动力工程学报

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锅炉技术

超临界对冲燃烧锅炉水冷壁向火侧起皮成因分析

殷立宝, 马仑, 张成, 方庆艳, 徐齐胜, 陈刚

2015, 35(4): 257-262.

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针对某电厂超临界对冲燃烧锅炉燃烧器区域水冷壁出现大面积氧化皮的现象,结合冷态空气动力场试验以及对氧化皮的宏观检查和取样样品的成分分析,通过数值模拟对炉内流动、燃烧和传热传质等进行了研究.结果表明:燃烧器区域水冷壁向火侧过热氧化是水冷壁氧化皮产生的主要原因;采取燃烧调整、减小靠近两侧墙燃烧器的出力、喷涂防腐涂层和定期检查并更换水冷壁管等措施后,水冷壁氧化起皮现象得到了明显抑制.

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锅炉技术

燃尽风射流形式对墙式对冲煤粉锅炉低氮燃烧改造的影响

李明, 王雪彩, 孙树翁, 甄晓伟, 李强, 张韬

2015, 35(4): 263-269.

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采用数值模拟方法对某330 MW亚临界墙式对冲煤粉锅炉低氮燃烧改造进行了研究,在燃尽风风率、喷口中心距最上层煤粉燃烧器的高度及喷口面积保持一致的条件下,分析了不同燃尽风射流形式对炉内高温黏性火焰的穿透能力及改造工况燃尽率和NO_x生成情况的影响.结果表明:圆形直流燃尽风的穿透能力最强,矩形直流燃尽风次之,同心圆式的内直外旋燃尽风最弱;圆形直流燃尽风在炉膛高度横截面上射流根部的覆盖范围和沿烟气流程的气流层厚度综合水平最低,CO浓度最高;内直外旋的燃尽风射流形式由于射流后期与高温烟气混合剧烈,燃尽特性最好,炉膛飞灰含碳量最低;3种射流形式的燃尽风对NO_x浓度几乎没有影响.

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锅炉技术

循环流化床锅炉中大颗粒煤燃尽的实验研究

李金晶, 赵振宁, 张清峰

2015, 35(4): 270-273.

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根据燃烧反应速率不变的原理,设置特定的加热温度和供气体积流量,在管式固定加热炉上采用热重分析法测量了循环流化床锅炉燃烧条件下大颗粒煤(直径为9～15 mm)的燃尽时间.通过拟合煤颗粒的粒径和对应的燃尽时间数据,确定表征煤样A和煤样B燃尽特性的2个参数:燃烧常数k和燃尽指数n.结果表明:循环流化床锅炉燃用煤样A时的运行床压比燃用煤样B时低约600 Pa,更有利于节省一次风机和二次风机的电耗.

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汽轮机与燃气轮机

高背压式工业汽轮机排汽缸结构分析与优化

张超, 刘龙海, 李相鹏

2015, 35(4): 274-279.

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结合有限元法、多物理场热固耦合法以及非线性接触计算理论,针对高背压反动式工业汽轮机某机型结构,模拟计算了稳态运行条件下准则工况与超准则工况的温度场和综合应力场,重点分析并比较了2种工况下的排汽缸强度和中分面汽密性,依据超准则工况下的各个薄弱环节,提出增加壁厚以及改变螺栓材料、大小、位置和预紧力来对原结构进行改进.结果表明:准则工况下的各项模拟计算数据与机组实际设计准则相吻合,证明了计算方法的准确性;相比准则工况,超准则工况下排汽缸强度安全裕量由3.16下降至2.42,后轴封接触间隙值则由0.047 mm扩大到0.082 mm,各项数据均已超出设计准则;改进结构满足项目开发的各项性能指标.

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汽轮机与燃气轮机

姊妹孔与单入双出孔平板气膜冷却效率的数值模拟

张玲, 郭瑞红, 李浩, 郭达飞

2015, 35(4): 280-286.

