动力工程学报

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锅炉技术

基于热工水力耦合求解的电站锅炉炉管壁温研究

余岳溪, 廖宏楷, 吴燕玲, 钟崴

2015, 35(1): 1-7.

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提出了一种对锅炉高温区烟气空间进行网格化划分的方法,建立了相应的过热器炉管壁温的三维分片分段计算模型,通过炉膛燃烧和传热机理在线计算得到高温区烟气温度,并通过迭代方法在线耦合求解各管段的传热量以及各管路中工质的质量流量,最终计算得到过热器各管路和各管段的壁温.结果表明:根据所提出模型和算法而研发的 “电站锅炉炉管运行安全远程监测管理”子系统较为精确地实现了炉管壁温的在线分析计算和超温预警,对火电机组的安全稳定运行具有积极意义.

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锅炉技术

SBS-Ⅱ型富氧燃烧锅炉数值模拟与优化

王鹏, 柳朝晖, 廖海燕, 李延兵, 黄军, 陈寅彪

2015, 35(1): 8-12.

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以SBS-Ⅱ型富氧燃烧中试锅炉为研究对象,对燃烧过程的反应机理和物性参数进行了分析和修正,采用数值模拟方法对炉膛富氧燃烧的流场和温度场进行了研究.结果表明:富氧燃烧下煤粉随一次风气流与二次风气流混合后的燃烧更为剧烈,26%氧分压富氧燃烧下的火焰形状和温度场分布与空气燃烧下基本保持一致,能够实现传热特性相匹配;随着到燃烧器扩口距离的增加,中心回流量呈现先增大后减小的趋势,最大回流量对应的位置基本一致,旋流强度为0.8时的回流量最大,稳燃效果明显且煤粉燃尽率较高.

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锅炉技术

声学CT算法重建炉内三维温度场的仿真研究

安连锁, 王然, 沈国清, 张世平

2015, 35(1): 13-18.

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为了实现炉内温度场的实时在线监测,提出了2种声学CT算法:代数重建法(ART)和同步迭代重建法(SIRT).采用2种CT算法分别对炉膛火焰分布的单峰模型、双峰模型和四峰模型进行了温度场重建仿真实验,并对2种算法的仿真结果进行了比较,分析了2种算法的抗噪声能力.结果表明:2种算法均可用于炉膛三维温度场重建且各有优劣,对于燃烧情况复杂的电站锅炉,抗噪声能力更强的SIRT算法具有更好的稳定性.

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锅炉技术

镁基助熔剂对高灰熔点煤灰熔融影响的机理

范浩杰, 何柯佳, 刘俊杰, 张忠孝

2015, 35(1): 19-24.

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通过向高灰熔点淮南煤灰中添加不同质量分数的镁基助熔剂,研究镁基助熔剂对高灰熔点煤灰熔融特性的影响及其机理.结果表明:对于淮南煤灰,镁基助熔剂的理想添加质量分数为5%,能使煤灰熔点降低到1 350 ℃以下;通过XRD分析和SEM验证得知,耐熔矿物质莫来石是导致淮南煤灰熔点较高的原因;Mg²⁺与莫来石发生反应,生成了堇青石和尖晶橄榄石等易熔矿物质,导致灰熔点降低;通过研究莫来石的稳定性推断出,作为电子给予体的Mg²⁺易于从活性较大的O(7)和O(13)进入莫来石晶体,造成化学稳定性较弱的Al(1)—O(13)和Al(8)—O(13)共价键的断裂,引起硅酸盐网络中2个Si原子之间的距离增大,促使莫来石晶体晶格重组.

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汽轮机与燃气轮机

超超临界汽轮机中压转子高温蠕变强度分析

吴穹, 王炜哲, 张军辉, 胡怡丰, 高清辉

2015, 35(1): 25-29.

