临界火电机组

本项目以APS和预估控制、模糊控制、专家控制、学习控制、仿人控制等智能控制技术为基础，设计开发了“超（超）临界火电机组智能控制系统”。该系统包括智能启动、智能运行、智能停运三大功能模块，每个模块分为阶段、功能组、子功能组等，能在不同的初始工况下自动启动机组、自动升降负荷和自动停止机组运行。 主要创新点：1）提出了基于分解聚类算法的改进型T-S模糊模型，建立了制粉系统优化启停控制推理专家知识库，解决了双进双出钢球磨的实时出力计量难题，以及制粉系统启停时机选择难题；2）提出了基于模糊数相似度分析的汽轮机启动过程风险预估和管控方法，解决了国产汽轮机自启动技术难题。3）提出了以启动前设备状况为约束条件的混合整数线性规划算法，实现了机组启动路径识别及风险评估；项目已申请16项发明专利，其中12项已授权。

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。

本项目根据超（超）临界火电机组的运行特性，从主参数（汽温、汽压等）稳定控制、汽轮机高调门流量特性与滑压运行经济性综合优化、汽轮机高调门调节能力与节流损失矛盾化解等方面开展了创新技术研究，实现了超（超）临界机组的深度节能控制。 项目研发的成果已应用于大唐淮北发电厂、江西大唐国际抚州发电有限责任公司、国电铜陵发电有限公司等数台系统内外的超（超）临界发电机组。提高了超（超）临界燃煤机组主参数（汽温、汽压等）控制品质，实现了汽轮机高调门流量特性与经济性滑压运行方式综合优化，解决了深度滑压运行的超（超）临界机组汽轮机调门调节能力和节流损失矛盾，实现机组深度节能运行。

随着能源技术的不断进步和节能减排的要求，“十三五”科技创新规划已明确将“推进煤炭安全清洁高效开发利用”作为能源战略的中长期发展目标。为进一步降低排放和提高发电效率，提高蒸汽参数成为主导方向，这也给材料的使用带来了更严峻的要求，尤其是焊接性能、抗高温腐蚀和氧化能力、时效性能等，T/P92等铁素体钢和SUPER304H、HR3C等奥氏体钢成为超超临界机组的首选。为适应超超临界火电机组形势的需要，需要解决材料选型和焊接问题。

100%容量锅炉给水泵组是1000MW等级超超临界火电机组中关键的辅机设备，该产品的性能优劣及稳定性关乎整个电厂的安全性。公司利用先进的设计方法、工艺装备和试验检测手段，成功研制国内首台套具有完全自主知识产权的100%容量锅炉给水泵组产品。 该产品采用全抽芯式整体芯包、刚性转子、阶梯式主轴结构，满足系统快速启动要求，便于维护检修；开发出大流量、高扬程、高效水力模型，可提高泵组运行效率；研制出补偿角度偏转和窜动的安全型推力轴承，采用平衡鼓+推力轴承结构可有效平衡轴向力，提高泵组可靠性；优化了轴端密封冷却室组件结构，增强了冷却效果。研制过程中公司掌握了PIV测试平台水力模型特性研究、三维全流道有限元仿真、轴承-密封转子动力学及故障诊断等核心技术，真正实现核心技术自主可控，为“碳达峰、碳中和”目标背景下国家能源安全保障做出了贡献。

项目属于热工节能控制领域，经中国电力企业联合会鉴定，研究成果达国内领先水平。 随着节能减排政策力度的持续增加，超（超）临界机组节能方案已从“改进本体设备和辅助工艺”逐渐向“基于先进算法和优化策略的深度节能控制”研究方向发展。项目根据超（超）临界火电机组的运行特性，从主参数（汽温、汽压等）稳定控制、汽轮机高调门流量特性与滑压运行经济性综合优化、汽轮机高调门调节能力与节流损失矛盾化解等方面开展了创新技术研究，提升了机组运行过程中主参数控制品质，解决了深度滑压节能运行与参与电网调频调节的矛盾问题，实现了超（超）临界机组的深度节能控制。

火电企业机组锅炉四管泄漏是造成机组非计划停运的主要原因之一,是火电企业关注的焦点问题之一。研究单位完成了集团公司防四管泄漏管理规范编制、超（超）临界火电机组抗氧化蒸汽特性研究、四管泄漏历年失效分析及锅炉四管防磨防爆深度检验等一系列工作。在此基础上，研究单位探索利用信息化管理手段，结合大数据风险管理，建立了集团公司四管泄漏数据库，综合检验、检测新技术应用，在部分火电企业实践开展基于大数据风险指引的防四管泄漏精细化检验工作，并取得明显效果。 锅炉四管长期在烟气、温度、工质、应力等因素综合作用下，金属表面状态及组织结构性能会逐步劣化，这些劣化的宏观特征及微观状态是可以通过相应的检验检测手段去发现和预测的，不同的失效方式需采取不同的检测手段及不同的防范措施。机组检修期间如没有对四管深入检测并及时消缺处理，部分受热面薄弱部位存在的缺陷将随机组启动运行逐渐扩展，严重时将造成锅炉受热面泄漏，影响机组安全稳定运行。研究单位按照“趋势分析、重点防控”思路，将风险预测管理和防四管泄漏管理有机地结合起来，系统分析锅炉四管失效形式与失效机理，建立了锅炉四管多维度信息数据库，并基于锅炉四管泄漏大数据风险指引编制技术方案，制定优化网络图，按“三级精细化管控体系”开展实施四管精细化检验。在大数据信息指引下开展针对性的开展检验项目，形成华电特色的四管“三级管控”及“查修分离”的检修工作模式。现已完成 10 余家集团公司重点帮扶单位的防四管泄漏精细化检验项目。项目的实施有效减少了锅炉四管泄漏事故及非停次数，对集团公司锅炉四管精细化管理整体提升有很大意义。

我国的SC、USC机组中应用最广泛的是P92钢，P92钢相比其他铁素体合金钢具有更高的高温强度和蠕变性能，抗腐蚀性和抗氧化性能等同于其他9%Cr铁素体钢，抗热疲劳性能强于奥氏体不锈钢。正是因为P92钢这些优势，在未来SC、USC机组上将被大量采用。尽管P92钢开发出来已20多年，但在国外大规模应用业绩不是很多，在国内刚开始应用。焊接接头是影响机组运行安全的最薄弱环节，由于P92钢合金元素含量高,有较大的焊接难度，且目前P92钢焊接工艺不是很完善，特别是主蒸汽及再热热段管道等大壁厚管道中，焊接接头易出现焊接缺陷；而P92钢对于焊接接头缺陷修复要求非常高，“耐热钢在同一位置上的挖补次数不应超过两次”，因此，这对P92钢主蒸汽及再热热段管道含缺陷接头的修复工艺提出很大的要求。 相比传统火电机组，超（超）临界火电机组蒸汽管道与联箱用钢出现两大变化：一是高温区域广泛使用新型马氏体耐热钢如P91、P92钢等；二是合适温度区仍使用传统耐热钢如12Cr1MoVG、P22等，但由于超（超）临界机组蒸汽参数提高，传统耐热钢使用壁厚大大增加。本课题以厚壁12Cr1MoVG钢和P92钢为代表，研究超（超）临界机组蒸汽管道与联箱材料上述变化导致的新焊接关键技术问题。