动力工程学报

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锅炉技术

530MW超临界机组对冲燃烧锅炉低氮燃烧贴壁风系统数值计算

杜智华, 蒙毅, 孙军

2017, 37(6): 425-431.

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为了有效预防水冷壁高温腐蚀、控制NO_x排放量，进行了某墙式对冲燃烧锅炉燃烧器低氮配风优化设计与改造，在主燃烧区加装"非对称矩形高速直流贴壁风”系统.结果表明：实测水冷壁贴壁气氛大幅改善，贴壁O₂体积分数明显升高，由0.3%升高至3.0%；炉膛前后墙贴壁烟温呈下降趋势，降幅100 K左右，有效降低了水冷壁高温爆管风险.

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锅炉技术

典型煤种O₂/CO₂/H₂O气氛下中高温燃烧时NO的生成特性

雷鸣, 黄星智, 王春波

2017, 37(6): 432-439.

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利用自制恒温热分析系统研究了大同烟煤和阳泉无烟煤在O₂/CO₂/H₂O气氛下中高温燃烧时NO的释放行为，并与O₂/N₂和O₂/CO₂气氛下的情况进行了对比分析.结果表明：当氧气体积分数为5%时，大同烟煤在O₂/CO₂和O₂/N₂气氛下燃烧时只有一个NO体积分数峰，而在O₂/CO₂/H₂O气氛下却变成一前一后2个峰；当氧气体积分数升高到21%后，大同烟煤在O₂/CO₂/H₂O气氛中的NO释放过程又变为一个体积分数峰；阳泉无烟煤的NO释放过程与大同烟煤类似；大同烟煤在O₂/CO₂气氛中的NO排放量始终低于O₂/N₂气氛中；由于低氧气体积分数下H₂O气化反应的影响，大同烟煤在O₂/CO₂/H₂O气氛中的NO排放量在高温下高于O₂/CO₂气氛中；氧气体积分数升高后，大同烟煤在O₂/CO₂/H₂O气氛中的NO排放量又低于O₂/CO₂气氛中；阳泉无烟煤的NO排放量高于大同烟煤，但其不同气氛下的变化趋势与大同烟煤一致.

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锅炉技术

CO₂稀释对不同燃料无焰燃烧及NO生成特性的影响

田红, 刘正伟, 王飞飞, 胡章茂

2017, 37(6): 440-446.

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为探讨CO₂稀释对不同燃料无焰燃烧机理的影响，通过实验和数值模拟研究了CO₂稀释率对CH₄、C₃H₈和H₂扩散燃烧的火焰温度、NO排放摩尔分数及无焰燃烧的影响.结果表明：随着CO₂稀释率的增大，峰值温度和NO排放摩尔分数逐渐下降，峰值温度距燃烧器喷嘴的距离逐渐增大，炉内温度分布更加均匀，更有利于达到无焰燃烧状态；相同稀释率下，CO₂稀释对降低炉内峰值温度及出口NO排放摩尔分数的效果由好到坏依次为：H₂燃烧、CH₄燃烧、C₃H₈燃烧；当CO₂稀释率足够大时，炉内燃烧处于无焰燃烧状态.

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汽轮机与燃气轮机

无叶扩压器中非定常流动的DMD模态分析

丁杰, 胡晨星, 刘鹏寅, 竺晓程, 杜朝辉

2017, 37(6): 447-453.

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采用动力模态分解（DMD）对离心压气机无叶扩压器内的复杂流场进行分析，选取1.8 kg/s设计工况和1.4 kg/s非稳定工况下的非定常数值计算结果为基础数据，得到这2种工况下10%叶高平面上切向速度、径向速度的模态云图以及特征频率，评估了DMD方法分析离心压气机非定常流动特征的能力.对不同特征频率下的流场进行重构，直观深入地再现了无叶扩压器内部非定常流动的变化过程.结果表明：在小质量流量下，叶片扫描频率的影响效果虽然仍占据主导，但受到抑制；捕捉到失稳频率约为193 Hz，失稳模态在扩压器内沿周向占据3个固定的位置交替波动，不稳定波动沿扩压器周向并不存在旋转.

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汽轮机与燃气轮机

考虑非线性油膜力的裂纹转子动力学特性仿真

向玲, 高雪媛

2017, 37(6): 454-460.

