▓科技成就
科學技術是生產力。現代的經濟建設、生產發展,越來越明顯地依靠科學技術。中國電力工業也不例外,在很大程度上是依靠電力科技所取得成就的基礎上發展起來的,尤其新中國建立後,電力科學技術的進步,對電力工業的發展起了很大的作用。
經過三十六年的建設,中國電力工業的科技水平已步入世界先進行列。到一九八五年,中國已擁有亞臨界參數60萬千瓦的火電大機組和32萬千瓦的水電大機組,擁有100萬千瓦以上的大電廠14座(其中火電3座,水電1座),擁有500千伏超高壓輸電設備,擁有4個容量超過1000萬千瓦的跨省電網。在新能源發電方麵已從試驗研究逐步轉向應用,大型核電站已開始興建。以上這些主要成就,足以說明中國電力工業的科技水平已步入世界先進行列。
以下分別按專業加以敘述:
一、火力發電技術
(一)大容量高參數機組的采用。
舊中國,最大的火力發電機組是5.3萬千瓦的中溫中壓機組,汽溫400℃,汽壓2.45兆帕,安裝在遼寧省撫順發電廠,一九四一年投入運行。高溫高壓機組也僅有1台,安裝在上海楊樹浦發電廠,容量為1.5萬千瓦,背壓式,汽溫496℃,汽壓8.45兆帕。這兩台機組分別由日本、美國製造。舊中國自行製造的最大火電機組容量隻有200馬力。此外,還利用進口部件,配製成1台2000千瓦汽輪發電機組。
新中國建立後,為了節約能源,提高火電機組的熱效率,降低投資和加快建設速度,一直圍繞著增大單機容量,提高蒸汽參數和優化熱力係統進行研究和發展。一九五四年,中國製造了第一台6000千瓦的中溫中壓機組,結束了中國發電設備完全依賴進口的局麵。接著國產1.2萬、2.5萬千瓦中溫中壓機組和5萬、10萬千瓦高溫高壓機組相繼製成並投入運行。第一台國產12.5萬千瓦(550/550℃,13.24兆帕)和20萬千瓦(535/535℃,13.34兆帕)超高壓再熱機組也於一九六九年和一九七二年先後在上海吳涇熱電廠和遼寧朝陽電廠投產。第一台30萬千瓦亞臨界壓力機組於一九七四年在江蘇望亭電廠投產。為了進一步提高火電機組的技術經濟水平,提高機組可靠率,一九八一年,從美國引進了30萬和60萬千瓦亞臨界壓力機組(538℃,16.68兆帕)的製造技術,自行製造,並將分別於一九八七年及一九八九年在山東石橫電廠和安徽平圩電廠投入運行。從法國引進的亞臨界參數30萬千瓦,60萬千瓦機組,分別於一九七八年和一九八五年在內蒙古元寶山電廠投入運行。
(二)雙水內冷汽輪發電機的發明和發展。
雙水內冷汽輪發電機是中國科技重大成就之一,已為國內外電力科技界所熟知。五十年代後期,世界上第一台雙水內冷汽輪發電機在中國誕生。一九五八年五月,浙江大學電機係教師,在進行了通水模擬試驗後,建議中國電機製造廠試製轉子繞組水內冷汽輪發電機。當年,浙江肖山電機廠試製成3000千瓦、1500轉/分凸極式雙水內冷(水水空)汽輪發電機;上海電機廠試製成1.2萬千瓦、3000轉/分隱極式雙水內冷(水水空)汽輪發電機,並於當年十二月安裝在上海南市電廠正式投入運行。這台發電機的外形尺寸與空氣冷卻6000千瓦發電機同樣大小,但出力可達1.2萬千瓦。
三十多年來,上海、哈爾濱和北京的電機製造廠相繼製造了2.5萬、5萬、7.5萬、10萬、12.5萬、20萬和30萬千瓦的水水空型雙水內冷汽輪發電機並投入運行。中國是世界上製造雙水內冷汽輪發電機最多、運行時間最長的國家。
(三)熱電聯產的發展。
熱電聯產是火電廠在發電的同時並向用戶供熱。熱電聯產的綜合熱效率一般為65—75%,與熱電分產的綜合熱效率約42%(凝汽式發電熱效率為30—35%,小鍋爐的熱效率為50—55%)相比較,熱效率大大提高了。熱電聯產不僅節約能源,而且可以減少環境汙染,也是城市熱化的正確途徑。舊中國沒有熱電聯產的熱電廠。新中國建立後,從第一個五年計劃開始,在電力工業建設中,就重視熱電聯產技術的發展,在全國一些新興的工業區內,建設了一大批區域性熱電廠,為發展熱電聯產開創了良好條件。以後建設的規模和機組容量也逐步增大,在運行的熱電站中,規模最大的是吉林熱電廠,至一九八五年裝機容量45萬千瓦,最遠工業供汽距離為6公裏,最遠民用采暖供熱距離為10公裏。目前中國供熱式機組的型式有:背壓式、抽汽背壓式、抽汽式、凝汽機打孔抽汽式,供熱一冷凝兩用式以及凝汽機循環水供熱等多種。東北、華北、西北較寒冷的城市,已有近二分之一的城市采暖由熱電廠集中供熱。
