质疑“高温亚临界”机组改造效果40问？

【编者按】据某报道称：原亚临界N320-16.7/538/538汽轮机组，经升级改造为“高温亚临界”汽轮机组后，设计供电煤耗率280g/kW·h；机组相对改前，供电煤耗率下降31g/kW·h；其性能指标超过超临界；达到超超临界机组水平，......！

（来源：微信公众号“鹰眼研究”  ID：dianliyanjiu  作者：朱小令）

笔者以此为一例，从基本理论与实践、机组设计与特性、技术经济性、国家行业相关技术标准和规定等方面，在假设上述报道数据结论 “成立”的基础上，辨析结果，从技术角度提出40余问，予以质疑。

热力学基本理论对火力电发厂具有普适性，因此，相关问题对于其他项目也同样具有参考性。参考文献[1~10]亦是“40问”的重要组成部分。

1.理论质疑

十九世纪40~50年代，诞生了热力学第一定律和第二定律。

——《热力学》是传统学科。“经典热力学是涉及普遍内容的唯一物理理论，我深信在其基本概念框架适应的范围内，它是永远不会被推翻的。”（阿尔伯特.爱因斯坦）

——迄今为止，《热力学》仍无重大的理论突破。全世界从事同行业的生产管理和技术人员，均属同一位“老师”所教。老师仍在采用传统《热力学》及相关基础课程理论，传授知识给自己的学子，为自己国家培养专业技术人才、进行相关理论研究.......故，只要是涉及到热方面的问题，仍然是《热力学》的范畴，改变不了《热力学》基本理论。

因此，无论是什么人，在何时、何地，给其冠以什么“溢美之词”，诸如：弹性回热、广义回热等等。这些技术在《热力学》学科等相关教材中早已有详细阐述，已经作为该领域每位学子和技术工作者最基础的理论必修课和已经掌握的基本常识，且在实践中得到广泛应用 [1~9]。

在此基础上，是否可以认为，亚临界汽轮机组“高温亚临界”改造技术，仍然是热力学相关基本理论的常规应用？

2.效果计算与对比方法质疑

——据报道称：机组的设计供电煤耗率280g/kW·h；经过改造供电煤耗率下降31g/kW·h；其性能超过超临界，达到超超临界机组水平，云云！

2.1相对同比的基准，究竟是机组的设计值？性能试验值？额定负荷运行值？抑或实际运行年平均值？......到底是用机组改造后的什么值与不同机组的什么值在进行相对同比？从而得出其性能超过什么，达到什么等等的“结论”？

2.2若是运用两种不同概念，与不同参数机组的实际运行值进行相对同比，所得出的“结论”？是否经得起逻辑判断或实践检验？

2.3机组改造前，若因为各种影响因素，而未达到设计值（即便在严格的试验条件下，其性能暂时没有接近或达到设计值。），这是机组存在“缺陷”还是设计者“错误”所为？

2.4若经过完善，消除了各种影响因素之后，机组性能得到恢复或者提升（即：接近或达到原来的设计值），这部分所得收益，应归结为什么所为？

3.技术与技术经济性（理论与实际）质疑

假设改造项目理论上成立。

3.1实际运行真实水平几何？

1）采用喷嘴调节的汽轮机具有什么特性？以当今最先进的设计、制造技术水平，汽轮机相对内效率能达到什么理论技术水平值？

2）结构设计与制造方面又有哪些难以避免的“弊端”？汽轮机装置效率又能达到什么实际水平值？

3）耗费巨资，请国外公司改造，技术设计、制造的汽轮机，又存在有哪些难以避免的具体问题？

4）对机组实际性能又将产生哪些影响？各种条件和实际运行工况下，汽轮机相对内效率、汽轮机装置效率又分别是什么真实水平值？

3.2众所周知，依据理论，汽轮发电机组设计初、终、热力系统、设备性能一旦确定，任何火力发电厂机组的设计性能均是确定。但是采用降低锅炉排烟温度、余热利用，提高锅炉锅膛助燃风温度等措施之后，汽轮机与锅炉两个设备之间，产生了不同介质的能量交换。即便如此，能量平衡基本理论并没有被改写。

那么：

1）依据能量平衡基本理论，如何评价这种能量交换之间相互关系和相互的影响？

2）原机组设计性能会发生多大的变化？

3）又是如何计算得到最终结果的？

4）再者，实际机组性能鉴定试验又是如何做的？

5）是否存在重复计算收益？或可以只计收益，不计付出？.......