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采用Fluent分离隐式求解器进行稳态计算,在吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0的情况下,采用Realizable k-ε湍流模型对圆柱孔、单入双出孔和姊妹孔平板气膜冷却进行数值模拟,讨论不同孔形平板主流方向和平板横向的冷却效率以及流场变化.结果表明:主流方向在近孔区域姊妹孔冷却效率高于单入双出孔,且随着吹风比的增大优势更加明显,但是由于射流贴附壁面较早,射流与主流掺混引起动量损失,到远孔区域以后,姊妹孔冷却效率稍微下降,低于单入双出孔;姊妹孔平板横向近孔区域的气膜层分布较均匀,单入双出孔远孔区域由于主孔与次孔射流速度差引起气膜层偏移,导致平板一侧冷却效果好,另一侧冷却效果欠佳;吹风比较小时单入双出孔冷却效果较佳,大吹风比下姊妹孔优势明显.

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环境科学

驻波声场中直链颗粒团聚体运动的数值模拟

杨旭峰, 凡凤仙

2015, 35(4): 287-291.

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建立水平驻波声场中直链颗粒团聚体的动力学模型,利用数值模拟方法研究单分散颗粒凝并生成的直链颗粒团聚体的运动特性.结果表明:直链颗粒团聚体除发生周期性往复振动外,还在一定角度范围内来回转动,其振动不受所含原始颗粒个数的影响,转动频率随原始颗粒个数的增加而增大,与等体积球形颗粒差别显著;团聚体的平动不受初始夹角θ₀的影响,而其转动范围由θ₀决定,当0<θ₀<π/2时,团聚体的转动范围为[-θ₀, θ₀];在团聚体初始位置由速度波节向波腹移动的过程中,其平动位移振幅和转动频率均增大;随着原始颗粒粒径的增大,团聚体平动位移振幅和转动频率均减小.

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环境科学

凝聚器二维单扰流柱流场中颗粒凝并模拟

刘含笑, 姚宇平, 郦建国

2015, 35(4): 292-297.

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选取二维单扰流柱为研究对象,通过CFD软件和拉格朗日方法,引入2d-LES模型模拟湍流场,采用离散相模型(DPM)计算颗粒的运动轨迹;利用欧拉方法,采用颗粒群平衡模型(PBM),通过用户自定义函数(UDF)功能分别导入湍流凝并核函数和分段核函数来进行计算,得出颗粒凝并规律.结果表明:扰流柱具有很好的产涡效果,可使不同粒径颗粒良好掺混;颗粒的湍流凝并效果显著,且湍流强度、湍动能与湍流凝并效果呈正相关.

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环境科学

填料塔内喷淋氨水同时脱碳脱硫实验研究

王春波, 白彦飞

2015, 35(4): 298-305.

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通过在填料塔内喷淋较低质量分数的氨水,同时脱除模拟烟气中的CO₂和SO₂.对氨水质量分数、液气比、CO₂体积分数、pH值、反应温度和SO₂体积分数等影响因素进行研究,选出最佳工况进行连续循环运行,并探讨了实验参数对气溶胶排放的影响,提出控制气溶胶携带的措施.结果表明:氨水质量分数增大、液气比增大和初始CO₂体积分数降低均会提高脱碳效率;pH值减小不利于CO₂的脱除,但在9.6~10.2出现波动;在15~60 ℃内,35 ℃时脱碳效率最高;SO₂体积分数的增大会降低脱碳效率;上述影响因素对脱硫效率影响不大,脱硫效率维持在99%以上;260 min连续循环运行的实验中,脱碳效率在5 min内达到95%以上且能维持30 min,脱硫效率在3 min内可达到近100%,且保持在92%以上.

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环境科学

燃煤电厂飞灰PM_2.5及PM_2.5-10中多环芳烃分布特性研究

李敬伟, 施浩勋, 李敏, 邬东立, 施国忠, 李晓东

2015, 35(4): 306-311.

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通过试验装置从飞灰样品中分离出PM_2.5和PM_2.5-10灰样,利用GC-MS检测出其中USEPA建议优先检测的16种多环芳烃(PAHs)的质量分数,分析了这些多环芳烃在PM_2.5和PM_2.5-10中的分布特性.结果表明:PM_2.5中PAHs的平均质量分数约为PM_2.5-10中的1.86倍;PM_2.5中三环、四环PAHs占主要部分,PM_2.5和PM_2.5-10中六环PAHs质量分数均较小;PM_2.5和PM_2.5-10对不同PAHs的吸附能力不同,PM_2.5对二环、三环、四环PAHs的吸附能力强于PM_2.5-10,而对五环、六环PAHs的吸附能力相对偏弱.

