动力工程学报

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锅炉技术

600 MW超临界锅炉高温过热器T23和T91金属氧化膜热应力分析

谢建文, 孙平, 杨红权, 周克毅

2013, 33(11): 829-832.

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以某600 MW超临界锅炉高温过热器为研究对象,分析了氧化膜厚度、生长温度和热膨胀系数等参数对金属管内蒸汽侧氧化膜热应力的影响.基于有限元方法建立了圆管数值计算模型,计算得到不同厚度和不同生长温度下T23和T91金属蒸汽侧氧化膜从生长温度冷却至常温时的热应力变化,并依据热应力的变化特征确定了这2种金属管材蒸汽侧氧化膜易发生脱落的温度范围.结合锅炉出口蒸汽温度与高温过热器指定位置处氧化膜温度的关系,提出用出口蒸汽温度判别氧化膜是否处于易发生脱落的温度范围的方法,给出了该锅炉停炉时的出口蒸汽温度值.结果表明:2种金属管材在冷却过程中低于一定温度时,其氧化膜的应力达到或接近最大应力值,可以依此判断氧化膜是否处于易发生脱落的危险区域.

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锅炉技术

煤粉高温富氧无油点火实验和数值模拟研究

刘国伟, 董芃, 别如山

2013, 33(11): 833-840.

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提出了利用高温氧气与高浓度煤粉气流直接混合来实现煤粉气流点火的无油点火方式,采用煤粉高温氧气无油点火实验装置对煤粉气流的高温氧气无油点火过程进行了研究,利用数值模拟方法对该点火装置的流场特性进行了分析.结果表明:当氧气加热温度超过750 ℃后,设计工况条件下利用高温氧气可以顺利安全地实现煤粉气流的点火;提高一次风温度、增大一次风煤粉浓度及高温氧气风量或减小一次风速度有利于煤粉气流的着火和燃烧;煤粉气流在点火装置中心管喷口正前方首先开始着火,流场平均温度可达2 000 K以上,最高温度超过3 000 K,温度最高的区域位于中心管轴线的两侧.

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锅炉技术

准东煤灰熔融特性试验研究

王云刚, 赵钦新, 马海东, 王浩, 姜微微

2013, 33(11): 841-846.

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将神华准东煤(神华煤)和天池能源准东煤(天池煤)与碱沟煤按照不同质量掺混比进行混合并制得灰样,将NaCl、CaO、Al₂O₃和SiO₂按不同添加比例加入神华煤和天池煤并制成灰样,对上述混合灰样的熔融特性进行研究.结果表明:碱沟煤掺混2种准东煤后,随着准东煤质量掺混比的增大,混合灰各个灰熔点特征温度先降低后升高;随着灰样中Na含量增加,准东煤灰样的变形温度显著降低,软化温度、半球温度和流动温度先降低后趋于不变;当灰样中Na含量达到一定比例后,NaCl对准东煤灰熔融特性的影响明显减弱;CaO对准东煤灰熔点的影响较复杂,可以降低也可以提高灰熔点;随着Al₂O₃添加比例的增加,准东煤灰熔点先升高后急剧降低;随着SiO₂添加比例的增加,神华煤灰样的变形温度先升高后降低,而天池煤灰样的变形温度逐步升高,其他3个特征温度均逐渐降低.

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汽轮机与燃气轮机

大小叶片扩压叶栅气动性能与流动结构实验研究

赛庆毅, 朱源嘉, 杨爱玲, 戴韧

2013, 33(11): 847-852.

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针对45°叶型转折角扩压叶栅及增加小叶片后组成的大小叶片叶栅,分别测量了其在设计工况及不同气流攻角下的叶栅气动性能,通过PIV实验获得了对应工况下的叶栅内部流动状态.结果表明:增加小叶片后,叶片压力面至吸力面的压力梯度明显降低,大叶片载荷降低;在设计工况下,叶栅气流落后角仍可参考霍威尔半经验公式进行计算,但偏离设计工况后,该公式存在较大误差;大小叶片叶栅的气流落后角仅在小气流攻角下明显减小,在其余工况下变化不大;不同气流攻角下小叶片对大叶片表面气流流动分离起到约束作用;在设计工况至大气流攻角工况变化过程中,叶栅扩压损失有所降低.

