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        [博士論文] 梁占偉
        動力工程及工程熱物理;熱能工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:近年來,中國粗鋼產量增加迅速,鋼鐵生產過程中產生大量副產品煤氣,是鋼鐵企業回收利用的主要二次能源,但用戶繁多且運行工況復雜多變,若煤氣產量和消耗量不平衡,將導致富余煤氣放散,造成能源浪費和環境污染。鋼鐵企業是用電大戶,副產品煤氣用于發電是其回收利用的最常用方法之一,煤氣-蒸汽聯合循環發電機組與純燃煤氣鍋爐機組的負荷調節能力有限,煤氣產量波動較大時,必然導致煤氣大量放散。煤/氣混燃鍋爐機組作為煤氣消耗大幅可調用戶越來越受到重視,煤/氣混燃鍋爐機組具有技術相對成熟、設備國產化率較高、年運行時間長等優點。煤/氣混燃鍋爐機組作為鋼鐵企業副產品煤氣消耗的可調用戶,其煤氣供應隨時發生變化,從而引起鍋爐燃燒特性、熱量分配特性及污染物排放特性等的變化。因此,本文以300MW煤粉混燃高爐煤氣和焦爐煤氣鍋爐機組為對象,研究了煤氣配比和配風對爐內燃燒特性與機理的影響,并對煤氣配比和配風進行優化實驗研究,明確煤氣配比和配風對熱量分配和汽溫偏差的影響,最后建立鍋爐燃燒優化模型。為煤/氣混燃鍋爐機組安全、經濟運行提供了理論與實踐基礎。
          首先,利用FLUENT軟件數值模擬研究了煤/氣混燃協同分級配風燃燒特性與機理。針對煤/氣混燃協同分級配風條件下,爐膛主燃區形成還原性氣氛特點,建立了煤粉熱解、焦炭氣化及氣體燃燒模型;考慮了混燃煤氣、煤粉熱解及焦炭氣化過程產生還原性氣體(CH4、CO、H2)對NOx的還原作用。鑒于FLUENT軟件自帶的多表面反應模型未考慮焦炭反應形成的多孔介質灰殼對氣相的擴散阻力,使得氧化劑和未反應焦炭直接接觸并燃盡,導致計算得到的飛灰含碳量接近于0%,本文提出了基于氣相擴散阻力的修正多表面反應模型,利用FLUENT用戶自定義函數(UDF)編譯后計算焦炭反應,計算結果表明修正多表面反應模型能夠準確計算飛灰含碳量。在利用運行工況驗證數值模擬計算結果正確的基礎上,數值模擬研究了5個工況(純燃煤、僅混燃高爐煤氣、僅混燃焦爐煤氣、同時混燃焦爐煤氣和高爐煤氣及低分離燃盡風率)的爐內溫度場、速度場、煙氣組分、焦炭燃盡、NOx生成及還原機理。通過對比分析5個工況的溫度場、1850K等溫面、爐膛橫截面平均溫度、煙氣速度、熱流密度分布得到:同時混燃兩種煤氣并采用高分離燃盡風率工況(燃燒特性研究工況Ⅳ)的爐膛溫度更加均勻、局部高溫區溫度降低、還原性氣氛較強,因此該工況NOx排放濃度最低。
          其次,為了減少優化實驗工況,以飛灰含碳量和NOx生成濃度作為煤/氣混燃鍋爐機組燃燒優化指標對煤氣配比、分離燃盡風率及二次風率優化進行了數值模擬研究。數值模擬優化結果為高爐煤氣與焦爐煤氣熱量混燃比比例為1(αHBFG/αHCOG=1)、分離燃盡風率為26%、A~C煤粉區過量空氣系數為0.70左右。在數值模擬得到煤氣配比及配風優化結果的基礎上,對煤氣配比、分離燃盡風率及二次風率進行了優化實驗研究。實驗優化結果為高爐煤氣與焦爐煤氣最佳熱量混燃比比例為1,最佳分離燃盡風擋板(SOFA1/SOFA2)開度為100/100,最佳二次風擋板(AA/AB/BC/CC)開度應維持在50/30/50/50。實驗優化結果和數值模擬優化結果基本吻合,表明數值模擬結果可指導優化實驗研究,最終煤氣配比和配風優化實驗結果可為鍋爐運行提供參考。
