国家能源集团江苏泰州电厂关键技术创新纪实

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  运行控制技术是实现各项设计性能指标的重要环节,是火电机组的“大脑”和“神经中枢”,是我国二次再热发电技术自主知识产权的重要组成部分。只有通过高性能控制系统和控制策略有效地监测和控制,机组的生产过程才能适应智能化、复杂化、大型化、精密化运行控制需求。提升运行控制技术因此也成为火电行业的“刚性需求”。

  运用运行控制技术是“初心”

  以上关键技术创新支撑建成了世界首台百万千瓦二次再热燃煤发电机组,控制策略先进、系统性能稳定可靠,成功经受了大幅度的变负荷、RB及100%甩负荷等恶劣工况的考验,顺利实现了机组高质量投产。

  不忘初心、砥砺前行,在示范工程的带动下,“高参数、大容量二次再热机组运行控制关键技术”项目成果得到迅速推广应用。研发成果在国家能源集团、大唐集团等发电集团的8台660MW和1000MW机组上得到直接应用。截止2019年底,两台机组累计发电509亿千瓦时,实现产值154.5亿元,利润总额26.8亿元,上缴各项税费17.3亿元。节约标煤363万吨/年,二氧化碳减排1016万吨/年,创造了巨大的经济和社会效益。

  提升运行控制技术是“刚需”

  创新运行控制技术是“核心”

  该项目成果入选国家“十二五”科技创新成就展和阿斯塔纳世博会,习近平总书记两次亲临展台,做出“煤电是件大事,一定要搞好”的重要批示。

  近日,江苏省政府发布《关于2019年度江苏省科学技术奖励的决定》,国家能源集团江苏公司泰州发电厂《高参数大容量二次再热机组运行控制关键技术》项目获江苏省科学技术三等奖。

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  该项目研发了百万千瓦二次再热机组关键控制策略。通过开发二次再热机组数学模型和控制方法,针对二次再热锅炉水冷壁和高温受热面安全性与汽温调节匹配难题,突破传统汽温控制策略设计理念,发明了匹配复合式受热面布置的协同调温技术,开发了受热面壁温偏差控制关键技术;研发了基于多功能组群协同优化调度的机组级自启停控制技术;研发了三级旁路“7态”方式全程自动控制策略。

  国家能源集团江苏泰州电厂世界首台百万千瓦超超临界“二次再热”燃煤汽轮发电机

  我国能源发展面临高效清洁低碳的多重挑战。研发新一代的高参数大容量二次再热发电技术,对进一步提升燃煤发电效率、减少煤炭消耗、降低污染物和二氧化碳排放具有重要意义。但机组系统结构庞大复杂,是控制难度最大的工业过程。

  该项目突破了百万千瓦二次再热燃煤电站运行调试关键技术。建立了首部百万千瓦二次再热机组全过程运行导则,创立了百万千瓦超超临界二次再热燃煤电站的整体调试运行体系,实现标准化规范化的机组安装、调试、启动、运行调整和事故处理,保障了示范机组长期连续稳定高效运行。

  该示范工程为我国大力实施节能减排战略和“一带一路”战略做出了重大贡献,有力践行国家创新绿色发展战略,取得了一系列具有自主知识产权的核心技术,打破了国外的技术垄断,推动了燃煤的清洁高效利用,促进了节能减排,培养了一批科技创新人才,实现了我国火力发电技术上的突破,引领了行业技术发展的方向,奠定了我国在该领域国际领先地位。

  该项目经济和社会效益显著。自2015年9月份投产以来,该厂两台机组一直稳定可靠经济运行,其中3号机组实现无故障运行1025天,实现最多连续运行记录363天。

  在国际上,美国率先开展了高参数二次再热发电技术的研发及应用(美国Philo电厂125MW机组,31MPa/621℃/566℃/566℃和美国Eddystone电厂325MW机组,34.3MPa/649℃/565℃/565℃),但早期的超临界二次再热机组超越了当时的技术水平,在高温耐热材料、运行技术、自动控制等方面不能满足要求,机组投运后出现了汽轮机高压缸变形和锅炉过热器受热面超温等问题,不得不降温降压运行。此后,日本、丹麦等国选择了降参数二次再热技术路线(28~31MPa/ 550~580℃),最高蒸汽参数为31MPa/566℃/566℃/566℃(日本川越电站700MW机组,机组容量/压力最高)和28.5MPa/580℃/580℃/580℃(丹麦Skrbk 3号415MW机组,温度最高)。高参数大容量二次再热发电技术发展遭遇瓶颈。

  国家能源集团江苏泰州电厂集控室

  国家能源集团江苏泰州电厂全景

  清洁高效利用煤炭资源是火电人的初心和使命。该厂敢为人先,在别人没有成功的路上披荆斩棘。从2010年开始,该厂联合北京国电智深控制技术有限公司,依托国家科技支撑计划、省部级产业化重大项目、企业自主项目等科技项目,对二次再热机组调试运行技术、关键控制策略、控制系统研发等方面进行攻关,攻克了高参数大容量二次再热复杂热力系统控制、两级再热汽温精准调节、受热面壁温偏差调控、汽轮机三缸联合启动、大规模复杂控制系统开发及机组安全可靠运行等难题,为世界首次将两级再热蒸汽参数提升至610℃以上、容量提升至1000MW级提供了坚实保障。

  该项目研制了百万千瓦二次再热机组成套自动控制系统。研制的自主知识产权控制系统解决了复杂的多系统协同二次再热机组安全可靠运行、快速平稳控制、工控系统信息安全等难题。从而首次实现“中国脑”在二次再热机组的成功应用。

  第三方测试结果表明,机组发电效率47.82%,供电煤耗266.3克每千瓦时,比国内最先进一次再热机组降低6.3克每千瓦时;蝉联中电联2016年至2018年三年全国能效指标竞赛前两名;荣获“国家煤电节能减排示范电站”称号;国际能源署2015―2016年发布3份研究报告均将示范工程列为国际发电效率最高的燃煤机组;专家鉴定认为:“整体技术达到国际领先水平”。

  该厂二次再热项目共获授权发明专利8项,实用新型专利10项,软件著作权5项,标准10项,论文75篇,在调试关键技术、关键控制策略、成套自动控制系统三个方面实现自主创新。


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