动力工程学报

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锅炉技术

增压富氧燃煤锅炉省煤器的设计与优化

马凯, 阎维平, 高正阳, 许加庆

2013, 33(3): 165-171.

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以300 MW机组煤粉炉省煤器为例,对锅炉常压空气燃烧、常压富氧燃烧和5种不同增压(6 MPa)富氧燃烧方案下的锅炉对流受热面尺寸、烟气流量、烟气侧传热系数和压降等参数进行了计算和分析,根据基于经济性分析的单位换热量换热器总费用最小的原则确定省煤器的最佳设计结构.结果表明:与常压空气燃烧相比,常压富氧燃烧下烟气体积流量减小了28.5%,对流传热系数减小了11.5%;增压富氧燃烧下的烟气体积流量减小了98.82%,随着烟气流速的增大,受热面面积减小,烟气侧传热系数和压降增大;最佳方案中的烟气流速为1.54 m/s时,单位换热量换热器总费用约为常压空气燃烧下的60%,烟气侧压降为582.65 Pa,烟道截面积仅为常压空气燃烧下的7.8%.

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锅炉技术

变风速下四角切圆锅炉燃烧特性的数值模拟

李德波, 徐齐胜, 沈跃良, 张睿, 温智勇, 刘亚明

2013, 33(3): 172-177.

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采用大涡数值模拟(LES)方法对某电厂一台220 t/h四角切圆锅炉在3组不同风速条件下的炉内流场、温度场、CO₂、CO、O₂和NO的排放特性进行了研究,并将数值模拟结果与现场的试验数据进行了对比.结果表明:在第一组模拟条件下,炉内出现不完全燃烧现象,炉膛出口处CO质量分数最大而O₂质量分数最小,其他2组模拟结果表现出较好的一致性,说明在空气充足的情况下,风速不会对CO₂、CO和O₂的质量分数产生太大影响;当过量空气系数较小或较大时,炉膛出口处NO的质量浓度减小;模拟结果中炉膛内最高温度超过1 550 ℃,炉膛出口平均温度约为959 ℃,与试验数据较吻合,验证了模拟结果的准确性;随着风速和过量空气系数的增大,炉膛内和炉膛出口处的平均温度均下降;随着风速的增大,炉内切圆半径和切圆中心位置均未发生改变,但切圆最大风速增大.

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锅炉技术

循环流化床锅炉循环倍率软测量研究

田亮, 赵亮宇, 刘吉臻

2013, 33(3): 178-183.

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循环倍率对循环流化床(CFB)锅炉运行状态监测和关键参数控制具有重要作用,但其难以直接测量.针对此问题提出一种循环倍率的软测量方法,通过对炉内化学过程和床内物料循环过程进行机理分析,依据质量守恒定律建立平衡方程并对其进行简化,进而计算出炉内飞灰份额、分离器分离效率等关键中间变量,最后通过仿真得到循环倍率.结果表明:循环倍率与单位负荷下稀相区的颗粒密度存在线性关系;循环倍率软测量方法计算值与锅炉设计值非常接近,证明了循环倍率软测量方法的可行性和有效性.

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汽轮机与燃气轮机

基于小波奇异值分析的汽轮机碰磨特征提取

胡三高, 安宏文, 马志勇, 柳亦兵, 滕伟

2013, 33(3): 184-188.

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针对汽轮机碰磨故障产生的轴系振动的微弱冲击信号,通过小波变换对测量信号进行滤波处理,在特定的尺度上提取碰磨产生的瞬时冲击成分,并对该冲击成分进行希尔伯特解调分析,用瞬时冲击信号的幅值包络反映信号在碰磨故障作用下产生的突变.对幅值包络信号进行小波奇异值检测,从而确定碰磨故障引起的信号突变点位置和持续作用时间.以某核电汽轮机组实际振动监测信号为例进行了分析,结果表明:采用小波奇异值检测方法对碰磨引起的突变信息进行检测,可以明显改善微弱碰磨故障特征的提取效果.

