超临界机组

受SCR脱硝技术最高效率制约，低氮燃烧技术在煤电机组NOx超低或近零排放控制中需发挥更大作用，或需提升技术性能。然而，低氨燃烧所需贫氧还原性条件与防高温腐蚀和结渣所需富氧氧化性条件相矛盾，因此，低氨改造后高温腐蚀、结渣等问题普遍存在，严重影响机组安全稳定运行，也制约了炉内进一步深度降氨实施。对冲燃烧锅炉由于燃烧组织方式特殊，采用低氮燃烧方式后上述问题更为突出。统筹协调燃煤锅炉运行环保性与安全性之间矛盾，防范化解低氨燃烧给锅炉带来的潜在安全隐患，是煤电机组安全稳定实现超低和近零排放的重要前提和安全保障。 项目研究成果在7家电厂得到应用，其中福州电厂600MW超临界机组工程示范应用结果表明：侧墙贴壁氧量可提高到1.5%以上，HS和CO浓度可降低60~90%，NOx浓度可降低40~80mg/m²，技改后机组至今运行二年多，锅炉水冷壁未出现明显高温腐蚀现象。黄其励、岳光溪和段宁三位院士领衔的鉴定委员会认为：该研究成果可显著提高超低排放下对冲燃烧锅炉运行的安全性，具有良好的推广应用价值，成果总体居该领域国际领先水平。

国电汉川发电有限公司总装机容量332万千瓦，一、二期四台33万千瓦级机组，1998年建成投产，三期建设两台100万千瓦超超临界机组，分别于2012年12月和2016年8月建成投产，年耗煤量超过600万吨，燃煤存储、采样分布点多、面广、管理难度大，燃料验收采制化工作大量依靠人工完成，自动化水平低，工作环境恶劣，人员素质不高，廉政安全风险监管难度较大，燃料验收领域成为廉政安全事件的高发区和重灾区。 汉川公司建设了两套相互独立的输煤系统，共配置4台翻车机、2座卸煤码头，设置6个采样点、11台皮带采样机，相距最远的两个采样点距离2.5公里。燃料智能化管理系统采用项目组负责制，自主建设，分项分阶段的实施模式，主要由全自动制样系统，气动管道传输及智能存查样系统，远程煤样自动封装接卸分选系统，管控系统和数字化实验室等六个项目，八个子系统组成。根据企业实际情况，量身定制了煤样专用运输车、自动煤样分选归批、制样机自动给瓶、自动奔料、单节火车煤按单一批次自动采样等个性化功能，实现了燃料“计量、采样、制样、存样、运样、化验”全过程集中式自动化管理，有效贯彻了集团公司“人与煤样分离，人与数据隔离”的管理理 念，降低了廉政安全风险，提升了燃料管理水平。 燃料智能化管理已成为当前大型火电企业燃料工作的新趋势。电厂结合实际，将分散的计-采-制-化设备集成于智能化管控中心平台，实现操作智能化，数据实时化，管控集中化，管理信息化的“新四化”燃料管理目标。

630-650 ℃高效参数机组适用温度范围内可供选择的铁素体耐热钢，目前只有日本制铁株式会社的SAVE12AD和我国钢铁研究总院+宝武集团的G115。G115钢属于我国自主开发的新型马氏体耐热钢，在630-650 ℃范围内具有良好的组织稳定性能、优异的高温蠕变性能、较好的抗蒸汽氧化性能，在性能多项指标方面都略优于SAVE12AD，也是应用于该温度段大口径管、集箱等厚壁部件的最关键材料。但尚未有与其配套的焊接材料及相应的焊接工艺，这是制约G115钢工程实际应用的关键问题，也是卡脖子问题。国外由于技术封锁，相关的报道很少，必须依赖自主研发。高参数大容量机组可提高发电效率、降低煤耗，控制CO2排放、减少环境污染，现已成为国际上燃煤火电机组发展的主导方向，在700 ℃超超临界机组实现工程应用之前，国际上把重点建设集中在了630-650 ℃参数机组。国家能源局现已正式批复大唐集团郓城630 ℃超超临界二次再热机组示范项目。国家能源集团国华清远630 ℃超超临界二次再热机组项目建设已获广东省发改委核准，这也是到目前为止世界上最高火电参数机组应用工程。机组主蒸汽管道及高温集箱、锅炉管屏（高温段）将分别选用新型耐热钢G115和Sanicro25（C-HRA-5）。课题研究可解决配套的焊接材料及相应的焊接工艺问题，有利于推进35 MPa/615 ℃/630 ℃/630 ℃二次再热示范机组建设。项目针对630-650 ℃目前世界最高参数等级高效机组所选用的国产新型耐热钢G115无焊材、无工艺局面，开展了专用匹配焊接材料研发及相应的焊接工艺系列研究，研制了焊材体系，获取了各类工艺规范参数，完成了G115钢同/异种钢焊接工艺优选，填补了多项国内外空白。 项目研制的G115钢匹配焊接材料、提出的G115同/异种钢焊接工艺技术适用于9Cr-3W-3Co系马氏体耐热钢焊接，提高了焊接接头的可靠性。项目研究成果在哈尔滨锅炉厂有限责任公司、山东电力建设第三工程有限公司等单位成功应用，有助于推进630-650 ℃高效超超临界机组电站建设。

