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“機組供電煤耗不高于278克/千瓦時,相較改造之前的323克/千瓦時降低45克/千瓦時,煤耗指標(biāo)達到國內(nèi)當(dāng)期在役同等級機組的先進水平?!苯?,由哈電集團哈爾濱電氣國際工程有限責(zé)任公司(以下簡稱“哈電國際”)承擔(dān)的國家能源局能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備示范項目——天津國能盤山發(fā)電有限責(zé)任公司兩臺53萬千瓦機組創(chuàng)新升級及延壽改造項目(以下簡稱“盤山項目”)通過整體延壽改造,機組將再次進入新的生命周期,可繼續(xù)服役30年,這是目前國內(nèi)唯一一個通過創(chuàng)新升級機組整體延壽30年的在役煤電項目。
今年8月,國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)的《能源重點領(lǐng)域大規(guī)模設(shè)備更新實施方案》中指出,持續(xù)推動節(jié)能改造、供熱改造和靈活性改造“三改聯(lián)動”,進一步降低煤電機組能耗,提升機組靈活調(diào)節(jié)能力。推動燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)示范應(yīng)用,支撐煤電低碳化發(fā)展。以機組安全性、可靠性為基礎(chǔ),大力推進設(shè)備安全更新改造。盤山項目切實解決了燃煤電廠能耗、排放和靈活性等問題,使老電廠煥發(fā)出新活力,有效填補我國電力裝備升級改造的產(chǎn)業(yè)空白,為國內(nèi)外老舊燃煤發(fā)電機組跨代升級、延壽改造探索新路徑、提供新思路。
打造新時代綜合能源“樣板工程”
盤山電廠是“八五”期間國家重點工程建設(shè)項目之一,也是我國最早一批超臨界燃煤發(fā)電機組,主輔設(shè)備均為蘇聯(lián)生產(chǎn)。兩臺機組分別于1996年2月和5月投產(chǎn),已運行接近28年,電力生產(chǎn)許可證將于2026年到期。由于機組進入壽命后期,三大主機設(shè)備老化已嚴(yán)重影響機組安全可靠運行,機組能耗指標(biāo)落后、靈活性又無法滿足電網(wǎng)要求,面臨著退出運行或關(guān)停的窘境。
“在安全性方面,三大主機設(shè)備老化嚴(yán)重,鍋爐已被評為‘安全預(yù)警’狀態(tài);汽輪機高、中壓缸通流區(qū)域沖蝕減薄,中壓轉(zhuǎn)子已經(jīng)歷3次直軸;發(fā)電機原始端部結(jié)構(gòu)不合理,存在較大安全隱患。”哈電國際國內(nèi)區(qū)域總部工程師劉文斌介紹說,機組純凝工況下供電煤耗為323克/千瓦時,能耗高,經(jīng)濟性差;最大深調(diào)負荷只能維持在60%以上,調(diào)節(jié)速率低于1%,熱、電無法解耦。
2022年9月,哈電國際與天津國能盤山發(fā)電有限責(zé)任公司正式簽訂創(chuàng)新升級及延壽改造合同,合同范圍主要為鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及附屬設(shè)備供貨、技術(shù)資料及技術(shù)服務(wù)等,哈電國際總包,哈電集團三大主機廠負責(zé)設(shè)備供貨。該項目采用創(chuàng)新改造升級的模式,既可實現(xiàn)主機延壽30年,又可實現(xiàn)低投資、高收益目標(biāo),對盤活現(xiàn)存的老舊燃煤發(fā)電機組,實現(xiàn)煤電企業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。
實際上,盤山項目是哈電集團與國家能源集團集團聯(lián)合申報的,被國家能源局列為“2021年度能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備”的示范項目。該項目應(yīng)用了哈電集團多項煤電“三改聯(lián)動”先進技術(shù),是國內(nèi)首個實現(xiàn)溫度及壓力跨代升級改造的燃煤火電機組項目,也是國際首例同類型機組改造項目,為國內(nèi)外老舊機組創(chuàng)新升級及延壽改造提供了“樣板”。
