热力设备

我国电厂凝结水精处理系统的高速混床承担着净化电厂给水水质的重任，其在“正向水锤”的冲击负荷下，布水装置易损坏，导致高混出水水质恶化、周期制水量下降、酸碱耗上升，从而引起热力设备积盐、结垢和腐蚀等问题，以及在“逆向水锤”发生时树脂倒灌导致停机事故，这对机组运行的安全性和经济性造成了显著影响。项目组依靠西安热工院研究开发基金项目与吉电股份白城发电厂委托项目等的支持，针对以上问题，做了以下四方面研究：分析现有高速混床布水装置偏流的原因，确定传统的多孔板拧水帽式布水装置设计缺陷所导致的损坏问题为主要原因；提出了高速混床计算机流体力学模拟优化方法，确定评价指标和参数，解决高流速、高压力等极端工况下高纯水处理难以在实验室进行动态模拟试验的技术难题；研究提出高速混床新型布水装置的技术方案，并利用仿真模拟方法对设计参数进行优化，开展工业试验，对技术方案进行验证和评价；确定“逆向水锤”发生原因为混床进口突然失压所致，开发了防止精处理混床树脂倒灌的智能化装置。 本项目成功研发了提高精处理混床布水均匀性的技术及产品，并依托承担的多项精处理混床运行优化项目，对该技术不断升级，最终形成了极端条件下高速混床均匀布水的关键技术，并开发了相关的产品。该技术已授权专利5项，申请专利5项，发表核心期刊论文4篇，制定并发布企业标准1项本技术应用后，使我国电厂混床出水水质与单位体积树脂周期制水量均达到国际领先水平，彻底解决了混床树脂倒灌造成停机等严重事故的问题，延长了电厂锅炉与汽机设备的使用寿命。本项目研究成果已在国内35家电厂40台机组158台混床进行了推广应用，该技术推广至今累计节约酸碱用量10000吨以上，减少高盐废水排放150万吨以上，节约除盐水100万吨以上，节水减排效显著。目前全国95%以上的电厂混床采用传统布水装置，而全国的混床保有量达6000台以上，另外我国及“一带一路”国家新建发电厂的混床数量也非常庞大，因此该技术推广应用前景十分广阔。

本项目以深度挖掘火力发电厂节能潜力、构建电厂智慧监测系统为目标，形成了如下研究成果：（1）锅炉运行在线监测和优化：给出不同煤质、不同负荷下基于炉内空气动力场优化的煤粉炉最优静态特性；（2）汽轮机冷端全工况精细节能优化：对空冷岛 56 个空冷单元传热性能实施全方位的实时监测，确定实时最佳背压和各空冷风机最佳频率；（3）锅炉尾部烟道对流受热面积灰厚度在线监测技术，实现自动高效吹灰，提高锅炉热效率，解决目前燃煤电厂定吹模式存在的过渡吹灰、吹灰不及时、 吹灰能耗大等问题；（4）针对炉膛出口温度高 NOX 难以测量及硬件测量存在的实际问题和飞灰含碳量难以实时检测的技术难题，研究基于深度信念网络（DBN）的 NOX 和飞灰含碳量先进软测量技术，实时监测锅炉燃烧性能并在线优化；（5）从热端到冷端对主要热力设备状态性能进行监测，包括锅炉煤粉输送系统的实时在线监测监控、炉膛水冷壁高温硫腐蚀实时监测，提出了基于供需传热平衡的空冷单元冻结状态和清洁因子实时在线监 测技术，显著提高设备运行的安全性和经济性。（6）开发了机组性能监测和在线优化运行平台，实现机组性能在线计算和运行优化、设备状态性能监测和大数据分析。（7）定量计算分析发电机组升级改造的节能潜力，为机组升级改造提供技术支持。 项目研究成果已在大同发电有限公司 600MW 空冷发电机组示范运行， 经第三方测试，锅炉热效率提高 1.346%，汽轮机热耗率下降 53.86kJ/kW·h，厂用电率下降 0.06%，机组供电煤耗降低 7.03g/kW·h，具有显著的经济和社会效益。

经过多年攻关，项目组在超（超）临界机组热力设备腐 蚀防治技术方面取得重要突破，主要创新成果如下：阐 明了超（超）临界状态下溶解氧对氧化皮生长剥落的影响机 理，发明了基于溶解氧分段精准控制的腐蚀防治技术及装置，实现了水汽系统的全面保护；阐明了影响发电厂水汽系 统在线化学仪表准确测量的各种因素，发明了适用于纯水条 件下 pH 值、（氢）电导率、溶解氧等关键水汽指标的在线 测量方法和关键化学仪表的在线检验方法，保证了纯水（氢） 电导率、pH 值、溶解氧监测的准确性；开发了凝汽器换 热管泄漏在线智能诊断软件，研制了凝汽器换热管泄漏在线 智能监测装置，解决了现有凝汽器检漏装置取样代表性差、 缺乏泄漏信息智能诊断等问题，可以快速、准确地对泄漏进 行报警并给出关键泄漏信息，从而大幅减小水质污染的时间 及对热力设备的危害。

本项目突破传统停备用热力机组腐蚀防护技术难题，取得了系统性技术创新成果：揭示了热力设备金属材料停运腐蚀主要影响因素和规律，首创了干风与气相缓蚀剂协同的腐蚀防护技术和高适应性保护工艺，解决了停运热力设备高湿积水环境腐蚀控制问题，突破了传统工艺保护范围和保护周期局限、水汽品质影响严重等技术难题。发现了脂环胺与杂环胺气相缓蚀剂的复配增效作用及其机理，建立了分子尺度的气相缓蚀剂性能计算模型，开发了适应热力设备特点的新型气相缓蚀剂，在高温高湿积水环境中对碳钢缓蚀效率达到90%以上，实现了气相缓蚀剂在热力设备停备用保护中的高效应用。研制了空气除湿与气相缓蚀剂输送功能协同的干风缓蚀剂联合保护设备，创建了基于该设备的联合循环机组水汽+燃机烟气侧全范围停运保护系统，将复杂热力系统保护范围覆盖率提升到95%以上，实现停备用机组全面、全周期高效腐蚀防护。 项目取得授权发明专利6项，实用新型专利4项，主导制定中电联技术标准1项；发表论文12篇（其中SCI 3篇）。第三方检测表明，在本项目成果工艺保护下热力系统内部碳钢试片经26天挂片试验无腐蚀；对比余热烘干法，机组冷态启动阶段凝结水、给水、炉水铁离子含量分别下降95.52%、78.78%、77.90%；开发的气相缓蚀剂产品缓蚀能力达到“0”级。由侯保荣院士领衔的专家鉴定委员会鉴定认为，项目成果“整体处于国际先进水平，其中干风与气相缓蚀剂协同保护技术处于国际领先水平”。项目成果已广泛应用到国内燃气、燃煤机组，机组冷态启动水汽品质合格时间由常规6小时以上缩短至3~4小时，同时减少了废水废气排放，近三年实现经直接济效益11399万元。项目成果填补了停备用热力机组低腐蚀、高效率启动的技术空白，为保障电力安全生产、促进节能减排、助力能源清洁低碳转型和实现“碳达峰、碳中和”目标提供了重要技术支撑。