三維數字仿真技術在流化床鍋爐水冷壁防磨防爆中的開發和應用

近年來，為提高機組效率、降低發電成本和應對日益嚴格的環保新政，我國建設和投運了一大批600MW、1000MW等級超超臨界燃煤火力發電機組。從2006年首臺超超臨界百萬等級機組投運至今已有14年。經過長周期調峰運行，由于設計、安裝、調試或燃用劣質煤種等問題，超超臨界鍋爐出現了很多以前未曾遇到的新難題，如新型高強熱鋼焊縫裂紋、氧化皮脫落等，普遍面臨著鍋爐運行不穩定、泄漏非停次數多的難題。百萬等級鍋爐防磨防爆工作現狀簡介

超超臨界百萬等級鍋爐通常采用垂直管圈加內螺紋管的π型、螺旋上升管圈的π型和螺旋上升管圈的塔式三種結構。從超超臨界百萬等級鍋爐防磨防爆工作角度看，目前主要有四個普遍性難點：

（1）鍋爐結構復雜、四管數量龐大。以某電廠垂直管圈百萬等級鍋爐為例，水冷壁（含包墻）4117根，過熱器4178根，再熱器2462根，省煤器708根，其中廠家和安裝焊口共20多萬個，管子和焊口數量超過了30萬等級鍋爐的4倍。

（2）受熱面管的材質、規格和焊口種類繁雜。設計上由于采用了Super304、T92、HR3C等多種高強熱合金鋼，為節省成本，制造廠經過精細計算對各級過熱器、再熱器等管排往往分段選材，造成了大量的異種鋼焊口。

（3）鍋爐防磨防爆工作涉及運行、檢修、維護、技術監督等工種以及鍋爐、化學、金屬、熱工等多個專業，大量檢查、測量的數據和信息需要及時查詢、共享和協作。按照常規的防磨防爆工作方法，將面臨著非常大量和繁復的統計、協作、策劃等技術管理工作。

（4）工作人員流動性大及快速年輕化，全面的、系統的培訓手段較少，防磨防爆技能和經驗缺乏，無法滿足超超臨界設備管理的要求。

鑒于以上問題，采用新技術與新方法盡快提高和改進鍋爐防磨防爆工作，適應超超臨界鍋爐技術的發展趨勢和要求，大幅減少泄漏非停、提高運行安全性和經濟性，這是目前各個電廠非常重視和迫切需要解決的一個問題。

鍋爐防磨防爆工作中三維數字化技術的開發目標和策略

當前隨著計算機虛擬現實技術高速發展，把互動式三維立體可視化場景與數據庫結合開發，改變二維平面數據功能局限，管理信息系統由向三維立體可視化發展是未來信息化建設的一種趨勢。

采用虛擬現實技術結合數據庫技術、軟件技術、網絡技術、圖形技術，建立一個集綜合業務、數據信息、高度可視化為一體的三維數字化鍋爐防磨防爆管理平臺，實現對鍋爐“四管”、集箱、焊口、支吊架等細微部件的立體結構、規格型號、材質等所有參數進行直觀的三維顯示，同時結合歷年 “四管”隱患點與泄漏點的數據、照片等信息進行分類、歸納、分析，并結合三維立體模型進行定位、查詢和展現。該平臺信息完整、功能強大，都能夠為電廠鍋爐防磨防爆的綜合分析與協同能力、風險評估與防控能力、預測模擬與防治能力、快速反饋與應對能力提供有效的支撐。

流化床鍋爐防磨防爆可視化管理系統運用三維可視化技術，通過對鍋爐空間結構進行高保真模擬，可全面直觀的瀏覽鍋爐構造、查閱動靜態臺賬、歷史泄爆、更換處理、壁溫監控、劣化分析等設備信息，全面掌握鍋爐狀態。系統運用大數據分析技術，結合鍋爐運行數據、歷史檢修數據、泄爆記錄等數據綜合進行劣化分析，幫助用戶及時掌握鍋爐劣化規律，有針對性地進行運行調整與檢修策劃、科學的采取防磨措施，降低泄爆事故發生概率。

1、“務實”的管理臺賬，讓管理思想落地，讓管理職責一目了然，讓工作成果直觀可見。

2、“智能”的檢修策劃，系統可根據檢修級別自動關聯檢查項目，并結合歷史運行檢修數據，智能生成重點檢修推薦。

3、“大數據”為基礎的劣化分析，基于獨立開發的劣化分析算法，通過歷史檢修數據、機組運行數據、鍋爐結構數據綜合分析預測鍋爐劣化狀態。

4、“直觀”的壁溫偏差分析，結合實際業務對鍋爐壁溫進行實時監控，方便用戶快速定位超溫區域，進行偏差分析，指導檢修運行，減少鍋爐損傷。

5、“全面”的三維可視化，通過VR 技術實現多元的信息融合，將管材模式、重點信息標記、設備處理更換、金屬壁溫監督、設備劣化分析與三維模型進行有機整合。

6、“強大”的業務拓展能力，平臺提供豐富的數據接口，便于同其他系統進行數據交互，為全面的數據分析與集團側防磨防爆管理平臺的建設奠定基礎。

管理效益

鍋爐防磨防爆可視化管理系統通過信息化技術、數據分析技術、三維可視化技術賦能傳統管理業務，將傳統以個人經驗為主的防磨防爆管理工作轉換為以數據為核心驅動的信息化管理模式，能夠進一步提高電廠防磨防爆管理的整體水平，有效降低泄爆事故的發生概率。

經濟效益

四管爆漏導致的停機停爐，將造成巨大的經濟損失。在平臺投入運行后以每年減少一次機組泄爆計算。按機組裝機容量為300MW，泄爆停爐檢修10 天，上網電價0.4 元/ 千瓦時，廠利潤率10% 計算。則每年可挽回損失發電量約7000 萬千瓦時，毛利潤約2800 萬元，凈利潤約280 萬元。其中尚未包含檢修過程中產生的人工材料費用，以及鍋爐啟動過程中消耗的燃油費用等。

社會效益

防磨防爆管理工作的提升對保證電網平穩運行，提升社會整體用電可靠性有著重要幫助。同時保持較高的機組泄爆率，維持較高的機組運行小時數對于在集團內外樹立企業形象也有著重要意義。

（注：部分內容有轉載）

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