          再次,經低氮燃燒改造后,分級配風對鍋爐熱量分配和汽溫特性具有較大影響,而采用分級配風技術的煤/氣混燃鍋爐熱量分配和汽溫調整更為復雜。因此,實驗研究了高爐煤氣和焦爐煤氣熱量混燃比、二次風率、分離燃盡風率、燃燒器擺角對鍋爐主、再熱蒸汽吸熱量的影響。為了研究混燃高爐煤氣對爐膛上部煙氣速度偏差的影響,對不同高爐煤氣熱量混燃比工況進行了數值模擬,得到爐膛上部煙氣速度偏差隨著高爐煤氣熱量混燃比的不斷增加而逐漸增大。針對混燃高爐煤氣引起的再熱汽溫偏差問題進行了分離燃盡風水平擺角優化調整實驗,得到了最佳擺角組合。結果表明:分離燃盡風(SOFA)的#1、#2、#3、#4噴口水平偏轉角度依次為-7.5。、+7.5。、+7.5。、-7.5。時,再熱汽溫偏差由17.1℃降低到了2.55℃,再熱汽溫為536.4℃,主汽溫偏差為4.15℃,主汽溫度為538.7℃。
          最后,為了建立鍋爐燃燒優化模型,實現與鍋爐機組分散控制系統(DCS)整合,形成鍋爐運行優化的閉環控制。研究了支持向量機(SVM)、最小二乘支持向量機(LS-SVM)、定尺度最小二乘支持向量機(FSLS-SVM)算法求解不同容量樣本的預測精度和泛化能力。提出了雙網格搜索最優尺度的方法,實現了FSLS-SVM算法的尺度精確自動尋優。在此基礎上,分別基于SVM、LS-SVM及FSLS-SVM算法建立了NOx排放濃度模型、排煙溫度模型及飛灰含碳量模型,并利用預測值與實驗值的逼近能力、相對誤差及計算時間評價不同算法的優劣。評價結果表明:NOx排放濃度及排煙溫度運用FSLS-SVM算法建立的模型優于其他兩種算法,而飛灰含碳量運用SVM算法建立的模型較優。綜合排煙溫度模型、飛灰含碳量模型及理論計算模型建立了鍋爐效率混合模型。最后,以NOx排放濃度模型和鍋爐效率混合模型為適應度函數應用于改進粒子群優化(IPSO)算法對二次風(SA)擋板開度及分離燃盡風擋板開度進行優化。優化結果表明:NOx排放濃度由原來210mg/Nm3降到了182.8mg/Nm3,同時鍋爐效率由原來的90.21%提高到了91.12%。
        [博士論文] 韓旭
        動力工程及工程熱物理;動力機械及工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:常規電站凝汽式汽輪機低壓缸的末幾級和水冷堆核電汽輪機的全部級都在濕蒸汽區工作。隨著蒸汽濕度的增加,濕蒸汽給汽輪機帶來兩方面的問題:一是蒸汽凝結過程中將偏離平衡狀態;二是濕蒸汽攜帶的二次水滴會對汽輪機動葉產生侵蝕與沖擊,威脅汽輪機的安全運行。因此,研究自發凝結濕蒸汽兩相流動的傳熱傳質機理,開展汽輪機通流部分優化設計,對提高汽輪機低壓缸效率有著非常重要的理論意義和應用價值。鑒于理論和實驗研究存在困難,數值模擬成為探索濕蒸汽凝結流動問題的有效手段。盡管前人對該領域進行了研究并取得了一些有價值的成果,但仍有許多問題有待進一步探索。當前的凝結理論和數值模型還存在缺陷,凝結流動模型在三維復雜流動下的有效程度有待考證。此外,人們對汽輪機內各種復雜原因產生的濕汽損失機理仍不清楚,已取得的濕汽損失相關研究成果還很難直接指導汽輪機通流部分設計。
          本文在認真研讀國內外相關研究文獻資料的基礎上,從熱力學理論出發,對成核模型和水滴生長模型進行研究,結合現有實驗數據提出修正方法。從體積平均的角度建立均質、非均質凝結的雙流體模型,分析凝結流動中的各種復雜流動現象及其對濕汽損失的影響,提出濕汽損失定量計算方法及濕蒸汽凝結流動控制方法。主要研究工作包括:
