對話世界煤電先進技術(shù)領(lǐng)導者馮偉忠

徒步者的收藏 2019-04-28

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電力推動著國家經(jīng)濟的發(fā)展，其中火力發(fā)電在我國的發(fā)電體系中扮演著重要的角色。自建國以來經(jīng)歷改革開放再到今天，中國火電行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，裝機容量節(jié)節(jié)攀升，度電燃煤量逐漸下降，偉大的背后是中國電力人的辛勤付出和勇于攀登世界燃煤發(fā)電最高峰的拼搏精神。

改革開放40周年，外高橋電廠見證中國火電的超越

外高橋第三發(fā)電廠

在改革開放40周年之際，我們來到上海市外高橋第三發(fā)電廠，采訪了外高橋第三發(fā)電有限責任公司副董事長，安徽平山二期電廠董事長，上海電力大學特聘教授馮偉忠。訪談中我們聽馮老師談中國火電的發(fā)展，談銳意進取的電力人精神，談火電的未來和能源發(fā)展趨勢，同時也激勵我們年輕人要將自身發(fā)展同祖國發(fā)展需要相結(jié)合，為實現(xiàn)中國民族偉大復興而努力奮斗。

馮偉忠老師

申能集團外高橋發(fā)電廠——這個讓馮老師聲名鵲起的地方，傾注了他太多的精力，同時也讓他得到了世界的認可。今天的外高橋第三發(fā)電廠使用了很多馮老師在電力一線研發(fā)的先進技術(shù)，其也成為全世界最清潔高效的燃煤電廠。

“外高橋三座電廠是改革開放后中國火電行業(yè)發(fā)展的一個縮影”，馮老師說。上世紀五十年代，中國火電整體引進蘇聯(lián)的技術(shù)，當時的裝機容量很小，效率更無從談起，這種狀況一直持續(xù)到改革開放之后。1987年是中國電力行業(yè)發(fā)展史上具有歷史意義的一年，國務院“七·五”期間十二個重大專項中有一個就是引進美國亞臨界機組技術(shù)，這其中的代表就是山東石橫電廠兩臺30萬亞臨界機組。其汽輪機和發(fā)電機采用美國Westinghouse公司的汽輪發(fā)電機組，鍋爐引進自美國Combustion Engineering（CE）公司，同時整體引進美國的電廠設計技術(shù)，這也標志著中國火電行業(yè)開始大規(guī)模引入國外電站設備制造和電廠設計技術(shù)。外高橋第一發(fā)電廠就是在這樣的時代背景下建立的，92年開工建設，98年建成投產(chǎn)，共四臺美國30萬亞臨界機組。建立外高橋第二發(fā)電廠的時候，上海市引進的是德國技術(shù)，西門子汽輪發(fā)電機組，阿爾斯通的鍋爐，兩臺90萬超臨界機組，外高橋二發(fā)電98年建設，04年建成。

外高橋第二第三發(fā)電廠模型圖

在參與外高橋第二發(fā)電廠六年的建設過程，馮老師稱之為“不出國的留學”，他詳細學習了德國的火電技術(shù)，發(fā)現(xiàn)美國火電技術(shù)落后德國20年以上，同時德國技術(shù)也有許多不足之處。在對外二電廠六年的消化吸收基礎上保留其優(yōu)勢，同時補足短板，建立了外高橋第三發(fā)電廠，采用了兩臺100萬超超臨界機組，從05年開工建設，08年建成僅花了三年時間。外三采用了馮老師的很多技術(shù)，使煤耗降到了世界最低的水平，同時幫助外三獲得了很多國際性大獎。今天遠在安徽淮北的平山電廠二期工程兩臺135萬千瓦機組正在施工建設，該工程核心是馮老師提出的高低位雙軸二次再熱技術(shù)，項目建成后度電煤耗只有251克。不久前該工程獲得了PEABODY全球清潔煤領(lǐng)導者獎，這也是該獎項第一次頒發(fā)給在建機組。

