节能项目简介1

华北电力大学 能源与动力工程学院 部分项目简介 2009 年 7 月 10 日 1、固体燃料零排放燃烧关键技术研究 （1）研究内容简介 本研究基于“固体燃料零排放燃烧”的理念，探索切实可行的固体燃料置换燃烧反 应工艺，并进行技术经济评价，最终提出零排放的固体燃料置换燃烧工艺。项目重点 研究固体燃料置换燃烧过程中的化学反应关键问题，包括不同种类固体燃料和操作条 件（温度、压力、反应器和载氧体等）对置换燃烧反应动力学的影响，以及污染物的 生成与分布规律，并通过数值建模，揭示置换燃烧反应过程中，热质传递与化学反应 过程的耦合规律，该项目可为构筑零排放的煤燃烧发电系统提供基础理论及关键技术 支持，对推动我国发展循环型近零排放燃煤发电系统具有重要意义。 （2）研究目标 本研究的总体目标是建立固体燃料置换燃烧的化学反应基础，为构筑煤零排放燃烧工 艺提供参考和理论支撑。具体目标如下： 掌握固体燃料置换燃烧的化学反应机理，为系统工艺的实现提供依据； 掌握固体燃料置换燃烧过程中污染物的生成与分布规律，并掌握控制其生成的方 法，为固体燃料置换燃烧系统的安全、清洁运行提供保障； 掌握适于固体燃料置换燃烧载氧体的制备和再生方法； 完成固体燃料置换燃烧的概念设计。 （3）预期成果 1) 概念验证系统产生的二氧化碳浓度高于 90%； 2)建成示范系统连续稳定运行超过 168 小时； 3)申请发明专利 1 项，实用新型专利 2 项； 4)发表文章 5-8 篇，培养研究生 5 名。 2、超（超）临界机组加氧处理方式下的腐蚀机理研究 加氧处理方式（OT）能够降低锅炉给水的含铁量，抑制炉前系统的流动加速腐蚀 （FAC） ，降低锅炉受热面氧化铁的沉积速率，延长锅炉化学清洗周期，有效避免管道腐蚀、 堵塞、爆管、汽轮机叶片冲蚀等故障发生。是国际上首推的超（超）临界机组水处理方式。 众所周知，虽然加氧处理就是对金属进行钝化，使金属表面产生较致密的氧化 32O Fe 层， 超临界火力发电机组水汽质量标准 （DT/T912-255）也规定了加氧处理方式下溶解 氧量控制在 30-300范围内。但大量文献中理论和实验研究结果表明，不同的钢种在 Lg 不同温度、压力下，溶解氧量与腐蚀关系复杂，溶解氧量控制不精确有可能会加速腐蚀的 产生，这些因素在工程中往往被忽视。 国际上，M.Halvarsson 等人定性的研究了 304 钢与水汽成分、温度、流动速度等因素 的影响关系3；J, Ehlers 等人研究了 P91 钢在交替水汽环境和变氧化时间条件下的氧化层 生长机理4；G.S. Was 等人试验研究了 316 和 316L 钢氧化性能与温度、溶解氧量的关系， 得到 500高氧含量比低氧腐蚀大，550低氧含量比高氧腐蚀还大，其影响关系复杂，腐 蚀速度与表面爆裂有直接关系5；R.L. Williamson 等人数值模拟了氧化层应力腐蚀剥落的 过程，得到了氧化层脱落机理，以及与环境条件的定性关系6。国内，西安热工研究院提 出了超（超）临界机组的凝结水、给水的处理方式和运行切换方式，提出了汽水品质监测 控制指标，提出机组停备用期的保养措施7；华能玉环电厂在超（超）临界机组上做了一 些试验研究，得到加氧处理显著减缓省煤器压损的增加，能够抑制 FAC。中国科学院沈阳 金属所研究了 316L 钢在 H2O2 水中氧化层的生长特性8。 国际上对氧化层的生长、剥落机理进行了比较系统的理论研究，基于这些理论，有些 国家制定超（超）临界机组的加氧处理规范和标准，掌握了防腐蚀、防氧化层剥落的措施。 但国内对超超临界汽水状态下，氧、铁、铬离子的扩散机理，氧化层的生长和剥落机理还 不清楚，应用基础研究尤其是超（超）临界水汽环境下金属腐蚀的实验研究较少。因此基 本机理的匮乏不能指导加氧处理工艺，更不能根据不同超（超）临界机组确定准确的最佳 溶解氧量，也很难找到防治氧化皮剥落的有效措施，不利于我国超（超）临界机组长期安 全稳定运行。 主要研究内容： 针对超（超）临界机组的发展现状和需要，以为工程技术提供理论支持为目标，本研 究课题拟在以下三方面开展研究： 针对超（超）临界机组典型用钢，在超（超）临界汽水状态下，试验研究不同溶解氧 量下的腐蚀行为，研究超（超）临界状态下水蒸汽加速氧扩散的机理。 研究超（超）临界汽水状态下的奥氏体钢和奥-马氏体双相钢的氧化热力学和氧化动力 学。 观察氧化层在生长过程中表面形态、横截面形态，已经组织成分分布。 研究氧化层剥落机理，研究应力腐蚀剥落的影响因素。 总体目标： 得出几种典型超（超）临界机组用钢的氧化动力学曲线，得到氧化层生长机理，找出 氧化层生成与温度、压力、流速、溶解氧量等因素的关系。 找出加氧处理的最佳溶解氧量。并针对华能玉环电厂运行参数和锅炉结构、钢材种类 计算最佳溶解氧量。 得出氧化层中缺陷的生长规律，氧化层剥落机理，以及预防氧化层剥落的外部热力条 件要求。为管道堵塞、爆管等故障防治措施提供理论支持。 华能玉环电厂已经配置了加氧处理设备和 100凝结水处理装置，本研究的成果能够 在玉环电厂得以验证，并指导玉环电厂的加氧处理。研究成果最终形成我国超（超）临界 机组加氧处理和故障防治的行业标准提供理论依据。 为超（超）临界电厂水处理提供理论技术支持，并对日后超（超）临界机组可能发生 的故障作技术储备。 