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在考虑裂纹轴时变刚度和非线性油膜力的基础上，建立了含裂纹故障的双盘转子-轴承系统的动力学模型，采用数值积分方法对其求解，结合分岔图、轴心轨迹图、Poincaré截面图和三维谱图等，分析了转速、裂纹深度和不平衡对系统响应、分岔情况以及稳定性的影响.结果表明：该类系统出现了多周期、拟周期、混沌等丰富的非线性动力学行为；在裂纹较深的情况下，在较低转速便会发生倍周期分岔和多周期运动，系统的非线性和不稳定性增强；不平衡力的增大简化了系统的动力学行为，使系统失稳滞后，但不影响油膜振荡.

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汽轮机与燃气轮机

燃用超低热值燃气的旋转回热型催化燃烧器数值分析

桑振坤, 薄泽民, 张倩倩, 翁一武

2017, 37(6): 461-466.

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针对超低热值燃气难以点火燃烧而直接排入大气，导致环境污染和能源浪费的问题，提出了一种以超低热值燃气为燃料的反应器，即旋转回热型催化燃烧器.根据其周期性旋转、蓄热、放热和催化燃烧等特点，采用计算流体力学（CFD）软件进行模拟分析.结果表明：该反应器能有效氧化超低热值燃气（甲烷体积分数2%、入口速度20 m/s），持续生成1 035~1 200 K的高温燃气，从理论上证明了该反应器的可行性；在旋转周期的状态I（或II）内，燃气和烟气出口温度均近似线性升高，该规律可用于评估反应器的热力性能；反应器周期性旋转，使壁面温度峰值在1 200~1 600 K变化，有利于催化燃烧发生，同时也避免了反应器中热量聚集和催化剂高温失活.

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辅机技术

双进双出磨煤机制粉系统机理建模与仿真

谷俊杰, 陈见永, 张岩

2017, 37(6): 467-474.

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为了提高双进双出磨煤机制粉系统运行的安全性和经济性，分析钢球在双进双出磨煤机中的磨损机理，建立了钢球磨损与磨煤工况间的钢球磨损规律数学预测模型.基于质量和能量平衡，考虑原煤水分及磨煤过程中机械热参与能量平衡，建立了双进双出磨煤机三入三出动态数学模型，并以某600 MW机组配备的MGS-4060-A型双进双出磨煤机为例对模型进行计算与仿真.结果表明：在双进双出磨煤机额定运行工况下，热风量、冷风量和给煤量阶跃扰动时，磨煤机的出口温度、料位和出力的仿真结果均与实际运行结果相符.

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环保技术与设备

MnO_x/ZSM-5催化剂催化NO氧化性能的研究

孙保民, 杨晓初, 肖海平, 万震天, 汪涛

2017, 37(6): 475-482.

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为实现快速选择性催化还原（SCR）反应条件，开发低成本NO氧化催化剂，采用浸渍法制备了不同Mn负载量的MnO_x/ZSM-5催化剂，采用电感耦合等离子体（ICP）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和N₂吸附/脱附等技术对催化剂特征进行了表征，并考察了其催化NO氧化活性.结果表明：Mn负载量对MnO_x/ZSM-5催化剂催化NO氧化的活性有显著影响，较高的负载量可以提供更多的反应中心，但过高的负载量会导致活性组分在催化剂表面积聚，减小催化剂比表面积和降低表面分散度.Mn负载量为5.2%的样品表现出最佳的NO催化氧化效率，400 ℃下NO转化率达到50.6%，但低温下催化NO氧化活性较差，还需进一步优化制备条件，以提高MnO_x/ZSM-5催化剂的反应性能.

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环保技术与设备

模拟烟气中Hg排放形态的数值分析

曾芳, 刘凤, 金飞, 张晓光, 吕建燚, 王云阳

2017, 37(6): 483-488.

