传统发电迎来“绿色新生”

　　近期，西门子参与建设了美国最清洁的火力发电厂之一，Lodi Energy Center，这座使用联合循环技术的电厂位于加州洛迪市，装机容量300兆瓦、发电效率超过57%。

　　本报记者 李斌叶松亭

　　因为具有“清洁”等优点，光伏、风力发电等新能源项目近年来吸引了不少的关注，相比之下，传统的火力发电则在部分人眼中成了一种“垂垂老矣”的发电方式。

　　然而，中电联今年1月公布的2012年全国电力工业运行简况显示，火电仍是中国电力最重要的来源。据统计，火电发电量占全国发电总量的78.6%，位列第二位的水电仅占17.4%，而核能与太阳能、风能等相加仅占4%。换言之，只要火电的发电效率提高5%，多发的电量就等于核能、太阳能等新能源发电量的总和；如果效率能提高22%，就等于所有水电站发电量之和。

　　在此情况下，通过技术手段持续提高火力发电效率、减少火电排放，其对国家节能、环保的意义不言而喻。

　　目前在火电领域诞生的新技术很多，其中，联合循环技术、超超临界技术和低氮燃烧技术分别代表了三种不同的发展方向。

　　从启动到并网带初负荷仅需7分钟

　　所谓“联合循环”技术，简单来说就是“一气两用”：将燃气轮机排出的高温废气，通过余热锅炉回收转换为蒸汽，进入蒸汽轮机后驱动其运转，两台轮机都将动能输送至发电机进行发电。废气再次进入锅炉，进一步将其中蕴含的热能转化为动能，降低最终排出气体的温度，这样不仅环保，还能省燃料。

　　联合循环技术并非今天才有，但这种技术一直在不断发展。近期，西门子参与建设了美国最清洁的火力发电厂之一，Lodi Energy Center，这座使用联合循环技术的电厂位于加州洛迪市，装机容量300兆瓦、发电效率超过57%。而资料显示，中国现有的煤炭火力发电效率约为36%，如果能提高到57%，可以在关闭近四成火电厂的情况下提供等量的电力。

　　除了发电效率高，启动速度快是联合循环技术的另一大优点，其工作原理是在开机之初关闭运转较慢的蒸汽轮机，只启动燃气轮机，产生足够的热能后，再切换到联合循环模式。

　　这一特点对拥有高比例可再生能源电力的洛迪市来说意义非凡，因为风电和光伏发电的稳定性不够，而能够迅速启动的火电，刚好可以用来及时“补缺”，快速平衡新能源发电导致的电力供应波动。

　　这一特点对于人口众多、电力应急事件频发的大都市而言同样实用。上海申能临港燃机发电厂也是使用联合循环技术的火电厂，该厂使用西门子技术制造的SCC5-4000F型燃气轮机机组，可以在短时间内启动备用燃机，不再需要一个燃煤发电厂总保持运转状态。

　　申能临港燃机发电有限公司总经理陈伟庆介绍说，每年他们需要应对如停电、用电高峰等上百次应急事件，使用新技术的燃机从启动到并网带初负荷仅需7分钟，热态30分钟左右就可带联合循环负荷，而一般的燃煤机组从启动到高负荷热态运行，通常需要半天时间。

　　我国超超临界技术发展迅速

　　通常的燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电，蒸汽的温度和压力越高，发电效率就越高。在374.15摄氏度、22.115兆帕压力下，水蒸气的密度会增大到与液态水一样，这个条件便叫作水的“临界参数”，比这还高的参数便叫作“超临界参数”，如果将温度和气压升高到600摄氏度、2528兆帕区间，蒸汽就将进入“超超临界”状态。

　　一般来说，超临界机组的热效率比亚临界机组高2%～3%，超超临界机组的热效率比超临界机组又要高约4%。以外高桥(600648,股吧)第三发电厂为例，其能效每提高1%，降低的二氧化碳排放量就等于2.5万辆小轿车一年的排放量。据报道，各国很早就开始研发超临界和超超临界技术。