外三電廠夜景

從外一到外二再到外三，這三座電廠見證了自改革開放后中國電力行業(yè)由追隨到趕上再到超越的過程，而即將建成的平山二期則是中國人自主設計制造的成果。

外三廠用電率和煤耗

創(chuàng)新需要過硬的基礎知識和動手能力，同時也要善于觀察生活尋找靈感

火電行業(yè)的進步離不開一項項新技術(shù)的使用，新技術(shù)的開發(fā)需要電力人的創(chuàng)新精神。在訪談中，馮老師給我們分享了兩個小故事。第一個是發(fā)生在外二建設中的一個意外事故，鍋爐建好后啟動機組之前需要進行沖管試驗以排空管道中可能含有的固體顆粒，防止對汽輪機產(chǎn)生損害。而就在沖管的過程中，一節(jié)管道發(fā)生爆炸，好在沒有造成人員傷亡。檢查爆炸管道的截面發(fā)現(xiàn)斷面很新，管道設計溫度壓力都留有5倍余量，且試驗過程中的工況也在允許范圍之內(nèi)。一時間找不出事故原因，外國廠商的專家也專門飛來也指不出問題所在?？墒蔷嚯x年底發(fā)電的任務只有一個多月的時間。在這樣的情況下，馮老師作為電廠方項目負責人當機立斷，在最快的時間內(nèi)讓供應商延長了管道長度同時加厚了管壁立馬換上。在更換管道的時間內(nèi)，馮老師每天都在思考，通過對管道整體和截面的分析找到了一種可能性。發(fā)生爆炸的管道和另外一個管道垂直連接匯合到另外一個管道，呈T字型，現(xiàn)場人員反映在爆炸前聽到管道震動的響聲。在計算兩個管道的蒸汽流速后，發(fā)現(xiàn)蒸汽在匯合后當?shù)亓魉龠_到了聲速，而學過流體力學的人知道，如果達到聲速需要使用漸擴管，這樣才能使流體速度上升，否則就會形成音障，音障的出現(xiàn)就像一堵墻，流體撞擊上去速度下降，能量沿著管道向后傳遞，如此往復形成一定頻率的震動，當流體的振動頻率和管道的固有頻率相同時產(chǎn)生了共振現(xiàn)象，從而使管道不堪重負最終爆炸。在有了這樣的想法后，如何證明并讓別人信服成了困難，這時候馮老師過硬的數(shù)學功底派上了用場。他將管道的二維震動分解成兩一維震動，然后通過微分的思想將管道分割成環(huán)狀細條，再剪開，在每一條上發(fā)生弦振動，在把管道分割成軸向的條，在每一條上發(fā)生著干震動，經(jīng)過微分推導和振動力學計算發(fā)現(xiàn)果然在爆炸管道處發(fā)生了共振，從而從理論方面證明了自己的猜測。而之前讓供應商更換加長加厚的管道則在無意中破壞了共振產(chǎn)生的條件從而解決了問題。

與馮老師交談中

馮老師還分享了一個把生活中的問題應用到電廠設備中的例子。當年，空氣預熱器巨大的轉(zhuǎn)子因為受熱不均容易發(fā)生開裂，從而導致圍帶傳動裝置故障，空氣不能進入爐膛，然后機組跳閘停機。面對這個問題，馮老師設計了一套吊帶式的結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子在傳動時顯示剛性，在膨脹時為柔性，從而解決了轉(zhuǎn)子受熱膨脹開裂的問題。這種設計受到上海舊社會電影里人們穿的吊帶褲啟發(fā)。期初這種設計受到了外國人的懷疑，并專門請博士用有限元分析方法證明這種設計有缺陷，面對外國人的質(zhì)疑馮老師用實際行動驗證了自己設計的可行性。實際測試中并沒有發(fā)生外國博士模擬出現(xiàn)的嚴重位移，且設備目前仍在正常運轉(zhuǎn)。巧合的是，空氣預熱器運用了這個結(jié)構(gòu)后運行的更穩(wěn)定了，從而使鍋爐運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)高效，無形之中提高了系統(tǒng)的整體效率。

