创新与超越--世界首创煤电高低位布置示范工程瞭望

如果将来采用700℃材料和全部创新技术，将1350MW二次再热的温度提高到700℃等级，则其供电效率可达53%，对应于供电煤耗231.76g/kWh。

值得注意的是，上面说的供电煤耗是在满负荷下的，由于平山二期采用了提高部分负荷效率的措施，包括弹性回热、广义变频中心等，使得部分负荷下的效率下降比较平缓。这在当前煤电调峰运行形势是有相当意义的。

4 低排放的工程

常规污染物的超低排放已经不是问题平山二期设计烟尘排放浓度低于5mg/m3，SO2排放浓度低于15mg/m3，NOX排放浓度低于20mg/m3，比超低排放的标准还低。

更重要的意义在于碳排放。

2015年8月3日，美国环境保护署公布了《新排放源性能标准》(NSPS)，将美国新的煤电CO2排放标准严格控制在年均636g/kWh以下(基于发电煤耗)。如果按美国同样的基准计算，则“251工程”CO2排放为635.4g/kWh，低于美国新煤电机组碳排放636g/kWh的准入标准。这里可以看到“251工程”对于燃电CO2减排的重大意义：“251工程”不但对常规污染物超过天然气排放标准的要求，实现了真正的超低排放，而且是在一个相当长的时间内，燃煤电厂CO2减排的最主要的措施，预计在不需要昂贵和高能耗的碳捕捉与埋存(CCS)技术的情况下直接达到美国新的碳排放标准。即使在美国，通过CCS来解决燃煤电厂的CO2减排，由于CCS的技术、能耗、投资和CO2埋存的诸多方面的问题和许多不确定的因素，解决燃煤电厂CO2也是不现实的，更不用说在中国了。“251工程”将重新定义煤电在发电技术中的地位。尤其对于中国这样以煤为主的国家意义非凡，这将使得煤电在战略地位、能源安全、经济性、环保性、可靠性、碳减排合规等方面都统一起来。

5 可靠的工程

“251工程”采用的技术均有可靠的应用。同平面的分轴布置是成熟的;二次再热是成熟的;1350MW级的锅炉在美国、德国均有业绩。例如德国Neurath2x1100MW超超临界机组燃用高水份褐煤，于2012年投入运行。采用塔式炉技术，炉膛截面26x26米，锅炉高度170.7米。如果燃用烟煤，相当于出力可以达到1500MW。

对于二次再热锅炉，其对流受热面数量与辐射受热面的比值远高于一次再热，而塔式锅炉在对流受热面布置的灵活性方面具有先天性优势。此外，塔式炉具有热偏差小，对流受热面磨损率低、水动力好等，尤其是特大型锅炉，在这些方面有着显著的优势。因此，“251工程”选用塔式炉，与外三锅炉(原阿尔斯通技术，上锅制造)一样。

高位机平台采用现有成熟的弹簧汽轮发电机基础，能解决高位机振动能量的吸收问题。平台由带钢斜撑的钢筋混凝土框架支撑，该框架通过铰接樑与锅炉主钢结构连接，防止在地震及风载荷的情况下出现不同步位移，导致高位机与锅炉联箱间的短管承受不可接受的应力。高位机的混凝土支撑框架的外围采用轻型钢架，并与其链接，形成传统意义上的汽机房。机组辅助系统的主要大件设备，例如高、低压加热器、除氧器等考虑布置于高位机的支撑结构内。此外，集控室也布置在此框架内，从而还能大量节约电缆及桥架等材料的投资，施工费用也同步下降。德国Linen 800MW机组采用了弹簧支持。

发电机是由600MW级和800MW级的常规发电机组成，而不是一个1350MW的特大型发电机。

6 经济的工程

申能股份有限公司于2017年1月23日公告，平山二期项目动态总投资53.9亿元，即单位千瓦动态投资约3993元。据报道国电泰州2x1000MW超超临界二次再热总投资为83亿元，每单位千瓦4150元。即平山二期单位千瓦投资与近期常规1000MW超超临界二次再热机组基本在同一水平，但供电煤耗要低19.5g/kwh左右(按266.18-246.66计算)，是经济的工程。1350MW的出力，不仅释放了性能的潜力，也有利于降低单位千瓦投资。