據(jù)了解,盤山電廠地處京津冀一體化協(xié)同發(fā)展的核心區(qū)域,是區(qū)域能源保供的重要支撐,同時承擔(dān)著天津薊州城區(qū)1000萬平方米的供熱任務(wù)。服役以來,盤山電廠對京津冀一體化發(fā)展及該地區(qū)的民生保障發(fā)揮了重要作用。此次改造項目將成為國家能源集團與哈電集團新時期合作的樣板工程,雙方聯(lián)手打造能效領(lǐng)先、綠色低碳、智能智慧、和諧美麗的冷熱汽水電多聯(lián)供綜合能源服務(wù)中心,成為京津冀一體化協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐。
煤電“三改聯(lián)動”先進技術(shù)世界首創(chuàng)
盤山項目是我國能源領(lǐng)域首臺套重大技術(shù)裝備示范項目、樣板工程,也是應(yīng)用哈電集團多項煤電“三改聯(lián)動”先進技術(shù)的世界首創(chuàng)項目。
“在盤山項目中,哈電國際充分利用盤山電廠原有系統(tǒng)、設(shè)備和主廠房框架、基礎(chǔ),結(jié)合延長機組壽命,采用多項創(chuàng)新升級技術(shù),將現(xiàn)有兩臺53萬千瓦俄制超臨界機組升級改造為國產(chǎn)高效超超臨界機組,改造后機組能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)峰能力達到20%THA,進而極大提高了電網(wǎng)適應(yīng)性。”劉文斌介紹說,機組供電煤耗不高于278克/千瓦時,相較改造之前的323克/千瓦時降低了45克/千瓦時,機組具有高參數(shù)、深調(diào)峰、大抽汽、智慧化等特點。
盤山電廠原汽輪機為超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機,設(shè)計參數(shù)為23.54兆帕/540攝氏度/540攝氏度。改造后主機參數(shù)達到在役機組最先進的28兆帕/600攝氏度/620攝氏度等級,首次實現(xiàn)機組運行參數(shù)的整體跨代升級。
本次改造在汽輪機基礎(chǔ)利舊的基礎(chǔ)上,采用了新型小焓降反動式葉片、全周進汽加補汽閥調(diào)節(jié)、預(yù)扭裝配式隔板(靜葉柵)、高壓內(nèi)缸采用紅套環(huán)、疊片式進汽插管密封、AIS智慧化汽封系統(tǒng),冬季大抽汽供熱,柔性切缸零出力等多項創(chuàng)新技術(shù),改造后供熱能力得到大幅度提升,單機最大抽汽量能夠達到880噸/小時,供熱能力提高2倍以上,機組熱耗、效率將達到國內(nèi)當(dāng)期在役同等級機組的先進水平。
盤山電廠原鍋爐為53萬千瓦等級T型直流超臨界參數(shù)鍋爐。本次改造鍋爐通過對鍋爐爐膛選型、受熱面優(yōu)化布置、爐內(nèi)燃燒特性、多種耦合汽溫調(diào)節(jié)方式及偏差控制策略、預(yù)測控制及遠程診斷等方面研究,開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效環(huán)保、安全低碳、靈活智慧53萬千瓦超600攝氏度等級T型高效超超臨界變壓運行直流鍋爐,其技術(shù)指標(biāo)達到國內(nèi)當(dāng)期在役同等級機組的先進水平。
鍋爐整體改造成為世界首臺一次中間再熱、墻式對沖燃燒的高效超超臨界“T”型鍋爐,廠房主要鋼結(jié)構(gòu)加固利舊,鍋爐受熱面全部升級換新,其中水冷壁采用螺旋+垂直管圈布置結(jié)構(gòu),過熱器和再熱器非對稱布置,省煤器分級布置以實現(xiàn)寬負荷脫硝,從而達到低負荷穩(wěn)定燃燒。
