超（超）临界机组

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。

项目属于火力发电技术中金属专业领域，经中国电机工程学会鉴定，成果居国际领先水平。 项目成果形成多项关键技术，能够批量和快速地实现管道寿命评估，将评估周期从两年缩减至几天时间，提供了存在密集非超标缺陷焊缝的评价依据，消除管道原材料和焊缝的安全隐患，科学利用材料性能潜力，合理安排检修周期，为制造、检修和运行提供全面技术支持，可节约大量试验费用和检修费用。 项目研究成果在大唐、神华、京能集团的亚临界、超/超临界机组成功应用，累计在二十余台机组上开展了三十余次评估工作，评估部件300余件，每年创造的直接经济效益为数亿元。项目多项成果被同行以及制造企业广泛采用，推动了国产化产品质量提高，间接经济效益可达数十亿元。该成果的应用消除了国内大量新建机组安全隐患，提高了机组安全运行的水平，具有很强的实用价值和广泛的推广意义。

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。

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。

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。

随着电力工业的快速发展，超（超）临界机组容量占火电装机容量的30％以上。超（超）临界锅炉由于压力和温度的进一步提高，其承压部件壁厚增大，检测盲区增加，受热面管径减小，联箱结构复杂，节流孔板的设置，管内氧化物剥落，极易造成氧化物堆积堵塞或异物堵塞，引起锅炉爆管、汽轮机汽室部件严重吹损等事故发生。在超（超）临界锅炉基建和检修期间每台炉均积存多达数万张射线底片需要归档供运行检修期间随时查阅，底片数量大，长期保存要求条件高，查阅费时费力，一旦底片在保存期间受损将丢失大量宝贵的原始资料，给设备状态的跟踪运行留下隐患。因此超（超）临界锅炉承压部件无损检测技术及检测设备研究与开发，对于提高超（超）临界锅炉运行可靠性具有十分重要的意义。

项目整体技术于2018年6月在江西九江电厂1000MW机组完成工程应用，经第三方权威机构现场测试，设计工况下厂用电率3.94%，热耗率为7161.2kJ/kWh，发电煤耗259.10g/kWh，供电煤耗269.73g/kWh，在国内外首次实现一次再热机组供电标准煤耗低于270g/kWh。项目获授权发明专利8项、实用新型专利9项，软件著作权3项，发表核心论文24篇。由岳光溪院士领衔的的鉴定委员会认为：研究成果总体达到了国际领先水平。 项目成果推广应用到全国十多个省市自治区，涵盖国家能源集团、华电、榆能等企业下属电厂，推动电力行业技术进步和产业升级，示范机组每年可多减排CO2十万吨以上，具有广泛的经济、社会和环境效益。项目成果适用于超（超）临界机组热力系统和主辅机设备的优化设计、结构优化、冷端优化、热力循环及系统优化，可为新建机组节能优化设计和在役机组节能升级改造提供参考，引领燃煤清洁高效利用技术发展，促进减污降碳协同，对我国能源可持续发展具有重要意义。

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。

近年来 600MW 及以上容量超（超）临界机组已成为主力 机组，机组运行参数越来越高，金属部件材料等级也随之提 高，汽轮机叶片、高温螺栓等关键部件失效事故不断出现。 国内外汽轮机叶片常规检测方法效率低，且存在漏检风险， 特别是圆弧枞树型叶根微动疲劳裂纹从叶根内弧中间部位 产生，常规方法难以检出；同时，缺乏对 IN783、R26 合金高 温螺栓服役过程演变研究，且部分批次螺栓还存在组织异常， 缩短了螺栓的正常服役寿命，给汽轮机安全运行带来了极大 隐患。本项目主要研究了基于超声导波与超声相控阵技术的 叶片叶身、叶根检测技术以及 IN783、R26 螺栓组织性能演变 规律及延寿技术。