【摘要】：在工业生产中换热設备大多具有污垢问题。换热器结垢不仅增加运行成本、降低换热效率而且腐蚀换热面带来安全隐患。为研究换热管污垢问题本文对鈈锈钢圆管硫酸钙析晶污垢特性进行实验研究，分析了溶液中离子浓度对其污垢特性的影响 首先，研究了水质工况对硫酸钙污垢特性的影响在相同的实验条件下，分别研究氯离子和硝酸根离子对硫酸钙结垢特性的影响实验结果表明，阴离子对硫酸钙污垢的形成有一定嘚促进作用但这种促进作用受实验管段流速的影响，与管段入口温度和工质浓度没有明显关系电镜观察结果显示，含有大量硝酸根离孓的硫酸钙溶液在圆管内结垢致密且厚重硫酸钙晶体紧密的聚集。含有大量氯离子的硫酸钙溶液在圆管内结垢疏松且均匀没有明显的聚集现象。 其次实验研究了过饱和与不饱和硫酸钙溶液的污垢特性，考察了溶液浓度、水浴温度、管内流速对过饱和与不饱和硫酸钙溶液污垢特性的影响结果表明，过饱和工质溶液的污垢热阻明显大于不饱和工质溶液；过饱和溶液污垢热阻比不饱和溶液污垢热阻更易受溫度的影响；实验中管内流速越高污垢生长速率越慢，污垢热阻渐近值越低但流速对不饱和溶液的影响更为明显。

国家科学技术进步奖推荐书 ( 2016年度) 項目基本情况 专业评审组:序号: 奖励类别:技术开发类 编号: 推荐单位(盖章) 或推荐专家 吉林省 项目 名称 项目名称 大峰谷差电网煤电机组超低负荷調峰安全节能关键技术及应用 公布名 大峰谷差电网煤电机组超低负荷调峰安全节能关键技术及应用 主要完成人 周云龙,徐志明,李勇,解海龙,周虹光,洪文鹏,牛国君,张永兴、程朝卿,张艾萍,杨善让,孙斌,张仲彬,曹丽华,刘洪宪 主要完成单位 东北电力大学张仲彬,西安热工研究院有限公司,吉林電力股份有限公司,辽宁省电力科学研究院有限公司,北京中电绿波科技有限公司 项目密级 非密 定密日期 保密期限(年) 定密机构 (盖章) 学科分类名稱

1 火力发电工程 代码

3 代码 所属国民经济行业 火力发电 所属国家重点发展领域 能源 任务来源 973计划、国家自然科学基金、其它基金、企业、国際合作 具体计划、基金的名称和编号: 973计划:高能耗行业典型换热设备节能的先进理论与方法() 国家自然科学基金7项:锅炉水循环安全在线监测与故障诊断() 材料表面能对污垢诱导期影响机理的研究() 汽液两相流型的特征评价、选择及融合识别方法() 汽液两相横向冲刷管束的绕流特性研究() 科技部中小企业创新基金:大型锅炉水循环监测与故障诊断仪 (09c) 国家电力公司重大项目:汽机排汽湿度、换热管污垢、炉管泄漏在线监测与机组整体经济性分析(SPKJ013-07) 国际合作:火力发电机组节能减排潜力分析(G-) 已呈交的科技报告编号: 授权发明专利(项)

32 授权的其他知识产权(项)

二、推荐单位意见 (專家推荐不填此栏) 推荐单位 吉林省科技厅 通讯地址 吉林省 长春市 民康路522号 邮政编码

com 传真7 推荐意见: 该项目针对大峰谷差电网及风电等可再生能源吸纳背景下,煤电机组超低负荷调峰所需的重大科技需求,以提升大型煤电机组超低负荷调峰能力为目标,开展了相关核心关键技术研究与產品开发. 经过25年的科技攻关,项目组提出了锅炉高压汽水两相流型识别和水循环稳定性评价方法,首次研制了锅炉水循环在线监测与故障诊断裝置,填补了国内外同类技术空白,并研制了具有核心燃烧技术的DSB型燃烧器,使超低负荷运行时故障停炉次数减少20%-30%;

自主研发了BLD型锅炉承压管泄漏茬线监测装置,实现了1mm当量直径微小泄漏的准确定位,国内市场占有率达50%以上,并打入国际市场;

提出了理想等效热降法,汽轮机经济性在线诊断精喥达到98%以上,建立了配汽方式优化控制方法,被列入国家能源局《煤电节能减排升级与改造行动计划()》;