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能源系统工程

基于改进混沌粒子群算法的火电厂经济负荷分配

韩朝兵, 吕晓明, 司风琪, 徐治皋

2015, 35(4): 312-317.

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提出了一种改进混沌粒子群算法,将抛物线与混沌序列相融合产生惯性权重,并引入遗传算法中的交叉思想,增加种群中粒子的多样性.建立了考虑汽轮机阀点效应的火电厂经济负荷分配模型,并采用等概率负荷调整约束处理方法处理经济负荷分配中的约束条件,以40台机组经济负荷分配为例进行仿真计算.结果表明:与传统混沌粒子群算法相比,改进混沌粒子群算法优化后的煤耗成本最佳值约降低0.78%;通过与其他智能优化算法的对比,验证了所提出的改进算法具有更好的优化效果和鲁棒性.

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能源系统工程

基于汽水分布方程的热力发电机组凝结水节流静态负荷响应特性

刘吉臻, 刘彧昕, 王玮

2015, 35(4): 318-324.

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以火电机组热力系统汽水分布通用矩阵方程为基础,对机组负荷变化量与凝结水质量流量变化量之间的关系进行了探讨,建立了二者之间的函数关系式,达到了通过调节凝结水质量流量变化量来满足负荷需求的目的.以大唐盘山电厂600 MW机组为例,对上述函数关系式进行了分析与验证.结果表明:在工况确定时,利用所得函数关系式,改变一定量的凝结水质量流量,可以达到改变确定负荷量的目的;在不同工况下,负荷越大,采用凝结水节流这一方法所得到的效果越好.

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材料科学

超超临界锅炉水冷壁T23接头时效性能

王学, 李夕强, 杨超, 葛兆祥, 杨贤彪, 任遥遥

2015, 35(4): 325-330.

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对超超临界锅炉水冷壁T23接头进行了500～650 ℃、0～3 000 h的时效试验,分析时效对焊缝组织、硬度和韧性的影响,研究了T23接头在470 ℃和550 ℃下的蠕变断裂行为,揭示T23接头的早期失效机理.结果表明:温度对T23接头焊缝性能的影响很大,当时效温度低于550 ℃时,焊缝长期处于高硬度状态,有明显的时效脆化倾向,当时效温度超过600 ℃时,焊缝中析出碳化物,硬度降低,冲击韧性逐渐恢复;T23接头脆性失效与楔形蠕变裂纹有关;焊后热处理是防止T23接头失效的有效措施,为了保证焊后热处理的效果和接头的可靠性,建议将250 HB作为焊缝硬度控制的上限.

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材料科学

T91钢高温运行下碳化物粗化行为的研究

万强, 陈林, 万金, 罗畅

2015, 35(4): 331-335.

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通过对实际电厂运行的T91钢进行金相观察、扫描电子显微镜(SEM)分析,从微观组织变化查看T91钢长期高温环境下的老化状况,同时对供货态的T91钢进行研究作为对比.在定量金相法的数据基础上,得到了T91钢扩散速度控制的长大动力学方程.结果表明:T91钢经过长时间服役后,碳化物颗粒在晶界处发生聚集,同时颗粒逐渐粗大,使得晶内碳化物数量减少,强化效果降低.

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核电技术

核电工程试验的过程控制

郑红亮, 李聪, 顾国兴, 黄伟清

2015, 35(4): 336-340.

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遵从核电质量保证对工程研究开发的规定,以及基于核电工程试验的实施过程具有质量保证中规定的“特殊过程”的基本特征,提出了核电工程试验成功的标志与主要准则.从试验目标和质量保证2个角度,明确了核电工程试验各个阶段的控制要素和进行验证的要求.对试验设施可用性验证是试验过程控制的最重要环节,正式试验之前必须验证和确认试验模型特征量正确、关键参数测量准确、工况保障条件可控、质/能平衡测定合格和典型工况试验结果合理,以确保试验数据有足够的置信度. 在国家大型先进压水堆核电站重大专项关键试验项目中,已全面实施了这种过程控制的相关程序,有效地促进了试验成功.

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