到一九八五年底,全國共有供熱發電機組319台,557.25萬千瓦,其中高溫高壓機組113台,348.23萬千瓦;中溫中壓機組186台,186.78萬千瓦;低溫低壓機組20台,22.24萬千瓦。全國年供熱量382.15拍焦。目前中國有40多萬台小鍋爐,年燃燒約3億噸標準煤;仍有近2000萬千瓦中、低壓凝汽式發電機組,是形成中國發電煤耗率高,環境汙染嚴重的重要原因。在今後電力工業現代化發展中,要進一步發展熱電聯產技術,除需要新建大批區域性熱電廠與自備熱電廠外,還有改造大量效率低、設備陳舊的中、低壓火電機組為供熱式機組的任務,使熱電聯產發揮更大的效益。
(四)鍋爐燃燒技術的改進。
為了提高鍋爐燃燒穩定性和燃燒效率,電力科研院(所)首先在試驗室開展對煙煤、貧煤、無煙煤和褐煤等各種煤種的特性分析和燃燒特性試驗研究,指導新型鍋爐的製造和火電廠的設計和運行。例如對福建省低揮發份無煙煤、廣西壯族自治區合山電廠劣質煙煤、江西省分宜電廠劣質煙煤等的難燃煤種的燃燒技術進行攻關研究,改進燃燒設備,采用預燃室燃燒器加裝鈍體燃燒器,以及采用新設計的粗、細粉分離器等技術措施,提高了燃燒穩定性和燃燒效率,大幅度降低了點火和穩燃用油量。
中國將預燃室節油技術應用於火電廠燃煤鍋爐上的開發研究始於一九七七年,到一九八○年初,已在全國102台鍋爐上推廣應用,其技術經濟指標是:預燃室單個出力1.2—2.5噸/時,節油率70-100%,其中35—220噸/時鍋爐每次點火可節約1—5噸柴油,410和670噸/時鍋爐每次點火可分別節約8—20噸和30—45噸柴油。八十年代煤粉預熱室燃燒器發展迅速,新型預燃室采用根部二次風結構,解決了結焦燒壞和光壁預燃筒的冷卻問題,具有節約點火用油和低負荷穩燃用油的良好性能,效益顯著,安全可靠,首先在上海吳烴熱電廠6台220噸/時鍋爐上安裝應用。八十年代中國新型預燃室燃燒器的研製過程的冷熱態試驗工作較完整,應用效果顯著,為火電廠鍋爐節約點火和調峰用油提供了新手段,在國際上處於領先地位。
(五)灰渣的綜合利用。
中國火電廠灰渣綜合利用技術在不斷進步。六十年代就推廣利用灰渣製造建築材料,如陶粒、灰渣磚、灰渣磚塊;利用灰場填土造田,種植農作物;利用灰渣填窪地、修公路。七十年代又擴展到築港、建壩、礦井充填以及灰場上純灰種植等領域。八十年代,灰渣綜合利用的科學技術,又有了創新和發展。研製成低溫合成粉煤灰噴射混凝土;水工混凝土中應用粉煤灰的超量取代技術;粉煤灰分選漂珠及生產漂珠保溫磚、隔熱磚;粉煤灰用於煤礦井下活漿滅火;粉煤灰充填聚氯乙烯塑料製品;研製和應用粉煤矽鈣肥。這些綜合利用新技術用灰量雖不大,但經濟效益、節能效果顯著。
二、水力發電技術
(一)各種型式水電機組的采用。
舊中國,自行設計製造的水電機組最大容量為800千瓦,安裝在四川長壽縣龍溪河下硐水電站。一九四一年日本占領東北時,在鴨綠江上興建的水豐水電站,安裝有日本製造的當時容量最大的9萬千瓦水電機組。
新中國建立後,隨著水電建設事業的發展,水電機組製造技術水平不斷提高。中國已能自行設計製造單機容量從幾百千瓦到32萬千瓦,水頭範圍從3米至462米包括各種類型的水輪發電機組。在這些機組中,水輪機型類有混流式、軸流轉漿式、軸流定槳式、衝擊式、斜流式、斜流可逆式、貫流式以及雙向貫流式等;發電機型類有臥式、立式、傘式、半傘式、懸式以及空冷、氟利昂冷、定子水冷和定子、轉子雙水內冷等。