3、基于强化传热的空冷机组节能潜力研究 主要研究内容 空冷机组的冷端系统是以空气为冷却介质的超大规模换热设备，采取有效的措施，提 高空冷凝汽器的传热性能是改善机组真空、降低能耗的根本途径。空冷系统的热负荷能力 受到地理环境、气候条件和气象条件等众多因素的复杂影响，探讨其强化传热的机理和途 径，关键在于复杂多变环境流场背景下，对凝汽器管束间空气流场和温度场进行高效、合 理的组织和调控。本课题针对具有代表性的直接空冷机组，从下述不同侧面入手开展深入 的应用基础研究： （1）揭示复杂地理条件下空冷机组环境流场的特性、规律以及相关气候、气象因素 的影响机制； （2）研究壁面扰流和纵向涡发生器对湍流拟序结构的控制方式，揭示湍流拟序结构 影响空气侧流动和传热性能的机理，开发适合空冷凝汽器的扰流元形式和结构参数。 （3）进行直接空冷机组空冷岛空气流场和温度场的协同性分析，针对多变的环境工 况探讨维持空冷岛内部流场稳定、增加流场和温度场协同性的有效措施。 项目目标 考虑空冷凝汽器单元和空冷岛的多尺度效应，通过对空冷凝汽器内空气流场湍流 拟序结构和纵向涡的有效控制提高单元的热交换能力；对空冷岛的风场（速度场）和 温度梯度分布进行场协同优化。从 降低环境流场对空冷岛内部流场和温度场的影响、以 及空冷岛翅片管束间空气侧的传热强化等两方面，达到提高空冷机组冷端的热负荷能力、 并提高机组在复杂多变的环境和气候条件下稳定运行能力的目的，发挥各类直接空冷机组 最大的节能、节水潜力。 4、600MW 燃煤机组节能示范与优化运行 主要研究内容 选择具有代表性的超（超）临界和亚临界 600MW 燃煤机组，结合电源点的煤种、气 候、水质等资源、环境和技术条件，进行节煤、节电、节油、节水等方面全面的节能分析 和诊断，从技术、管理和设备等不同方面提出全面的改造措施，按照节能潜力的大小提出 分阶段实施方案，使其综合指标在国内同类机组中达到最佳。具体研究内容如下： （1）设计角度对整个机组热力系统及设备进行分析评价，分析系统设计是否合理， 设备是否先进，辅机容量是否配套； （2）从安装角度分析设备转动设备间隙调整是否合理等； （3）从运行角度通过耗差分析评价锅炉、汽轮机、凝汽器及回热系统、辅助设备存 在的问题，从运行可控损失、维修可控损失、不可控损失三个方面分类，找出各类损失的 大小，提出相应的减小措施，如进行锅炉燃烧优化调整、汽轮机优化运行、循环水泵运行 方式的优化等措施； （4）针对上述各方面存在的设备技术改造需求，通过技术经济分析，根据投资回收 年限，制定设备技术改造方案； （5）从全厂水平衡角度研究全厂用水的合理性，通过分析提出是节水方案。 项目目标 通过项目的实施，对典型机组进行全面的节能诊断和评价，制定一套科学、合理的节能评 价方案，通过实施，使之达到同类机组中的最优值；并为机组建立全生命周期各种运行参 数对机组经济性影响的数据库。以此为示范，带动集团公司其它 600MW 机组的节能工作。 5、风电机组综合性能分析与评估方法研究 主要研究内容 2005 年以来，我国大批风电场投入建设和运行。华能集团已投运和在建风电机组容量 已达几十万千瓦，机组设备数百台。风电场分布于吉林、内蒙古、山东、广东等地，风况 条件、设备类型和容量差别很大，未来几年，机组将陆续完成保修期。有必要对典型风电 机组综合性能进行深入研究，为未来风电场安全优化运行提供支持。本课题针对具有代表 性的风电机组，以机组实际运行数据为基础，开展以下研究： 1）实际机组微尺度风况特性及其与功率输出相关性研究，机组间风况特性相关性及 相互影响规律研究。 2）风电机组综合性能分析方法研究，包括机组在各种风速条件下的功率特性和转矩 特性分析、机组正常运行状态和异常状态对机组性能的影响。 3）在风电机组性能测试和评估有关国际和国家标准的基础上，研究基于实际运行数 据的机组综合性能评估实用方法。 项目目标 通过机组 微尺度风况特性及其与功率输出相关性的研究，掌握具体风电机组能量输 入与输出特性，为未来风电场优化调度提供依据；风电机组综合性能分析方法研究，掌握 实际机组运行过程风能捕获特性和控制规律以及机组异常状态下的载荷特性，为机组安全 优化运行提供依据。机组综合性能评估方法研究，提出一套可以方便实施的实际机组性能 评估方法，为机组的验收提供依据。 6、风电机组叶片及传动系统故障诊断技术 主要研究内容 叶片和传动系统是大型风电机组的关键部件，也是实现风能转换和传递过程的主要承 载部件。由于风电机组运行工况复杂，风速、温度、雷电、冰雪等条环境条件变化大，载 荷和转速不断变化，极易造成叶片和传动系统出现故障甚至损坏，影响机组的安全可靠性， 而且风电场机组分布范围广，出现故障不易及时发现，也增加运行和维护成本。本课题针 对具有代表性的风电机组，开展以下研究： 1）机组在运行状态下叶片及传动系统的故障信号检测方法，研究利用应力、声学和 转子及结构振动进行叶片、传动轴、齿轮、轴承等零部件故障的敏感性和检测方法。 2）研究从非平稳、非线性监测信号中分析提取叶片和传动系统故障特征、故障模式 识别的新方法。 3）开发风电机组叶片和传动系统故障监测与诊断系统，能够实现对机组的远程实时 监测。 项目目标 在深入研究风电机组叶片和传动系统故障机理、检测方法、信号分析、和故障诊 断方法的基础上，开发一套实用的故障监测与诊断系统，并应用于实际风电机组，实 现机组叶片和传动系统的远程实时状态监测与故障诊断，为提高机组的安全可靠运行， 减少维护和维修费用提供技术支持 。