          (1)建立考慮相間傳熱傳質和速度滑移及湍流影響的雙流體數值模型。基于成核動力學對經典Becker-D(o)ring成核理論進行了推導,結合實驗數據考察現有成核模型的適用范圍和計算精度。選擇W(o)lk-Strey成核模型和非等溫修正成核模型對汽輪機末級內的凝結流動進行計算較為理想。基于Langmuir-Maxwell模型建立水滴生長熱質平衡耦合模型,分析現有水滴生長模型的適用范圍和計算精度。水滴生長熱質平衡耦合模型可用于求解任意Kn數下的水滴生長速率,具有較高的計算精度。
          (2)分析汽輪機末級中凝結流動參數分布規律及影響因素。結合White和Bakhtar平面葉柵壓力分布實驗數據,驗證本文數值模型的正確性。研究凝結流動與高紊流動尾跡間的耦合影響規律,捕捉濕蒸汽兩相流場中的氣動激波、凝結激波。揭示凝結流動傳熱傳質過程與激波、非定常流動等復雜現象相互耦合產生的濕汽損失機理。
          (3)提出考慮多因素的濕汽損失定量評估方法。結合濕汽損失模型對汽輪機低壓缸末級葉柵內的濕汽損失進行計算。分析濕蒸汽凝結現象對汽輪機低壓缸末級氣動性能和做功能力的影響。當進口蒸汽偏離飽和狀態的程度越大時,由濕蒸汽非平衡凝結產生的濕汽損失越大,級效率越低。
          (4)研究通過控制成核過程和水滴生長過程減少濕汽損失的方法。分析葉片表面粗糙度對靜葉流道凝結特性的影響。葉片表面粗糙度增加將導致葉柵內的動力學損失增加,但可以在一定程度上降低凝結產生的熱力學損失。隨著表面粗糙度的增加,成核率峰值減小,濕度下降。結合基于正/余弦函數的非對稱端壁造型方法,對實際汽輪機末級靜葉端壁進行改型,研究了非對稱端壁造型對濕蒸汽凝結特性的影響。當端壁造型位于葉柵中部高度為葉高的3%時,可以使得各項損失較小。分析了靜葉柵表面體積加熱、動葉柵表面體積加熱、靜葉柵動葉柵表面耦合加熱對末級內濕蒸汽凝結特性的影響。靜葉柵葉片表面體積加熱能夠很好地抑制蒸汽凝結,并在一定程度上提高級效率。
        [博士論文] 許偉龍
        動力工程及工程熱物理;熱能工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:電站鍋爐爐內“聲波影響燃燒技術”是利用聲學理論和技術來提高燃燒和熱量轉換效率的重要技術手段。但是,支撐其爐內聲學理論研究卻長期處于落后水平,如強聲波在爐內的非線性傳播特性、聲波在爐內含顆粒煙氣介質中的傳播特性、聲波作用下顆粒表面的振蕩流場特性、聲波對顆粒的傳熱傳質特性的影響,以及聲波對燃燒過程的影響等,造成其基礎理論研究嚴重滯后于其技術需求的局面,并最終成為阻礙該技術進一步推廣應用的瓶頸,因此,研究聲波作用下煤顆粒的動力學特性具有重要的學術意義。
          本文推導了聲波的非線性波動方程,研究了位于可聽聲頻率段的強聲波在電站鍋爐中的非線性傳播特性。基于簡單波假設理論,對聲壓級達到160dB的強聲波傳播過程發生畸變和諧波生成進行了分析研究,并計算了不同頻率聲波的沖擊波形成距離;計算得到了爐內黏熱流體介質中伯格斯方程的嚴格解,研究了發生非線性效應與耗散效應下強聲波的傳播特性;求解了弛豫流體介質中強聲波傳播的非線性波動方程,并討論了弛豫介質中聲波的傳播特性。
          研究了可聽聲頻率范圍內聲波在電站鍋爐含顆粒介質氣體中的傳播機理,建立了電站鍋爐含顆粒介質氣體中的聲衰減系數計算公式以及聲速公式,得到了聲衰減系數、聲速與聲頻率、顆粒介質體積分數、顆粒粒徑及煙氣溫度的關系。根據多體多次散射理論,對顆粒介質體積分數較大的循環流化床鍋爐中的聲傳播特性進行了討論,并對其聲衰減系數以及聲速進行了修正。
