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上海外高桥第三发电厂带给我们的有益启示。
着指头过日子。他们除了向国家要政策外，亟需做的就是降低发电成本，减少能源消耗。
国务院总理温家宝也曾多次提出，能源要发展必须依靠科技进步。事实上，我国发电企业的能源消耗也是惊人的，单从发电机组启停机对煤、油、电的需求量上来看，每年就要吞掉上千亿元。如果我们的电厂能把煤耗控制在300克以内的话，将大大提高电厂的发电效率。
作为我国首台百万千瓦 超超临界机组 的玉环电厂做到了，它的煤耗是298.51克／千瓦时；邹县电厂100万千瓦超超临界机组是309.51克／千瓦时。
然而，令人更为欣喜的是，今年新近投产发电的 上海 外高桥第三发电厂两台100万千瓦超超临界机组的煤耗竟达到287克／千瓦时。这不仅在中国遥遥领先，更突破了世界百万级超超临界机组的最好水平。
但遗憾的是，上海“外三”工程的诸多科技成果尚不为人所知，更未能转化成普遍的生产力。6月18日，记者专程赶赴上海，采访了创新“奇人”——上海外高桥第三发电厂总经理冯伟忠。这是一次长达近4个小时的采访，他们的国际级科技成果之多，分量之重，完全出乎预料。
若不是亲眼目睹，很难想象，这个电厂的节能效率是如此的巨大，机组的安全性和经济性又是如此的显著。就连一向自傲的德国人都对他们竖起了拇指。而国电电力公司的一位副总参观完该厂后表示，“真没想到，你们创造了这么多奇迹！”
忘记它，抛弃它
“我们的机组是中国百万千瓦超超临界机组中唯一的两台配臵了100％汽动给水泵，没有电动泵，整个机组只有一台给水泵”，冯伟忠告诉记者，“当时，传统的观念认为，备用的越多越好，这个理念是错的，压力越高，多台泵间的协调要求越高，它的可控性也越差，由于大型高压给水泵配臵了边界保护，在并列和解列时对泵组间的协调要求很高，稍有不当便会导致跳闸”，上海外高桥二期两台90万千瓦机组在调试期的强停统计，70％都是因给水泵造成的。
现在，上海“外三”的人已经习惯了没有电动给水泵的日子，由于汽动给水泵为全自动运行，也不存在并列和解列操作，许多人在运行中甚至“忘记了”还有“给水泵”的存在。
2007年11月10日，“外三”工程第一台100万千瓦超超临界机组在给水泵整组启动试验中，实现了世界上首次大型汽动给水泵组低速启动及全程调速运行。
“外三”工程汽动给水泵额定转速为4700转／分，设计临界转速为2350转／分。按照常规的运行方式，为避开临界转速区域，该给水泵组的最低运行转速为2700转／分。在机组启动阶段，这一高速启动方式会造成较大的能量损耗，由于对应于最低启动转速的启动压力高，而此时锅炉尚未起压，故必须采用泵的出口调节阀进行压力和流量调节，直到锅炉运行压力不断提高至接近给水泵的出口压力，调节阀全开时才进入调速方式运行。在此过程中，由于给水泵存在最小运行流量，且转速越高，其最小运行流量越大，而此时的锅炉并不需要太多的给水流量，故最小流量阀必须在较高的压力下返回较多的流量，整个给水系统不但损失大，而且控制方式复杂，且容易造成最小流量阀冲蚀并泄漏，而这种泄漏在运行中是无法处理的，会造成长久的损失。
为此，他们打破常规，提出了“大型汽动给水泵组低速启动及运行”的创新思路和实施方案，并通过与供货外商的沟通协调，取得了外方的支持。在第一次汽动给水泵整组启动试验中，低速运行和全程调速试验均取得圆满成功。
目前，这一大型汽动给水泵组低速启动及运行方式已在两台锅炉包括冲管在内的所有各次启动中均得到了很好的应用。不仅大大降低了锅炉启动时的能量损耗，还提高了机组效率，大大简化了系统控制策略，提高了设备运行安全性。