目前国内外大型风电机组还没有类似的诊断系统的 实际应用案例，课题研究成果可以得到进一步应用推广。 7、1000MW 超（超）临界直接空冷机组冷端关键技术和性能考核准 则 主要研究内容 受到对能源电力不断增长的需求驱动，我国火力发电机组的容量和规模迅速提高，目 前 1000MW 超（超）临界直接空冷机组的建设已经开始规划。根据近几年 300MW 到 600MW 空冷机组建设和运行中的经验和教训，世界上单机容量和参数最高的 1000MW 超 （超）临界直接空冷机组在设计和建设中还存在很多关键技术问题有待深入研究，包括： （1）超临界直接空冷机组经济运行背压和凝汽器 ITD 值的优化、机组满发小时数和 经济运行小时数的综合优化，以及与电源点气候和气象条件的关系；汽轮机末级叶片的优 化设计。 （2）1000MW 超大规模空冷岛凝汽器单元的布置方式；综合考虑冬季防冻和度夏时 空冷岛面积的选取原则；超大规模空冷岛冬季运行最小保证排汽流量和背压的确定。 （3）1000MW 机组空冷岛风机的“群抽”效应以及对机组稳定、经济运行的影响； 风机的分割和优化运行方式。 （4）结合“三北”地区实际条件，制定 1000MW 空冷系统的性能评价、考核和验收 准则及方法。 针对上述问题，尽快开展深入、系统的研究，对降低 1000MW 超（超）临界直接空冷 机组建设的盲目性、最大程度地发挥其节能和节水效果，掌握自主知识产权的超（超）临 界直接空冷设计、建设和运行技术具有紧迫而重要的意义。 项目目标 系统总结、归纳出 1000MW 超（超）临界直接空冷机组冷端系统的特性，以此为基础，结 合电源点附近的气候、环境和地理条件，提出完整的 1000MW 超（超）临界直接空冷机组 冷端系统优化设计方案，为机组的优化、经济运行提供指导；建立 1000MW 超（超）临界 直接空冷机组冷端系统的性能考核、评价准则和方法。 8、大型燃煤锅炉干法固态排渣工艺优化与评价方案 项目研究内容项目研究内容 近年来, 随着国家对环保、综合利用及节能要求的不断提高。具有简单、可靠、节能、 节水、经济、环保特点等特点的干式排渣方法得到进一步的研究推广。深入的研究干法排 渣系统的几个技术难题，是干式排渣大规模推广的基础。因此，本研究拟定研究以下方面 问题： （1)研究采用干法排渣系统对锅炉效率的影响，以及对锅炉受热面布置带来的 变化。 （2)研究干法排渣工艺中底部通风系统对炉内空气动力场的影响，从而提出底 部通风系统的优化设计方案。 （3)对比湿法排渣和干法排渣系统所排放的煤渣的循环再利用价值。 本项目技术路线本项目技术路线 本研究拟定采用的技术方案： （1）采用锅炉热力计算程序研究干法排渣系统对锅炉效率的影响； （2）采用CFD软件fluent模拟计算不同底部通风系统所对应的炉内空气动力场 分布，借助计算结果对底部通风系统的设计做出优化； （3）采用XRD、SEM等设备对煤渣的物理性质进行分析，并建立模糊数据判别模 型计算出不同类型的煤渣的循环再利用价值。 预期目标预期目标 （1）干法排渣系统的技术经济分析结果； （2）干法排渣系统的优化设计方案； （3）干法排渣的循环再利用价值评判方法。 9、大容量火电机组循环水系统全工况节能潜力研究 一、课题意义、课题内容 循环水系统作为朗肯循环火力发电机组的冷源系统，其运行状态的优劣对整个机组运 行的经济性影响巨大，直接影响主蒸汽参数（理想焓降）的充分利用，循环水系统中凝汽 器真空下降，导致机组循环热效率降低，真空每下降1kPa，机组循环热效率降低约1%。另 外，循环水系统中的主要设备循环水泵所耗用的电能约占电厂总发电量的1%1.5%。循环 水泵也是改变汽轮机真空的唯一可调节因素。循环水系统对运行经济性的影响表现为进入 凝汽器的循环水流量和水泵功耗之间的关系。合理选择循环水系统的运行方式对于提高发 电厂的经济性有重要意义。但目前电厂在循环水系统的运行方式中缺乏可操作性的理论依 据，对循环水量的调节相当粗略，并带有一定的随意性。循环水系统远未达到经济运行， 造成了能源的极大浪费。对循环水系统的运行方式进行优化，成为电厂节能降耗工作中一 个亟待解决的问题，对机组的经济运行有着重要的意义。 作为循环水系统中主要设备的循环水泵，鉴于其运行环境、工况特性和运行影响因素 的特殊性和复杂性，某些常规的通用水泵调节技术，对其并不适用（如全速调节的变频技 术）。因此，需对循环水系统进行综合全面的研究，找出适合的方法、措施，给出量化的、 具有可操作性的实施方案和细则。例如双速电机和循环水泵通流改造配合技术是目前较多 采用的节能技术，二者的配合使用能得到事半功倍的效果，但循环水泵与管路系统匹配性 和循环水泵通流部分改造设计是这一技术的重点和难点。 众所周知，泵与风机均属于流体机械，在调峰变工况运行过程中其效率和转速有关， 仅仅改变电机侧的电能消耗，实际上使得电站流体机械的水力特性、流动特性、安全稳定 性和效率都有偏离设计工况出现的问题，长期运行不仅对安全可靠性不利，而且节能潜力 并没有进行系统地优化。设计全工况下（50-100%负荷或者转速）下高效区比较平坦的循环 水泵，并进行电站技术改造，对于大机组未来将承担更多调峰任务来说提高经济性，又十 分现实的意义。 