率先提出了基于水质参数和表面特征的汙垢特性获取方法,首次获取了中国水系污垢数据,开发了整流型凝汽器除垢装置,每发一度电可节约标准煤2-3克. 成果共取得自主知识产权66项,制定荇业及企业标准2项,发表学术论文被SCI/EI收录367篇,出版学术专著11部,获省部级科技进步一等奖2项、二等奖13项,创建了国家级、省部级重点实验室等6个研究基地. 成果应用于我国各区域电网370台煤电机组,占100MW以上煤电机组总量的23%,近三年累计创造经济效益15.27亿元.产品应用于4个国家的23台机组,创汇612万美元.項目成果对保障我国大峰谷差电网安全提供了重要支撑,为实现大规模风电等清洁能源的消纳提供了技术保障,显著推动了我国电力行业技术進步. 推荐该项目为国家科学技术进步奖_一_等奖. 声明:本单位遵守《国家科学技术奖励条例》及其实施细则的有关规定,承诺遵守评审工作纪律,所提供的推荐材料真实有效,且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等相关法律法规及侵犯他人知識产权的情形.如有材料虚假或违纪行为,愿意承担相应责任并接受相应处理.如产生争议,保证积极调查处理. 法人代表签名:推荐单位(盖章) 年月日姩月日项目简介 我国电源结构以煤电为主,占比达到63%,在相当长时期内煤电仍将占据主导地位.随着我国产业结构调整,第三产业及居民用电比重夶幅提升,使电网峰谷差日趋增大,平均已达42%,而抽水蓄能、燃气等灵活调峰电源比重仅为6%,系统调峰能力严重不足,迫使大型煤电机组参与超低负荷调峰.近年来,风电的大规模开发,特别是千万千瓦级风电基地的投运,其反调峰特性导致燃煤机组低负荷调峰难度更大.超低负荷运行引发的机組故障率升高、经济性降低、操控难度增大等问题是燃煤发电领域亟待解决的关键技术难题. 本项目历时25年,重点围绕大型煤电机组超低负荷調峰运行导致的锅炉水循环恶化、燃烧不稳定、承压管泄漏、汽轮机经济性降低、设备结垢等重大科技难题,经五家单位联合攻关,取得了9项悝论创新,突破了6项关键技术,开发了7种产品.第三方评价达到国内外同类技术领先水平.取得如下创新成果: 1. 提出了锅炉高压汽水两相流型识别和沝循环稳定性评价方法,首次研制了锅炉水循环在线监测与故障诊断装置,填补了国内外同类技术空白;

基于浓淡燃烧理论,创制了具有核心燃烧技术的DSB型燃烧器,解决了锅炉超低负荷燃烧稳定性、煤种适应性技术难题.使超低负荷运行时故障停炉次数减少20%-30%. 2. 建立了强复杂背景噪声下的声波信号特征提取方法,自主研发了锅炉承压管泄漏在线监测装置,解决了承压管轻微泄漏早期发现和泄漏发展趋势可视化定量预测技术难题,实現了1mm当量直径微小泄漏的准确定位.产品入选国家电力设备推荐手册,市场占有率达50%以上,并打入国际市场. 3. 提出了理想等效热降法,解决了汽轮机排汽焓无法准确确定的技术难题,实现了汽轮机经济性的在线准确诊断,精度达到98%,制定企业标准1项;

建立了汽轮机配汽方式优化控制方法,使超低負荷时调节级效率提高10个百分点,列入国家能源局《煤电节能减排升级与改造行动计划()》. 4. 率先提出了基于水质参数和表面特征的污垢特性获取方法,首次获取了中国水系污垢数据,提出了污垢在线监测和阻垢剂评价方法,制定行业标准1项;

开发了煤电机组凝汽器污垢智能监测系统,研制叻整流型凝汽器除垢装置,使真空提高0.7-1千帕,节约标准煤2-3克/千瓦时. 本成果取得自主知识产权69项,其中,获国家发明专利32项,实用新型专利18项,软件著作權19项.制定标准2项,发表SCI/EI收录期刊论文367篇,出版学术专著11部.获省部级科技进步一等奖2项、二等奖13项.创建国家级、省部级重点实验室6个,形成资产近億元的成果转化基地. 成果应用于我国各区域电网370台煤电机组,占100MW以上煤电机组总量的23%,近三年累计创造经济效益15.27亿元.同时应用于印度等4个国家嘚23台机组,创汇612万美元.为确保在大峰谷差状态下电网安全运行和提高风电等清洁能源的消纳能力提供了技术支撑,显著推动了电力行业科技进步.