7 面向未来的工程

未来一旦700℃材料成熟，平山二期所代表的高低位分轴布置二次再热技术在提高机组效率和降低昂贵管道费用方面的优势将更加突出，很有可能成为唯一选择。

已有大型发电集团对开发建设中等容量的高低位二次再热机组感兴趣。

我国有大约3亿千瓦左右的300/600MW级亚临界机组，如何进行提效改造?冯伟忠教授申请并于2014年4月16日获得了实用新型专利“一种高低位布置的高温亚临界机组”(专利号ZL201320548936.9)。平山二期的示范，将有助于未来亚临界的创新性改造。

8 坎坷的工程

“251工程”从核心专利的授予，到工程化研究论证，到示范项目落地，历经了坎坷。一方面，冯伟忠与外三的创新在不断实施、丰富;另一方面，人们的认识也需要有个过程。

2009年-2011年，外三先后与华东电力设计院、德国阿尔斯通(现归美国通用电气)、德国西门子等合作，就基于现有材料和装备技术，对高低位布置的工程化应用进行了研究论证。早期是希望放在外三9号机。

2014年12月，某中字头的公司在评估“251工程”技术方案时一度把它给否定了，认为在工程投资、节能效益乃至示范意义存在不确定性。

社会上，也有的专家调侃降了1g/kWh，把“251工程”说成250工程。

经过申能、外三的沟通和补充材料，也在有识之士的支持下，形势发生转机。

2015年4月13日，国家能源局电力司发函，委托电力规划设计总院“开展申能股份有限公司新型高效洁净燃煤发电项目评估”。

2015年12月31日，国家能源局发布“国能电力【2015】463号”文，同意将申能安徽平山电厂二期工程列为国家示范工程。虽然依托项目没有在外三9号机，毕竟可以落地了。

申能股份有限公司于2017年1月23日发布公告：公司全资控股的安徽平山电厂二期工程国家示范项目已获核准。

2016年6月7日，申能股份有限公司成立安徽淮北平山电厂二期工程筹建处，任命冯伟忠任筹建处主任。

2016年10月12日，安徽淮北平山电厂二期工程举行奠基仪式。

9 结束语

平山二期作为实施“251工程”的示范项目，将成为世界上最高效、清洁的纯凝发电机组，对未来煤电的发展，应对CO2的挑战有着非凡的意义。此时，我脑海里浮现出毛泽东在《星星之火，可以燎原》中描述新中国的一段话：“它是站在海岸遥望中已经看得见桅杆尖头了的一只航船，它是立于高山之巅远看东方已见光芒四射喷薄欲出的一轮朝日，它是躁动于母腹中快要成熟了的一个婴儿”。“251工程”何尝不是如此。它是中国的原创，是世界的首创，将是世界电力的里程碑，更是中国的骄傲。

【主要参考文献】

[1].冯伟忠，李励. 国家煤电示范项目--安徽平山电厂二期1350MW高低位二次再热超超临界机组工程，第十届超超临界机组技术交流2016年会.济南，2017.02.28.

[2]FENGWeizhong. A High Efficiency Coal-fired Power Technology with Elevated and Conventional Turbine Layout. Proceedings ofthe ASME 2017 Power and Energy Conference PowerEnergy 2017.June 26-30, 2017,Charlotte, North Carolina.

[3].冯伟忠. 新型高效超临界机组设计技术研究——高低位分轴布置汽轮发电机组.第九届超超临界机组技术交流年会. 南京: 中国动力工程学会, 2016.01.14.

[4].毛健雄. 汽轮发电机组分轴高低位布置二次再热超超临界技术. 分布式能源，2016年第三期，Vol.1, No.3,PP37-42.

[5].毛健雄. 关于超低排放和节能改造.第二届煤电超低排放和节能改造技术交流研讨会.呼和浩特：中国电力科技网，2016.07.12.

致谢：本文写作过程中得到清华大学毛健雄教授、祁海鹰教授，以及业界专家们的帮助，在此一并致谢。