通过对电站循环水系统设备建模、技术经济建模，分析研究其节能潜力并提出电站循 环水系统建设和改造方案。这些模型主要包括：凝汽器与机组、循环水泵与凝汽器相互之 间的匹配性模型，汽轮机特性模型，凝气器特性模型，循环水泵特性模型，循环水系统的 阻力特性模型，循环水系统的运行方式模型和技术经济分析模型。在这些模型的基础上， 利用设备原有数据、历史数据和在线监测数据，可以对循环水系统进行实时或离线的最优 化运行分析，查找能耗偏高的部位和原因，并将节能潜力量化，为循环水系统的建设和改 造提供方案，为循环水系统的优化运行提供方案。 二、预期成果 能够对电站循环水系统进行在线或离线的节能潜力分析并能够提出改造或优化运行方 案的软件。具体包括： 1.运行方式的优化分析和优化调度系统，建立一套实用的数据采集处理及辅助运行决 策系统。（在线或离线系统） 2.循环水泵节能改造分析和优化设计系统。（软件） 3.针对某一电厂（300MW或600MW机组）提出循环水系统运行优化和节能改造的方案和 实施细则。（报告） 三、研究方法和内容 确定在不同地理环境、气候条件、不同季节和机组负荷情况下循环水泵（或泵组）运 行参数的变化范围和规律。 不同的地理环境对循环水取水系统和取水水质的影响 不同季节对取水水位、水温的影响规律 不同气候条件对水温、水质的影响规律 前面三种影响对水泵运行安全性、经济性影响 建立汽轮机特性分析模型 建立凝汽器特性分析模型 建立循环水泵特性分析模型 建立机组负荷、汽轮机最佳真空和循环水泵运行参数之间的变化规律模型 对于待建电厂，依据上述特定条件下循环水泵（或泵组）运行参数的变化范围和规律， 确定管网布置形式，对循环水泵进行选型，确定运行方式。 按照母管制、单元制和扩大单元制对循环水管网系统建模 凝汽器与机组、循环水泵与凝汽器相互之间的匹配性模型？ 按照开式、闭式系统对循环水管网系统建模 将1）和2）两种模型结合起来，建立符合实际的循环水管路系统模型 对循环水管路系统模型进行分析，找出高能耗位置和易出故障位置，便于故障诊断和 经济性分析 分析管路系统模型和管路特性曲线之间的关系，找出相关变化规律，便于机组选型、 设备改造、状态监测、故障诊断和预知性维修 建立水泵选型模型和优化设计模型，使所选水泵或所设计的水泵尽可能满足特定条件 下循环水泵运行参数变化范围和规律的要求 对不同运行方式进行建模，对不同运行方式或不同运行方式的组合进行技术经济分析 建立优化调度分析系统，确定调节方式变更的最佳时机 抽汽系统与凝汽器及循环水泵的匹配性分析 对于在役电厂，进行节能潜力分析，进行优化运行分析，进行节能改造分析。 火电厂运行主要参数的基准值（应达值、最优运行值）的确定及参数偏离基准值的能 损偏差计算 节能潜力分析 参数偏离基准值程度的评价及恢复能力的分析和措施 状态监测参数的确定和测点的优化布置 监测数据、试验数据和计算数据的精度和有效性分析，这些数据的有效搭配和综合应 用分析，为状态检测、故障诊断、预知性维修和优化调度等分析提供有效数据库 历史数据的分析，历史数据为状态检测、故障诊断、预知性维修和优化调度提供判据 的研究 优化运行分析 节能改造分析 优化原理研究 单耗理论：对应于一定系统内部条件及外部条件, 一种是外界负荷、主汽参数及进汽 量保持不变时, 仅改变循环水泵运行台数或调整循环水量分配, 使得供电煤耗率最小 机组净收益理论：机组发电量与循环水系统耗电量之差最大 利润理论：综合考虑煤价和电价的利润最大化理论 节能措施和技术 开式系统的前池和进水喇叭口的节能改造 管路系统的局部节能改造 循环水泵的优化设计和节能改造 双速电机节能改造 抽汽系统与凝汽器及循环水泵的匹配措施 四、技术关键 火电厂运行主要参数的基准值（应达值、最优运行值）的确定及参数偏离基准值的能 损偏差计算，参数偏离基准值程度的评价及恢复能力的分析和措施。 历史数据的分析和应用， 节能潜力分析模型的建立。 循环水系统管网建模。 循环水泵的优化设计。 循环水系统优化运行模型的建立。 五、技术经济指标 能够指导循环水系统优化运行。 为检修或设备改造提供依据。 为管理人员提供一个高效的管理工具。 提供在线的小指标竞赛平台。 提供在线的水力试验。 10、高耐磨损、耐高温腐蚀熔覆层复合锅炉管 研究内容：研究内容：锅炉四管的爆漏问题一直是导致国内外火电厂机组强迫停机的主要原因，根据 国内外的粗略统计，四管事故占锅炉临检事故的 2/3 左右。磨损与腐蚀是引起锅炉四管失 效的主要原因之一。目前火电厂主要采用热喷涂技术对锅炉管进行防磨防腐，但由于现有 热喷涂技术存在涂层与基体结合强度低（机械结合，仅数十 MPa） 、涂层孔隙率较高（2-10%） 等局限性，使得实际效果难以达到电厂安全经济运行要求。本项目利用华北电力大学自主 开发的一种新型微束等离子束熔覆新技术在锅炉管道表面制备耐磨损、耐高温腐蚀熔覆层， 使熔覆层与基体达到冶金结合、熔覆层孔隙率低于 0.2%，其硬度为 800-1200HV。对于同 种涂层材料，熔覆层的耐磨寿命为热喷涂涂层寿命的 3 倍以上。 总体目标：总体目标：针对亚临界、超临界、超超临界机组和循环流化床锅炉四管的磨损与腐蚀问题， 利用自主开发的微束等离子熔覆新技术，使熔覆层与基体达到冶金结合（结合强度 400MPa，为热喷涂技术的 10 倍以上） 、熔覆层孔隙率低于 0.2%。