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科技创新技术
Technology Innovation
攀高向“新” 广而告之
导语
习近平总书记强调，国有企业要提高核心竞争力、增强核心功能，切实发挥科技创新、产业控制、安全支撑作用，大力推动我国新能源高质量发展。
上海成套院作为科研院，坚守“科技报国”的初心，聚焦能源发展亟待解决的问题，锚定新质生产力，自主研发了一批新能源、清洁高效火电、核电等领域技术创新成果，并示范应用于各项目，为机组带来可观的经济效益和生态效益。
上海成套院微信公众号特设专栏专题推介前沿科技成果。欢迎广大客户、业界伙伴垂询，我们期待与您携手，共同实现绿色低碳高质量发展。
燃煤机组锅炉受热面数字孪生体系统
在“双碳”背景下，火电机组承担着新能源消纳和电力能源保供兜底功能，精细化管理设备的需求日益显著。在国家重点研发计划和国家电力投资集团B类统筹研发项目的支持下，上海成套院联合行业内多家单位，将人工智能、数字孪生等先进技术与锅炉受热面性能监控技术相结合，建立了涵盖亚临界、超临界、超超临界锅炉受热面的数字孪生技术体系，研建了火电机组锅炉受热面数字孪生系统，实现了锅炉受热面数字孪生技术的全面落地应用。
燃煤机组锅炉受热面数字孪生体系统优化了锅炉受热面状态监控、风险预警、运行优化、状态检修的能力，实现了锅炉受热面风险部位的燃烧调整优化和故障快速定位，提高了机组的安全性与经济性，提升了火电机组的保供能力。
该研究成果已应用于亚临界、超临界、超超临界参数等10余台锅炉，在国家电投“一分钱行动”中发挥了重要作用。经科技查新和成果鉴定，该项目部分技术成果达到国际领先水平，综合技术水平达到了国际先进水平，相关成果已获得2022年度中国电力设备管理协会创新成果一等奖、2023年度中国电力企业联合会电力职工技术创新一等奖、2023年度中国能源研究会能源创新三等奖、2023年上海市优秀发明选拔赛优秀创新金奖、2024年中国设备管理协会创新成果二等奖，推动了锅炉受热面数字孪生技术的发展。
关于技术成果
锅炉受热面数字孪生体系统通过锅炉现有测点结合机理建模以及数据驱动建模技术，实现锅炉受热面超温、氧化皮、沾污、寿命等状态三维可视化感知，以及事件推送、故障定位、班组考核功能。上述相关模型结合检修业务，可以实现离线数据录入与可视化管理，设备模型配置参数更新。系统通过风险事件推送可提醒运维人员运行优化或状态检修，防止管材超温爆管等情况导致的机组非停。
▲数字孪生核心业务功能
它的关键技术及创新点
实现锅炉设备精准建模与三维状态可视化感知
解决了大容量锅炉复杂空间结构对象三维建模的核心技术问题，攻克在web端交互显示设备结构和重要状态的关键技术。
采取矢量建模法+对象总体结构参数法，确定每根管束的空间变化情况，通过模型构建，将分析得到的受热面管各类型参数映射到对象结构中，实现虚拟与现实的互动。
通过机理和数据驱动实现锅炉中长期风险建模
通过对大容量电站锅炉受热面热力、水动力、壁温、强度、热偏差、寿命评估等计算，结合受热面离线检测数据，实现受热面疲劳、蠕变、磨损、腐蚀、氧化、剩余寿命监测。
根据锅炉受热面壁厚、胀粗、氧化皮厚度检测数据，修正受热面磨损、强度、氧化皮等模型关键参数，根据管材更换数据，修正受热面剩余寿命模型初始参数，实现检修数据与受热面性能计算模型联动。
采用三维热力图实现锅炉受热面危险域分析
利用上千个壁温测点，根据机理和数据驱动模型，采用三维彩色云图，呈现受热面各部位实时壁温、氧化皮、磨损、剩余寿命状态。
通过web端实现了设备关键状态在实体模型上展示，并通过色彩区间变化来表征设备对象劣化程度，帮助用户迅速发现受热面局部缺陷。
同时，利用多状态耦合诊断方法，可提前3天给出受热面某一部位的异常，避免故障恶化，减少材料准备、停机查漏和现场检修时间。
它能带来哪些效益
提高火电机组设备可靠性
以1台600MW机组为例，使用该系统后每台锅炉8年至少减少1次非停，每台炉非停抢修费用约250万，每次起动需要氢、油、水等辅助材料费共计50万元，直接减少损失300万；非停时间按照14天计算，以600MW锅炉负荷率75%为例，发电/供热效益0.1Y/kwh，减少发电/供热效益导致的间接损失1512万；合计1812万元。通过本项目的应用，单台炉直接经济效益为226.5万元/年。
助力清洁高效火电提质增效
通过燃烧调整，（降低/提高）长期（超温/欠温）的受热面主、再蒸汽管材10℃，预计最大提高锅炉效率0.5%，指导运行优化，年间接经济效益约449万元。降低锅炉设备检修费用20%。预期延长锅炉等设备C修周期0.5年，并科学优化检修项目内容，通过运行优化措施延寿2万小时，支撑管材延寿，年间接经济效益125万。通过本项目的应用，单台炉累计间接经济效益为574万元/年。
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供稿 | 杨凯镟
编辑 | 鞠亚楠
审核 | 周江涛