3.3众所周知，依据理论，机组供电煤耗率与锅炉效率、管道效率、机组热耗率、厂用电率之间有紧密关系。反之，锅炉效率、管道效率、机组热耗率、厂用电率一旦确定，机组供电煤耗率就是确定值。即便是锅炉和汽轮机两个设备之间，发生了不同介质的能量交换时，各个性能指标之间的相互关系，基本理论亦并没有被改写，仍然如此。

正确做法应该是：采取相关技术标准，机、炉同步进行全厂能量平衡整体性能试验方法来评价机组性能。如采用：ASME PTC46[10]。

那么：

1）设计供电煤耗率如何达到280g/kW·h？

2）汽轮机相对内效率、装置效率、锅炉效率、厂用电率等各个相关效率分别要达到什么数值水平？

3）能不能分别达到93%、50%、94%及以上？如果所改造的这台机组，理论与实际均根本无法达到上述的数值的话，结果又将是如何？

4）如果改造后的机组，另外又有其他别的什么设计供电煤耗率值的话，各个相关效率、厂用电率，又分别需要达到什么数值水平？

5）既然依据理论，相关效率、厂用电率已经确定了供电煤耗值。结果是又把什么“专项技改收益”与已确定的供电煤耗值相分割，单独列出，供电煤耗率再下降7g/kW·h！

（1）这在理论上是什么概念？

（2）又与已经确定的相关效率和供电煤耗值，逻辑上存在着什么联系？

3.4众所周知，依据理论，机组提高初参数，降低排汽终参数（背压），均是提高经济性最基本的常识。仅背压的确定而言，电厂立项、建设之前，是相关电力设计院等单位，按照行业相关规定，对厂址所在地区历史气象、水文、投资等条件进行充分的调查、计算、分析、论证，形成“可研报告”，提交技术评审通过等等，得到的结论。现在推翻原设计5.39kPa(年平均)，降为4.9 kPa(年平均)。

那么：

1）设计采用闭式循环冷却塔冷却的机组，推翻原设计值的依据是什么？

2）以当地气象、水文记录，年平均背压达到4.9kPa，相关设备进行了什么改造？

3）把这个重要边界条件，提供给汽轮机制造厂进行设计，若性能试验期间受气象等条件限制，背压无法达到设计4.9kPa时，则可以对试验结果进行大量修正，从而使其性能达到或接近设计值!

4）而机组实际运行条件下，真实背压水平又几何？

5）业主是愿意接受实际背压下的热耗或煤耗？还是愿意接受经背压修正后的热耗或煤耗？显然是前者！

3.5技术经济性又值几何？

改造单位投资1 100元/每千瓦，计算总投资（不含：贷款年利息、报废设备剩余价值等实际发生的费用）为人民币3.52亿元。以机组年利用小时5 000h，年发电量16亿度，标准煤价格700元/t计。

1）假设，机组经“高温亚临界改造”后，相对改造前，供电煤耗率可以下降31g/kW·h成立。

2）假设，机组在使用寿命30年内，不计设备老化，影响经济性下降等因素，标准煤价格按照700元/t等相关条件，始终保持不变，计算。年利用小时5 000h，投资收回年限为10.14年。

3）若机组实际运行，年平均负荷率70%（实际年平均煤耗将升高），年利用小时分别是4 500h、4 000h呢？投资收回年限又分别是多少年呢？

4）年所获得的经济效益，够不够支付贷款利息与设备折旧等年支出费用？其技术经济性又值几何？

3.6理论与实践相结合，世界上任何事物均存在“利与弊”。采用“高温亚临界等改造”有什么“弊端”？若仅谈“利”，避而不谈“弊”，究竟又出于何种考虑？

4.项目结果确定方式质疑

假设改造项目理论上成立，何以排除“公众”置疑？

依照中华人民共和国颁布的行业相关技术标准与规定，国内、外新投产、改造机组，均应经过第三方技术权威单位进行严格的性能试验、检验、认证之后，由第三方对外发布详细的结果，并通过行业相关规定审查和鉴定，以排除“公众”的置疑。

4.1据“高温亚临界综合升级改造项目汇报交流会”报道：对于高温亚临界综合升级改造技术应用，要以“××280”（设计的供电煤耗）为标杆，......

4.2既然有“这么好的改造效果”！为什么项目在没有严格履行国家任何相关技术标准与规定，完成检验和鉴定的情况下，就迫不及待对外大肆渲染“改造效果”？......

4.3召开一个现场改造项目汇报交流会，便确定了“改造结果”！

4.4若所有项目都可以采用如此做法的话，国家耗资建立的相关电力科学研究院是否还有存在的必要性？

4.5中华人民共和国还有无必要再行使主权，制定符合本国国情的行业相关法律与法规，制定和颁布行业相关技术标准与规定？

参考文献

[1]巴扎洛夫著；沙振舜,张毓昌译.热力学[M].北京：高等教育出版社.1988.02.

[2]沈维道,郑佩芝,蒋淡安.工程热力学[M].北京：人民教育出版社.1965.12.

[3] 蔡颐年.蒸汽轮机[M].西安:西安交通大学出版社.1978.06.

[4]重庆大学.热力发电厂[M].北京:电力工业出版社.1981.05.

[5]林万超.火电厂热系统定量分析[M].西安：西安交通大学出版社.1985.05.

[6]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安：西安交通大学出版社.1994.11.

[7] 杨世铭 ,陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社.2006.02.

[8]周光炯,等.流体力学[M].北京:高等教育出版社.2000.06.

[9]朱小令.汽轮机组结构和存在问题分析判断与解决方法（第5版）[R].西安:西安凤城腾达快印.2019.03.

[10]美国国家标准；施延洲,付昶,王祝成译.ASME PTC46-1996电厂整体性能试验标准[S].北京:中国电力出版社.2015.12.