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对某超超临界汽轮机组中压转子稳定运行过程中的高温蠕变强度进行了有限元分析,得到了转子在稳定运行工况下的温度场、应力场和应变场,并考虑了多轴效应对蠕变强度的影响,分析了特征点连续蠕变损伤度演化规律.结果表明:多轴效应对蠕变强度有明显的影响;在稳定运行工况下的初期,转子发生了明显的应力重新分配现象;应力重新分配因素对连续蠕变损伤度演化规律有影响.

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自动控制与监测诊断

基于稳定逆的直流炉机组协调控制系统前馈-反馈控制

李露, 刘吉臻, 项丹

2015, 35(1): 30-36.

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为改善协调控制系统在机组运行过程中的控制效果,提出了基于直流炉机组非线性模型的前馈-反馈控制方法:首先通过合理简化,建立具有一定精度且适用于控制器设计的非线性模型,再引入稳定逆理论,求取该模型的稳定逆解,利用逆系统前馈控制使得机组输出迅速达到设定值附近,最后设计具有多个输出变量的反馈控制器,以消除外界扰动引起的跟踪误差.在不同的静态工作点下完成状态扰动与设定值扰动的仿真实验,并与基于状态反馈线性化的非线性内模结构的控制效果进行了对比.结果表明:基于稳定逆的前馈-反馈控制具有良好的设定值跟随能力.

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自动控制与监测诊断

频繁低幅次同步振荡引起的轴系扭应力在线评估

顾煜炯, 陈东超, 徐婧, 任治政, 何成兵

2015, 35(1): 37-44.

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提出了一种新的高压直流输电(HVDC)系统中频繁低幅次同步振荡(SSO)引起的轴系扭应力的在线评估方法:利用实时采集的扭角信号以及发电机三相电压和三相电流信号,结合轴系的扭振振型和轴系危险截面的扭转刚度,实时计算轴系危险截面的扭矩;根据轴系危险截面处的结构特点和理论应力集中系数求得轴系危险截面处的实时扭应力.应用该方法分析了某1 000 MW机组在发生频繁低幅SSO后的轴系危险截面扭应力的变化情况.结果表明:所提出的扭应力在线计算方法避免了复杂的数学计算,易于计算机实现,且计算结果准确、可靠.

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工程热物理

稀释合成气微混合燃料喷射燃烧火焰特性研究

张永生, 张海龙, 田龙, 付忠广, 张锴

2015, 35(1): 45-49.

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研究了耦合CO₂稀释和微混合燃料喷射燃烧的火焰特性.结果表明:耦合CO₂稀释和微混合燃料喷射燃烧是一种降低合成气扩散火焰NO_x生成量的有效途径;实验范围内排放的NO_x质量浓度一般低于2 mg/m³,排放的CO质量浓度低于10 mg/m³,排放的CO质量浓度随火焰热功率的增大而降低;燃烧器出口温度、壁面温度和喷嘴出口温度等均随火焰热功率的增大而升高.

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工程热物理

竖直平板上层流降液膜表面波特性的实验研究

刘梅, 王松岭, 李晓恩, 吴正人

2015, 35(1): 50-54.

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基于自主设计的平板降液膜流动实验台,分析了层流状态下竖直平壁上表面波在空间域和时间域上的演化过程,利用高速摄像机阴影成像法在Re为600~1 300下,对表面波形态、波速和频率等流动特性进行了实验研究,并在实验测量的基础上结合Matlab图像处理深入分析了表面波波速和频率等统计特征.结果表明:孤立波波速与Re具有线性正相关性,波速的变化范围也随Re的增大而增大,而孤立波频率与Re和沿程距离呈弱相关;通过Matlab编程得到实验中孤立波频率在7~13 Hz内波动.

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辅机技术

MPS型中速磨煤机建模与仿真

曾德良, 高珊, 胡勇

2015, 35(1): 55-61.

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为提高磨煤机系统运行的安全性和经济性,建立了MPS型中速磨煤机的动态数学模型.基于质量和能量平衡,考虑原煤水分对能量平衡的影响并把煤粉水分作为一个状态输出量,利用历史数据结合遗传算法对模型中的参数进行辨识,并通过扩展卡尔曼滤波方法对磨煤机内部状态进行估计,利用2组现场历史数据对模型状态和模型输出进行验证.结果表明:利用扩展卡尔曼滤波方法估计得到的状态与模型状态基本吻合,模型输出与实际输出有良好的一致性,所建立的磨煤机模型能够对实际磨煤机的动态性能进行有效预测.