利用该技术制备熔覆 层时，对管道基材热影响层厚度0.2mm。对于同种材料，熔覆层的耐磨寿命为热喷涂涂 层寿命的 3 倍以上。在 2 个以上的电厂推广应用，大幅度提高锅炉四管的耐磨、耐腐蚀寿 命，显著提高锅炉四管的安全性，并显著降低火电厂维修费用。成果在 2 个以上示范电厂 得到应用。2 年内在华能集团所属火电厂全面推广。 11、新型高耐磨损、节能金属陶瓷复合磨辊 研究内容：研究内容：制粉系统是保障火电机组安全经济运行的主要系统之一，国内 200MW 及以上 大容量火电机组普遍采用中速磨煤机，应用中速磨全面取代球磨机是我国电力工业的发展 趋势。中速磨煤机具有启动快、调节灵活、运行电耗低等优点，但它也存在对铁块、木块、 石块等杂物较为敏感、碾磨件磨损严重等缺点。当磨损深度大于约 20mm 时，辊套外表面 由凸面转变为凹面。由于辊套和盘瓦吻合不良，造成制粉生产率下降 20-35%、排渣量增大、 磨煤机振动、锅炉达不到额定出力等问题。磨辊磨损已成为长期严重影响我国火电厂安全 经济运行的重要问题。 本项目将利用华北电力大学微纳米表面技术研究所自主开发的大功率等离子束原位合 成陶瓷-金属复合材料技术，在 MPS、RP 磨辊表面制备厚度为 10-15mm 的高耐磨损金属陶瓷 层，其相对耐磨性为高铬铸铁的 8-12 倍。使磨辊寿命延长至原来的 2 倍以上，同时可使磨 煤机能耗降低 20-30%。 总体目标：总体目标：通过如下途径延长磨辊寿命并降低其能耗。 （1）在磨辊表面低成本制备出厚度为 8-15mm 的高耐磨损金属陶瓷层，陶瓷相体积分数达 75%以上，金属陶瓷层与磨辊基材为冶金结合，该金属陶瓷层硬度为 1300-2100HV，其相对 耐磨性约为高铬铸铁的 8-12 倍，可将磨辊寿命延长至原来的 2 倍以上，并通过显著降低磨 辊工作面磨损速率使磨煤机制粉效率提高 10-25%。 （2）通过在磨辊表面制备轮胎状高耐磨损金属陶瓷花纹，增大煤粉与磨辊、磨盘的摩擦力， 提高磨制煤粉的细度，从而提高制粉效率，可将磨煤机电耗降低 10-15%。 （3）成果在 2 个以上示范电厂得到应用，2 年内在华能集团所属火电厂全面推广。 12、高耐磨损排粉机、引风机叶轮 研究内容：研究内容：火电厂排粉机、引风机叶轮主要用于输送含大量颗粒介质的气体，由于叶轮高 速旋转，叶片承受剧烈冲刷磨损，对于一些采用高灰分的燃煤火电厂，其磨损问题尤为突 出，叶轮仅运行 2 个月左右就需停机维修，严重影响了火电厂的安全经济运行。本项目将 利用华北电力大学微纳米表面技术研究所自主开发的大功率等离子束原位合成陶瓷-金属复 合材料技术，在叶轮磨损部位制备出厚度为 6-8mm 的高耐磨损金属陶瓷层，在二体冲刷磨 损的条件下，其相对耐磨性为常规堆焊耐磨焊条的 50 倍以上。通过该技术的应用使叶轮寿 命延长至原来的 6 倍以上，可显著降低叶轮维修费用、增加叶轮年利用小时数。对于叶轮 磨损严重的电厂，每台机每年可节约锅炉稳燃用燃油 15 吨左右。 总体目标：总体目标：在排粉机叶轮磨损部位制备出厚度为 6-8mm 的高耐磨损金属陶瓷层，陶瓷相体 积分数达 80%以上，其硬度 1400-2200HV（而常规耐磨焊条硬度为 600-800HV） ，使叶轮寿 命延长至原来的 6 倍以上，显著降低叶轮维修费用及稳燃投油费用、增加叶轮年利用小时 数。成果在 3 个以上火电厂示范推广应用，一年内在华能集团所属火电厂全面推广。 13、火电厂单耗分析及节能减排评价体系 一、课题意义课题意义 节能减排是火力发电厂的责任和义务，也是其实现可持续发展及提高核心竞争力的重 要措施。为促进节能减排，国家发改委 2007 年发布了火电行业清洁生产评价指标体系 (试行) 。但是，尽管这种总体性评价体系可以起到敦促火电厂节能减排的作用，但是它不 并能帮助企业如何实现节能减排。另外，它将热电联产机组供热量以固定系数折算成电量 是不符合实际的。 华北电力大学宋之平教授基于热力学第二定律提出了能源利用的单耗分析理论，可以 用于一切能源利用的第二定律分析。对于火电厂，可以用于分析不同工况下每一个主辅设 备对机组供电煤耗及污染物排放的贡献、诊断设备和系统运转是否正常及节能潜力，是目 前国内最先进的节能理论分析方法。 二、基本条件基本条件 华北电力大学是国内最早开展节能理论研究的高等学校，宋之平教授著有我国最早的 节能原理专著，单耗分析理论在其多年研究成果的集中体现。 华北电力大学现有从事节能理论与技术研究的教授 4 人，副教授 6 人，博士硕士研究 生数人，有很强的研究实力和水平。 14、炉内在线燃烧诊断与燃料种类判别系统 燃烧温度场的不合理分布是影响燃烧效率和增加热力型 NOx 的主要原因。另外，燃烧 中复杂的煤种变化常造成燃烧控制问题。我方与英国 Kent 大学合作，不但对燃烧辐射强度 测量信息加以利用，同时对辐射闪烁频率信息也加以处理，在燃料种类跟踪、炉内燃烧温 度场空间分布测量、火焰稳定性监测与熄火预警、新型火焰检测器的开发方面取得成果。 所研制的燃烧诊断及燃煤种类跟踪系统已成功应用在英电力公司 RWE nPower 的燃烧测试装 置及电站工业锅炉上。本项目拟引进上述技术并加以拓展，为上面两个问题的解决提供先 进的方法和设备。 研究内容 炉内火焰温度场诊断系统 实时对锅炉中火焰与温度场的快速测量，从燃烧波动和温度场分布合理性等方面，对 燃烧效率、稳定性、以及热力型 NOx 减排等做出诊断。 