電力科普 
首頁 > 社會責任 > 電力科普
華能在這里曬寶——瑞金智慧電廠的十大“黑科技”
2021年12月14日，華能秦煤瑞金電廠二期工程全部建成投運。該工程是我國首個采用全國產控制和信息系統（DCS/DEH+SIS）的大型智慧電廠，標志著我國發電領域已形成較為完整的基礎設施網絡安全體系。該工程實施多項科技創新，采用華能旗下西安熱工研究院近年研發形成的全國產分散控制系統（DCS）、汽輪機數字電液控制系統（DEH）、廠級監控信息系統（SIS），智慧電廠技術，HT700T高溫合金等一批“黑科技”，形成專利200余項。該廠已成為我國燃煤電廠清潔、安全、高效的智慧標桿。
一、全國產安全智能型DCS/DEH一體化重大技術示范應用
依托瑞金電廠二期工程，華能研發出了具有自主知識產權的全國產安全智能型全廠主輔一體化控制系統，首次實現全國產DCS在火電廠全功能覆蓋，技術性能居于國內領先水平，部分關鍵性能指標優于同類進口產品，歷史性、戰略性地突破了火電廠DCS/DEH控制系統的關鍵技術壁壘，解決了火電廠“大腦神經中樞”“卡脖子”問題。除了具備常規DCS功能以外，系統還新增了安全、智能和SIS下沉模塊，首次實現了全國產DCS現場總線功能應用。
該系統有三個亮點，一是首次應用百萬機組汽輪機控制系統（DEH），首次應用全國首臺抽氣背壓式小汽輪機（BEST小機）控制系統，完成睿渥DCS+DEH系統一體化零差錯投運，高標準實現了最快最精密控制要求。二是首次完成了全國產DCS總線技術推廣，徹底解決了總線干擾導致的通訊不穩定問題。三是首次實現從“離線監測”到“在線閉環控制”轉變，優化設備運行，降低生產成本，歷史性促進電廠數字化轉型。
二、全國產廠級監控信息系統
華能依托瑞金電廠二期工程完成全國產安全自主可控廠級監控信息系統（SIS）的研發及工程示范，是全國產化SIS的國內首套示范應用。該系統100%采用國產芯片、軟件（含操作系統）、通訊設備和計算機系統，再次破除重要芯片及元器件、操作系統和重要軟件對國外產品的依賴，實現火電廠SIS系統軟硬件的全面國產化。
華能睿渥SIS由華能旗下西安熱工院自主研發，采用高性能睿騰實時數據庫及系列國產工業基礎軟件，基于實時數據資產框架實現了電廠多專業多維度的數據監視、性能計算、優化分析、績效考核及輔助決策等業務功能應用，軟硬件全部使用我國自主技術，是首個軟硬件國產化率達到100%、擁有完全自主知識產權的廠級監控信息系統。在瑞金電廠的示范應用結果表明，全國產SIS運行安全穩定，主要技術指標優于行業標準要求，具備大規模推廣條件，對提升電力安全控制系統安全防護水平，提高自主創新及安全可控能力，保障電力系統安全、穩定、高效運行，以及促進國產工業軟件的供應鏈與生態鏈建設具有重要意義。
三、智慧電廠建設科技示范工程
瑞金電廠二期工程基于“云邊協同”智慧電廠體系架構構建，建設與華能集團云協同互動的一體化廠側邊緣云，囊括智慧運行、智慧安全、智慧巡檢和智慧營銷4大應用體系（即“1+4+N”模式，其中，“1”是指廠側邊緣云平臺；“4+N”是指智慧電廠4大智慧應用體系及各體系下選配的N個智慧應用模塊），助推電廠生產運維、管理智能化達到國際先進水平，同時未來可擴展和移植到其他能源形式上，助力實現區域級和公司級的“風光火儲熱智”的綜合能源體系。
其中，廠側邊緣云平臺既是電廠實現生產、經營和管理智慧化的指揮中樞，也是與集團中心云相互協同的數據和應用中轉站，是電廠實現發電企業數字化轉型與智慧化升級的統一支撐性平臺環境。智慧運行基于華能睿渥DCS的智慧運行中心，實現各系統寬負荷自動巡航、智慧監盤以及智能控制，降低運行手動操作，實現機組安全、穩定、高效、環保和靈活運行。智慧巡檢通過組態化巡檢模塊開發，減少設備檢修的勞動強度，提高機組的巡檢效率，逐步實現無人化巡檢。智慧安全基于集團安全生產管理要求，打通視頻流、數據流和工作流，主要實現“三流合一”的智慧化安防及智慧兩票系統。智慧營銷打造實時成本分析與上網競價決策功能的智慧經營體系。
四、700℃高溫新材料試驗性工程應用
700℃超超臨界機組的安全可靠運行對機組關鍵設備用材料的蠕變性能、焊接性能、抗氧化和腐蝕性能、抗疲勞性能以及組織結構的穩定性等都提出了更苛刻的要求，現役的600℃級超超臨界機組用高溫材料體系已不能滿足其服役要求。結合700℃超超臨界機組的服役特點，設計并制備出滿足服役環境要求的高性價比高溫合金是發展700℃超超臨界煤電技術的關鍵。
