【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。揭秘国家示范性项目——“251”工程，上海计划今年年内开工，火电何震撼全力争2018年底建成。揭秘该项目设计供电煤耗可降至251克/度，上海这是火电何震撼全一个全新的世界记录，CO2排放量将低于美国新近推出的揭秘“苛刻标准”。

最近，上海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.的火电何震撼全来信。来信是揭秘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，上海并已提名冯伟忠为ASME电力部分最高荣誉——委员会主导者奖。火电何震撼全

ASME有134年历史，揭秘是上海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火电何震撼全参考标准由其制定。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。

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