　　美国最早发展这些技术的国家。世界第一台超临界参数机组便于1957年诞生在美国，目前超临界机组占美国大型火电机组的30%以上，容量以50～80万千瓦为主。世界首台超超临界火电机组的设计和制造，则于上世纪60年代初在美国完成。

　　俄罗斯是发展超临界机组最坚决的国家。1963年，前苏联第一台30万千瓦超临界机组投入运行，现有超临界机组200多台，占总装机容量50%以上，其30万千瓦以上容量机组全部采用超临界参数。目前，俄罗斯研制的新一代大型超超临界机组采用参数为28～30Mpa/580～600℃。

　　相比美国、俄罗斯，中国的超临界、超超临界技术起步较晚。我国于上世纪80年代后期开始从国外引进30万千瓦、60万千瓦亚临界机组，第一台超临界机组于1992年6月投产于上海石洞口二厂，从引进到完全消化吸收，用了近20年。

　　然而，近年来我国自主的超临界技术和超超临界技术发展较快，国产超临界发电技术从2000年起步到投入商业化运行只用了3年时间，而国产百万千瓦超超临界技术从项目研发到2006年首台机组投运仅用了4年。

　　超超临界机组的技术关键在于汽轮机的大型部件，如汽轮机转子、叶片、锅炉管等，尽早攻克电站关键用材和大型铸锻件的制造技术是突破超超临界技术瓶颈的重要一步。国家近年来已经组织高校和企业对此进行了多项技术攻关并取得不少成果。

　　如，由上海重型机器厂有限公司等负责的高中压缸体试制，形成了冶炼、铸造、热处理、焊补等成套生产工艺，产品已用于600MW汽轮机；由宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司负责、上海锅炉厂有限公司参与开发的奥氏体不锈钢管，其冶金质量已相当于进口材料的水平，在650℃的高温下持久强度可达99MPa；由上海汽轮机有限公司等负责开发的叶片和螺栓用高温高强度材料已实现产业化，年产约600吨，安装有该部件的山东黄岛和安徽宿县等电厂发电机组已投入正常运行；由上海新闵重型锻造有限公司等负责开发的汽轮发电机用高强度穿心螺杆材料，已成功用于1000MW级发电机等。

　　NOx已降至每立方米100毫克以下

　　火电厂的燃料在燃烧过程中会产生氮氧化物，统称为NOx，主要包含NO和NO2。这些氮氧化物容易在阳光照射下形成光化学烟雾，也容易溶于水形成酸雨，对人体、树木、建筑物等造成极大损害。所以传统火电厂技术改造除了要节能，更要减排，尤其是设法减少氮氧化物的排放量。

　　低氮燃烧技术便是为了实现减排目的而研发的系列技术的一个统称，它主要指通过控制燃烧区温度、降低反应区内的氧浓度以及缩短燃料在高温区停留的时间，以此来减少氮氧化物的产生和排放。

　　几乎所有低氮燃烧技术的设计均基于这一原理，以空气分级技术为例，主要办法是将燃料燃烧所需的空气分阶段送入炉膛。先将理论空气量的80%送入主燃烧器，形成缺氧富燃料燃烧区，在燃烧后期将燃烧所需空气的剩余部分以二次风形式送入，使燃料在空气过剩区燃尽，抑制其生成。

　　中国电力网今年1月份刊登的一篇文章显示，我国已在此技术领域取得一定突破。文章指出，去年底，烟台龙源电力技术股份有限公司承担的“煤粉锅炉安全高效超低氮氧化物燃烧技术研究及应用科技攻关项目”，在国华宁海电厂3号锅炉完成初步调试，氮氧化物排放达到100毫克/标准立方米以下，远低于国家现行规定最低排放指标。

　　国家环保部最新修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定，从2014年7月1日开始，将对现有火力发电锅炉执行氮氧化物排放限值100毫克/标准立方米的标准。