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“能研院”研發(fā)臨界鍋爐受熱面的數(shù)字孿生體系統(tǒng)｜工賦上海 AI+制造
2025年06月06日 09:03:56來源：上海經(jīng)信委點擊量：27880
導(dǎo)讀國家電投集團能源科學(xué)技術(shù)研究院（以下簡稱：能研院）聯(lián)合行業(yè)內(nèi)多家單位，共同研發(fā)涵蓋亞臨界、超臨界鍋爐受熱面的數(shù)字孿生體系統(tǒng)。
　　【智慧城市網(wǎng) 企業(yè)關(guān)注】“雙碳”背景下，火電機組承擔(dān)著新能源消納和電力能源保供兜底功能，機組設(shè)備精細(xì)化管理的需求明顯。常規(guī)火電機組參與深度調(diào)峰時，低負(fù)荷下容易出現(xiàn)鍋爐受熱面水動力嚴(yán)重不均勻問題，引發(fā)流量分配失衡、熱偏差加劇等現(xiàn)象，威脅機組安全運行。
 
　　國家電投集團能源科學(xué)技術(shù)研究院(以下簡稱：能研院)聯(lián)合行業(yè)內(nèi)多家單位，共同研發(fā)涵蓋亞臨界、超臨界鍋爐受熱面的數(shù)字孿生體系統(tǒng)。系統(tǒng)將人工智能、數(shù)字孿生等先進技術(shù)與鍋爐受熱面性能監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)受熱面超溫、沾污、壽命等關(guān)鍵狀態(tài)三維可視化感知與風(fēng)險事件推送，有效防止機組爆管非停，提升受熱面狀態(tài)監(jiān)控、風(fēng)險預(yù)警、故障定位、運行優(yōu)化與狀態(tài)檢修能力，顯著提高機組安全性與經(jīng)濟性。
 
　　01實現(xiàn)鍋爐設(shè)備精準(zhǔn)建模與三維狀態(tài)可視化感知
 
　　為解決大容量鍋爐復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)對象三維建模的核心技術(shù)問題，在web端開發(fā)了設(shè)備結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵狀態(tài)交互顯示的關(guān)鍵技術(shù)。通過模型構(gòu)建，將分析得到的受熱面管材各類型參數(shù)映射到對象結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)鍋爐受熱面狀態(tài)的精準(zhǔn)可視化，達到虛擬與現(xiàn)實的互動。
 
　　02通過機理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動實現(xiàn)鍋爐中長期風(fēng)險建模
 
　　通過對大容量電站鍋爐受熱面熱力、水動力、壁溫、強度、熱偏差、壽命評估等計算，結(jié)合受熱面離線檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)受熱面疲勞、蠕變、磨損、腐蝕、氧化、剩余壽命監(jiān)測。根據(jù)鍋爐受熱面壁厚、脹粗、氧化皮厚度檢測數(shù)據(jù)，修正受熱面磨損、強度、氧化皮等模型關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)管材更換數(shù)據(jù)修正受熱面剩余壽命模型初始參數(shù)，實現(xiàn)檢修數(shù)據(jù)與受熱面性能計算模型聯(lián)動。
 
　　03采用三維熱力圖實現(xiàn)鍋爐受熱面危險域分析
 
　　利用上千個壁溫測點，根據(jù)機理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，采用三維彩色云圖呈現(xiàn)受熱面各部位實時壁溫、氧化皮、磨損、剩余壽命狀態(tài)。通過web端實現(xiàn)了設(shè)備關(guān)鍵狀態(tài)在實體模型上展示，并通過色彩區(qū)間變化來呈現(xiàn)設(shè)備對象劣化程度，幫助用戶迅速發(fā)現(xiàn)受熱面局部缺陷。提前發(fā)現(xiàn)受熱面某一部位的異常，避免故障惡化，減少材料準(zhǔn)備、停機查漏和現(xiàn)場檢修時間。
 
　　04各類場景應(yīng)用
 
　　場景一：鍋爐受熱面管材氧化皮風(fēng)險預(yù)警
 
　　超臨界600MW鍋爐數(shù)字孿生體系統(tǒng)，提前1個月精準(zhǔn)預(yù)警某鍋爐末級再熱器的氧化皮高風(fēng)險部位，現(xiàn)場檢修數(shù)據(jù)驗證與系統(tǒng)預(yù)警完全吻合，有效預(yù)防了氧化皮剝落堵塞導(dǎo)致的鍋爐非計劃停運。
 
　　場景二：過熱器管材爆管預(yù)警
 
　　亞臨界300MW鍋爐數(shù)字孿生體系統(tǒng)，提前3天發(fā)現(xiàn)某末級再熱器熱偏差異常、等效超溫小時數(shù)超限，進而精準(zhǔn)提示爆管風(fēng)險部位，助力業(yè)主提前停機檢修，現(xiàn)場停爐檢查發(fā)現(xiàn)首爆口位置與系統(tǒng)判斷一致。
 
　　場景三：水冷壁管材膨脹預(yù)警
 
　　超臨界600MW鍋爐數(shù)字孿生體系統(tǒng)，提前2周預(yù)警某鍋爐水冷壁角部超溫，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)該鍋爐垂直水冷壁四個角部存在膨脹開裂現(xiàn)象，檢修部位與系統(tǒng)預(yù)警部位一致。
 
　　05未來
 
　　該研究已應(yīng)用于亞臨界、超臨界的10余臺鍋爐。600MW鍋爐可產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益226.5萬元/年，間接經(jīng)濟效益574萬元/年。經(jīng)科技查新和成果鑒定，該項目部分技術(shù)成果達到國際領(lǐng)先水平，綜合技術(shù)水平達到國際先進水平，相關(guān)成果已獲得多項行業(yè)科技成果獎勵，提高了火電機組設(shè)備可靠性，助力火電發(fā)電企業(yè)提質(zhì)增效。
 
　　鍋爐受熱面數(shù)字孿生體應(yīng)用
 
　　未來，能研院將結(jié)合AR、VR等工具，利用深度學(xué)習(xí)和大模型等技術(shù)，重點針對燃煤機組深度調(diào)峰下鍋爐主輔機安全穩(wěn)定運行和設(shè)備可靠性提升，進行相關(guān)技術(shù)研發(fā)與業(yè)務(wù)布局。研發(fā)深度調(diào)峰過程中鍋爐爐膛燃燒過程動態(tài)仿真技術(shù)，攻克鍋爐深度調(diào)峰過程管材疲勞壽命損傷等參數(shù)感知技術(shù)，實現(xiàn)深度調(diào)峰過程鍋爐受熱面風(fēng)險預(yù)警；攻克鍋爐輔機多物理場狀態(tài)參數(shù)感知，實現(xiàn)深度調(diào)峰過程鍋爐輔機安全風(fēng)險預(yù)警。
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