中国大容量火电机组的高速发展及清洁高效利用

■ 文/中国电工技术学会名誉理事长 周鹤良

截至2013年底，全国发电装机容量达到12.47 亿kW，其中火电装机容量为8.6 亿kW，占69%，而火电机组的发电量为3.9 万亿kW·h，占全国发电量的80%。专家预测到2020年国内发电装机容量将达到19~20 亿kW，其中燃煤发电机组所占比例将从目前的70%降低到60%，清洁能源的机组容量比例到2020年将达到40%左右。

从以上数据可以看出，未来相当长的时期内，煤炭作为主体能源的地位不会大幅度改变，到2013年底，我国水电装机容量累计为2.8 亿kW，占全国发电装机容量的22%，而发电量仅占全国发电量的16%左右，因为枯水期水电发电量最大约为丰水期的1/3，严重影响供电能力。风电发电量仅为火电发电量的30%左右，因为有时候风量小和弃风原因，加上晚上风量大的时候，却负荷需求量小的缘故。

大容量火电机组技术不断提升

经过改革开放30 多年的今天，大容量火电机组得到迅猛发展，从2006年以来，全国30 万kW 等级以上的大型火电机组占火电机组的比重已经达到75%以上，其中60 万kW 级以上清洁能源机组占火电机组比重已经达到40%左右，到2013年底，已经投入运行的百万千瓦超超临界火电机组已超过60 台，累计生产量超80 台。我国已成为世界上百万千瓦级超超临界机组投运最多的国家，成为世界领先。

大容量火电机组供电煤耗不断下降，从2007年的356g/kW·h 下降到现在330g/kW·h，每年下降的能耗，相当于年节约标准煤1 亿t 左右。值得一提的是，上海外交桥第三发电厂的百万千瓦超超临界火电机组，将发电净效率提高到全球领先的46%，供电煤耗达到276g/kW·h，为世界发电行业树立了中国标杆。

到2013年底，全国10 万千瓦以上火电机组平均供电煤耗约在330g/kW·h，我国80年代初引进美国西屋、CE 燃烧工程公司30 万、60 万kW 亚临界火电机组制造技术，平均供电煤耗分别为330g 和312g/kW·h，这是80年代世界平均先进水平，我们现在制造的百万千瓦超超临界火电机组平均供电煤耗在286g/kW·h 左右，跨入了世界先进行列。

我国已成功批量生产60 万kW 超临界、百万千瓦超超临界火电机组，通过20世纪80年代引进、消化吸收、优化和再创新，提高自主创新能力。至今，形成拥有自主品牌的大容量火电机组先进技术，它的产业规模、产业布局、产业结构、发电效率、供电煤耗、掌握核心技术的成熟度、机组运行的可靠性等技术性能指标，已达到国际先进水平。

东方锅炉厂研制的具有完全自主知识产权，国际上最大容量——60 万kW 级超临界循环流化床锅炉（CFB）已于2013年6月在四川白马电厂投运发电，运行性能良好。

上述情况可以充分说明，目前中国70%以上电能依靠煤电供给，如何利用先进燃煤发电技术，以更少的煤发更多的电，这是一个大问题，更确切的说，我们应该通过先进燃煤发电技术，实现节能减排，还有很大的发展空间，这是满足未来能源需求的必由之路。新疆有丰富的煤炭资源、石油资源、天然气、风能、太阳能光伏等清洁资源优势，特别是煤炭资源，加上内蒙、山西、贵州的煤炭资源优势，可以得到充分开发利用。摆在我们面前的战略任务就是重点加快建设特高压骨干网架，远距离向华中、华北、华东负荷中心输电，实现全国统一电力市场，促进大煤电能源发电基地集成化开发，又大幅度提高煤炭一次能源开发配置效率，加快推进能源战略转型。

加快推进燃煤电厂的清洁高效利用

火电厂的燃煤锅炉会产生大量的二氧化硫及氧化物等大气污染物，但要看到，这几年来由于国家的高度重视，大部分电厂在控制污染方面投入很大，经过脱硫、脱硝一体化的改造，成绩很大。