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汽轮机与燃气轮机

基于ANSYS/LS-DYNA的带冠叶片碰撞振动特性的有限元分析

陈镇南, 卢绪祥, 李录平, 黄章俊, 晋风华

2013, 33(3): 189-193.

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利用Ansys软件建立了带冠叶片组的三维有限元计算模型,并结合LS-DYNA软件进行了显式动力学碰撞分析,研究了碰撞阻尼减振效果与冠间间隙、激振力相位差和激振力幅值等振动系统参数之间的对应关系.结果表明:带锯齿型冠叶片间的碰撞阻尼可以有效抑制系统的振动,具有较明显的减振效果;有限元分析结果与相关的试验研究结果一致,证明所采用的有限元分析模型及方法是可行的.

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工程热物理

圆弧形三角翼翅片管换热器流动与传热特性的数值模拟

苏石川, 李光琛, 陈明华, 张旭, 王浩东

2013, 33(3): 194-198.

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采用三维数值模拟方法对加装圆弧形三角翼和直三角翼涡流发生器的翅片管换热器的流动与传热耦合特性进行了研究.结果表明:Re在500~5 000时,圆弧形三角翼和直三角翼均可以提高换热器的传热能力,圆弧形三角翼强化传热的效果略低于直三角翼,但其流动阻力明显小于直三角翼;换热管顺排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了7.3％~11.5％;换热管叉排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了8.2％~9.5％;涡流发生器可以使流体产生垂直于翅片方向的速度分量,改善流场中速度场和温度场的协同性,从而增强传热能力.

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工程热物理

伞型结构气化器两相流动和传热数值模拟

何法江, 曹伟武, 匡江红

2013, 33(3): 199-204.

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采用通用有限比率模型对一种新型烟气冲击浸于水的伞型结构气化器燃烧室的流场与温度场进行了数值模拟,分析了循环烟气量对燃烧室喷嘴出口烟气速度和温度的影响;采用VOF两相流模型对烟气与水滴气液两相流动的传热进行了数值模拟,分析了喷嘴高度和液面高度对烟气冲击浸于水的伞型结构的两相流动传热的影响.结果表明:当循环烟气量为燃烧产生烟气量的50%、液面高度为75 mm时,冲击效果最佳,水滴被烟气充分卷起并充满气化器,气化传热得到强化.

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环境科学

基于偏最小二乘回归的氨法烟气脱硫效率预测

洪文鹏, 陈重

2013, 33(3): 205-209.

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以影响氨法烟气脱硫效率的主要参数作为输入变量,以脱硫效率作为输出变量,采用偏最小二乘回归法建立了氨法烟气脱硫效率计算模型并对电厂脱硫效率进行了预测.结果表明:采用氨法烟气脱硫效率计算模型得出的预测值与实际运行数据的最大相对误差小于4.0%,模型的平均误差为0.53%,说明该烟气脱硫效率计算模型的预测精度较高,能够满足烟气脱硫效率预测的工程需要.

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环境科学

石灰石联合脱碳脱硫影响因素及表面结构的分析

陈鸿伟, 赵争辉, 王为力

2013, 33(3): 210-217.

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利用热重分析仪研究了钙基吸收剂循环脱碳后再脱硫的过程,分析了粒径、碳化循环次数、煅烧条件及水合作用对脱碳和脱硫的影响,并通过扫描电子显微镜观测了各个阶段石灰石样品表面的结构变化.结果表明:硫化对粒径的变化更敏感,粒径越小越有利于反应的进行;循环次数增加和煅烧条件苛刻会显著降低碳化率但对硫化影响较小;水合作用能同时显著提高碳化率和硫化率.新鲜钙基吸收剂煅烧后颗粒表面形成大量球形小颗粒,随着循环次数增加,球形小颗粒融合黏结成鳞片状团聚体,且在团聚体之间形成大孔.水合作用后,样品颗粒表面变粗糙并形成大量宽度不等的裂缝和部分粒径很小的自由颗粒(<1 μm),从而加剧颗粒磨损.微孔结构相同的吸收剂碳化和硫化转化率相差较大,主要是由产物摩尔体积和反应吉布斯自由能变不同造成的.