          分析了聲場中爐內煤顆粒的夾帶特性以及聲波作用下的次級效應-聲流,并在此基礎上,研究了聲波作用下煤顆粒周圍氣體的振蕩流動特性(文中入射波的振蕩幅值遠大于顆粒特征長度,同時聲雷諾數小于20)。根據所求得通用微分方程的解,詳細分析了在不同聲雷諾數與斯特勞哈爾數的情況下,顆粒壁面的流場分布、軸向壓力梯度、切向應力以及分離角的分布規律。
          基于二維軸對稱、非穩態,層流的質量、動量和能量守恒方程,研究了聲波作用下夾帶在煙氣中單顆粒煤粉的傳熱特性。分析了聲壓級范圍為145~167dB,頻率分別為50Hz、1000Hz以及5000Hz時,顆粒壁面的溫度場、局部努賽爾數、表面平均努賽爾數以及時間-空間平均努賽爾數的分布規律;同時還探討了聲波作用下煙氣中滑移單顆粒煤粉的傳熱傳質特性(顆粒與煙氣之間有穩定的滑移速度)。分析了聲壓級范圍為150~170dB,可聽聲頻率范圍中,以及在聲質點速度與滑移速度的不同速率比情況下,顆粒局部努賽爾數、表面平均努賽爾數以及時間-空間平均努賽爾數的分布規律。并對聲波強化顆粒的傳熱特性進行了實驗研究,所得結論驗證了理論研究的結果。本文所得結論為聲波應用于電站鍋爐中強化煤顆粒燃燒提供了依據。
        [碩士論文] 王計偉
        化學工程 北京化工大學 2018(學位年度)
        摘要:我國是燃煤大國,煤炭燃燒產生的NOx和SO2對環境造成了嚴重的污染。傳統脫硫脫硝技術多采用分步脫除方法,導致設備占地面積大,運行成本高。中小氣量工業鍋爐急需一種經濟有效的同時脫除技術。濕法脫硫脫硝技術適用范圍寬,且工藝簡單,可實現多組分污染物的同時脫除,非常適用于中小鍋爐,但受到傳統吸收設備傳質效率低的限制,使得該技術難以滿足日趨嚴苛的環保要求。本文利用超重力旋轉床(RPB)可以極大的強化傳質的優勢,進行了超重力臭氧氧化脫硫脫硝的研究,探究了不同操作條件對脫硫脫硝效率及氣相體積總傳質系數(KGa)的影響。
          首先,在RPB內進行了脫硝實驗,分別考察了O3/NOx摩爾比(MR)、RPB轉速、氣液比、吸收液濃度、NOx初始濃度等操作條件對脫硝效果的影響規律,以及NO2/NO摩爾比對NO脫除效果的影響規律。獲得了較優操作條件為:MR為1、RPB轉速為800rpm、氣液比為167、吸收液濃度為5%,此操作條件下,NOx脫除率可達75.0%。
          其次,在RPB內進行了同時脫硫脫硝實驗,分別考察了MR、RPB轉速、氣液比、吸收液濃度、吸收液pH值、模擬煙氣氧含量、SO2初始濃度、氣量、吸收液添加劑等操作條件對NOx與SO2脫除效果的影響規律。獲得較優操作條件為:MR為1.25、RPB轉速為800rpm、氣液比為167、吸收液濃度為7.5%,此操作條件下,NOx脫除率可達73.1%,SO2脫除率可達97.3%。
          最后,在工廠現場分別進行了側線實驗和工業試驗。側線分別考察了MR、氣液比、RPB轉速、吸收液pH值等操作條件對脫硫脫硝效率的影響規律。工業試驗分別考察了MR、氣液比、吸收液pH值等操作條件對脫硫脫硝效率的影響規律。試驗結果表明,超重力氧化法脫硫脫硝效果明顯優于原工藝凈化效果。
        [碩士論文] 馬文明
        動力工程 山東大學 2018(學位年度)
        摘要:我國工業燃煤鍋爐普遍存在燃燒效率低下和污染嚴重的問題,其平均熱效率僅為60%~65%。煤作為我國最主要的能源,對其燃燒效率的提升和污染物排放量的控制顯得十分的重要。針對工業燃煤鍋爐污染嚴重的現狀,國家和各省市都出臺了相關政策,用以推動工業燃煤鍋爐的升級與低氮改造。低氮改造主要包括增加脫硝裝置和使用低氮燃燒器。由于脫硝裝置購置和運行維護費用昂貴,因此許多企業將目光轉向了低氮燃燒器的研發。低氮燃燒技術在電站鍋爐上的應用比較成熟,而在工業煤粉鍋爐領域的應用經驗和模擬研究比較少,因此對該領域的研究顯得尤為緊迫。論文從低氮燃燒技術在工業煤粉鍋爐上應用的角度出發,使用Fluent軟件進行數值模擬實驗研究,尋找影響低氮燃燒技術效果的因素,及各因素對其影響的顯著性與趨勢。
