Во многих странах угольная энергетика сегодня находится в затруднительном положении. Но в это же время в Китае появляются новые электростанции, оснащенные самыми современными технологиями. Два сверхсверхкритических блока, добавленные на электростанции Цаофэйдянь, демонстрируют ряд инновационных повышений эффективности.
В то время как угольные электростанции закрываются по экологическим или экономическим причинам во многих частях мира, некоторые азиатские страны, включая Китай, Индию и Индонезию, строят новые угольные электростанции. На самом деле, как отмечает Мэри Хуцлер, старший научный сотрудник Института энергетических исследований, в своей статье «Восстановление экономики Китая будет осуществляться за счет угля». «Китай планирует построить более 200 ГВт новых угольных электростанций. Это почти столько же, сколько у США во всем существующем угольном парке. Хатцлер писал: «В период с 1 марта по 18 марта 2020 года власти Китая разрешали использовать для строительства большее угольных мощностей (7960 МВт), чем за весь 2019 год (6310 МВт)». Добавьте это к 1000 ГВт существующих мощностей в Китае, и нетрудно понять, что уголь «по-прежнему остается королем» в самой густонаселенной стране мира.
Но новые китайские блоки - это не угольная электростанция прошлого века; большинство из них - это современные ультрасверхкритические (USC) современные установки. И китайские инженеры расширяют пределы эффективности до новых высот благодаря постоянным исследованиям и разработкам. В качестве примера можно привести проект Цаофэйдянь.
«Отличительной чертой проекта является то, что при однократном повторном нагреве с помощью инноваций, достигается чистая эффективность 46,2% [на основе более низкой теплотворной способности] при 75% THA [тепловая приемлемость турбины], что является наилучшим уровнем среди существующих установок USC с двойным подогревом мощностью 1000 МВт в Китае под 100% THA. Общий объем инвестиций в этот проект составляет 85% от инвестиций в проекты с двойным подогревом», - сказал Ли Ли, инженер из Shanghai Shenergy Power Technology Co. Ltd., POWER .
Современные угольные энергосистемы.
Электростанция Цаофэйдянь расположена в промышленной зоне Цаофэйдянь, примерно в 70 километрах к югу от города Таншань, провинция Хэбэй, Китай. Проект был построен в строгом соответствии с политикой Китая в области охраны окружающей среды; объект был построен на «земле, очищенной от моря», и использует опресненную морскую воду для нужд завода.
Фаза I, включающая две установки мощностью 300 МВт, была запущена в коммерческую эксплуатацию в июне 2009 года. Строительство фазы II, проекта расширения стоимостью 6 млрд. иен (857 млн. долларов), включающего два блока USC мощностью 1000 МВт, началось 27 апреля 2016 года. Третий энергоблок прошел 168-часовые испытания с полной загрузкой 25 апреля 2019 года, в то время как четвертый энергоблок прошел такие же испытания 9 июня 2020 года.
Котлы энергоблоков №3 и №4 - это котлы USC, однотопливные, со сбалансированной вентиляцией, с удалением твердого сухого шлака, с герметичной закрытой компоновкой, котлы пи-типа со всей стальной рамой. Производителем была компания Babcock Wilcox Co. Ltd. Давление на выходе перегретого пара составляет 29,3 мегапаскаля (МПа, 4250 фунтов на квадратный дюйм), а температура на выходе составляет 605 ° C. Давление на выходе подогреваемого пара составляет 5,945 МПа (862 фунта на кв. Дюйм), а температура на выходе - 623 ° C.
Паровые турбины были изготовлены компанией Shanghai Steam Turbine Co. Ltd. Они представляют собой USC, с одним подогревом, пятью корпусами турбин с шестью выпускными отверстиями, турбины конденсационного типа. Генераторы были изготовлены компанией Shanghai Electric Generator Co. Ltd. с системой возбуждения, водородно-водяным охлаждением и системой уплотнения масла.
Hebei Electric Power Survey and Design Institute выполнил все исследовательские и проектные работы. Компания Shanghai Shenergy Power Technology Co. Ltd. отвечала за все консультации по проектированию процесса и реализацию соответствующих энергосберегающих проектов. Ряд других подрядчиков был выбран для закупки и строительства оборудования на основе публичных торгов в соответствии с положениями китайского закона о торгах.
На пике строительства в проекте участвовало более 4000 рабочих. От начала строительства до завершения и ввода в эксплуатацию двух блоков 9 июня 2020 года строительные бригады не сообщали о каких-либо происшествиях на производстве. Всего было выполнено 1635 дней безопасной работы.
Уникальные особенности повышают эффективность.
Проект Цаофэйдянь включал в себя ряд уникальных технологий. В качестве примера можно привести паровую турбину (рис. 1). Установки Цаофэйдянь являются первыми в Китае, которые имеют пять корпусов турбин с шестью выхлопами. Примечательно, что тепловая мощность паровой турбины составляет 7,146 кДж / кВтч (6773 БТЕ / кВтч). Конструкция, которая включает в себя 11-ступенчатую систему рекуперации, полностью использует низкую температуру морской воды в регионе, что приводит к сверхнизкому противодавлению в 3,3 килопаскаля в абсолютном выражении (0,48 psia). Технология глубоководной добычи также помогает в этом процессе. Благодаря уменьшению глубины водозабора с –5,8 метра (м), которая являлась первоначальной конструкцией, до –10,0 м, температура морской воды снизилась на 1,5 ° C с мая по июнь и на 1,8 ° C с июля по сентябрь. Уменьшенное противодавление обеспечивает экономию топлива примерно на 3 миллиона иен (428 500 долларов США) в год.
