动力工程学报

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锅炉技术

660 MW四角切圆锅炉低氮改造后变磨煤机组合方式下燃烧特性数值模拟

李德波, 徐齐胜, 沈跃良, 刘亚明, 温智勇

2015, 35(2): 89-95.

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利用Ansys Fluent 14.0软件对某电厂660 MW四角切圆锅炉低氮改造后变磨煤机组合方式下的燃烧特性进行了数值模拟,研究了炉内的速度场、温度场、组分场和污染物的分布,并将数值模拟结果与试验测量值进行了比较.结果表明:增加分离燃尽风(SOFA)后的温度分布较均匀,切圆形成较好,没有出现火焰贴墙现象;在燃烧器区域,不同磨煤机组合方式下,温度沿炉膛高度方向逐渐升高;在紧凑燃尽风(CCOFA)与SOFA喷嘴之间的区域,炉膛横截面平均温度沿炉膛高度方向先降低、再升高、最后降低;在SOFA喷嘴以上的区域,不同磨煤机组合方式下的炉膛横截面平均温度曲线基本重合,且沿炉膛高度方向逐渐降低;在CCOFA与SOFA喷嘴之间的区域,不同磨煤机组合方式下,NO_x质量浓度沿炉膛高度方向逐渐降低,而在SOFA喷嘴以上的区域NO_x质量浓度先升高后降低,但其变化幅度较缓慢;当磨煤机组合方式为ABCEF时,炉膛出口NO_x平均质量浓度最高,为382.2 mg/m³;当磨煤机组合方式为ABCDE时,炉膛出口NO_x平均质量浓度最低,为307.4 mg/m³.

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锅炉技术

锅筒截面瞬态温度场的导热正反问题耦合解法

李斌, 陈丰, 史良宵

2015, 35(2): 96-102.

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针对外壁受热的增压锅炉锅筒,提出了求解其截面瞬态温度场的导热正反问题耦合解法.根据锅筒外壁是否受热,将其外壁划分为受热和不受热2个区域.对于不受热区域,沿外壁周向布置热电偶,根据实际测量所得温度,利用导热反问题解法求解该区域的温度场;对于受热区域,利用导热正问题解法求解其温度场;对于耦合边界区域,将不受热区域反问题解法得到的交接边界处温度赋值给受热区域正问题解法作为已知边界条件,从而实现正反问题耦合,得到整个锅筒截面的瞬态温度场.利用Ansys软件对锅炉冷态启动过程中锅筒的温度场进行了计算,并与正反问题耦合解法的计算结果进行了对比.结果表明:正反问题耦合解法具有较高的精度,在复杂边界条件下具有很好的适应性,能够满足工程应用的需要.

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锅炉技术

冷态花瓣形旋流燃烧器回流区特性分析

李慧君, 贾宝桐, 焦英智, 魏刚

2015, 35(2): 103-107.

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建立了花瓣形旋流燃烧器的物理模型,采用Fluent软件对不同内二次风切向速度下花瓣形旋流燃烧器出口的流场进行了数值模拟,分析了其回流区特性,并与冷态下的试验结果进行比较.结果表明:花瓣形旋流燃烧器能在瓣峰后形成轴向和径向回流区,径向的对流换热能起到很好的稳燃效果,提高了对低品质煤种的适应性;在一定范围内,切向速度越大,轴向回流区形成越快,但过大的切向速度会使径向回流区的面积减小.

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锅炉技术

新疆高钠煤积灰特性试验研究

聂立, 白文刚, 冉燊铭, 周棋, 张秀昌, 车得福

2015, 35(2): 108-112.

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在3 MW煤粉炉试验台上研究了烟气温度和积灰试验管段外壁温度对不同煤种(2种新疆高钠煤和1种非高钠煤)燃烧时受热面积灰特性的影响.结果表明:烟气温度和外壁温度对积灰试验管段的积灰特性具有重要影响,并且这种影响与烟气中各种形式的钠化合物的熔点紧密相关;当烟气温度为520 ℃时(低于烟气中钠化合物的最低熔点),积灰试验管段的传热系数比R_h几乎不随时间发生变化,约等于1;当烟气温度高于650 ℃时,随着时间的增加,积灰试验管段的R_h均逐渐减小,且烟气温度越高,R_h减小得越快.

