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【独家】“大火规”参与者致信本报:对朱小令先生质疑外三电厂节能减排和创新技术问题的评述
2015-08-04 17:05  · 来源:中国能源报  · 作者:张建中、葛增茂  · 责编:王长尧

  6月30日,一篇题为“一评:上海外三电厂‘创新节能减排技术’及‘251工程’质疑”的文章,在微信公众号上出现,由于是对有着世界最低煤耗记录的发电企业的质疑,因此,很快在电力行业内外引起了围观和热议。并且在7月20日,由同一作者推出的“二评”又在网上出现,再次将该话题加热。

  由于在“一评”和“二评”中多次出现了“大火规”(大型火电机组设计规程),近日,两位曾参加过两次“大火规”修订的设计专家致信《中国能源报》,就此事发表了其个人观点。

  兼听则明,本期我们推出该文。

  文/张建中、葛增茂(2000及2011版大火规修订工作参与者)

  朱小令先生在质疑外三电厂的文章中声称要以理论为基础,事实为依据,提出了多项质疑。从我们旁观者角度,对于朱先生早期在汽轮机节能改造中取得过的一些成果是表示尊重的,以他的实际经验对外三电厂的技术创新或成果进行一些评论或提出一些不同看法也是无可非议的。然而,认真阅读了朱先生的质疑文章后,深感失望。通观一评、二评这两篇文章的内容,看不到什么积极和有利于推动学术研究价值的内容,纯粹是抱着否定一切的态度来进行所谓的质疑,其结果是制造了许多不该出现的逻辑混乱。

  如果说一评中朱先生认为外三电厂所采取的一系列措施综合改进,仅仅是应用原基础理论,对原设备存在的缺陷进行消缺,并不是什么理论与技术创新,这种言论尽管极端,勉强还说得上是其一家之言——虽然对此也需要加以澄清:

  1)据我们所知,外三电厂的主机设备投运后是达到设计性能的并不存在大的缺陷需要进行消缺,像朱先生过去那样的经验依靠对一些旧机组设备消缺来实现外三电厂那样深度节煤降耗的空间基本上不存在;

  2)在应用原基础理论与实施理论与技术创新之间并不存在根本性对立,例如目前我国在超超临界火电技术方面居世界领先、包括出现一批供电煤耗、排放浓度等指标都远优于德、日、欧美等发达国家技术含量很高的标杆机组,这已是不争事实,但是否能因为在基础理论上还应用了卡诺循环原理来实现效率提高而否定这些技术进步呢?那显然说不通的。平心而论,外三电厂的节能减排和创新技术在热力性能优化及工艺流程优化方面确实有其创新特色,是不能简单地贬之为不过是设备消缺水平云云的。

  及至看了二评这篇文章后,则进一步感到朱先生对于外三电厂的质疑工作未免有些力不从心——调研不足基础积累也显得簿弱,明显背离了以理论为基础,事实为依据的初衷。由于全面评论朱小令先生在质疑外三电厂节能减排和创新技术的有关言论将涉及过长的篇幅,以下仅就朱先生在二评中对再热系统压降这一问题的质疑言论分析如下:

  ①关于再热系统压降是否应该进行优化?

  这本来是不成问题的一个问题。凡是熟悉热力系统性能设计计算的工程师,没有不知道再热系统压降对于机组热耗来说是一个重要而敏感的影响因素,因此从80年代以来的“火力发电厂设计技术规程”直到最新版本的“大中型火力发电厂设计规范”(以下对这两本规范均简称为“大火规”)中,都对再热系统压降的优化要求及其限值有所规定[参见84版大火规6.1.2条款说明“再热汽系统的压力降对机组热经济性的影响远大于主蒸汽系统。

  据平圩电厂600MW机组的工程计算,在相同的压力降下,对热经济性的影响,再热系统是主蒸汽系统的40倍。因此,在设计中应降低再热汽系统的压力降”]。实际工程中,某600MW机组涉外招标中罚款标准为主蒸汽压降增加1MPa罚款240万美元,而再热蒸汽系统压降增加1MPa罚款1800万美元,也说明设计中对再热系统压降进行优化的必要性。