          論文構建了簡單旋流模型用以研究工業煤粉鍋爐旋流燃燒的基本特性。并在工業示范煤粉鍋爐的原始結構基礎上,構建了預燃室燃燒模型,研究了旋流角度、預燃長徑比、預燃室空氣系數這三個因素對燃燒和NOx排放量的影響情況。并在預燃室模型的基礎上,研究了不同中心逆噴風管長度對低氮燃燒效果的影響。數值模擬的數據與相關文獻提供的實驗結果較為符合,論文的數值模擬結果較為準確,結論有一定的參考價值。
          研究發現,簡單旋流燃燒模型中存在一個臨界旋流角,使得β角高于和低于臨界旋流角時,旋流燃燒模型的溫度分布、速度分布呈現兩種形態。同時出口煙氣溫度、出口NOx濃度、揮發分析出的特性都有較大的變化。對于本文所設計的旋流模型,臨界旋流角為38°。對不同的旋流模型,臨界旋流角的值可通過對爐膛出口壓力的檢測來進行測定。逐漸增大β角,并測定爐膛出口的壓力大小,當爐膛壓力突然出現較大變化時對應的β角大小即為臨界旋流角值。β角大于臨界旋流角時,煤粉燃燒效率達到一個穩定的高值,隨β角增大其變化不大。爐膛出口煙氣NOx的濃度變化以45°β角為分界點,β角小于45°時,出口NOx濃度隨β角的增大而增大;β角大于45°時,出口NOx濃度隨β角增大而下降。
          預燃室燃燒模型中,旋流角度對揮發分的析出位置由較為顯著的影響,較大的旋流角度能使揮發分在預燃室中就已大量析出,使得煤粉著火的位置發生在預燃室中,充分利用預燃室的空間;預燃室長徑比對燃燒和NOx排放量都沒有顯著影響,因此在設計過程中可以減少這一因素的考慮;預燃室空氣系數對NOx排放量有極顯著的影響,對出口煙溫和爐膛壁面吸熱功率也有較為顯著的影響。隨著預燃室空氣系數的降低,出口的NOx濃度大幅度的下降,出口煙氣溫度逐漸降低,爐膛壁面吸熱功率逐漸提高。在預燃室空氣系數小于0.6之后,繼續降低這一系數對于進一步降低出口煙氣溫度、降低出口NOx濃度和提高爐膛壁面吸熱功率都沒有太明顯的效果,但是卻會造成煤粉燃燒效率的大幅下降。因此,預燃室空氣系數不能過低,應至少大于等于0.6。
          采用一次風中心逆噴的方式,能夠將出口的NOx濃度在預燃室分級燃燒的基礎上再降低30%左右。而逆噴風管的長度對出口NOx濃度的影響較小,在設計時可以適當的減小逆噴風管的長度以減輕由于長度過大而造成受熱變形的現象。
        [碩士論文] 劉錦
        機械工程 山東大學 2018(學位年度)
        摘要:核電汽輪機組轉子系統是將核能轉化為電能的核心部件,為確保其持續平穩安全運行必須要抑制葉片產生危險振動造成的疲勞、斷裂等失效。針對目前工程中多采用圍帶結構通過約束葉片運動和圍帶間摩擦耗能增阻來抑振,但因不能確定圍帶振動位移及接觸-摩擦-分離時間,迄今尚無對轉子系統運行中葉片振動導致相鄰圍帶間摩擦阻尼的定量計算方法,目前在設計階段只能憑經驗設計圍帶結構及參數,面臨著先設計制造再實驗仿真后分析優化可能造成“先天不足”且浪費制造資源拖延生產周期等技術難題。本文建立考慮圍帶參數(接觸角、摩擦系數、接觸剛度、間隙)及轉速影響的轉子系統遲滯運動微分方程,建立圍帶摩擦內阻尼定量計算方法,為在設計階段準確設計圍帶優化轉子系統動態特性,有效利用葉片圍帶摩擦阻尼消耗振動能量同時提高系統剛度的被動自愈抑振技術解決上述問題,為汽輪機轉子系統的設計、制造提供理論依據和方法,對確保汽輪機安全運行具有重要理論意義和工程應用價值。