已投入運行的混流式機組中最大容量是32萬千瓦,轉輪直徑6米,安裝在龍羊峽水電站;混流式機組中使用水頭最高的國產機組安裝在四川漁子溪一級水電站,機組容量4.15萬千瓦,設計水頭270米,最高水頭318米(安裝在雲南魯布革水電站,從挪威、聯邦德國引進的15萬千瓦混流式水輪發電機組,最高水頭372.5米,是國內使用水頭最高的該型機組)。已投入運行的軸流式機組中,容量和轉輪直徑最大的機組安裝在葛洲壩水電站,單機容量17萬千瓦,水輪機轉輪直徑11.3米,它也是目前世界上轉輪尺寸最大的軸流式機組。使用水頭最高的軸流式機組安裝在石門水電站,單機容量1.25萬千瓦,設計水頭67米,最高水頭77米。衝擊式機組在中國作用較少,國產第一台機組安裝在浙江百丈一級水電站,單機容量1.25萬千瓦,設計水頭345米(以禮河三級水電站安裝1台引進的3.6萬千瓦、設計水頭589米衝擊式機組,最高水頭達629米,是國內容量最大水頭最高的該型機組)。斜流式最大機組容量8000千瓦,設計水頭58米,安裝在雲南毛家村水電站。第一台可逆斜流式抽水蓄能機組安裝在北京密雲水電站,其水輪機出力為1.275萬千瓦,水泵最大輸入功率1.5萬千瓦,揚程52米。貫流式機組使用於小型低落差水電站,第一台1萬千瓦機組安裝在廣東白垢水電站,水頭6.2米,轉輪直徑5.5米(馬跡塘水電站安裝1台引進的1.85萬千瓦、設計水頭6.55米貫流式機組,是國內容量最大的該型機組)。最大的雙向貫流式機組安裝在浙江江廈潮夕電站,水頭0.8—5.5米,額定出力700千瓦。此外,將安裝在建設中的黃河上遊李家峽水電站的40萬千瓦大型混流式機組已在設計製造中。規劃安裝在長江三峽水電站的更大容量的水電機組(單機容量預計68萬千瓦)的設計製造也進行了論證。
多年來,中國水電設計和製造部門為了減少機組尺寸,降低造價、提高效率和改善氣蝕性能,研究和采用了不少有效的技術措施。例如水輪機改進流道和葉型設計;合理選擇機型和安裝高程;轉輪采用鑄焊結構;鋪焊或堆焊不鏽鋼等,水輪發電機在結構型式上采用半傘式或全傘式,以減少軸長和降低廠房高度;發電機定子和轉子雙水內冷技術在六十年代初就開始應用;1萬千瓦氟利昂冷卻機組於一九八三年在雲南大寨水電站投入使用。同時,在改善機組運行穩定性和解決機組振動和尾水管壓力脈動方麵也取得了許多科研成果。
(二)壩工建設和廠房布置的發展。
三十六年來,在水電建設中的水工建築方麵,壩工建設和廠房布置以及地下工程的科學技術有了顯著的進步。建成了各種不同的壩,有常規重力壩、拱壩、支墩壩、砌石壩和土石壩,也有中國特色的大寬縫重力壩、空腹壩、三心雙曲拱壩、梯形壩、水墜壩和土石溢流壩等。已建和在建壩高超過100米的大壩有30座。已建成最高的拱形重力壩是貴州省岩溶地區的烏江渡水電站大壩,壩高165米;最高的重力拱壩是青海省黃河上遊在建的龍羊峽水電站的大壩,壩高175米;準備興建的四川省雅礱江二灘雙曲拱壩,最大壩高245米;還有已建的水頭達629米的雲南省以禮河鹽水溝水電站;將要興建的水頭達845米的西藏自治區羊卓雍湖水電站。在這些高壩建設施工中,成功地解決了高水頭流量泄洪帶來的消能、氣蝕以及水電站樞紐、水庫、河道及泥沙問題。
中國的水電站廠房布置形式多樣,大多數廠房建在大壩下遊,其中地麵式較多,運行和維修條件較好。地麵式廠房有壩後式(如龍羊峽水電站)、河床徑流式(如葛洲壩水電廠),廠房頂溢流式(如新安江水電站)、引水式(如以禮河三級和四級水電站,最高水頭629米);還有廠房布置在溢流壩閘墩內的閘墩式(如青銅峽水電站),壩內式(如鳳灘水電站)。劉家峽水電站是采用壩後地麵廠房和地下廠房混合式布置。地下式廠房因工程造價高,工期長,通風防潮和運行條件等不及地麵式廠房,因而建設不及地麵式多。早在五十年代就建成了五座中小型地下廠房水電站,其中有流溪河水電站(裝機容量4.2萬千瓦)和古田一級水電站(裝機容量6.2萬千瓦)。六十年代又相繼建成13座地下廠房水電站,積累了經驗,為七十年代劉家峽、龔嘴(70萬千瓦)、白山(90萬千瓦)、魯布革水電站(60萬千瓦)等大型地下廠房建設準備了技術條件。白山水電站地下主廠房開挖尺寸121.5×25×54米,采用噴錨支護。目前已經投入運行的地下廠房水電站有30餘座;正在施工的有8座,設計中的有20多座。施工準備中的最大地下廠房是四川二灘水電站(安裝6台50萬千瓦機組),主廠房開挖尺寸為192×26×72米。此外,還有不少擴建水電站也大多采用地下廠房,這標誌著中國地下廠房設計、施工技術正在迅速發展。