另外，由于采用了特殊设计的高效给水泵汽轮机，降低了主机的抽汽量，仅此一项1年就少消耗燃煤1万多吨，并简单、稳定、可靠。从第一台锅炉点火冲管起直到目前两台机组投产运行，从未发生过一起因给水泵原因造成的主设备强停。由于没有电动泵，整个电动泵组的配臵全省了，再加上只有一个汽动泵，更省下了大量的管道、阀门、控制系统、电缆、马达等等，另外变压器的容量也小了，总计省下了约1亿元。颠覆传统启动方式
传统的煤粉锅炉燃油点火启动方法耗油量大，费用高。而近些年来的一些少油甚至无油的点火启动方法，不同程度存在着煤粉燃尽率低，安全风险较大的问题。为突破这一瓶颈，上海“外三”工程研究开发了直流锅炉蒸汽加热启动和稳燃技术。它的最大优势是安全且省油、省电和省钱，据运行统计，比等离子点火的用油定额还要少。更重要的是，它完全避免了冷炉点火的未燃尽火焰直接冲刷对流受热面导致的锅炉爆管现象的发生。
2007年11月19日，随着“外三”工程第一台100万千瓦超超临界锅炉冲管的结束，世界首创的直流锅炉蒸汽加热器启动法也宣告成功。在为期9天的冲管中，锅炉共点火10次，用油185吨。同时，还大幅度减少了燃煤量和厂用电。应用这一技术后，“外三”工程两台机组的调试总耗油量仅为1000吨，约为“外二”21000吨的1／20，节约工程造价1.3亿元。目前，每次锅炉启动的点火用油仅为12~18吨，从实践来看，仅节省的厂用电一项价值就超过了加热蒸汽的费用。
目前，大型燃煤锅炉的常规启动方法是先用燃油进行预加热，并在煤粉投入后的相当一段时间内仍须用燃油进行助燃，以稳定煤粉的燃烧，单次启动的用油量很大，需频启停进行调试的新机组，用油量则更大。以100万千瓦机组为例，单台带负荷调试的定额用油量就在5400吨以上，相当于3500万元的工程投资。
为破解这一困局，他们在第一台锅炉的冲管中，采用了世界首创的直流锅炉利用蒸汽加热启动法进行点火冲管，并取得成功。
冯伟忠向记者介绍，这一方法的基本思路是采用蒸汽替代燃油和燃煤对锅炉进行整体预加热，使锅炉在点火时已处于一个“热炉、热风”的热环境。不仅将锅炉由原来的冷态启动转化为热态启动，并且使烟风系统的运行条件更优于热态启动，极大地改善了锅炉的点火和稳燃条件，显著提高了锅炉的启动安全性。
这种启动方法，还取得了一系列的附加好处。比如，因加热蒸汽取自相邻汽轮机已经发过电的抽汽，这将显著提高该机组的发电效率；点火阶段很好的热环境，极大地提高了该阶段的燃油和燃煤的燃烧率，彻底消除了燃油的“黑烟”现象，防止了油烟粘结在空预器等尾部受热面导致危及锅炉安全，电除尘可及早投入，显著改善了该阶段的环境；由于大大提高了启动阶段的排烟温度，极大地降低了空预器结露和堵灰的概率，提高了锅炉运行的经济性和安全性。对于配有SCR脱硝系统的锅炉，同样可杜绝其在启动阶段可能出现的低温结露、堵灰、催化剂中毒以及未燃尽烟灰的粘附甚至二次燃烧的威胁等等。
最低稳燃负荷令人咋舌
煤粉锅炉的最低断油稳燃负荷越低，标志着锅炉在低负荷工况下的燃烧稳定性越好，安全性越高。目前国际上的最好水平约为25％。但“外三”通过技术创新，远远超越了BMCR这一水平。
2007年11月21日，“外三”工程第一台锅炉的低负荷稳燃试验获重大突破，单台磨煤机直接断油稳燃试验一次成功。
这次单台磨煤机的稳燃试验，采用高于国家标准的方法予以考核。在试验中，应用了独创的“蒸汽加热稳燃技术”。在燃油点火，投用一台磨煤机后，逐一撤除点火油枪。而后，锅炉始终保持稳定燃烧，并呈现出燃烧工况不断改善的趋势。此时的燃料量仅为锅炉最大工况的19％，这一纪录遥遥领先于25％的世界先进水平。这一成果表明，“蒸汽加热稳燃技术”将使“外三”的锅炉燃烧稳定性和安全性得到显著提高。
如此先进的数据引起了业界的质疑声。西安热工研究所的行业权威吴生来教授亲自跑到“外三”电厂做性能试验，2008年5月24日，再次被大幅度刷新，当第二台机组仅用一台磨煤机，将断油稳燃负荷逐步降至低于10万千瓦时，吴教授抑制不住内心的激动，当场惊呼：“奇迹！奇迹！这是世界的奇迹！如果不是在现场，根本无法相信！”