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新能源

煤粉与生物质混燃的低温着火特性

王春波, 王金星, 雷鸣

2013, 33(3): 218-223.

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利用自制的管式炉恒温热重测量实验台研究了掺混比、温度、煤种以及生物质种类等因素对煤粉与生物质混燃时低温着火特性的影响,并对煤粉与生物质混燃时的低温着火活化能进行了计算.结果表明:随着掺混比的增大,混合物的燃烧速率加快且燃尽程度提高;温度升高能改善煤粉与生物质混合物的燃烧特性;掺混生物质对难燃煤的着火特性影响比对易燃煤更明显;对于某一煤种,掺混水分和挥发分含量高的生物质,燃烧初期的失重速率加快;掺混灰分含量越多的生物质,在燃烧后期对煤粉的促燃作用越差;燃烧反应活化能随着生物质掺混比和温度区间的增大而减小.

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新能源

单颗粒海藻在流化床内燃烧试验及灰色关联分析

王爽, 姜秀民, 王谦, 吉恒松

2013, 33(3): 224-227.

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在流化床内进行了单颗粒海藻(条浒苔)的燃烧试验,研究了床高、床温和流化风速对条浒苔颗粒燃烧后剩余质量和固定碳残留率的影响,并对各因素的影响程度进行了灰色关联分析.结果表明:床温和流化风速对条浒苔颗粒燃烧后剩余质量和固定碳残留率的影响较大,而床高对其的影响较小;各工况因素影响固定碳燃尽的主次依次为:床温>流化数>床高,在研究工况范围内床温是影响燃烧的最主要因素.

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新能源

DSG太阳能槽式集热器的热性能研究

陈媛媛, 朱天宇, 刘德有, 葛剑

2013, 33(3): 228-232.

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采用数值计算的方法分别对稳态条件下直接产生蒸汽(DSG)太阳能槽式集热管中单相水区、饱和相区和干蒸汽相区的吸收管温度沿周向的分布进行了研究,在此基础上建立了集热器热损模型,并分析了流体温度、质量流量及工作压力对集热管中不同相区热损的影响.结果表明:影响集热器热损的关键因素是流体温度,随着流体与环境温差的增大,集热管中各相区的热损增加;流体的质量流量和工作压力对集热器热损的影响不大.

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能源系统工程

基于结构理论的350 MW超临界直接空冷机组的热经济学分析

李斌, 杜艳玲, 李露, 谢一民

2013, 33(3): 233-238.

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应用结构理论建立了某超临界直接空冷机组的热经济学模型,通过量化各组件间的生产交互关系、计算各组件的单位成本,分析了系统生产成本的形成过程.简化合并直接空冷机组的凝汽组件,并近似计算其耗电量.根据该机组THA工况的计算结果,分析了影响组件产品单位成本的因素.结果表明:当消耗同一种燃料时,组件效率越低,其产品单位成本就越高;当消耗不同燃料时,要综合考虑燃料成本和效率对产品单位成本的影响,并指出7号低压加热器、给水泵、小汽轮机以及凝结水泵等组件的单位成本较大;直接空冷机组凝汽器的单位成本显著高于湿冷机组,应用结构理论能够准确评价空冷机组的生产性能.

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能源系统工程

基于CO₂跨临界循环的冷热电联供系统热力学分析

张新铭, 张春辉, 游飞

2013, 33(3): 239-244.

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基于低品位能源利用冷热电联供技术,以常规燃煤电厂排出温度为150 ℃的烟气为余热利用对象,提出了CO₂跨临界循环冷热电联供系统模型,分析了膨胀机入口压力和温度等参数对系统性能的影响.结果表明:压缩机入口过热度对系统性能系数、经济性能系数的影响很小;系统性能系数随着高压膨胀机入口压力、低压膨胀机入口温度和膨胀机效率的升高而增大,随着高压膨胀机入口温度、低压膨胀机入口压力和制冷蒸发温度的升高而减小;系统总不可逆损失随着高压膨胀机入口压力的升高存在最小值.

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