          以平行四邊形圍帶為例,建立考慮摩擦系數、接觸角、接觸剛度、初始間隙及轉速影響的圍帶三維宏觀滑移遲滯摩擦模型,基于諧波平衡法據圍帶摩擦模型建立圍帶摩擦內阻尼模型。采用CN群論和有限元法建立考慮圍帶摩擦內阻尼和剛度的葉片-圍帶-轉子系統遲滯運動微分方程,求解對應的齊次方程的特征根,在頻域內考慮圍帶摩擦內阻尼求解頻響函數,分析系統的質量、阻尼、剛度對系統的動態特性的影響。
          據轉子系統運動微分方程求解圍帶摩擦內阻尼定量計算公式,建立基于瞬態響應幅值包絡線的圍帶摩擦內阻尼定量計算方法(SDQM),以某1000MW核電汽輪機低壓缸轉子系統為例,使用所提出的SDQM定量計算圍帶摩擦內阻尼,比較有無圍帶摩擦阻尼的轉子系統模態特性,得出圍帶摩擦內阻尼對轉子系統固有頻率和振型的影響規律;在不同轉速等效離心載荷激勵下考慮圍帶摩擦內阻尼對系統進行頻響分析,探討內阻尼的減振效果、遲滯特性、頻響特性,并采用干態靜止轉子系統測量振動響應的試驗驗證本文中建立的圍帶摩擦內阻尼模型及定量計算方法。
          采用多因素多水平正交法和響應曲面法辨識影響圍帶摩擦內阻尼的敏感變量(單變量及各變量間交互影響),采用二次多元回歸擬合得到關于圍帶各參數的摩擦內阻尼定量計算公式,計算得到不同轉速下各變量對圍帶摩擦內阻尼影響規律;闡明圍帶間約束限位改變動剛度限制振動位移及相鄰圍帶間位姿重構誘發摩擦內阻尼耗散振動能量的減振機理,基于譜振圖分析不同轉速下各因素對系統響應特性的影響:隨著轉速升高,摩擦系數和接觸剛度的增大使振幅下降幅度增大,減振率增大;接觸角和初始間隙的增大,使振幅下降幅度先增大后減小,減振率先增大后減小。
          建立考慮圍帶摩擦內阻尼的轉子系統穩定性判據,分析不同轉速下圍帶參數(摩擦系數、接觸剛度、接觸角、初始間隙)對系統穩定性的影響,得出隨著轉速和圍帶參數變化系統穩定區域的變化范圍。為提高系統運行穩定性,建立基于結構攝動修改動態優化圍帶摩擦內阻尼的方法,確定以圍帶摩擦內阻尼在不同工況下達到總體最優為目標函數,在約束條件下攝動修改設計變量,對修改后的圍帶結構重分析,直至符合目標函數,得出優化后的圍帶參數。優化后的圍帶摩擦內阻尼使振幅下降幅度增大,減振率增大,尤其在常規運行轉速下,圍帶摩擦內阻尼消耗振動能量,抑制系統的振動響應,減振率達到71%,驗證優化后的圍帶能高效抑振。
        [博士論文] 王坤宇
        動力工程及工程熱物理 山東大學 2018(學位年度)
        摘要:水泥行業的能耗和污染問題十分突出。在水泥生產過程中產生大量余熱,若能充分利用,既可以滿足企業用電需求,又能降低成本提高經濟效益,還可以減輕熱污染和環境污染,是世界水泥工業發展的趨勢。我國作為世界最大的水泥生產和消費國,充分利用水泥工業余熱勢在必行。在水泥余熱回收系統中,余熱鍋爐受熱面是熱能轉換的重要設備,高溫煙氣以外掠管束換熱的形式,加熱管內的水形成蒸汽進行發電。管束排列方式主要有兩種,即順排和叉排排列。順排管束排列整齊均勻,具有較小的流動阻力,且易于清洗和吹灰,但其傳熱系數較小,換熱效率低;叉排管束交叉布置,煙氣通過管束間交替收縮和擴張的彎曲通道流動,湍流強度高,具有更高的傳熱系數,但流動阻力和飛灰沉積量較大。
          針對水泥余熱利用中存在的問題,本課題組研發并制造了一臺新型順排錯流換熱器,應用于某水泥廠的工業余熱集成利用系統,并構建了余熱鍋爐實驗平臺,依托于水泥工業生產而又相對獨立。本文以順排錯流換熱器為研究對象,采用數值模擬與實驗研究相結合,以及多目標優化的方法,分析了換熱器流動及傳熱特性。