响应国家关于消纳新能源的精神，以及结合“两个细则”的考核办法，电网调频机组在AGC性能指标优化方面需增加投入更多。通过项目实施，为发电企业带来“两个细则”奖励创造一定的经济收益，提高火电机组调峰能力，进一步加强电网消纳风电能力，这也是项目的重点所在。各控制算法可在DCS组态，不需要外挂服务器，成本低便于实施。随着AGC优化的市场越来越大，以技术服务合同的形式为超临界火电机组提高AGC响应速度的协调优化提供技术支持，能够进行行业全面推广。

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。

项目属于火力发电技术中信息应用系统、金属专业领域， 经中国电机工程学会鉴定，成果处于国际领先水平。 火电机组设备资料数字化水平不高，数据有效利用率低， 设备安全状况评价维度小、效率低，设备的安全状况多数停 留在“事后”模式上。而超超临界机组运行工况恶劣，安全 裕度变小，对部件的监督提出了更高的要求，数字化思维和 管理模式是突破传统金属监督技术瓶颈的重要手段。因此， 对金属监督技术开展数字化、智能化研究，给出设备的安全 状态及趋势势在必行。 项目针对超超临界机组的设备数据整合、安全状态快速 评估等技术需求，通过对设备数据库集群建立、损伤模糊智 能化诊断、多维度的损伤评估、在线智能化金属监督等方面 开展研究，实现了火电机组金属监督智能化，促进了设备安 全状况由被动掌握向主动获取、设备检修由计划检修向状态 检修的转变。

当前全社会上下都面临着节能减排的巨大压力，而发电厂这一高耗能群体，面对燃煤价格的日益上涨和污染排放的限制，面临着提高锅炉效率与降低污染排放的双重要求，迫切需要更好的面向节能、降耗、减排、安全的生产过程一体化智能优化方法。本项目基于可调谐激光吸收光谱技术（TDLAS）的锅炉CT温度场测量系统研发及应用，实现了锅炉大空间温度场的在线检测，为燃煤锅炉燃烧优化提供了检测手段和必要信息。构建智能燃烧优化系统，实现锅炉燃烧精确高效运行。通过大数据分析和智能寻优，开发基于神经网络和遗传算法的变煤质/负荷锅炉高效运行专家指导系统，根据锅炉炉膛温度参数分布，利用神经网络、遗传算法和模拟退火方法等全局寻优算法对锅炉的最佳燃烧工况进行寻优，获得不同煤种、配风模式及负荷条件下，各燃烧参数的最佳设定值。基于历史数据分析、专家知识库诊断的远程故障诊断与预警系统，实现了远程诊断中心对DCS过程数据、旋转机械振动分析数据、精密点检数据的集成，将数据集中在公司总部集中展示，利用大数据技术、专家系统，对数据进行分析，对设备的健康状态进行分析展示，指导运行和检修。基于炉内燃烧动力场的“四管”防磨防爆预警系统，建立了大数据分析处理系统，可以长期采集DCS运行数据，根据烟气对“四管”长期冲刷下磨损情况和汽水参数越限情况，结合锅炉燃烧CFD模拟判断烟气流累积评估，建立“四管”寿命预测模型，从而对锅炉泄漏进行预判。基于物联网的安全管理系统，系统综合运用高精度定位技术、物联网技术、智能信息处理技术等高科技手段，实现现场关键区域人员工作状态的实时监控，实现危险源智能识别、智能巡检、电子围栏、智能两票等功能，消除安全生产隐患，提高电厂运行的安全性。三维虚拟电厂构建与应用技术，对电厂进行整体三维建模，最高精度达到设备零件级，并与DCS运行数据、人员点位数据、两票作业数据、燃烧动力场数据、故障诊断预警数据等进行实时联动显示。 项目研发的技术在大唐南京发电厂#1机组（660MW超超临界机组）安装并成功投运。经第三方测试，系统投运以后可以提供锅炉效率0.5%以上。本项目成功实施后，主要用户在发电领域，如中国大唐集团、中国华能集团等五大电力集团。根据《2014版全国火力发电厂分布与规划图册》，截至2014年底，全国火力发电机组300MW以上已投产数量为1397台，在建机组192台，机组共计约1600台，目标用户数量和市容量十分庞大，项目技术及产品有很大的推广应用价值。

本成果属于火力发电技术开发领域，热控专业，主要涉及系统建模和控制系统优化。 深度调峰已经成为火力发电机组的必然趋势，配煤接烧是火电企业提升经济性的重要途径。 大多数超超临界机组在配煤接烧后，AGC考核结果不够理想，在该情况下，对AGC控制进行优化，以期全面改善提高AGC控制的各项性能指标显得尤为重要。对火电机组AGC系统进行建模并对控制系统进行优化，是在保证机组安全的前提下发挥现有设备的最大性能，是发电企业提升机组灵活性和应对“两个细则”考核最经济、有效、快速的实现途径。 本项目即是为解决多变量系统建模与控制系统优化的问题而设立。