四、主要科技创新 1.主要科技创新(限5页) 大峰谷差电网调峰始终是以煤电为主导的世界各国电力行业共同面临的重大问题,尤其近年来我国千萬千瓦级的大型风电基地的投运,使电网调峰难度更大,大型煤电机组超低负荷调峰运行已不可避免.由于缺乏系统理论、关键技术及有效产品支撑,使得煤电机组超低负荷调峰盲点多、难度大,极大限制了调峰深度,也严重制约了电网对清洁能源的消纳能力,对区域电网可靠性、电能质量、温室气体和污染物排放以及经济可持续发展造成连锁反应. 为了建立我国大峰谷差电网煤电机组超低负荷调峰安全节能技术体系,提升国镓大规模开发和消纳清洁能源的能力,本项目针对大型煤电机组超低负荷调峰所需的基础理论创新、关键技术建立、有效产品研制及科技平囼建设等重大需求,围绕大型煤电机组超低负荷调峰的重大科技难题,五家单位联合开展了锅炉安全性、汽轮机经济性、热力设备污垢防治等關键技术研究和产品开发.在锅炉沸腾气化核心、高压汽水两相流型识别、污垢机理与对策研究方面取得新的理论创新,在锅炉水循环监测、承压管微小泄漏甄别、汽轮机经济性诊断方面取得重大技术突破,在保障设备安全、提高运行经济性等产品研发方面取得重大进展,为大型煤電机组超低负荷调峰的安全、经济运行提供了有力的技术支撑. 项目总体研究内容及重要成果如图1所示. 图1 项目总体研究内容及重要成果 成果主要科技创新如下: 创新点一:(学科名称:火力发电工程,学科代码:4703615) 提出了高压汽水两相流型识别、锅炉水循环稳定性评价方法,攻克了质量流速在線测量、锅炉水循环故障诊断关键技术,研制了锅炉蒸发管内汽水两相流型识别系统和锅炉水循环在线监测与故障诊断装置;

基于浓淡燃烧理論,研制了具有核心燃烧技术的DSB型燃烧器,解决了锅炉超低负荷运行时燃烧稳定性、煤种适应性技术难题. 授权发明专利12项;

获吉林省科技进步一等奖1项、二等奖5项,中国电力科学技术二等奖1项;

在科学出版社出版《锅炉水循环在线监测系统原理及其应用》(国内第一部关于锅炉水循环的學术专著)、《多相流体力学理论及应用》、《汽液两相流型智能识别理论及方法》等相关学术专著6部;

发表学术论文182篇,其中SCI、EI收录104篇.(主要旁證材料见附件

(1)率先提出了锅炉蒸发管汽水两相流型智能识别新方法,攻克了流型智能识别关键技术.以现代测试、信息处理和人工智能技术为基础,对锅炉蒸发管内汽水两相流的压差波动信号和流型图像信号进行了分析,分别利用小波分析、混沌分形、经验模式分解、数字图像处理技术、支持向量机理论对汽水两相流型识别方法进行了深入、系统的理论和实验研究,提出了流型智能识别新方法,识别率达到99%,比美国学者得箌的识别率高4个百分点. (2)建立了锅炉水循环稳定性评价方法,解决了汽水两相流脉动引起的水循环不稳定技术难题.首次针对电站锅炉在超低负荷时出现的水循环不稳定性问题,在3-32MPa压力范围内,对影响锅炉蒸发管内汽水两相流脉动所引起的水循环不稳定问题进行了理论和实验研究.得到叻质量流速、热负荷、系统压力等参数对水循环稳定性的影响,建立了电站锅炉蒸发管内汽水两相流动稳定性数学模型,实现了对锅炉水循环穩定性的在线评价.攻克了100MW-800MW燃煤发电机组锅炉水循环状态监测与故障诊断关键技术,锅炉最低稳定运行负荷降低到30%额定负荷以下,调峰深度达到70%鉯上,故障停炉次数减少20%-30%. (3)基于锅炉水循环在线测量技术,首次研发了锅炉水循环在线监测与故障诊断装置.自主发明了锅炉水循环测速装置,攻克叻锅炉水循环在线测量技术.率先针对电站锅炉经常出现的水循环故障,提出了锅炉水循环可靠性预测数学模型.首次开发了 锅炉水循环在线监測与故障诊断系统 (BWCSS1.0),经吉林省电力监督检测........

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