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辅机技术

基于复杂度的轴流风机动叶偏移时声压信号的表征

李春曦, 林卿, 叶学民

2015, 35(1): 62-69.

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以OB-84型单级动叶可调轴流风机为研究对象,在大涡模拟LES基础上,引入FW-H声学模型,模拟得到动叶安装角异常时风机各区域的声压信号分布,并与正常工况进行了比较.基于功率谱密度特征,对原始声压信号进行小波分解与重构,并提取重构信号的特征熵,探讨了3种复杂度算法及其表征能力.结果表明:不同区域内声压时域特征各异,当动叶安装角异常时,声压信号的脉动形态、脉动区间和幅值均发生改变;该风机噪声信号在低频处呈现出明显的离散峰值特征,且能量逐级递减,而随偏离度增加,宽频噪声特性更加突出;动叶区声压信号特征熵最低,规律性很强,集流区和扩压区的气动特性和噪声信号相对稳定,可用近似熵、样本熵和Lempel-Ziv复杂度来表征风机单动叶偏离程度.

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辅机技术

考虑汽轮机工况变化的凝汽器最佳真空的确定及应用

徐星, 黄启龙, 戴维葆, 秦慧敏, 蔡培

2015, 35(1): 70-75.

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基于汽轮机与凝汽器之间相互影响的运行特性,提出了汽轮机工况变化下的凝汽器变工况特性计算方法并建立了数学模型,确定了汽轮机工况变化下的凝汽器最佳真空的计算方法,建立了实际运行工况偏离基准工况时对凝汽器最佳真空的影响模型,并以某330 MW机组为例给出了机组状态发生变化时的循环水系统优化运行方案.结果表明:当汽轮机运行状态发生变化时,不同工况下的凝汽器最佳真空也发生变化,新模型能够确定其变化影响,使循环水系统优化运行方案更加实用.

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环境科学

大规模碳捕集电站贫液CO₂负载率优化研究

刘文毅, 唐宝强, 徐钢, 胡玥, 杨勇平, 宋晓娜

2015, 35(1): 76-82.

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针对燃煤电站CO₂捕集能耗较高的问题,在统筹考虑大规模碳捕集燃煤电站汽水系统、脱碳单元和CO₂多级压缩单元的相互影响下,对脱碳单元贫液CO₂负载率进行了优化.结果表明:脱碳单元再生能耗随贫液CO₂负载率的增大呈先减小后增大的趋势,且在贫液CO₂负载率为0.26 mol/mol时取得最小值;不同再生压力下,随着贫液CO₂负载率的增大,脱碳单元的辅机泵功随之增大;在CO₂捕集率保持不变的情况下,CO₂压缩功几乎不随贫液CO₂负载率的增大而发生变化;大规模碳捕集燃煤电站的供电效率随贫液CO₂负载率的增大呈先提高后降低的趋势,在贫液CO₂负载率为0.26 mol/mol、再生压力为250 Pa时取得最优值.

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核电技术

核动力装置主循环泵运行参数优化设计及惰转瞬态分析

李贵敬, 阎昌琪, 王建军

2015, 35(1): 83-88.

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通过建立主循环泵的计算模型,基于自主开发的改进复合形算法,实现对主循环泵体积的优化设计研究,使其在满足给定约束条件下达到最小.考虑到准确计算反应堆冷却剂流量的下降速率是核反应堆安全分析的关键问题之一,借助主循环泵瞬态计算模型,评估在惰转工况下非能动余热排出系统启动之前,优化结果的惰转瞬态变化过程.结果表明:主循环泵优化效果显著,在惰转瞬态过程中,优化模型泵送冷却剂流体的时间与母型很接近,优化模型的安全性不低于母型.

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