根据火焰图像特征的燃料种类在线识别 利用火焰/温度场空间分布检测系统的火焰图像法，根据着火距离、火焰温度分布、火 焰长度、火焰张角等与不同燃料的变化关系，对燃料的种类进行在线识别。 根据火焰闪烁频谱分析的燃料种类在线跟踪 根据火焰辐射波动成分的频谱分析，参照预先得到的频谱关系，对燃料种类做出区分 并加以跟踪。 根据燃烧辐射信号的燃烧失稳预警 以定量化的测量以及分析方法，在线对火焰稳定性进行监测并对可能的熄火进行预警， 是技术上的一个突破。本项目利用光学传感器高速（每秒数百至数千组数据）采集火焰的 辐射信号，根据燃烧火焰的频谱变化规律，确定燃烧稳定性、不稳定的发生、以及熄火前 兆。 研究目标： 形成一个集成煤种识别，燃烧火焰/温度场测量，燃烧稳定性判断和失稳（熄火）预警 燃烧诊断体系，包括测量仪器/软件，传感器等。该体系能以高速提供现有的常规燃烧检测 系统不具有的大量的信息，从而 实时提供燃烧火焰/温度场空间分布，指出燃烧不正常区域，例如可能造成过高热力型 NOx 的局部高温区等； 实时指出正在燃烧的煤种，并提供相应的燃烧参数调整方案； 实时指示当前燃烧的稳定性，及时指出不稳定的发生，对熄火前兆提出警告。 上述功能对热电厂的节能、安全运行和污染减排具有重要作用。 知识产权方面，将产生（1）火焰/燃烧温度空间分布测量与高速燃烧辐射频谱测量集 成的系统专利（2）上述系统的信息融合方法以及软件专利， （3）煤种在线判别的数据库。 并培养一批研究和技术人员，产生多项具有国际先进水平的科技成果，发表一批高水平学 术论文。 15、煤粉炉生物质共燃的燃烧器研发 煤粉炉内生物质燃料的直接共燃，是二氧化碳减排，NOx 等污染气体减排的新型燃烧 技术；又可最为直接简便地应用于电站锅炉。 这一新技术远未成熟，目前对于该技术的特点和基本参数，例如物性和化学性质显著 不同的生物质燃料与煤粉在炉内的流动、分布、燃烧状况的差异，现有的燃烧器对生物质 燃料的适应性，生物质燃料输送难度造成的喷燃系统和燃烧状态的波动性，等等，均缺乏 充分的认识，对燃烧器等设备缺乏有针对性的设计方法。对此，本项目拟进行煤和生物质 燃料共燃技术的研究。 研究内容研究内容 1 与生物质共燃的燃烧器的研发：针对常用的共燃生物质燃料，掌握其燃烧特性，由此 确定原型燃烧器的结构及其优化方案，以及相应的运行参数； 2 针对生物质燃料加入造成的输送问题，送料系统的波动性和相应的燃烧的波动性，研 发与之适应的快速燃料流量测量方法；配合温度场的在线测量，获得较为全面的燃烧 器的动态燃烧特性； 3 寻求煤粉炉中生物质共燃的新型燃烧控制方法：建立融合燃料流量和温度场实时测量 信息的新型快速控制系统方案； 4 计算流体力学仿真对生物质共燃的模拟：通过对多种燃料组成、燃烧器结构、和燃烧 工况的大量的数值模拟，辅助确定适合生物质共燃的燃烧器的设计方案以及运行参数。 预期目标预期目标： 1 造出具有自主知识产权的适合生物质共燃的新型旋流喷燃器原型设备； 2 对于四角喷燃系统，确定喷燃气的结构和布置方法； 3 确定相应的生物质燃料供料以及喷吹方法和系统设备； 4 针对所采用的生物质比例，确定最佳运行参数； 5 提出适合共燃技术的快速燃烧控制方案； 6 在生物质共燃的流动、传热和燃烧的方法和设计方案上取得重要科技创新，成果水平 居国际先进地位。 知识产权方面，将产生（1）针对生物质共燃技术的新型燃烧器的专利， （2）煤粉/生 物质燃料输送方法及设备的专利， （3）融合燃料流量信息和火焰快速诊断信息的共燃控制 方法的专利， （3）申报省部以上级别的科技奖；并培养一批技术人员，发表一批高水平学 术论文。 16、基于烟气温度在线检测的锅炉安全与经济运行技术研究 1 1 研究目标研究目标 由于缺乏针对大型电站锅炉烟温直接在线检测的技术手段，使锅炉关键部位（如炉膛 出口）运行温度与设计界面参数比对依据的严重缺失，影响锅炉热力计算的实时性与准确 性，可能导致锅炉安全运行的隐患和燃烧效率的降低。 本课题拟以锅炉烟温的连续直接检测关键技术攻关为突破口，通过对高温多粉尘条件 下锅炉在线热物理量场参数的精确检测方法和应用技术的研究，探索基于上述关键运行参 数的锅炉在线热力计算方法，为锅炉的燃烧调整提供可靠依据，确定合理的锅炉安全、经 济运行方案，使其能够在设计性能的合理区间运行，以提高电力生产过程的可靠性。 2 2 研究内容研究内容 1）研究高温多粉尘环境下的先进测温技术，实现锅炉关键部位的烟气温度的实时直接 监测。 2）研究基于关键烟温参数在线检测数据的锅炉内部热物理量场的分布模型，探索相应 的锅炉热力计算方法。 3）开展针对锅炉安全、高效和清洁运行问题的研究：探讨锅炉“四管”爆破与关键部 位热物理量场参数的内在联系与规律；研究减少过热蒸汽、再热蒸汽温度偏差和预防辐射 受热面结焦的方法，为判断锅炉关键部件预期寿命提供分析数据支撑；研究锅炉燃烧调整 （低 NOX 燃烧、炉膛吹灰优化等）合理方法。 4）研制锅炉安全经济运行软件，为运行人员提供锅炉运行调整建议。 17、大型发电机振荡流热管冷却系统的开发研究 研究内容：本课题针对火力发电厂汽轮发电机定子冷却问题，开展新型振荡流热管发 电机冷却系统的开发研究。