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汽轮机与燃气轮机

基于旋转软化的汽轮发电机组轴系振动研究

姚学诗, 周传荣, 郑春龙

2013, 33(11): 853-857.

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利用有限元法建立了汽轮发电机组轴系试验台模型,分析了陀螺力矩、应力刚化及旋转软化效应对弯曲和扭振模态的影响,导出了相应的动力学方程,运用程序计算了该轴系试验台模型的扭转、弯曲及弯扭耦合振动.结果表明:扭转振动影响到轴系的安全运行,存在多种形式的弯扭耦合振动;旋转软化效应对第一、第二阶弯曲反进动模态产生显著影响;应力刚化效应进一步提高了第三阶弯曲正进动模态频率;考虑应力刚化及旋转软化效应的影响,可求得扭振模态频率及临界转速;与梁模型相比,采用实体单元时的仿真度高,计算结果更准确.

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自动控制与监测诊断

核电稳压器内模PID优化控制

李永玲, 黄宇, 马进, 王兵树

2013, 33(11): 858-864.

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针对核电站稳压器非线性、时变和多扰动的特点,基于内模控制理论设计了内模PID控制系统,为进行内模PID控制器参数整定,提出了一种高速收敛的量子粒子群算法,经典型函数测试验证了算法的有效性并应用于参数寻优.仿真结果表明:所提出的内模PID控制系统的控制效果优于常规PID控制系统,在对象模型特性改变或模型具有扰动的情况下,内模PID控制器仍能取得较好的控制效果,在鲁棒性和抗干扰能力方面均具有较强优势.

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自动控制与监测诊断

基于非高斯性强度的风电齿轮箱故障特征提取

周雁冰, 柳亦兵, 赵秋丽, 李宏

2013, 33(11): 865-870.

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研究了风电机组齿轮箱的复杂振动信号并提取故障特征.由Gabor变换进行滤波和重构,抑制振动信号中的啮合频率及其谐波成分,对以边带成分、随机成分、固有频率成分为主的重构信号进行双谱分析,揭示齿轮正常状态与点蚀故障时振动信号的非高斯性差异,并提取到非高斯性强度特征值.结果表明:齿轮故障会引起振动信号中非高斯分布成分发生变化,由滤波信号提取到的非高斯性强度特征值对齿轮点蚀故障十分敏感,该计算方法较为便捷,具有一定的工程实用价值.

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辅机技术

两级动叶可调轴流风机内流特征的数值模拟

叶学民, 李新颖, 李春曦

2013, 33(11): 871-877.

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采用Fluent软件对某600 MW机组配套的两级动叶可调轴流一次风机进行了全三维定常数值模拟,分析了风机第一、第二级叶轮内流特征和动叶安装角对风机性能的影响.结果表明:第二级叶轮出口总压整体呈现高压区和次高压区交替分布的特征,且比第一级叶轮的对称性差;第一、第二级叶轮叶片压力面、吸力面的总压和静压分布规律相似;第二级叶轮叶片压力面和吸力面相应位置上的静压值均大于第一级叶轮叶片;随着动叶安装角的增大,第一、第二级叶轮的总压升系数和静叶的扩压系数均增大,且第二级叶轮大于第一级叶轮,表明第二级叶轮的做功能力和静叶的扩压能力均比第一级叶轮的大.

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环境科学

微波辐照活性炭同时脱硫脱硝的试验研究

赵毅, 刘威, 祝晓雨, 张自丽, 马双忱

2013, 33(11): 878-882.

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为了提高微波辐照活性炭同时脱硫脱硝技术的脱除效率,降低能耗并增加还原反应的选择性,选择几种催化剂负载于活性炭上,研究了其对同时脱硫脱硝的影响.结果表明:微波功率越大,活性炭床所能达到的温度越高,反应温度也越高;催化剂的加入提高了同时脱硫脱硝的效率,且不同催化剂所产生的效果不同,在420 W的微波功率下,铜基催化剂能促进微波辐照活性炭脱硝,却不利于微波辐照活性炭脱硫,而Mn(NO₃)₂可作为工业上的最佳催化剂,使同时脱硫脱硝的效率提高到95%左右.

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新能源

基于Ca循环的生物质加压气化制氢系统的模拟与优化

赵亮，王勤辉，樊宏韬，方梦祥，骆仲泱

2013, 33(11): 883-898.