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汽轮机与燃气轮机

叶片蒸汽冷却耦合换热特性的数值研究

杜长河, 李亮, 丰镇平

2015, 35(2): 113-118.

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为评估透平叶片的蒸汽冷却效果,以Mark II叶片为对象,采用热流固耦合的数值计算方法,通过与实验数据进行比较考察了不同湍流模型对计算结果的影响,对比分析了空气、过热蒸汽和湿蒸汽冷却效果的差异,研究了冷却蒸汽质量流量、进口湍动度和叶片表面粗糙度对蒸汽冷却效率的影响.结果表明:SST转捩湍流模型对于流动换热计算有较高的精度;与空气冷却相比,过热蒸汽冷却的效率更高,叶片壁面温度更低;与过热蒸汽冷却相比,湿蒸汽的冷却效率更高,叶片壁面温度更低,且随着蒸汽湿度的增加,冷却效率提高,叶片壁面温度降低;增加冷却蒸汽的质量流量可使冷却效率提高,但冷却蒸汽的温升减小;当湍流强度小于3%时,冷却效率随冷却蒸汽进口湍流强度的增大而提高;增加叶片粗糙度使得叶片冷却效率显著提高.

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汽轮机与燃气轮机

涡轮端壁平均气膜冷却效率的正交模拟研究

张玲, 祝健, 郭达飞, 韩佳宁

2015, 35(2): 119-125.

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在涡轮叶栅端壁21%、51%、81%轴向弦长处和距前缘9%轴向弦长端壁处布置4排圆柱形气膜冷却孔,运用CFD方法模拟吹风比、轴向倾角α和展向倾角β 3个影响因素共同作用下的端壁平均气膜冷却效率,通过正交方案选出最优孔排布置方式.结果表明:吹风比对端壁平均气膜冷却效率的影响最大,展向倾角β影响次之,轴向倾角α影响最小;吹风比为2.0,轴向倾角α为30°,展向倾角β为45°(第1、第3排冷却孔与y轴负方向成45°,第2、第4排冷却孔与y轴正方向成45°)布置时,端壁表面平均气膜冷却效率最高,为3个因素影响下的最优方案.

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自动控制与测量技术

液压型风力发电机组最优功率追踪控制方法研究

艾超, 孔祥东, 闫桂山, 廖利辉

2015, 35(2): 126-133.

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为研究风力发电机组风能利用率,对液压型风力发电机组的风力机特性和液压主传动闭式系统进行建模分析,提出一种变步长的最优功率追踪控制方法.该方法根据风力机角速度和发电功率判断风力机运行区间,依据不同的运行区间对给定功率进行实时调整,通过控制发电功率间接控制风力机角速度,实现最优功率追踪控制.基于30 kVA液压型风力发电机组实验平台进行仿真和实验研究.结果表明:采用变步长最优功率追踪控制方法,系统压力和发电功率可准确地跟踪风速变化,该方法具有良好的控制效果.

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自动控制与测量技术

流固耦合传热对蒸汽湿度测量传感器的影响

钱江波, 严晓哲, 韩中合, 李恒凡

2015, 35(2): 134-140.

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采用流固耦合法,分析计算了不同蒸汽参数及流速条件下谐振腔内的温度分布;加载温度载荷,计算了不同条件下谐振腔体的热变形量;根据谐振腔体有效部分内表面节点热变形量的平均值,分析了谐振腔体节点热变形对谐振频率的影响.结果表明:随着蒸汽温度升高和流速增大,谐振腔体温度升高,热变形量增大,谐振频率偏移量增大.应从谐振腔的材料、结构设计及蒸汽湿度测量方案等方面进行改进,以降低谐振腔体节点热变形对蒸汽湿度测量的影响.

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自动控制与测量技术

长光程消光在线测量油雾过滤器的过滤效率

尹鹏飞, 陈军, 杨荟楠, 刘丽丽, 蔡小舒

2015, 35(2): 141-146.