盤山電廠現(xiàn)有TBB-500-2EY3型汽輪發(fā)電機存在夏季進水、冷氫溫度超標(biāo)、定子端部振動大等安全問題,為該項目開發(fā)和研制的53萬千瓦水氫冷汽輪發(fā)電機完全采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)設(shè)計,采用了包含大型水氫冷汽輪發(fā)電機的高效精準(zhǔn)電磁設(shè)計、通風(fēng)冷卻、高可靠性絕緣、定子隔振結(jié)構(gòu)、定子鐵芯端部屏蔽和結(jié)構(gòu)、高可靠性定子繞組端部固定支撐系統(tǒng)、高效轉(zhuǎn)子全隱風(fēng)斗式冷卻等多項關(guān)鍵設(shè)計技術(shù),與原俄制發(fā)電機相比效率高、短路比高,結(jié)構(gòu)先進成熟可靠,技術(shù)參數(shù)達到國內(nèi)當(dāng)期在役同等級機組的先進水平。
為國內(nèi)外老舊機組創(chuàng)新升級改造提供示范
新時期下,煤電在我國能源體系中的地位和作用被重新定義:嚴(yán)格控制新增煤電項目,新建機組煤耗標(biāo)準(zhǔn)達到國際先進水平,有序淘汰煤電落后產(chǎn)能,加快現(xiàn)役機組節(jié)能升級和靈活性改造,積極推進供熱改造,推動煤電向基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源并重轉(zhuǎn)型。
今年7月,國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)的《煤電低碳化改造建設(shè)行動方案(2024—2027年)》也提出,到2025年,首批煤電低碳化改造建設(shè)項目度電碳排放較2023年同類煤電機組平均碳排放水平降低20%左右;到2027年,較2023年同類煤電機組平均碳排放水平降低50%左右,接近天然氣發(fā)電機組碳排放水平,給煤電機組升級改造提出了新的要求。
“盤山項目改造過程中充分利用盤山電廠現(xiàn)有條件,采用參數(shù)跨代升級、大抽汽供熱、深度調(diào)峰、熱電解耦等創(chuàng)新升級技術(shù),實施煙氣綜合治理,以提高機組安全性、可靠性、經(jīng)濟性和靈活性。”劉文斌介紹說,盤山項目突破了機組非標(biāo)設(shè)計、利舊設(shè)備系統(tǒng)與新設(shè)備系統(tǒng)的集成耦合等技術(shù)難點,研發(fā)并形成機組跨代升級的關(guān)鍵技術(shù)、研究成果及技術(shù)路線,最終將盤山電廠打造成為安全可靠、低碳高效的高品質(zhì)區(qū)域清潔能源中心,為國內(nèi)外老舊機組創(chuàng)新升級及延壽改造提供示范。
哈電國際以先進設(shè)計、高端制造和專業(yè)服務(wù)將盤山項目打造成精品工程和示范項目,真正踐行“一次選擇、一生服務(wù)、終生相伴”的服務(wù)理念。項目伊始,哈電集團就將該項目列入集團公司十大重點項目之一,哈電國際精挑細選經(jīng)驗豐富的團隊作為項目執(zhí)行者,并將國際項目經(jīng)驗應(yīng)用到本項目中,三大主機公司調(diào)動全集團最優(yōu)秀的技術(shù)專家參與項目前期設(shè)計研發(fā),精雕細琢改造方案,根據(jù)現(xiàn)場需求按時完成設(shè)備供貨。各參建方集智攻關(guān),諸如鍋爐鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)方案難點,鍋爐鋼結(jié)構(gòu)和汽機房、電氣樓鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)合核算、汽輪機基礎(chǔ)加固補強等問題得到有效解決。
據(jù)統(tǒng)計,與盤山項目同類在運的國外機組共有45臺,其中50萬千瓦等級22臺,80萬千瓦等級23臺。這些機組大多位于哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、俄羅斯、白俄羅斯等“一帶一路”沿線國家,且均面臨延壽升級改造,通過盤山項目積累的延壽升級改造經(jīng)驗與多年國外執(zhí)行項目經(jīng)驗,哈電國際將深耕俄制機組改造市場,從而帶動中國裝備、中國技術(shù)、中國制造走出國門。
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