不用给水泵照样清洗
2007年11月8日，“外三”工程第一台100万千瓦超超临界机组成功实现世界上首次不启动给水泵、静压状态下的锅炉上水及热态水冲洗，其清洗效果远远优于传统方法。在完成了水冲洗并进行第一次锅炉冲管时，锅炉汽水分离器的水质就达到了含铁量仅为131.8微克／升的水平，其疏水可直接回收，这在以往是不可想象的。
这种水冲洗方法不用启动给水泵，也不用点火加热，可以说它完全颠覆了传统的冲洗方式。但这种创新却节约了大量的燃料和厂用电，并且操作简单，可控性好。由于冲洗的水温高，且整个被冲洗受热面内的冲洗介质均处于汽水两相流状态下，极大地改善了冲洗效果。而已被清洗水洗出并携带的污垢不会因为炉内燃烧加热而在向火侧内壁再出现二次沉淀（结垢）。由于锅炉水质的迅速改善，在冲管过程中就能对汽水分离器的疏水进行回收，大大地减少了系统的热量和工质损失。而且，由于锅炉受热面和给水泵同时得到了相当程度的预热，大大改善了启动和运行条件，缩短了锅炉的点火启动加热过程，也显著提高了系统的启动安全性。
由于给水压力高，常规管板卧式高压加热器的管板极厚，其抗热应力冲击的能力差，对投运的操作要求很高。而在静压上水和热态清洗过程中，相当于在对给水泵进行预热的同时，实际对高压加热器也进行了预热，这对后续投入高压加热器极为有利，可大大减少高压加热器投运时的热应力冲击，确保了高压加热器的安全性。
低流量疏水启动令人惊奇
超（超）临界锅炉通常采用的启动方式有两种：一种是疏水启动；另一种是带炉水循环泵启动，而“外三”却在两者基础之上，研发了国际独一无二的直流锅炉低给水流量疏水启动技术。
我们知道外高桥二期90万千瓦超临界锅炉，采用的就是疏水启动方法，系统简单，可靠性高，投资少。但存在启动阶段的汽水损失大，热态和极热态启动时间长等缺点。而带炉水循环泵启动，如目前100万千瓦超超临界锅炉的普遍设计，这种方法的优缺点正好与前一种完全相反。但上海“外三”利用蒸汽加热启动法的水冷壁流量分布均匀性好的有利条件，研究开发了兼具这两者优点、又避免各自缺点的低流量（15％ＢＭＣＲ）疏水启动技术，大获全胜。
采用该技术，取消了炉水循环泵，大大简化了启动系统和运行控制，提高了安全性和可靠性，减少了启动损失。但仍具有常规带炉水循环泵锅炉的极热态启动时间短，损失小的特点。
在第一台锅炉冲管期间，低流量疏水启动技术试验成功后，从机组整组启动并网直至投产至今以及第二台锅炉冲管到目前投产，现在的所有启动，包括冷态、温态、热态和极热态的各种状态的启动，均采用此项技术，在简化操作，提高安全性的同时，节约了大量的燃料和工质，取得了很好的成效。
带旁路高动量清洗突破瓶颈
对于超超临界机组而言，所面临的最大的技术风险就是蒸汽氧化和固体颗粒侵蚀（SPE）问题，目前全世界的超超临界机组都被这一问题所困扰。但“外三”工程却例外。
超超临界机组面临的管道蒸汽侧氧化及由此引起的汽轮机叶片固体颗粒侵蚀（SPE）问题，较多发生在锅炉启动阶段，因锅炉受热面受热冲击引起管子汽侧氧化铁剥离，氧化物或在管内沉积导致超温甚至爆管，或随蒸汽运动并形成固体颗粒，使汽轮机叶片产生侵蚀。
另外，随着主蒸汽参数到达600摄氏度等级，传统的冲管和启动技术已不能满足实际需要。高温高压的锅炉和系统管道在热加工过程中，其内壁会产生较厚的硬质氧化层，且很难在后续的工艺中完全被清除。由于施工阶段的酸洗是针对直管段的内壁清洗所设计，因此对热加工部分产生的厚氧化层的清除作用有限。而现有的冲管技术，受冲管工艺和临冲管材质所限，冲管时的主、再热汽温比额定运行温度低100～150摄氏度，系统内的氧化物难以被充分剥离并冲净。这必然造成机组从第一次启动起就面临氧化物的逐渐剥落和固体颗粒侵蚀（SPE）问题。这就导致超超临界机组在经过若干次启动后，汽轮机内效率明显下降；机组运行一年后的开缸检查时，往往会发现汽轮机的叶片已出现了明显的固体颗粒侵蚀现象。
