火力发电机组

高温螺栓紧固件是火力发电机组的关键部件，其质量可靠性及长周期服役特性对汽轮机安全运行至关重要上。火力发电机组从亚临界参数发展到超临界及超超临界参数，相应的高温螺栓紧固件用材经历了从铁基材料到镍基材料的跨越式应用。GH4145、GH4169 及 In783 三种镍基高温合金因具有优良的抗松弛性能、抗氧化性能和高温持久强度，因此从航空领域应用拓展到高参数火力发电领域应用，是超临界及以上机组汽缸、主汽门、法兰等紧固部件广泛采用的材料。GH4145、GH4169 及 In783 镍基合金螺栓在高参数火力发电机组服役以来，经常性遇到断裂、硬度异常、应力松弛性、疲劳损伤等问题。由于这些镍基合金用于超临界及以上机组的时间较短，火力发电机组长周期服役工况下材料力学及组织演变规律分析研究不到位，致使电力行业内未能建立起其有效的使用评价标准，相应的技术监督措施制定过于宽泛，镍基紧固部件频繁更换成为常态，造成巨大浪费和相当的经济损失。以上汽超超临界机组使用的 In783 镍基螺栓为例，一次更换（88 根）仅螺栓材料费就达 800 万元。因此需要建立基于超临界及以上机组服役环境及特点的材料使用评价体系，弥补相应的空白，进而纳入行业标准，从而为机组安全可靠提供支撑。 本项目从工程实际出发，对 GH4145、In783 镍基高温螺栓断裂失效作了深入分析，全面研究了 GH4145、In783 镍基高温合金性能及组织演变规律，制订了 GH4145 镍基螺栓里氏硬度与布氏硬度可靠的换算方法，获取了 GH4145 镍基螺栓抗高温松弛性能和持久强度变化规律；形成了全面评判 GH4145 镍基合金螺栓服役期的可靠性的指导文件。基于 In783 镍基高温螺栓服役时间、力学性能及组织结构，形成了符合火力发电设备长周期服役特点的使用评价体系。同时获得了 GH4169 镍基合金螺栓长时服役的组织及性能。项目研究成果已广泛推广，并在国华公司的定州电厂、沧东电厂、宁海电厂、徐州电厂、台山电厂、陈家港电厂等多个单位等到应用。该项研究可为 600MW 等级以上机组汽轮机用镍基高温螺栓安全运行提供科学、可靠的技术支持，机组的安全可靠运行必然使机组获得最大的经济效益。

火力发电机组锅炉尾部受热面水平管组为了防止管排受热变形下沉等情况发生，多采用直通管排固定卡及悬吊管处吊卡吊耳等固定方式，烟气进入后在此区域容易形成烟气走廊而造成吊耳等处局部冲刷，尤其在吹灰区域内吹灰器运行发生问题时，更加速了上述部位的冲刷，虽尾部竖并烟道低温过热器、低温再热器、省煤器外侧管都加有护铁，但由于管卡吊耳等阻碍，护铁并不能充分加到根部，会有空白裸露处管段，它们在烟气走廊里在吹灰器的作用下加速局部吹损减薄，特别是管排深处第3根管以后的，防爆检查人员很难触及到，这样就会留下爆管隐患，从其它方面说这些位置如果更换管段也十分困难。 创新点就是在无法改变目前运行状况的情况下，让尾部受热面特殊部位不被冲刷和吹损。然后通过类比和分析的方法，并受承压管段加防磨瓦的启发，针对不同部位不同状况，借鉴新工艺等技法解决问题。

由于超（超）临界机组容量大、控制参数多、系统复杂，需要较高的自动化水平。随着特高压的接入，网调越来越需求机组具备AGC深度调峰的能力。机组在AGC运行时，通常将负荷下限设置在50%额定负荷，各辅机均能正常运行。如果要使机组具备深度调峰能力，需要将负荷下限设置在30%额定负荷左右，此时对机组辅机的正常运行是一个严重的考验。根据国家能源局关于火力发电机组科技发展十三五规划，随着特高压电网的发展，火电机组需要参与电网深度调峰，具备灵活发电能力。如果火电机组能够将AGC运行范围扩大至20%~100%BMCR，则能够大大加强火电机组参与电网调峰的能力。 本课题是在上述背景下进行的，首先分析了机组的基本情况，包括燃烧系统、给水系统和启动系统等。其次在分析了该机组的各种控制系统，包括协调控制系统、给水控制系统和启动控制系统；根据具体控制系统特点，设计相应的优化控制策略，保证机组在深度调峰时能够获得较好的控制品质。本成果给出了具体的优化方法，主要包括滑压曲线优化、给水再循环阀控制优化、煤水基准线优化和湿态给水优化等方面。在深度调峰变负荷试验时，分别进行了千态变负荷和湿态变负荷试验，千态变负荷试验最低负荷至200MW；湿态变负荷试验最低负荷至120MW。 通过大型火电机组深度调峰运行优化及控制研究项目可以有效扩大机组的AGC调节范围和提升机组的调节品质，根本解决了机组的低负荷段机组调峰能力差的问题，有助于提高机组安全稳定运行。项目的实施对于稳定机组运行水平有着显著效应，尤其是在大规模特高压电接入情况下保证电网的安全性有着积极深远的意义，可以有效减少了电网事故造成的经济损失和社会影响，维护了社会安定，保证了工农业生产和人民生活的正常运转，因此本项目具有很好的社会效益。