          構建了換熱器傳熱和流動、熵產及經濟性的理論模型,選取SSTκ-ω模型用于換熱器數值計算。利用商業軟件ANSYS Fluent15.0,采用數值模擬的方法對換熱器流動與傳熱特性進行研究,對順排錯流換熱器與傳統順排和叉排換熱器進行比較分析。數值模擬結果表明,順排錯流換熱器的傳熱性能明顯優于順排和叉排換熱器。在相同入口速度條件下,表面傳熱系數比順排高37.5~78.8%,比叉排高32.7~66.7%,但壓降和流動阻力也高于二者。對不同管間距的順排錯流換熱器進行了數值模擬,分析管間距對換熱器參數及流動傳熱特性的影響;當達到ST/do=2.0和SL/do=2.5以后,管間距的增大對傳熱和阻力影響很小。根據模擬結果擬合得到了傳熱與阻力性能關聯式,并通過對換熱器的綜合性能進行評價,得出管間距組合為ST/do=2.0、SL/do=2.0以及ST/do=2.0、SL/do=2.5的換熱器綜合性能最優。
          設計并搭建了換熱器實驗平臺,依托水泥工業生產進行了換熱器傳熱與阻力性能的大型工業實驗研究,完成了不同熱風溫度、熱風流量、給水流量等工況的水泥余熱鍋爐實驗,分析不同工況特點對溫度、壓力、流量等參數的影響。與順排換熱器實驗進行對比,在相同質量流量下,順排錯流換熱器的表面傳熱系數高47.9~65.6%,但每排管束的壓降也比順排高1.6~2.5倍,換熱器的有效度也優于順排管束,具有高傳熱系數和高壓降的特征。相同Res下順排錯流換熱器的Nus比順排高3.2~9.9%,fs比順排高7.8~36.1%。順排錯流換熱器具有更高的PEC*值,表明其殼側綜合性能更好。特殊結構使順排錯流換熱器具有了非常高的管間特征流速,雖然大幅提高了傳熱性能,但卻是以犧牲阻力性能為代價的。根據實驗數據擬合得到了順排錯流換熱器殼側Nus和fs隨Res變化的實驗關聯式,與數值模擬結果吻合較好,驗證了本文數值模擬方法的可靠性與準確性。
          綜合考慮換熱器各項性能指標,基于換熱器實驗工況條件,以包括換熱管外徑、蛇形管管屏數、管程數、管長、橫向管距、縱向管距以及進口風溫在內的共7個參數作為設計變量,分別采用傳熱量最大和壓降最小為目標函數以及采用Ns,△T最小和Ns,△P最小為目標函數,使用Matlab遺傳算法對工具箱換熱器進行了多目標優化。在相同傳熱量前提下,以傳熱量和壓降為目標優化后的換熱器傳熱面積、總壓降和總成本比原始設計分別降低25.1%、85.7%和32.8%。提出使用假設理想點的方法定位Pareto前沿上與假設理想點距離最近的點作為最優點,并與Q/NP取最大值處的最優點進行了對比。二者與原始設計相比,在相同傳熱量下,壓降分別下降了67.9%和69.7%,總成本分別下降了2.4%和16.3%,優化效果明顯。對于以Ns,△T最小和Ns,△P最小為目標函數的優化,除了假設理想點法定位的最優點外,總改進熵產數最小值處可作為最優點之一。給出了多個Pareto前沿上的最優點進行設計參數和優化結果的對比,可根據實際需要靈活選擇設計參數。
        [碩士論文] 袁寶強
        動力工程及工程熱物理 山東大學 2018(學位年度)
        摘要:煤炭是我國主要化石的能源。煤炭燃燒產生的含灰煙氣會對以燃煤為主的電站鍋爐和工業余熱鍋爐受熱面產生磨損和積灰等現象。換熱管束的磨損會造成爆管和機組停運等事故,飛灰沉積會造成受熱面傳熱惡化,不利于設備安全、高效和穩定運行。本文基于相關學者提出的磨損與沉積模型,對含灰煙氣外掠對流受熱面的磨損與沉積特性進行了數值研究,旨在為鍋爐受熱面設計和運行提供參考。主要工作如下:
