上海外高桥第三发电厂科技创新纪实
2015年10月，美国《电力杂志》评出2015年度世界顶级火力发电厂，其中上海外高桥第三发电有限责任公司是中国火电厂唯一获奖企业。美国《电力杂志》创立于1882年，“世界顶级电厂”是一项由美国《电力杂志》举办的年度评选活动，由杂志编辑根据发电行业专业人士(包括设备供应商、设计单位、施工单位、电厂运营方)的提名确定获奖名单，每年10月公布年度顶级火力发电厂，获得“顶级电厂”称号的单位是全球范围内具有吸引力、重要的、创新的电厂，并展示它们可能引起发电行业兴趣的独特设计或技术;获得“世界顶级电厂”称号是全球电力界对该电厂的重要认可。
外三电厂本次能够获奖是由美国工程机械师协会(ASME)组织推荐的。今年4月份，外三电厂总经理冯伟忠收到来自美国ASME的邀请信，邀请冯伟忠在6月底参加其圣迭哥世界学术峰会，并在峰会期间举办一次“不限时长”的个人专场报告。邀请方是有着134年历史的美国工程机械师协会(ASME)。该协会是制造业领域世界权威，包括中国在内，世界上90多个国家进出口机械工程设备，用的都是它的标准。
会后，ASME火电分论坛执行主席克里斯多夫发来专函评价：“冯教授领导的外三团队，成功地将前所未闻的能效提升与极低的环境影响结合在一起，同时使用创新的工程技术解决了许多之前公认棘手的难题。”、“这些成就证明了世界上最好的在网燃煤发电厂在中国。”“外三的这些成就具有世界级的意义，对于冯教授在外三取得的巨大成就及其对世界发电行业的潜在影响的重要性，再称赞也不为过”，“冯教授已经取得的技术成就中的任何一项，对绝大多数个人、组织或国家来说已经算是终身成就了。”、“冯教授在外三取得的瞩目成就为下一个一百年的能源发展打下了非凡的基础”。
2015年10月1日，《电力杂志》副编辑Thomas W. Overton专门撰文如下：
对一个电力行业高速增长并且寻求更加清洁高效发电的国家，煤炭仍然是中国持续发展的关键。这意味着中国电力行业的创新还要下许多功夫，然而一家位于上海的外三电厂在创新方面走在了前列。
地球上没有一个国家的电力产业发展速度超过了中国。中国无论是在可再生能源方面比如太阳能发电、风力发电、水力发电(其新建容量在世界遥遥领先)以及核能发电(中国拥有24座在建核反应堆)，还是在传统的热能发电方面，中国的装机容量以令人惊叹的速度走在了同样高速增长的电力需求之前。中国目前拥有世界上最大的已安装到位的发电基地，其装机容量最近刚刚超过美国。根据中国电力企业联合会公布的数据，单在2014年中国新增了101GW的装机容量，远远超过世界其他约10个国家装机容量的总和。
但上述这些不仅仅是发电能力的增加。中国正面临着空气污染的严峻挑战，这主要是由于中国对煤炭传统性的严重依赖。尽管中国正在上下努力向着低碳电力转变、减少煤炭消耗，但是煤炭在中国可以预见的未来仍是其主要的发电一次能源，中国目前约有116GW在建火力发电机组。综上，如果中国要减少空气污染，实现其二氧化碳减排承诺，中国就必须在改善能效和降低污染物排放上下大力气。
尽管中国的空气污染问题主要归结于老旧低效火力发电机组、缺乏现代化的排放物控制，中国却拥有大量先进的超临界和超超临界发电机组。中国政府正在号召对这些机组进行技术升级改造。许多电厂已经升级了排放物控制，并在一定程度上提高了能效。但是，一家位于上海的发电厂取得的成绩远不止于此。
外三电厂亮点：
ü 中国效率最高的火力发电厂
ü 不断摸索通过技术创新降低热耗、减少污染物排放
ü 效率从2008年的42.73%，提高至2011年的44.5%
一、长期的努力
上海外高桥发电基地(外一、外二、外三)拥有5GW的装机容量，其8台机组矗立在长江岸边。这些机组经历了三个阶段完成建设，目前由三家独立法人运营。
外高桥发电一期项目始于上世纪90年代，一期项目包含由上海电气集团生产的4台300MW机组，并在1994年至1997年陆续上网发电。外高桥发电二期项目开始于2001年，2004年上网运行，包含2台900MW超临界机组(这是当时中国最早的900MW超临界机组)，二期项目中运用了德国阿尔斯通、西门子和日本日立的相关技术。
二期项目刚刚落下帷幕，三期项目——中国最先进、节能的火力发电厂的建设工作便拉开序幕。
