【揭秘】上海火电的“251工程”为何震撼全球?

     上海“火电”领域将再创世界记录。国家示范性项目――“251”工程，计划今年年内开工，力争2018年底建成。该项目设计供电煤耗可降至251克/度，这是一个全新的世界记录，CO2排放量将低于美国新近推出的“苛刻标准”。

      最近，外高桥第三发电厂总经理冯伟忠收到一封来自美国机械工程师协会(ASME)电力运行与维护技术委员会副主席克里斯玛塞拉C.E.M.的来信。来信是邀请冯伟忠及其团队参加2016年度ASME电力与能源大会，在会议中作为大会主题演讲人发言，并已提名冯伟忠为ASME电力部分最高荣誉――委员会主导者奖。

      ASME有134年历史，是制造业领域世界权威，包括中国在内世界上90多个国家进出口机械工程设备的参考标准由其制定。中国企业家受此高规格邀请，在ASME历史上并不多见。

      251工程：有望突破不可跨越的界限

      吸引ASME的除了冯伟忠以往的技术创新，还有上海申能公司正在紧锣密鼓筹划的国家示范性项目“251”工程。这个全球瞩目的工程选址安徽平山电厂，总投资50亿元左右，计划今年年内开工，力争2018年底建成。

      “251”工程是一台135万千瓦的二次再热超超临界机组，采用的是冯伟忠独创的“高低位分轴布置的汽轮发电机组”技术以及其他一系列创新技术，设计供电煤耗可降至251克/度。这是一个全新的世界记录。更重要的是，这一工程CO2排放量有望低于美国新近推出的“苛刻标准”。

      如今，美国环境保护署(EPA)要求，新建煤电的排放要达到636公斤/毛兆瓦时限值。美国国家电力研究院(EPRI)权威专家专门出具报告称，当前技术水平最高的超超临界(USC)燃煤电厂能达到800公斤/毛兆瓦时，而尚在研究中的下一代先进超超临界(A-USC)电厂也将仅达750公斤/毛兆瓦时。此外，目前较为热门的CO2捕捉和储存技术不具有商业竞争力，其技术发展前景存在变数。因此，EPRI的结论是，除非能进行大比例的热电联供，否则煤电技术将来无论如何发展也无法突破“636公斤/毛兆瓦时”的限值。

      然而，“外三”电厂超超临界机组应用后，机组效率已达到46.5%(满负荷额定工况)，对应CO2排放量约为670公斤/兆瓦时。而有望于2018年投入运营的平山二期超超临界机组，CO2排放量有望低于“636公斤/毛兆瓦时”的排放限值。

      “冯教授的成就将可能令全球对于燃煤电厂CO2排放量的认知模式发生转变。” 克里斯玛塞拉C.E.M.表示。“原以为，美国的新燃煤电厂建设项目几乎完全被美国环保局规定的CO2排放限值所消灭，而冯教授的技术由于能够实现满足美国环保局规定的CO2排放限值，从而有望使整个火电行业获得重生和复兴。” 克里斯玛塞拉C.E.M.对正在设计中的“251工程”给出如此评价。

      杀手锏：高低位分轴布置的汽轮发电机组

      这是如何做到的?“杀手锏”就是“高低位分轴布置的汽轮发电机组”。

      冯伟忠解释说，对火电厂而言，一公斤标准煤的发电量很大程度上取决于蒸汽参数，蒸汽压力、温度越高，理论上能够发的电也就越多。而温度比压力对效率的影响更大，所以现在世界上火电专家都在研究如何提高温度来提升发电效率。比如，现在所用的超超临界机组中的蒸汽达到600多摄氏度(USC)，目前全球正在挑战700摄氏度大关(A-USC)。

      但这一路径遇到了不少阻力，问题主要出在材料上。冯伟忠称，“到了700摄氏度，一般钢材不行，需要用到一种叫做‘镍基超级合金’的材料。”冯伟忠说，与我们现在超超临界600摄氏度等级的材料价格相比，700摄氏度材料价格要再乘以十。”冯伟忠称，“仅高温蒸汽管道就将占到造价增加的绝大部分，买这些700摄氏度的管道就要几十亿元。”因此，同等容量的下一代A-USC电厂的造价要相当于现有超超临界电厂造价的一倍，但煤耗仅下降约20克/千瓦时，商业价值不高。

