三维数字仿真技术在流化床锅炉水冷壁防磨防爆中的开发和应用

近年来，为提高机组效率、降低发电成本和应对日益严格的环保新政，我国建设和投运了一大批600MW、1000MW等级超超临界燃煤火力发电机组。从2006年首台超超临界百万等级机组投运至今已有14年。经过长周期调峰运行，由于设计、安装、调试或燃用劣质煤种等问题，超超临界锅炉出现了很多以前未曾遇到的新难题，如新型高强热钢焊缝裂纹、氧化皮脱落等，普遍面临着锅炉运行不稳定、泄漏非停次数多的难题。百万等级锅炉防磨防爆工作现状简介

超超临界百万等级锅炉通常采用垂直管圈加内螺纹管的π型、螺旋上升管圈的π型和螺旋上升管圈的塔式三种结构。从超超临界百万等级锅炉防磨防爆工作角度看，目前主要有四个普遍性难点：

（1）锅炉结构复杂、四管数量庞大。以某电厂垂直管圈百万等级锅炉为例，水冷壁（含包墙）4117根，过热器4178根，再热器2462根，省煤器708根，其中厂家和安装焊口共20多万个，管子和焊口数量超过了30万等级锅炉的4倍。

（2）受热面管的材质、规格和焊口种类繁杂。设计上由于采用了Super304、T92、HR3C等多种高强热合金钢，为节省成本，制造厂经过精细计算对各级过热器、再热器等管排往往分段选材，造成了大量的异种钢焊口。

（3）锅炉防磨防爆工作涉及运行、检修、维护、技术监督等工种以及锅炉、化学、金属、热工等多个专业，大量检查、测量的数据和信息需要及时查询、共享和协作。按照常规的防磨防爆工作方法，将面临着非常大量和繁复的统计、协作、策划等技术管理工作。

（4）工作人员流动性大及快速年轻化，全面的、系统的培训手段较少，防磨防爆技能和经验缺乏，无法满足超超临界设备管理的要求。

鉴于以上问题，采用新技术与新方法尽快提高和改进锅炉防磨防爆工作，适应超超临界锅炉技术的发展趋势和要求，大幅减少泄漏非停、提高运行安全性和经济性，这是目前各个电厂非常重视和迫切需要解决的一个问题。

锅炉防磨防爆工作中三维数字化技术的开发目标和策略

当前随着计算机虚拟现实技术高速发展，把互动式三维立体可视化场景与数据库结合开发，改变二维平面数据功能局限，管理信息系统由向三维立体可视化发展是未来信息化建设的一种趋势。

采用虚拟现实技术结合数据库技术、软件技术、网络技术、图形技术，建立一个集综合业务、数据信息、高度可视化为一体的三维数字化锅炉防磨防爆管理平台，实现对锅炉“四管”、集箱、焊口、支吊架等细微部件的立体结构、规格型号、材质等所有参数进行直观的三维显示，同时结合历年 “四管”隐患点与泄漏点的数据、照片等信息进行分类、归纳、分析，并结合三维立体模型进行定位、查询和展现。该平台信息完整、功能强大，都能够为电厂锅炉防磨防爆的综合分析与协同能力、风险评估与防控能力、预测模拟与防治能力、快速反馈与应对能力提供有效的支撑。

流化床锅炉防磨防爆可视化管理系统运用三维可视化技术，通过对锅炉空间结构进行高保真模拟，可全面直观的浏览锅炉构造、查阅动静态台账、历史泄爆、更换处理、壁温监控、劣化分析等设备信息，全面掌握锅炉状态。系统运用大数据分析技术，结合锅炉运行数据、历史检修数据、泄爆记录等数据综合进行劣化分析，帮助用户及时掌握锅炉劣化规律，有针对性地进行运行调整与检修策划、科学的采取防磨措施，降低泄爆事故发生概率。

1、“务实”的管理台账，让管理思想落地，让管理职责一目了然，让工作成果直观可见。

2、“智能”的检修策划，系统可根据检修级别自动关联检查项目，并结合历史运行检修数据，智能生成重点检修推荐。

3、“大数据”为基础的劣化分析，基于独立开发的劣化分析算法，通过历史检修数据、机组运行数据、锅炉结构数据综合分析预测锅炉劣化状态。

4、“直观”的壁温偏差分析，结合实际业务对锅炉壁温进行实时监控，方便用户快速定位超温区域，进行偏差分析，指导检修运行，减少锅炉损伤。

5、“全面”的三维可视化，通过VR 技术实现多元的信息融合，将管材模式、重点信息标记、设备处理更换、金属壁温监督、设备劣化分析与三维模型进行有机整合。

6、“强大”的业务拓展能力，平台提供丰富的数据接口，便于同其他系统进行数据交互，为全面的数据分析与集团侧防磨防爆管理平台的建设奠定基础。

管理效益

锅炉防磨防爆可视化管理系统通过信息化技术、数据分析技术、三维可视化技术赋能传统管理业务，将传统以个人经验为主的防磨防爆管理工作转换为以数据为核心驱动的信息化管理模式，能够进一步提高电厂防磨防爆管理的整体水平，有效降低泄爆事故的发生概率。

经济效益

四管爆漏导致的停机停炉，将造成巨大的经济损失。在平台投入运行后以每年减少一次机组泄爆计算。按机组装机容量为300MW，泄爆停炉检修10 天，上网电价0.4 元/ 千瓦时，厂利润率10% 计算。则每年可挽回损失发电量约7000 万千瓦时，毛利润约2800 万元，净利润约280 万元。其中尚未包含检修过程中产生的人工材料费用，以及锅炉启动过程中消耗的燃油费用等。

社会效益

防磨防爆管理工作的提升对保证电网平稳运行，提升社会整体用电可靠性有着重要帮助。同时保持较高的机组泄爆率，维持较高的机组运行小时数对于在集团内外树立企业形象也有着重要意义。

（注：部分内容有转载）