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建立了基于Ca循环的生物质气化制氢模型，包括气化单元和燃烧单元.气化单元包括热解与重整2个模块，通过快速热解试验获得初始热解模块的结果，并进行了压力和温度的修正计算；通过调整二次热解时进入燃烧炉的焦炭量，使得燃烧炉能够达到煅烧碳酸钙的温度，剩余焦炭进入气化炉；重整模块以及燃烧单元采用Gibbs自由能最小化原理进行计算.通过控制气化反应平衡趋近温度得到系统加压时非平衡态工况的结果，并与气化炉试验结果进行了对比验证.考察了压力、温度、n(Ca)/n(C)和n(H2O)/n(C)对氢气体积分数与产量、碳酸化率和碳酸钙煅烧率等的影响.通过优化，得到了最优的氢气产量为106.4 g/kg，体积分数可达94.0%.

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新能源

5 MW风力机叶片模态特性分析

安利强, 周邢银, 赵鹤翔, 王璋奇

2013, 33(11): 890-894.

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为了研究叶片铺层和主梁形式对大型自适应叶片动态特性的影响,利用Ansys软件建立了5 MW风力机叶片的有限元模型.对不同梁帽铺层角度和主梁形式的叶片进行了模态分析,给出了各模型的前十阶固有频率和振型,分析了叶片梁帽铺层角度、主梁形式和转速对风力机叶片固有频率的影响.结果表明:叶片梁帽铺层角度和叶片主梁形式对固有频率具有重要影响;在叶片的弯扭耦合设计过程中,要考虑设计参数对叶片模态特性的影响,以避免叶片发生振动性能失效.

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能源系统工程

太阳能与燃煤机组混合发电方式的热经济性研究

唐强, 曹伟伟, 张力, 崔鹏飞

2013, 33(11): 895-901.

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阐述了分别从锅炉蒸发受热面、高压加热器汽侧和汽轮机低压缸引入太阳热能与燃煤机组进行混合发电的3种集成方案,定义了太阳能热电转换率、单位时间节煤量及太阳能热贡献率等评价指标,并以某300 MW燃煤机组为例,应用变热量等效焓降法计算理论对3种太阳能与燃煤机组混合发电集成方案的热经济性指标进行了计算和比较,确定了混合发电的最优集成方式,并对其经济性进行了初步分析.结果表明:混合发电集成方案2-1(取代2号高压加热器抽汽)的热经济性指标、运行安全性和稳定性均较好,因此选取方案2-1作为混合发电最优集成方案;太阳能的单位发电成本为0.63 元/(kW·h),低于单纯太阳能发电站的0.75~1.85 元/(kW·h).

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能源系统工程

Fe₂O₃为载氧体的煤/秸秆化学链燃烧循环特性研究

狄海生, 王翠苹, 张家斌, 张淑娟, 黄飞

2013, 33(11): 902-906.

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对煤、秸秆与Fe₂O₃以不同质量掺混比混合后化学链燃烧过程中载氧体还原/再生的多循环反应特性进行了研究,重点分析了固体燃料带入的灰分对化学链反应速率的影响以及秸秆的掺入对化学链反应的改善.结果表明:载氧体Fe₂O₃质量掺混比的增大有利于化学链反应的进行,燃烧起始反应温度降低;Fe₂O₃作为载氧体受灰分积累的影响较大,其可持续循环能力较差;煤中掺入秸秆改善了煤的化学链燃烧特性,提高了燃烧反应速率和载氧体的再生反应速率.

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能源系统工程

空冷机组空气-烟气余热利用综合分析

杨勇平, 许诚, 徐钢, 方亚雄, 吴影

2013, 33(11): 907-912.

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在分析空冷机组运行特点的基础上,提出了一种空气-烟气余热联合回收系统,即空冷岛出口的热空气作为锅炉燃烧用风,进入空气预热器被加热,同时在锅炉尾部加装低温省煤器,加热低压凝结水,以节省汽轮机抽汽量.以某典型600 MW亚临界直接空冷机组为例,分析了空气-烟气余热联合回收系统的热力学特性和节能效果.结果表明:在典型工况下,空气预热器入口温度可提高约25 K,机组供电煤耗降低约1.93 g/(kW·h),年节约标准煤约7 000 t,节约燃料费700余万元(按机组年运行5 500 h,标准煤价格为1 000元/t计算),经济效益显著.

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