[01042445]节能环保锅炉设计制造技术及应用

锅炉是国民经济中重要的能源转换装备，种类繁多、结构复杂，主要用于工业和发电。随着节能环保要求的不断提高，余热、垃圾焚烧、生物质等节能环保类锅炉的重要性日益显著。项目实施前，该类锅炉的先进设计制造技术被西门子、GE、日立等欧美公司垄断，国内锅炉设计沿用前苏联燃煤锅炉设计体系的手工方法设计，设计周期长，计算精度低，严重制约中国能源及相关行业的发展。实现锅炉自主设计制造的主要技术难点是：1）多规格类型的锅炉通用性设计和水循环多回路串并联嵌套的收敛问题；2）复杂受热面结构优化及热效率问题；3）新型高参数大型锅炉的设计制造。在国家、浙江省等科技计划支持下，依托完成单位国家重点实验室、工程实验室等国家创新载体，围绕节能高效环保锅炉的设计制造技术进行突破，取得如下创新成果： 一、创建了节能高效锅炉数字化设计理论及过程系统级通用设计体系。首次构建动态过程建模的性能计算模型；提出序贯模块迭代的热力性能求解方法，攻克锅炉流程复杂多变的设计难题；提出环路平差流量调节的通用锅炉水动力计算方法，突破了水循环空间立体多相流多回路串并联嵌套管网求解难的重大难题，提升了设计能力和效率；提出全局夹点技术的锅炉能量梯级利用方法；研制了包含性能、结构、制造与运行成本等多约束条件的智能优化设计系统。 二、首次提出了基于数字孪生的锅炉性能仿真分析方法和全工况性能仿真测试平台。利用数字孪生方法构建锅炉的燃烧、传质、传热、流动多过程耦合机理仿真分析模型，攻克传热-流动-结构多过程耦合仿真技术。在燃料条件及负荷多样化组合条件下，提出了一种评测锅炉性能的全工况性能分析方法，针对多约束条件下多物理过程的协同问题，提出基于模型预测寻优的特种锅炉产品优化设计方法。 三、突破了大型高效节能锅炉的结构优化设计关键技术。发明了一种带再热的高参数垃圾焚烧锅炉、燃用生物质秸秆的高温高压循环流化床锅炉等特种新产品，发明了新型的双控固体气化焚烧炉和柔性波形膨胀节密封装置，大幅提高垃圾焚烧炉处理效率的同时保证了锅炉运行的安全性，发明了一种垃圾焚烧锅炉炉排的螺旋出渣装置，避免了炉排风室内的热空气漏出，首创一种“V”型内壁结构，优化烟气流动，延长燃料停留时间，提高燃烬率并抑制二噁英等物质的生成，保证了垃圾焚烧锅炉的高效、安全、环保、经济运行。 经院士和专家鉴定：在锅炉设计系统通用性、水动力计算管网模型与环路平差流量调节算法、大型余热锅炉、废弃物与可再生能源锅炉设计制造技术等方面达到国际领先水平。该项目主持和参与制定国家标准25项，已获发明专利174件、软件著作权8项，发表SCI、EI等论文208篇。近三年完成销售144亿元，利润16.7亿元，出口创汇2.8亿美元，远销美国、日本、印度、巴西等30余个国家，项目已推广到中国国电集团公司、中国南方电网有限责任公司、上海宝钢节能环保技术有限公司等300多家锅炉设计及制造单位，包括80%以上的锅炉制造A级企业，间接经济效益152亿元，为中国锅炉制造业整体技术创新做出了重大贡献。