1. Цаофэйдянь была первой станцией в Китае, которая включила в паровую турбину три корпуса низкого давления.
Установки Цаофэйдянь также являются первыми в мире, которые используют комбинированную централизованную частотно-регулируемую технологию «питательной воды» для вспомогательного оборудования. В этой схеме турбина насоса «питательной воды» также приводит в действие генератор преобразования частоты для обеспечения мощности преобразования частоты для комплексных вспомогательных машин, таких как насосы и вентиляторы. Чтобы повысить производительность, инженеры включили небольшую паровую турбину Siemens в конструкцию и оснастили агрегаты высокоскоростными муфтами Voith. Технология позволяет снизить энергопотребление установки примерно на 2%.
В проекте была также использована дополнительная технология энергосбережения и сокращения выбросов. Инженеры провели углубленную техническую оптимизацию; расширили традиционный режим регенерации, чтобы учесть затраты воды, ветра, угля и других источников тепла для котлов; восстановили связь между машиной и топкой, для обеспечения эффективной работы при нагрузке до 40%. Был добавлен нагреватель высокого давления для обеспечения стабильности температуры питательной воды и для решения проблем в условиях низкой нагрузки, когда система денитрации не может работать. В результате денитрация достигается при большой рабочей нагрузке. Между тем, установка нагревателей горячего воздуха защищает нагреватели высокого давления от перегрева и повышает эффективность и стабильность сгорания. Все передовые технологии были проконсультированы или непосредственно внедрены Shanghai Shenergy Power Technology.
Проблемы
Как упоминалось ранее, Siemens и Voith поставляли оборудование для проекта из Германии. Однако это усложнило ситуацию из-за китайской политики и требований к документации. Например, корреспонденция, связанная с установкой и вводом в эксплуатацию небольшого парового двигателя Siemens, «включала 800 почтовых отправлений». Генеральный менеджер проектной компании лично взял на себя руководство проектом: была создана команда, состоящая из владельца, менеджера по строительству, переводчика, Shenergy Power Technology и Siemens. Все стороны столкнулись с трудностями, в результате чего на отладку и перенос малой паровой турбины 3-го блока потребовалось 32 дня. Примечательно, что после извлеченных уроков для переноса малой турбины на 4-й блок потребовалось всего 10 дней.
Трубопроводная система проекта Цаофэйдянь сложнее, чем обычная конструкция тепловой электростанции. В 11-уровневой системе рекуперации много дополнительных вытяжных и нагревательных устройств. Хотя проект четырех основных трубопроводов постоянно оптимизировался и пересматривался, все еще возникали проблемы, такие как отставание в подаче и столкновения трубопроводов.
5 января 2018 года группа провела специальное совещание для решения проблем. По вопросам проектирования было решено, что ответственный инженер будет находиться на объекте, и проблемы будут решены как можно быстрее. Чтобы обеспечить поставку материалов, посредник руководителя группы работал на заводе по производству труб в Huadian Jinyuan, чтобы связать производство, транспортировку и монтаж. Вскоре после совещания подъем четырех основных трубопроводов возобновился на третьем энергоблоке. «Благодаря раннему развертыванию, компактной компоновке и реализации, качество строительства и ход работ по окончательным четырем основным трубопроводам были проконтролированы и эффективно осуществлены», - сказал руководитель завода.
Экологический контроль
Многие считают, что в Китае невысокие нормы к выбросам, но это не так. Высокоэффективный электрофильтр с круглым дымоходом подключен к каждому блоку. Система включает в себя четыре уровня электростатического поля и одноуровневую вращающуюся полярную пластину, что обеспечивает эффективность удаления пыли не менее 99,95%. Содержание пыли на выходе устройства составляет менее 25 миллиграммов / стандартный кубический метр (мг / Нм 3).
Проект Цаофэйдянь обеспечивает эффективность десульфурации более 99,2% и эффективность удаления пыли более 75% в одной абсорбционной колонне благодаря использованию двухслойного поддона, пятислойного распыления и высокоэффективной технологии удаления пыли. Система соответствует требованиям Китая по ультрачистым выбросам, которые составляют менее 35 мг/Нм3 для SO2 и 10 мг/Нм3 для пыли.
На установке используется технология селективного каталитического восстановления денитрации в широком диапазоне рабочих нагрузок. В этой системе эффективность денитрации составляет более 85%, а концентрация выбросов NOx составляет менее 45 мг / Нм 3. Как отмечалось ранее, система денитрации не может использоваться при низкой нагрузке, но эта проблема была решена с помощью регулируемой технологии регенерации.
Наконец, было построено большое хранилище золы с использованием 200 000 тонн стальных листов для замены золоотвала на открытом пространстве. Это полностью устранило загрязнение окружающей среды и позволило сэкономить около 400 акров земли.
Говорят, что Наполеон Бонапарт назвал Китай «спящим гигантом». Когда дело доходит до угольной энергетики, Китай становится гигантом и продвигается вперед благодаря новым заводам и инновационным технологиям. Компания POWER признает изобретательность, продемонстрированную Цаофэйдянь, и присудила ему премию «Лучшая установка 2020» в категории угольных электростанций.