      “我脑筋急转弯，把具有多个汽缸的汽轮机给拆了，一部分放到锅炉上去，从而省却绝大部分的高温高压管道。这不但能大幅度降低投资，而且管道短了，阻力变小，散热损失小了，效率还更高。”冯伟忠称。德国西门子公司深入研究后对此技术给予高度评价，该技术能大大提高火力发电机组的净效率，是改革高污染发电行业变身排放绿色产业的唯一机遇，是引领世界煤电继续发展的技术。

      这，并不是凭空奇想。冯伟忠凭着一次次大胆创新，将世界先进水平火电机组整整向前推进了一代。2008年，冯伟忠主持建设并运行的“外三”超超临界火电机组问世，即在世界火电业树起新标杆――每度电平均运行煤耗287.44克。数字背后，“外三”独揽18项节能减排行业纪录，包括12项世界首创和6项国内首创的技术创新。

      2009年，“零能耗脱硫技术”、“广义回热技术”等多项节能降耗技术创新措施齐下，“外三”单耗再下探至282.16克。2010年，凭借“冯式创新”组合拳，“外三”相继实施“弹性回热技术”和“节能型快速启动技术”等技术改造，在全球火电业首次叩开“280克大关”――平均每送出一度电煤耗降至279.39克。2011年，“外三”两台机组实际运行供电煤耗更是降至276.02克/千瓦时，再次大幅刷新自己保持的世界纪录。

      破悖论：环保和企业效益并非对立体

      外三的技术创新，更悄然改变着整个电力行业的环保理念。

      日渐严重的雾霾，让火电企业压力倍增。一时间，在电力行业，一场前所未有的节能减排风暴正在刮起：“超低排放”、“超净排放”成为大家耳熟能详的词语。

      2014年7月1日，史上最严的《火电厂大气污染物排放标准》开始实施，新的标准出台后引起巨大反响，《中国电力报》曾刊登专家文章，标题为《压垮骆驼的最后一根稻草》来抨击新的标准。先来看指标对比：氮氧化物(NOx)的含量从450毫克/立方米“垂直下降”至100毫克/立方米，二氧化硫(SO2)的含量从200毫克/立方米下降至50毫克/立方米，烟尘含量从50毫克/立方米下降至20毫克/立方米(重点地区)。不少电力专家认为，其中有些排放标准比欧盟国家标准还要严格。

      “指标下降的绝对值十分大。”对于当时大多数电厂掌握的技术来看，能想到的无非就是增加过滤次数。“这就好比洗衣服时‘过’肥皂水一样，同样多的水，但第一次过掉的肥皂最多。”冯伟忠解释道。也就是说，如果减少排放，只是通过增加过滤次数的话，那么成本会上升不少，但减排的边际效益会出现明显下降。

      不少人认为，越高的环保标准往往意味着更高的能耗和运行成本，这对企业是一种负担。

      而外三研发的创新技术破解了这一矛盾。2012年3月，环保部来外三看过后惊喜地发现，对于新标准中争议最大的NOx排放限值，外三早已优于新标准限值，其当年前两个月的平均排放仅为64.12毫克/立方米，事实上，还可以轻易降至30毫克/立方米以下。有环境科学专家在看了外三在线排放数据曲线后感慨，“要不是亲眼所见，无论如何也无法想象。”这给环保部门一个强烈的信号：技术上没有障碍。

      更让环保部吃惊的是，外三取得这些减排效果，国家并没有投过一分钱。不少电厂都为减排发愁时，外三为何有这么大的积极性?原来，外三的减排不是“增能”，而是“降耗”。

      全天候脱硝技术就是一例。当时，掌握脱硝技术并不稀奇，但当发电负荷较低时，就不能用选择性催化还原法(SCR)来脱硝了，因此，一般电厂的脱硝投入率仅70%。但这一世界性难题，被冯伟忠攻克了。外三一台机组脱硝的效果相当于其他电厂同类型2台机组在脱硝。不仅如此，外三机组投产后，重点投向了节能型的环保技术创新领域。比如，零能耗脱硫技术、节能型高效除尘、低氧低氮高效燃烧技术等一系列创新技术，使得环保刷新了多次世界纪录，但能耗持续降低。

      这再次回答了不少人的疑问：环保和企业效益并不是对立体，可以变成良性互动。

      外三一次次的技术创新既坚定了环保部推出严格标准的信心，同时，严重的雾霾和国家严控东部地区新建煤电的举措，也让同行清醒地认识到：环保，电力行业无法置身事外。不少电厂纷纷开始“技术自救”，向“超低排放”转变。

关键字:   全球 震撼 为何 工程 揭秘