  朱先生将“有”或者“无”必要推广“机组再热系统压降优化”技术,降再热压损?作为一个问题提出来,实在是有失一位资深热机专家的水准。

  ②关于完全按照“大火规”的设计,机组再热系统压降仍然可以达到外三电厂的“机组再热系统压降优化”技术水平一事。

  我们认为提出这一似是而非论点的原因在于朱先生受其工作性质局限性所致,因为没有机会参加过设计全过程,不清楚设计规程的功能及动态管理情况。实际上无论哪个设计院,在管道设计中使再热系统压降达到或低于大火规或其他等效规范要求限值这方面是完全一样的;2000年以前(含2000)的大火规规定再热系统压降低于10%的设计值,那主要是指亚临界机组;对于早期的超临界机组当时也执行过这一规定,所设计的再热系统管道压降就可能比较大。朱先生在其质疑中所说“根据实践,并查阅了不同电力设计院按照“大火规”设计的部分600MW、1000MW 机组,投产后由不同电力试验研究院完成的热力性能考核试验结果,表明:机组再热系统压降均在7%及以下,低于10%的设计值”,应该指出这只是朱先生调查研究功夫不很到家所得到以偏概全的结论,事实上是可以分为以下三种情况:

  1 基本上接近设计压降:

  像沁北、铜陵等电厂早期一批600MW超临界机组其再热系统实测压降为8.6%~9.5%;玉环、邹县等电厂较早一批投运的百万机组的再热系统压降也在7%以上,其中较有代表性的如邹县电厂1000MW机组再热系统的实测压降为——THA工况9.38%/9.83%非常接近10%的设计值[见山东电力科学院2007.5出版的“邹县1000MW#7机组性能试验报告”。

  2 略超设计压降:

  如早期的三河电厂2350MW日本进口机组再热系统设计压降为8%,实测压降达8.72%~8.77%,因超合同保证值,由日方进行冷段管道设计改进及再热器系统改造后,才使系统压降达到6.4~6.65%[参见锅炉技术2003 N0.6]。近期的华能海门1063MW机组再热系统设计压降为10%,实测TRL工况压降为9.827%,TMCR工况压降为10.375%,VWO工况压降为10.4%,最大工况时略超设计压降[参见西安热工研究院2010.4出版的“华能海门电厂2号机组性能试验报告”。

  3 低于7%以下:

  多见于近期投运的百万千瓦级超超临界机组

  出现以上局面的原因,在于2000后建设的机组大多为超临界或超超临界机组,为适应新形势的要求,在2011版新的大火规发布前,电力设计主管部门对相关的一些技术问题组织过专题研讨,其中包括对再热蒸汽系统压降的取值标准进行调整——在汽轮机厂热平衡图设计中大多按10%,而根据论证结果,对超临界机组这一比值的优化值为6.5%-9%,主要取决于:高压缸排汽压力、再热管道流速优化和管件优化深度等因素。

  在相继颁发的“超临界机组设计导则”、“火力发电厂主汽、再热系统设计技术导则”等电力顾问集团企业设计导则,及2007华能集团编制的“华能火电工程设计导则”中,对于超临界机组再热系统压降均规定为7%-9%。这样各设计院的管道设计就需满足这一要求,基本上不存在机组再热系统设计压降不达标的情况。

  至于朱先生所收集这几个电厂都是2011年以后投运的,设计院大多已按相关设计导则来控制再热系统压降,而且在管道设计中大多已推广应用外三电厂的设计优化经验,这些机组投产后的再热系统压降均在7%及以下,低于早先大火规中10%的设计值,并都达到外三电厂的“机组再热系统压降优化”技术水平,那是再正常不过的事,完全没有必要为此感到大惊小怪。

  需要说明的是,如上所述在近期建设的项目中也有一些再热系统设计压降按10%而实测压降较低甚至只有7 %-8%,这与设计人员对设计裕度尤其是流速标准的掌握等都有关系,但在同等裕量及技术条件下,对再热系统设计实施优化技术后的压降明显更低,其中最好的测试值只有5%-6%,这恰恰说明在超临界机组再热系统设计中存在相当大的压降优化空间,而并非是不需要进行优化了。