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为测量油雾过滤器的过滤效率,提出一种长光程低体积分数颗粒消光测量方法,根据过滤前、后的油雾颗粒粒径和体积分数评估油雾过滤器的过滤效率.设计了油雾发生器模拟装置以及测量区域光路多次折返装置,以在线测量油雾颗粒的粒径和体积分数.经标定,测量区域光程为2 000 mm.使用消光光谱技术反演计算得到油雾颗粒的粒径分布和体积分数.实验测得过滤后的油雾颗粒平均粒径D₃₂=0.28 μm,体积分数φ=1.5×10^-8,并推算出该油雾过滤器的过滤效率为93.15%.结果表明:长光程消光法测量装置适用于测量细微颗粒(如油雾颗粒)的粒径和体积分数,可以用于高效过滤器性能检测和评估.

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辅机技术

90°矩形截面弯头内置导流板的布置优化研究

于飞, 刘明, 李卫东, 严俊杰

2015, 35(2): 147-152.

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基于商业计算流体力学(CFD)软件Fluent,采用Realizable k-ε湍流模型对添加导流板前后的一系列90°矩形截面缓转弯头进行了1∶1建模的三维数值模拟研究.对于结构尺寸满足1.0≤R/b≤1.5的缓转弯头,通过定量分析导流板起止位置、导流板中心角及导流板分割流道方式对转弯后不同位置参考截面处的流场不均匀性的影响规律,提出了导流板的最优布置方式.结果表明:导流板的最优布置方式为导流板中心角θ≥60°、靠后布置(β=0°),且分割流道方式满足b₁/b₂=0.4~0.5.

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辅机技术

SCAL型间接空冷塔动态特性研究

李岚, 马欢, 司风琪, 章义发, 祝康平

2015, 35(2): 153-159.

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以某600 MW机组大型SCAL型间接空冷塔为对象,建立了空冷塔的动态特性数学模型,并采用Euler算法完成了模型求解,进而分析了循环冷却水进口水温、循环水质量流量、环境温度和环境风速等扰动发生时空冷塔焓温通道的动态响应特性,得到了空冷塔的动态特性参数,并将模拟结果与现场数据进行了对比分析.结果表明:模拟结果能够正确反映冷却塔的动态特性,误差在3%之内,可为间接空冷系统的运行控制提供理论指导.

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新能源

桉树类生物质燃烧飞灰可燃物含量分析方法研究

李莉, 宋景慧, 李方勇, 张人超

2015, 35(2): 160-165.

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通过灰成分分析、热重-差示扫描量热-傅里叶红外光谱分析联用(TG-DSC-FTIR)试验,对桉树类生物质锅炉燃烧后飞灰可燃物含量的分析方法进行了研究.结果表明:桉树类生物质燃烧后飞灰中含有多种金属化合物,在空气高温加热过程中会同时发生缓慢氧化反应、碳酸盐分解反应、碱金属氯化物的蒸发过程,影响其中可燃物含量的准确测量;灰中可燃物燃烧温度约在350~550 ℃范围内,采用低浓度硫酸酸洗对灰样进行预处理,可排除碳酸盐分解反应、碱金属及氯元素的蒸发过程对可燃物含量测量的干扰,且以10 K/min及以下的低升温速率加热时灰样中化合物不会发生缓慢氧化反应,使灰中可燃物含量测量结果较为准确.

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能源系统工程

基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的性能分析

耿孝儒, 吕小静, 翁一武

2015, 35(2): 166-172.

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以生物质气为燃料,建立了固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的仿真模型.利用所建立的模型进行仿真,根据燃料电池特性参数和压气机、透平特性曲线,分析了燃料质量流量、空气质量流量等参数对混合动力系统性能的影响.结果表明:基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的发电效率最高可达61.55%,但在这种情况下系统的寿命和可靠性急剧下降;在设计点工况下,系统的发电效率可达55.31%.燃料质量流量不变,空气质量流量可以在0.084 0~0.179 9 kg/s内调节,系统效率变化范围为61.55%~51.43%;空气质量流量不变,为防止压气机发生喘振,燃料质量流量变化范围为0.062 3~0.084 6 kg/s,功率变化范围为124.9~187.3 kW.

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