过基本调峰范围的一种运行方式，深度调峰负荷率一般为40%至30%。”据悉，灵活性改造之前，寿光电厂深度调峰负荷可降低至40万千瓦，但为保障长期低负荷锅炉燃烧稳定性，需要投入大量燃油进行稳燃，燃料损耗同步增多。同时，未燃尽油滴会粘污电极，造成锅炉电除尘器无法正常投入，大量烟尘直接排放到大气，给环境带来污染。
“深调虽好，操作不易。深度调峰常被比作‘在钢丝上跳舞’，为攻克锅炉燃烧稳定性、环保和辅机系统安全性等因素制约，我们蹚出了灵活性改造‘国能寿光路径’。”寿光电厂负责人介绍，项目保留原有微油点火系统，将前墙最下层8只燃烧器改造为国家能源集团最新一代DLZ-HV-200型高效等离子体点火及稳燃系统，不仅可节省配套的消防、避雷、防静电系统的投资以及运行成本，而且能有效避免机组低负荷运行期间锅炉燃烧排放污染物超标和燃烧效率下降等风险。据悉，寿光电厂2号锅炉灵活性改造于5月20日开始，6月30日机组点火启动成功。机组改造后，实现设备长期35%负荷稳定运行，降低电耗20％—40%，设备重量减轻近80%，大幅度提升阴阳极使用寿命3至5倍以上。同时，相较微油点火每200小时可节约161.6万元。
“等离子点火是一种新型的锅炉点火燃烧技术，通过直流电流在介质气压0.01—0.03兆帕的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体。同时，等离子体在燃烧器内形成局部高温区，煤粉颗粒在高温区内迅速燃烧，实现锅炉冷态无油启动，是一种高效、稳定的锅炉启动点火方式。”省能源局电力处负责人介绍，目前，煤电机组主要通过少油和无油点火方式。其中，少油点火技术投资小、可靠性高，锅炉启动速度快，但每次启动和维持稳定燃烧，要消耗大量燃油。等离子体点火作为无油点火方式之一，具有结构简单、操作方便等特点，通过提供冷却水、压缩空气、交流电源和煤粉，便可实现无油启停和稳燃目的，环保、经济效益十分显著。
寿光电厂深化灵活性改造前期工作。第一时间成立机组灵活性改造领导小组，靠前指挥、统筹协调；创新大数据分析技术，准确预测不同时间段机组最大出力；优化机组协调系统逻辑，有效保障调峰稳定性及快速性；完善锅炉给水流量、风量、一次调频等控制和保护程序，不断提高机组安全；制定《深度调峰运行技术措施》和《深调事故预案》，反复组织操作人员进行仿真机演练，确保每项操作安全规范。
宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。截至目前，国能寿光电厂2号锅炉自灵活性改造投运后参与调峰约30次，平均负荷率75%，点火成功率100%，火检强度100%。下一步，该厂将以此次改造为契机，精心组织、科学调度，在保障建设质量和安全的前提下，全力推进1号锅炉灵活性改造。