环保排放都基本上达标，因此讲，火电厂是目前最安全、最可靠的发电方式之一，从电网角度看，火电机组发电更安全，这就证明，火电厂有必要存在和继续发展的必要。输电和输煤必须并举发展，要从社会效益来充分论证考虑。

在今后一个时期，电力行业仍然是我国最大的煤炭消费行业，2013年电力火电机组耗煤将近20 亿t 标准煤，占全国煤炭消费总量50%左右。有资料充分说明，煤炭支撑全国火电装机由1978年4000 万kW 增加到2013年8.6 亿kW，这是提供火电机组燃料——煤炭行业作出很大的贡献。

煤改电以北京为例，主要集中建设四大热电中心，计划于2015年可以全部投入运行，据了解，目前位于北京东南、西南的热电中心已经并网投入运行，东北、西北热电中心预计分别在2014年、2015年投入运行，最终实现对北京地区的高井电厂、石景山电厂、一热电厂、华能电厂等四大燃煤机组替代改造。

上述四大热电中心可以支撑北京的电力装机容量将达到1100 万kW，北京的能源结构将进一步得到优化，为煤改电提供安全、清洁、可靠电源支撑。

预计到2017年北京以天然气为燃料的发电成为北京市能源发电的主体。燃煤电厂的比重将会逐渐下降。

2013年，北京每年燃煤量约2300万t，其中1000 万t 集中在四大火电厂，虽然北京市将逐渐采用天然气作为燃料来替代煤电，但火电机组作为就地平衡和作为备用机组仍然有存在的必要。

但要看到，虽然我国天然气开采量逐年增加，2013年国内天然气消费量达到1680 亿m3，但其中进口量为530 亿m3，对外依存度约占30%，因此，全国的大中型城市发电量不可能都仿效北京采用天然气燃料来替代发电。天然气消费量既要用于工业领域，更重要是确保民用，保障民生包括城市老百姓每天做饭都要逐渐增加天然气的用气量。

另外，还要讲一下，许多省市还有不少钢铁及石油化工企业的自备电厂，还要不断提高中小城镇老百姓的生活品质，仍然要发展热电联产机组，以热定电，既可以发电，又可供热，一举两得。

有些中等城市，在20世纪60、70年代都采用中小供热机组，现在人口增长了，住房面积增加了，城市功能增多了，就可以采用以大代小办法。如辽宁抚顺热电厂原有一台10 万kW和2 台2.5 万kW 小容量供热机组，最近他们准备投资新建2 台30 万kW容量，采用亚临界双抽气供热机组，2013年已经开工建设。实行公开、公正、公平竞争，设备进行招投标，哈尔滨电气集团按照EPC 模式中标。

燃煤电厂只要按照中央、国务院启动环保升级改造要求，就会取得较好成果。北疆电厂一位总工程师向我介绍，京津冀最大电厂之一——天津国投北疆电厂2014年实施燃煤机组环保升级。规划分二期工程进行建设，一期工程安装两台世界最先进的高参数、高效率、大容量、低污染的百万千瓦等级的超超临界燃煤发电机组正在紧张施工建设，建成后每年发电量为110 亿kW·h，并入华北电网，统一供电。电厂改造之后，北疆电厂就可实现燃煤机组燃气排放，达到天然气排放标准。这一改造试点，有望成为国内燃煤电厂环保改造的“标杆”。

因此说，燃煤电厂通过脱硫、脱硝和除尘的环保设施，煤炭的清洁利用有很大空间。煤电厂的烟尘排放浓度、二氧化硫排放浓度、氮氧化物排放浓度，电厂污染物排放水平一定可以达到国家规定的燃气发电机组的排放指标，实现“燃煤机组燃气化”排放的目标。污染排放物大幅下降，煤炭清洁高效利用水平就会大幅度提高。在这方面，今后的任务就是要加快推进煤炭的清洁、高效利用。■