为应对上述问题，“外三”从设备选型及设计阶段开始，采取了一系列的蒸汽氧化和固体颗粒侵蚀的综合防治措施。在此基础上，他们又针对SPE问题主要发生在机组启动阶段的特点，进一步研究开发了带旁路高动量清洗技术。采用这一技术，配以特殊的旁路系统和控制方式，能在每次汽轮机启动前最大限度地剥离氧化物，并将系统内已剥落的氧化皮，包括滞留在零流速区的颗粒物等全部直接送至凝汽器，使机组彻底杜绝SPE问题。
从“外三”工程首台机组的第一次整组启动起，就坚持采用这一技术，收到了极佳的效果。第一次启动，在主蒸汽达到最高动量阶段，凝结水含铁量从108.7微克／升急剧上升至1756微克／升并出现混浊，事后停机检查时，在凝汽器内竟然清理出约20千克含铬的氧化物。据统计，在以后的每次启动中，平均能在凝汽器内收集约4千克的氧化物。
试想，如果这部分硬质氧化物进入了汽轮机，将会发生怎样的后果？经过在调试阶段数10次的启、停，在进入168小时试运行前的一次停机中，他们用工业内窥镜通过窥视孔，对高压缸第一级叶片进行了拍照和录像，发现叶片依然光亮如新！
事实上，他们的研究成果也引起了国际上的关注，2007年1月31日，冯伟忠作为亚洲地区唯一的一名特邀专家参加了在英国伦敦举行的英国机械工程师学会举办的“燃煤超临界机组的运行经验和技术发展”国际学术研讨会，并作了题为“超超临界机组的蒸汽氧化和固体颗粒侵蚀的综合治理”的学术报告。
脱硫“零”能耗
从某种意义上讲，电厂脱硫是一个“耗能减排”的过程。通常情况下，脱硫需要消耗1％以上的厂用电，这对于电厂方来说，并不是一个耗电的小数字。也正因如此，一些电厂提起脱硫装臵就深感头痛，但迫于国家环保政策的要求，又不得不上这个“花钱耗能”的装臵。如何将负担变成“金砖”，变“要我脱硫”为“我要脱硫”？上海“外三”工程的做法给了我们极好的启示。
“这是一个机会呀！如果环保部门不同意我们电厂取消GGH装臵的话，我今天就无法安装另外一个装臵，以达到热能再利用、实现“零”能耗脱硫的效果。我们现在进行脱硫，不仅减排了，还增效了。”冯伟忠不无兴奋地告诉记者。
其实，他们的做法在上个世纪末，国外已有先例。只不过国外的这套装臵是用塑料做的，可以抗腐蚀，但成本惊人；而“外三”采用的是相对好些的金属材料，辅之以专门的抗腐蚀措施，这样做大大降低了成本。他们利用这一装臵将烟气热能进行回收后，再送到汽轮机中进行二次利用，继续发电。另外，还采取专门措施降低脱硫用电，这样就可使脱硫用的厂用电与烟气再利用的发电进行抵消，真正做到了“零”能耗脱硫。另外，由于国家对脱硫企业的补贴政策，因此，当该系统全部建成后，他们不仅不赔钱，还赚钱。这真是一举两得的美事！
还是让我们来看一组“外三”脱硫增效的数字：1％的厂用电相当于电厂全年1.3亿的电量。一年两台100万千瓦机组燃煤需要400万吨，如果做到能量平衡的话，1％的厂用电就是4万吨煤，每吨煤按800元计算，全年下来，可节省资金3200万元。这在发电企业面临煤价飙升，利润大幅“缩水”甚至亏损的情况下，不啻是雪中送炭。
……
诸如这样的创新还有很多，冯伟忠微笑着告诉记者。
上海“外三”虽没有显赫的身世，却连破世界纪录。这个游离于传统电力系统之外的上海申能公司旗下的发电公司，没有因为自身的先天不利条件而放慢追逐创新的步伐。
而一直力挺科技创新，作为节能先锋的冯伟忠，对“外三”的贡献更是功不可磨。他的亲历亲为，让“外三”工程节约投资近3亿元；而前一阶段一系列的创新项目更是奠定了今天如此小的煤耗，两台机组投产后，还有一批新的科技创新和节能项目将逐步启动，“外三”的煤耗还可进一步降低……
颠覆成就创新，创新成就未来。这或将是上海外高桥第三发电厂带给我们的有益启示。