这种新型冷却系统将现有电力设备冷却方式中效果最好的浸润 式蒸发冷却与振荡流热管相结合，被用于汽轮发电机定子绕组的冷却。研究内容涉及蒸发 冷却强化措施，具有高热流密度蒸发面的开发，振荡流热管的结构设计及其与定子蒸发冷 却装置匹配问题，以及振荡流热管冷端强化措施，具体内容包括： 1、定子浸润式蒸发冷却传热特性研究与强化传热蒸发面的开发。 （1）针对现有发电机浸润式蒸发冷却结构，建立定子蒸发冷却物理数学模型，通过理 论分析与数值模拟的方法，求解其在不同负荷下的温度场，研究其流动与传热特性，为强 化传热蒸发面的设计提供理论依据。 （2）根据理论计算结果，提出强化传热蒸发面的设计方案，通过数值模拟，优化设计 方案。通过 CFD 模拟计算，得出采用强化蒸发面后定子蒸发冷却系统内流场与温度分布， 计算在不同工况下电机内的温度场和热应力，研究二者之间的耦合机制。 （3）搭建浸润式蒸发冷却实验台，通过实验，测量定子内部温度场，与数值计算结果 进行比较，提出实用换热量计算公式。测量强化传热蒸发面的换热效果，进一步提出蒸发 面结构的优化措施。 2、振荡流热管结构设计及其与发电机蒸发冷却的组合与匹配。 （1）根据发电机定子及蒸发冷却系统的结构，设计合适形状的振荡流热管。由于传输 热量的需要，振荡流热管换热器应能通过较小的热端传热面积即可将热量传递出去，同时， 在相同的体积下有较大的冷端散热面积。振荡流热管可采用不同串、并联方式，以期达到 最好的传热效果，这些问题均有待在本研究中得到解决。 （2）通过实验研究振荡流热管冷、热端相对长度、倾角大小等因素对热管传输热量的 影响，及热管传输量与发电机蒸发冷却热量的匹配。 （3）提出适合与发电机蒸发冷却系统组合的高效的振荡流热管结构设计方案，并在原 有蒸发冷却实验台的基础上，搭建振荡流热管发电机冷却系统实验台。通过实验，考察新 型冷却系统性能，针对存在问题进行改进。 3、在场协同理论的指导下，通过数学建模、数值模拟方法，研究振荡流热管换热器冷 端外部强化措施，提出强化传热方案。 研究目标： 1、研制高效、可靠与结构紧凑的发电机振荡流热管冷却系统，两年内完成小型发电机 振荡流热管冷却系统的研制，提出设计方案。 2、揭示发电机定子浸润式蒸发冷却流动和传热规律，提出强化传热蒸发面设计方案。 3、提出振荡流热管冷端外部强化传热结构方案，为发电机冷却技术研究提供技术积累。 18、锅炉优化燃烧管理软件 项目目标：项目目标： 主要是通过燃烧相关参数监测，给出判断燃烧状态的指标，通过历史工况分析进行燃 烧优化操作指导。 通过与华能营口电厂联系后发现，电厂最初上报公司项目为“控制系统优化调试” （近 似题目） ，主要解决控制系统运行过程中参数波动大、超温超压现象。与本项目研究内容差 异较大。 另外，本项目需要大量实时历史数据的支持，营口电厂 300MW 机组还没有上 SIS（新 的 600MW 机组已上） ，暂时不能解决数据获取问题。 19、超超临界汽轮机转子动态特性与可靠性研究 主要研究内容主要研究内容 最近几年我国也陆续投运一些超（超）临界大型火电机组。由于运行参数提高、结构 尺寸变化，并且缺少实际运行经验，机组的实际运行状态成为关注和研究的重点，特别是 主要运动部件转子轴系的动态特性和运行稳定性对于机组的安全运行非常重要。本项 目主要研究内容： 1）理论研究：针对实际安装的某型超临界和超超临界机组轴系建立计算模型，研究运 行参数增高对于各个转子和轴系动态特性的影响。特别研究蒸气温度升高可能导致的转子 动态特性的变化以及可能出现的自己振动现象，包括受高温影响油膜轴承动力参数可能发 生的变化（刚度、阻尼）及其对转子的影响，蒸气导致的自激振动现象以及转子不均匀变 形造成的不平衡和动静碰磨现象等。利用有限元方法对机组轴系模型进行分析计算。 2）实测分析：对于实际超临界和超超临界机组轴系运行状态进行长期连续监测分析。 总结机组在启停机、变负荷运行等工况下的运行规律，并与常规机组进行对比分析，确定 机组轴系运行特点，积累超临界和超超临界机组轴系运行状态的经验。结合理论分析结果， 进一步深入研究机组轴系的动态特性。 。 主要目标 通过这项研究可以深入了解机组轴系在不同运行工况参数下的动态特性和稳定性，为 大型超临界和超超临界机组的状态监测和故障诊断提供可靠的理论依据和实际经验，提高 机组运行的安全可靠性。 20、超超临界机组运行特性分析与控制系统优化 研究内容研究内容 针对超超临界机组系统特点，研究机理分析与试验建模相结合、特别是基于海量历史 数据的控制模型建立方法；建立超超临界机组典型环节控制模型，分析参数间定量耦合关 系及不同工作点的非线性程度，研究不确定性因素辨识算法及其对系统状态参数的影响。 设计基于多目标优化的超超临界机组协调控制方案，重点解决优化目标选择及运行方 式的智能切换、控制系统整体优化、鲁棒设计方法、控制器参数自适应等关键技术。 预期成果预期成果 （1）经过现场验证的超超临界机组典型环节控制模型； （2）形成具有我国自主知识产权的超超临界机组的优化控制系统，控制效果在实际机组 上验证通过。 21、超临界循环流化床关键系数的研发 大型超临界循环流化床的水动力特性是一个关键问题,超临界情况下,如何保证水冷壁 的自然对流特性(既高热流的管束将对应高水流量，而不是相反)，从而保证所需的蒸汽量 以及降低管间的温度差，是一个高难度问题。