  ③关于不同电力设计院按照“大火规”设计,与经过实施“机组再热系统压降优化技术”, 相对与同样机组的比较,所产生降耗效果甚微,技术经济性分析不可行

  提出这一论点的原因仍在于朱先生受其工作性质局限性所致,对设计优化过程不甚了了却随便武断下结论,实际上给人予以其昏昏使人昭昭的感觉,甚不可取。须知 “大火规”在设计院执行中主要起指导和控制建设标准的作用,并不直接产生具体的设计方案,工程设计中对于控制再热系统压降是需要进行计算和比选的,实际操作中会出现以下两种情况:

  1情况1:管件及流速综合优化模式即外三模式:如上所述,由于外三设计优化经验的推广应用,使得不同电力设计院按照“大火规”设计(实为要求),与经过实施“机组再热系统压降优化技术”的压降趋于接近,也即在总的压降上已经达到同步降耗优化,没有必要过多计较彼此间降耗效果的差异;

  2 情况2:主要依靠流速控制模式:如果不实施管件设计综合优化,单纯依靠加大冷热段管径降低设计流速,也能将再热系统压降控制在新大火规要求以内;但这两种情况的技术经济效果是存在很大差别的。

  经过实施“机组再热系统压降优化技术”与常规设计方案的比较,所产生降耗效果并不是“甚微”,而是“很明显”,技术经济性分析不是“不可行”而是“非常可行”,参见以下实际工程比较示例:

  工程实践数据的验证

  对两个同样配塔式锅炉的2×1000MW超超临界机组发电厂再热蒸汽系统的性能试验数据进行了比较,其中发电厂A再热蒸汽系统设计中采用R/D>3.0弯管,在管径选择中优化了热/冷段管径的级配比例,调高了再热热段的流速;发电厂B再热蒸汽系统设计中采用r/D=1.5的弯头,而在管径优化中降低了再热热段的流速。

  这两个电厂投产后对再热蒸汽系统压降的测试数据见下表所示:

  表1:A电厂与B电厂再热蒸汽系统压降测试数据比较

  试验数据表明:A电厂虽然再热蒸汽热段的流速较高,但系统比压降仍较B电厂低了~10%,如果设计流速相同,压降还要小得多,这充分显示了在百万kW级超超临界机组再热蒸汽系统中采用弯管所带来的减阻节能效益;由于高参数条件下的弯管比热压弯头的单价要低得多,在超超临界机组上以弯管替代弯头同时可以得到减少压降及降低造价的两重效益,因而是超超临界机组四大管道设计中值得推广应用的一项设计优化技术。

  ④关于1)“尽可能的减少介质流动过程中的压力损失,是传统热能动力工程理论中的典型热力过程之一,即:绝热节流。”2)“若是采用“管道优化技术”,把管道设计效率从99%,提高到100%,机组煤耗也只能下降3g/kWh左右。”3)“再热系统压降与锅炉有关”这几个问题也是需要进行澄清的。

  首先是这里“绝热节流”及“管道设计效率”这两个术语用得并不是非常严谨——“绝热节流”通常用于通流截面发生变化的节流过程,而再热管系主要是弯头与直管这类截面不变压降元件的组合,严格来说其流动过程属于等截面管道有摩阻的可压缩流体绝热流动(低质量流速的芬诺线过程),二者不仅在技术含义上有所差异,就工程实用角度后者显得更加容易实施优化。

  而“管道设计效率”则是包含机炉之间管道压降、散热及介质损失等在内的一个综合效率概念,并非简单的管道压降概念,其中再热系统压降通常又涵盖在汽轮机热平衡图设计内,实际上并不在一般的“管道效率”之中,在编制汽轮机热平衡图时,所计算的热耗值已对应给定的再热系统压降(例如8%),若实际的再热系统压降小于此值,热耗将小于热平衡图的设计值。不存在因为减少再热系统压降而使管道设计效率从99%提高到100%的问题。

  其次,因再热系统压降优化而引起机组热耗减少,这与汽轮机热 耗率下降是性质不同的两码事,前者是单项优化效益,后者是多项优化效益,是不能像朱先生那样将二者相提并论混在一起进行比较的。

  此外,所谓“再热系统压降与锅炉有关”的提法也是一种不够全面的理解——实际上锅炉再热器压降在锅炉设计中基本是一个变动不大的定值,再热系统的压降优化工作主要需通过管道设计的优化来实现。

  据以上分析,我们感到朱小令先生所质疑的问题可能是他并不太熟悉以致有些超越了其能力范畴,尤其是所下的有些结论缺乏科学论证。

  

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