外高桥发电三期项目于2005年中期开始，目标建设2台1000MW超超临界机组。三期项目的汽轮机、发电机和锅炉由上海电气集团供货，并经阿尔斯通(锅炉)和西门子(汽轮机)的技术许可。2台机组利用了烟气脱硫(FGD)和选择性催化还原(SCR)技术，并分别于2008年3月和6月投入商业运行。
作为一家超超临界发电厂，外三电厂运行时主蒸汽温度达到至少600摄氏度，压力达到27MPa。当三期机组刚刚上网运行时，其净效率达到了42.73%，是当时世界上最高效的火力发电厂之一。但这仅仅是开始。
二、技术进步
三期项目伊始，该项目团队就落实中央政府的号召，以机组效率的提升、污染物的减排及技术的提升作为重要抓手。
外三电厂相关人员已推出大量的科技创新项目，并成功研发了一系列的系统优化和效率提升的新技术。其中，许多创新技术在工程建设期间就得以同步实施，并且新技术的研发亦在不断推进，这使得机组性能自最初调试期开始就已得到显著改善。
2008年，机组的净效率达到42.73%，在此基准上，2009年提升至43.53%，2010年再次提升至43.97%，2011年又进一步提升至44.5%。自基建及投产以来，机组的年均运行负荷为74%左右。与中国其他先进的燃煤机组(其平均净效率为41.2%)相比，外三电厂每年可因此节省标煤耗量23万吨和减排二氧化碳48万吨。此外，硫氧化物、氮氧化物和烟尘的排放量均远远低于国家规定的燃煤电厂排放限值，甚至低于燃气轮机的排放限值。
以下是外三电厂已实施应用的部分重大技术革新。
1、烟气余热利用技术
通过研发新型鳍片式的烟气热能回收装置，并安装在介于增压风机和脱硫塔之间的低尘区域，这样可降低飞灰磨损以及灰分积累和阻塞的风险。除烟气余热本身之外，还包括引风机和增压风机运行中所产生的热量也一并被回收利用。所回收的这部分热量被送回热力系统替代汽轮机抽汽加热低压给水，降低汽轮机热耗以补偿脱硫能耗。
2、广义回热系列技术
该系列技术，将回热媒介由单一给水拓展为锅炉输入的水、风、煤等。其中，送风回热技术，是利用回热抽汽加热锅炉的进风，进而回收抽汽热能并提高锅炉的燃烧效率;送粉回热技术，通过对磨煤机出口的煤粉进一步干燥和加热，提高了锅炉的燃烧稳定性及燃烧效率，该技术尤其适用于燃烧高水分煤种。这些技术不仅有利于锅炉的燃烧和运行，而且通过回收抽汽的热能和降低冷源损失，提高了机组效率。
3、改进型给水回热技术
通过增设一个附加的可调式高压回热抽汽，可在机组低负荷运行时，维持机组的最终给水温度与额定负荷一致，或至少可缓解因机组负荷降低而引起的给水温降程度。此外，低负荷下锅炉省煤器出口烟气的温降也因此可减小，进而使得SCR在低负荷下不必退出运行。另外，通过控制阀调节该回热抽汽，可使机组调频响应更快。低负荷下，更高的锅炉进风温度，提升了锅炉的燃烧稳定性和燃烧效率，同时，水冷壁入口给水温度相对提高，亦改善了锅炉水动力特性。
4、改进型锅炉启动技术
该技术主要利用蒸汽代替燃油来加热锅炉。机组启动时，给水可由电厂其他机组的蒸汽来进行加热，进而锅炉可由已加热的给水和来自汽水分离器的蒸汽进行加热。当锅炉风机启动后，冷空气被已处于热态的省煤器加热，随后热空气进入空气预热器的烟气侧对冷空气进行加热，从而在机组点火前就建立起“热炉和热风”的环境。该技术加速了启动过程，降低了厂用电耗，并减少了燃料消耗和因其产生的污染物排放量。外三电厂的启动时间小于2小时(包括冷态启动)，耗油量小于15吨，耗电量小于80000千瓦时，并且耗煤量低于200吨(包括用于加热的蒸汽)。
5、固体颗粒侵蚀防治系列技术
管道的蒸汽侧氧化及氧化皮阻塞，一定程度上将引起锅炉炉管爆管;而氧化皮破碎形成的颗粒又将引起汽轮机叶片侵蚀，这是超(超)临界机组面临的突出问题，并已经困扰国际发电技术领域几十年。中国的部分发电厂，在投运之初的几年，机组效率损失就达8%或以上。而外三电厂通过应用创新优化启动技术和程序，缓解了管道的蒸汽侧氧化，而针对锅炉已生成的氧化物颗粒则将之尽快清除。外三机组运行60个月后，经检查表明：锅炉管道未氧化，汽轮机叶片亦未受侵蚀。
三、行业引领者
外三电厂的相关创新技术获得了来自政府和行业组织关于能效提升和污染物减排的一系列奖项。这些已研发完成的技术目前正在一些新建电厂中推广应用，同时，外三电厂相关人员亦同世界各地的行业组织分享了他们的创新技术。
中国的节能减排之路还很漫长，但是像外三电厂这样的发电企业作为中国电力行业的领头羊，正引领整个行业趋向更清洁、更高效化。