另一个问题是炉膛顶部的区域的颗粒浓度分 布和传热系数：目前的经验只有高度在 30 多米的范围，而大型流化床（例如 600MW）的高 度可能达到 50 多米，这部分的流动和传热规律都不清楚。本项目准备对这两个问题加以研 究。 研究内容： 5 超临界水冷壁水动力特性的模拟以及与实验数据的对比、验证，包括： a. 超临界压力下，具有不同的管内结构（螺纹槽等）的管内传热系数； b. 管内中-低流率下包括新型管内结构的强化传热，以及传热恶化问题的避免方法； c. 超临界压力下多种管内结构对应的流动阻力系数，以及相应的流体流率； 6 炉内气固两相流的特性的模拟以及与实验数据的对比、验证，包括： a) 针对高炉膛，尤其是炉膛上部的流化风的携带能力以及炉内的气-固浓度分布，温 度分布； b) 针对高炉膛，尤其是炉膛上部的多种气-固浓度比下的管束传热特性， c) 对称与非对称分离器布置下，炉膛顶部的固体浓度分布以及颗粒的粒度分布，以 及对管束传热的影响； 预期的目标： 7 掌握水冷壁水动力特性以及传热特性 8 获得优化的管内强化传热结构； 9 得到优化的设计参数和运行参数； 10掌握高炉膛、多种分离器出口布置下的气-固浓度分布特性； 11掌握高炉膛、多种分离器出口布置下的管束传热特性； 12在循环流化床内的传热和设计方案上取得重要科技创新，成果水平居国际先进地 位。同时获得技术储备，为大型超临界循环流化床的研发打下基础。 22、电站锅炉飞灰、底渣改进土壤酸碱度的实验研究 研究内容： 2006 年中国 SO2排放总量大约在为 2589 万吨。其中火电机组排放量约占总排放量的 50%。与此同时，燃煤电站锅炉产生飞灰、底渣以及国内火力发电厂脱硫装置（其主要工 艺为石灰石-石膏湿法烟气脱硫）产生的脱硫废渣有将近 60%左右没有得到妥善处理，这些 工业废弃物在一定程度上对自然环境造成二次污染。 2006 年全国粮食总产量约为 4.9 亿吨，全国耕地面积大约 18 亿亩，其中约 15 亿亩用 于粮食种植。粮食主产区集中在东北、河南、长江三角洲、珠江三角洲区域。这些地区的 土壤的约 80%以上具有较高的酸性，在一定程度上降低了粮食的最高单产量。 燃煤锅炉产生的飞灰、底渣的主要成分为 SiO2，Al2O3，Fe2O3，但是其中的 CaO, MgO，K2O，Na2O 等成分对于改善土壤的酸性具有正面的影响。湿法烟气脱硫工艺产生的 废弃物中含有人为添加的、没有完全反应的 CaCO3，Ca(OH)2等成分。这些成分在水溶液 的状态下呈现弱碱性，对于改善土壤的酸性具有正面的影响。 本项目的研究目标是：通过对全国主要动力煤产生的飞灰、底渣以及湿法烟气脱硫装 置产生的脱硫渣对全国主要的酸性土壤的改性作用进行定量研究，使得燃煤电厂生产中的 废弃物合理地回归到自然界的生态圈中，使燃煤电力生产的环境友好程度进一步提升 在更高的水平上实现绿色煤电的目标。 23、运行人员行为习惯对锅炉设备安全性和经济性的影响和对策 研究内容：研究内容： 根据我们对数家电站锅炉运行人员操作习惯对锅炉运行安全性和经济性的影响，发现 运行人员根据锅炉运行规程操作的习惯和执行的情况非常不同，虽然大部分人员是按 照操作规程执行的，但是每个操作人员在启动、停运和变负荷运行过程的操作习惯是非常 不同的，这些差异在很大程度上影响了锅炉设备运行的安全性和经济性。 根据我们对某类型机组的操作过程的试验结果发现，操作人员在启动过程中的有些操 作习惯影响了设备的安全性。虽然，大部分情况下，这些操作习惯不会造成灾难性的结果， 但是对于设备长久的安全和经济运行却会造成潜在的威胁。 本研究的主要内容是针对目前电站锅炉运行人员操作的运行记录和设备监测试验，确 定不同运行人员运行操作习惯对锅炉设备安全和经济性影响的具体程度，对这些操作结果 进行后果评价，帮助运行人员改进操作习惯，规范操作方式和方法，从而有效避免一些由 于操作习惯造成的在运行中和事故处理过程的潜在和确实的损害。 本研究内容要求现场电站 DCS 数据的提供，以及一些现场性能评估和记录试验，需要 电厂现场配合和数据的提取和提供，以及一些设备试验配合工作。 24、湿法脱硫的 CFD 模型开发 1、 研究内容： 目前，燃煤电站的环保要求日益提高，国内普遍采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫 （wFGD）技术。采用计算流体力学（CFD）方法进行吸收塔系统流场分析和脱硫效果模拟在 国外已有应用，国外知名烟气净化技术提供商如 AE&E、Alstom 、B&W 公司等都在 CFD 建模 领域进行了大量投入，成为其核心技术的重要组成，在优化设计、降低研发和设计成本与 周期方面发挥了重要作用。目前，CFD 软件应用已较普遍，该项技术在国内的发展较快， 但仍未成熟。本项目研究包括如下重点： 喷淋液液滴表面的蒸发、对流换热以及蒸汽在烟气中的扩散模型； 液滴内的化学反应模型、离子平衡模型和 CaCO3 的溶解模型； 烟气中的 SO2、CO2和 O2与液滴之间的传质模型； 浆液池内炭对硫的置换模型和石膏的生成模型； 除雾器模型； 连续流场的液滴颗粒模型和流场分析模型。 流体机械研究所在 CFD 模型开发方面具有长期的理论研究和实践经验，目前已经在上 述方面开展了大量研究，部分模型研究取得了重要进展，具备开发 wFGD 工程应