不忘初心，堅定使命，為火電行業(yè)繼續(xù)奮斗

馮老師小學生活在特殊時期，五年級離開了學校，16歲的時候進入電廠當學徒，雖然不能在學校上學，但是他對未知領(lǐng)域的好奇以及對解決問題的鉆研精神一直驅(qū)使著他自學。電廠新用的晶體管儀表會勾起他的好奇心，于是就去學習晶體管，學習晶體管又發(fā)現(xiàn)里面有不懂得歐姆定律等電工知識，然后又去學電工學，發(fā)現(xiàn)電工學同樣又有很多看不懂的地方。后來做教師的父親建議他先學習高等數(shù)學，聽了父親的建議，他在后來的歲月里把高等數(shù)學自學了幾遍，習題冊做了不知多少遍，直到對高數(shù)知識掌握的游刃有余。馮老師過硬的數(shù)學知識，以及自學的其他相關(guān)學科知識在他日后的工作中產(chǎn)生了巨大的幫助，讓他在面對問題時有不同的視角，同時可以用理論來分析問題。

小時候聽父親講華羅庚、蘇步青的故事，他年輕時就樹立夢想立志成為國家電力部門總工程師。他有過這樣一次機會，幾年前國電集團的領(lǐng)導和申能集團的領(lǐng)導在世貿(mào)大廈進行會晤，當時馮老師也應邀參與，國電集團表示希望他來北京，讓他擔任國電總工程師。那將是功成名就。面對這樣的一次機會，馮老師后來拒絕了，因為在他看來真正到了那個位子，自己就遠離了一線，不能更及時的發(fā)現(xiàn)問題解決問題了。而他認為每個人的生命長度是差不多的，而自己相對于其他人在電廠技術(shù)上有更多的能力，解決火電發(fā)展遇到的困難，提高燃煤發(fā)電的效率這是他的使命。也是他這個決定才有了今天火電廠的廣義回熱理論，高低位雙軸二次再熱技術(shù)等等，有了今天的平山二期。未來，他依然在這兒。

合影

火電的未來，未來能源的發(fā)展趨勢

面對人們對火電污染的誤解，以及國家出臺的一系列對新能源的優(yōu)惠政策，火電行業(yè)仿佛正在受到冷落。馮老師認為每一種能源在國民經(jīng)濟發(fā)展中都有自己的位置，我們不該盲目跟隨別人的觀點，而要客觀的看待每一種能源。中國煤炭資源豐富，就要客觀認識我國的能源現(xiàn)狀，不可看低煤電而抬高其他能源的位置，火電目前在能源消費中占比巨大，而我們的使命就是盡力提高燃煤發(fā)電效率，盡量延長煤炭資源的使用年限。

為此馮老師建立了自己的電廠改造公司——申能電力科技公司，致力于將他提出的技術(shù)應用到更多的電廠中，為更多的燃煤電廠提高效率，節(jié)約資源。在對未來能源的看法上，可控核聚變的使用仍然比較遙遠。而現(xiàn)在地球上所有的化石資源都來自太陽能，生物質(zhì)是大規(guī)模儲存太陽能的最好途徑?，F(xiàn)在有些電廠已經(jīng)開始摻燒生物質(zhì)，在國外也有了專門的生物質(zhì)電廠，在工作原理上同火電廠沒太大不同。而真正的困難在于生物質(zhì)從獲取加工到儲存的整個產(chǎn)業(yè)鏈的建立，這將是一個慢慢探索的過程。在環(huán)境問題突出的今天，燃燒生物質(zhì)發(fā)電可以降低碳排放，在可預見的未來，生物質(zhì)將是能源消費的較好選擇。