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为了深入研究燃煤Hg排放控制技术，在分析Hg形态转化过程及其影响因素基础上，通过控制变量法设定模拟烟气组分（HCl、O₂、NO、H₂O、CO₂和SO₂）的初始浓度值，利用化学动力学计算软件Chemkin进行数值模拟.结果表明：Cl原子的存在会促进单质Hg（Hg⁰）向氧化态Hg转化，在一定范围内增加HCl的量有利于Hg的氧化；O₂会促进Hg的氧化但作用不如HCl明显；根据其所处的烟气气氛，NO既能促进Hg的氧化也能抑制Hg的氧化，在氧化性气氛中，NO的存在会提高Hg的氧化率；H₂O有利于Hg的氧化，而CO₂的存在会造成局部很强的还原性气氛，会抑制Hg的氧化；在不同条件下，SO₂可以促进或抑制Hg氧化.

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系统工程

1000MW超超临界二次再热机组外置式蒸汽冷却器布置方式研究

付文锋, 石宇, 李嘉华, 杨勇平

2017, 37(6): 489-494.

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以某1 000 MW超超临界二次再热机组为例，利用单耗分析方法，计算了单级串联、双级串联、双级并联3种外置式蒸汽冷却器的布置方式对机组能耗的影响，得到了外置式蒸汽冷却器的最佳布置方式和热力系统中各设备单耗的变化规律，并分析了最佳布置方式下机组单耗随负荷的变化趋势.结果表明：外置式蒸汽冷却器可以提高给水温度，减少锅炉的不可逆损失，这是机组单耗降低的主要原因；采用单级时，布置于第2级的效果最佳，可使机组单耗降低0.632 g/（kW·h）；采用双级时，布置于第2、第4级的串联方式效果最佳，可使机组单耗降低1.122 g/（kW·h）；随着负荷的降低，双级串联外置式蒸汽冷却器的降耗效应略有下降.

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系统工程

1000MW超超临界机组回热抽汽过热度多种利用形式的热力学分析

周璐瑶, 徐钢, 白璞, 许诚, 杨勇平

2017, 37(6): 495-500.

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针对1 000 MW超超临界机组抽汽过热度过高的问题，分析了一级外置式蒸汽冷却器（简称外冷器）系统和二级外冷器系统的节能效果，并与小汽轮机相对内效率分别为85%和90%的回热式小汽轮机系统的节能效果进行了比较，同时分析了不同负荷条件下蒸汽过热度多种利用形式的节能效果.结果表明：在额定负荷工况（THA工况）下，回热式小汽轮机系统的节能效果始终优于外冷器系统；回热式小汽轮机系统的节能效果随着其相对内效率的提高而提升，外冷器系统的节能效果随着级数的增加而提升；负荷降低时，外冷器系统的节能效果有所改善，回热式小汽轮机系统的节能效果有所下降；负荷降低至50% THA工况时，两级外冷器系统与回热式小汽轮机系统的节能效果相当.

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材料研究

Haynes282合金在长期时效和持久过程中的组织稳定性

符锐, 赵双群

2017, 37(6): 501-507.

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分别在700 ℃、760 ℃、800 ℃下对Haynes282合金进行长达10 000 h的时效试验，在700~850 ℃、80~520 MPa的范围内对合金进行持久试验，采用扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜观察和分析了合金的显微组织，研究了合金在高温时效和持久过程中的组织稳定性.结果表明：当Haynes282合金在760 ℃以下温度时效时，其γ'相长大较慢，在800 ℃下时效时，γ'相长大较快；在700 ℃、760 ℃、800 ℃下，时效时间超过1 000 h后，冲击性能均下降较快；在800 ℃长期时效及850 ℃持久试验过程中，晶界和晶内会析出针状或长条状富Mo的μ相，且发生MC碳化物退化.

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核电技术

非能动安全壳围堰分配盒改进设计与试验

王彦之, 鲁仰辉, 王妍

2017, 37(6): 508-512.

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以冷却水在分配盒中的流动为研究对象，建立了分配盒的水分配模型，提出了立管和浮球2种围堰分配盒概念，通过计算确定了关键参数，并在水分配试验台架上完成了试验验证. 结果表明：在特征雷诺数约220时，立管分配盒使水膜覆盖率提高了4.9%，浮球分配盒使水膜覆盖率提高了3.8%；在特征雷诺数约130时，立管分配盒使水膜覆盖率提高了3.1%，浮球分配盒使水膜覆盖率提高了5.3%；2种设计方案均能有效降低收集水箱液位的均方差，提高小体积流量下的覆盖率.

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