通过对哈汽1000MW超超临界汽轮机进行配汽优化研究与试验，在确保机组振动、瓦温正常，轴系及通流部分强度安全的前提下，将哈汽1000MW汽轮机组高压调门配汽方式由原设计的“三阀先开、两级管理”模式（即CV1、CV2、CV3同时开关→CV4），创新更改为“两阀先开、三级管理”模式，即：CV2、CV3同时开关→CV1→CV4。在此配汽模式下，各工况下进汽节流损失减小、机组热耗明显降低，尤其是在1000MW机组参与电网调峰、带部分负荷运行时节能效果更为显著。 本项目已在潮州发电公司#3、4机组上成功实施，对促进高参数、大容量火力发电机组优化运行方式、深入开展节能减排活动具有积极的推动与促进作用。该项目对于已投产的同类型1000MW机组，具有示范推广作用；对于其它采用两级阀门管理模式的600MW及以上大机组，也具有一定的借鉴意义；对于设计制造单位在进行机组配汽方式设计时也有一定的借鉴和参考作用。

我国“碳达峰、碳中和”目标的提出对各行业都提出了更高的要求，面对超过10亿千瓦的燃煤火电机组，无论是通过节能降耗等手段减少机组的碳排放，还是对机组碳排放进行准确计量，都需要建立完善科学的性能试验标准体系。我国原有的电站锅炉性能试验标准发布面向对象主要是系统简单的小机组，针对当前系统复杂的机组，在电站锅炉效率定义和计算方法、锅炉热平衡边界等方面已不能满足我国电站锅炉技术和节能指标体系发展的要求。而对于锅炉性能影响很大的空气预热器还没有专门的性能试验标准，导致近年来很多火电机组的性能试验还要参考美国ASME的标准。美国ASME标准虽建立了相对完善的体系，但是试验方法复杂，而且基于高位发热量的理论体系与实际工作条件不符。针对原有电站锅炉和空气预热器性能试验标准在应用中存在的问题，项目历时10年对其性能试验的标准化工作开展了研究和应用，主要创新工作如下：改进了ASME有关电站锅炉效率的定义和计算方法，提出了以燃料效率作为考核标准和以燃料低位发热量作为输入热量的锅炉效率定义和计算方法，提出了针对复杂热力系统的锅炉热平衡边界确定方法和锅炉效率计算方法；提出了空气预热器漏风率、阻力、热容比、烟气侧效率和空气侧效率的测量、计算和修正方法，改进了ASME三分仓空气预热器性能修正计算方法，提出了不依赖厂家数据的传热条件改变时烟气温度和空气预热器漏风率修正计算方法。统一了循环流化床锅炉和煤粉锅炉性能试验的规程体系，提出了简化修正的循环流化床脱硫效率计算方法、采用运行测量装置测量的燃料量确定方法。项目编制1项国家标准《电站锅炉性能试验规程》、2项行业标准《火力发电机组性能试验导则》和《空气预热器性能试验规程》，授权8项发明和7项实用新型专利，出版3本专著，发表论文10余篇。

近年来，雾霾、酸雨等灾害性天气频发，大气环境形势依然严峻，燃煤电厂虽然已经实施了大量环保排放改造，符合国标要求，是煤炭资源利用中“最清洁”方式之一，但是由于应用基数大，绝对排放量仍是我国当前主要排放源之一-，进行“超低排放”势在必行。2015年12月11日，环保部等三部委联合发布的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》中指出:到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放:东部地区超低排放改造任务提前至2017年前，要求将烟气排放中NOx含量降低到50mg/Nm?以下。 随着我国烟气污染物治理政策的推进实施，社会环保呼声的进-.步提高，火电机组启停阶段的环保指标控制成为社会关心的焦点，行业努力的方向，因此全负荷脱硝投入运行势在行。 全负荷脱硝面临的主要问题是在机组的低负荷及启停阶段，锅炉燃烧强度低，烟气流量少且烟气温度较低，常规SCR脱硝催化剂由于受温度限制难以适用[海门电厂催化剂适用烟气温度(300~ 420C) ]，造成机组启停阶段脱硝装置无法投入运行,引起NOx超标排放等问题，给企业带来不利影响。为保证SCR脱硝系统全负荷运行，目前行业内的主要技术路线有两条:一是通过改造锅炉热力系统或烟气系统提高低负荷阶段SCR反应器入口温度;二是采用宽温催化剂，提高催化剂低温活性。