華能自主研發的我國首個700℃高溫新材料HT700T在瑞金二期工程首次實爐驗證，有效測試了蠕變性能、焊接性能、抗氧化和腐蝕性能、抗疲勞性能以及組織結構的穩定性等材料性能屬性，為高性價比HT700T新材料應用于700℃機組奠定良好基礎。
五、高效靈活的超超臨界二次再熱技術
率先采用更高蒸汽參數的二次再熱鍋爐（32.14MPa/610℃/625℃/622℃），更優的汽輪機回熱系統（12級抽汽回熱系統）以及更靈活的氣溫調節手段（煙氣再循環和擋板調溫等手段相耦合）。瑞金電廠二期工程設計發電效率49.25%，發電煤耗249.7克/千瓦時，達到了國內領先水平。
六、配置發電機的BEST雙機回熱系統
隨著蒸汽參數的提高，回熱抽汽過熱度增大，回熱加熱器內汽側和水側換熱不可逆損失增加，削弱了蒸汽參數升高帶來的收益，同時管道、閥門和加熱器設備的制造成本要提高。蒸汽參數越高，這一矛盾越突出。為了更好解決這一問題，本工程采用回熱系統優化技術——配置發電機的BEST雙機回熱系統，此方法能夠大幅降低再熱后回熱抽汽的換熱過熱度，提高回熱抽汽能級利用效率。
BEST系統配置小發電機吸收小汽輪機與給水泵之間的不平衡功率，即通過變流器控制小發電機的出力調節給水泵轉速，此技術為國內首創。根據經濟性核算，在THA工況下（Turbine Heat Acceptance，即熱耗率驗收工況，指汽輪機在額定進氣參數、額定背壓、回熱系統正常投運，補水率為0的情況下，能連續運行發出的功率），機組熱耗率可降低30千焦/千瓦時，折算到煤耗率下降約1.2克/千瓦時以上。
七、單列立式蛇形管高壓加熱器技術
在百萬等級超超臨界機組中，高壓加熱器的管程設計壓力達到44MPa，殼程的設計溫度達到500℃以上，傳統單列U形管高壓加熱器受限于材料、厚度等影響不能滿足當前新建機組要求。參數提高增加了高壓加熱器的設計難度，同時對原材料提出了更高要求，制造難度加大。高參數使得傳統的U形管式高壓加熱器換熱管的泄漏頻繁發生。蛇形管高壓加熱器的技術、性能特點能夠完美解決U形管高壓加熱所帶來的困擾，能夠在高參數二次再熱機組中得到充分的運行。
瑞金電廠二期工程率先在百萬千瓦二次再熱機組上應用5級單列立式蛇形管高壓加熱器。立式蛇形高壓加熱器采用極薄的管板厚度、機加工式集管與蛇形管全焊透連接以及特殊的類折流桿支撐結構，具有優秀的抗熱沖擊性能，并以其極低的管損率和超長的壽命表現出了優異的抗振性能和可靠性。
八、煙氣脫硫及廢水一體化協同治理
目前，國內所采用的大部分脫硫技術都是由脫硫總承包單位從國外購買引進的，與超低排放配套的高效除霧器更是一直被國外公司長期壟斷，廢水零排放技術剛剛起步，這些成為燃煤電廠環保領域的“卡脖子”技術。
瑞金電廠二期工程煙氣脫硫及廢水一體化協同治理項目集成應用了具有華能自主知識產權的多級湍流高效脫硫協同除塵一體化技術。脫硫效率達到99.7%，脫硫系統廠用電率可降低至0.81%以下，脫硫廢水旁路煙氣蒸發系統處理1噸廢水增加煤耗不高于0.025克/千瓦時，脫硫廢水零排放系統處理1噸廢水運行成本不超過30元，性能指標整體達到國際領先水平。
九、滲鋁涂層技術的示范應用
瑞金電廠二期工程2臺百萬千瓦機組汽機入口蒸汽參數為31MPa/605℃/622℃/620℃，是目前國內外參數較高的二次再熱超超臨界機組，考慮到溫度偏差，部分高溫再熱器管屏出口蒸汽溫度可達到650℃，對接管座的氧化較嚴重。
瑞金電廠二期工程首次實現鍋爐管內壁滲鋁涂層的規?；痉稇茫嵘私庸茏鶅缺诘目寡趸?，在650℃及以下抗蒸汽氧化性能達到“完全抗氧化級”，可徹底解決瑞金電廠二期百萬機組再熱器集箱T92接管座的氧化皮隱患，大幅降低鍋爐的后期運營維護費用和對汽機的潛在危害。滲鋁涂層技術充分釋放現役鋼種高溫使用潛力，助力其在未來高參數機組上擴大應用范圍。
十、高位收水冷卻塔應用
根據本工程所處區域的地質條件及氣候環境，分析對比了鋼結構冷卻塔和混凝土高位收水冷卻塔的結構特點，確認了使用混凝土高位收水冷卻塔方案。高位收水冷卻塔具有減少循環水泵揚程、降低噪聲、進風口高度不受水泵揚程限制、不需設置集水池、沒有雨淋區進風阻力減少等。
該工程冷卻塔采用高位集水，不僅能夠使內外區空氣流場較為均勻，減少進風阻力，使得塔內填料換熱充分，塔內外區配水均勻程度更好，提升冷卻效果和節能水平；還可降低循環水泵揚程，節約循環水系統運行電費，獲得更好的經濟效益。
責編：王卓峰