          1.采用基于歐拉-拉格朗日法的離散相模型,建立了含灰煙氣外掠對流受熱面的數值模型,包括單管、順排管束和順排錯流受熱面等。總結各學者建立的磨損、沉積模型,選擇適用于對流受熱面的相應模型,編寫了相應的用戶自定義函數(UDF),并驗證了其準確性。
          2.采用Tabakoff磨損模型,對含灰煙氣外掠單根圓管和橢圓管的磨損特性進行數值模擬,同部分學者的實驗和模擬結果進行比較,驗證了模擬準確性。比較了不同煙氣流速、顆粒粒徑下,兩種換熱管磨損特性的差異,得到了沿換熱管圓周方向上的顆粒碰撞和磨損規律。
          3.基于Tabakoff磨損模型,對課題組提出的一種新型順排錯流受熱面的磨損特性進行分析。將數值模擬得到的該受熱面的流動、傳熱特性與實驗進行對比,在流動傳熱預測準確的前提下,采用該種受熱面運行工況下的最大煙氣流速和平均飛灰粒徑探究了其磨損情況,并提出了相應的防磨建議。
          4.對含灰煙氣外掠單根圓管和順排管束沉積特性進行數值模擬。采用經驗方程驗證傳熱與流動模型的準確性,在此基礎上探究不同煙氣流速和顆粒粒徑下的順排管束沉積特性,并采用動網格方法對早期沉積層的堆積形貌進行了預測。
        [碩士論文] 朱文斌
        動力工程 山東大學 2018(學位年度)
        摘要:生物質資源的利用對日趨緊張的環境污染問題和能源問題具有重要的意義,已經引起了廣泛的關注。然而生物質存在高氯高堿金屬的特點使得在利用過程中容易造成受熱面沉積和腐蝕等問題。鍋爐出口蒸汽溫度越高,壓力越大,機組效率越高,相對于燃煤機組,生物質灰更易造成腐蝕的特性是生物質鍋爐利用效率面臨的難題。因此,探討鍋爐的腐蝕和防護具有理論意義和實際應用價值。
          本文采用水平管式爐系統研究生物質腐蝕的規律及探究以粉煤灰為添加劑時的腐蝕規律。生物質鍋爐受熱面的腐蝕動力學曲線符合拋物線形式,擬合度良好,腐蝕的增重量隨時間的推進有所下降,因為堿金屬氯化物被消耗所致。當溫度較低時,腐蝕反應進行的速率相對緩慢,隨著溫度上升,腐蝕速率呈指數增長,金屬表面出現開裂剝落現象,這是由于反應速率急劇增加導致短時間內大量金屬元素被氧化,內應力積聚增強導致的。四種金屬材料的抗腐蝕性能由弱至強分別為:12CrlMoV<15CrMo<T91<TP347H。對四種金屬的合金元素成分進行分析對比,認為高Cr金屬因為形成一層致密的氧化膜從而具有較強的耐腐蝕性能,微量的Mo能提升金屬抗腐蝕性,Ni具有很強的抗腐蝕能力。在合金中摻適當的微量元素能有效改善金屬微觀結構從而獲得較強的抗腐蝕能力。生物質燃料的腐蝕性大小表現為:麥稈>棉桿,腐蝕性的差異是由于不同生物質灰的元素含量不同導致的,麥稈灰中含有更多的鉀,氯等腐蝕性關鍵元素,所以腐蝕性較強。
          利用熱分析動力學方法建立高溫腐蝕熱分析模型,采用定溫分析法,根據G(α)-t曲線的擬合度及擬合誤差綜合考慮得到T91在480℃至680℃下的腐蝕反應類型為D2類型,腐蝕機理函數為G(α)=[-ln(1-α)]-1函數模式,指前因子k0=0.079497s-1,腐蝕反應活化能E=8100.40715J·mol-1,受熱面腐蝕動力學方程dα/dt=0.079497exp(-974.32728/T)[-ln(1-α)]-1。
          利用粉煤灰作為添加劑探討了粉煤灰基添加劑的可行性,通過對粉煤灰元素進行分析,結合腐蝕試驗的結果發現添加劑的效果受灰中的硅、鋁、鉀、鈉和鈣的共同作用,當生物質中含有較多的堿金屬時,采用含更高硅鋁元素的粉煤灰是一個不錯的選擇。對粉煤灰類的添加劑可以以積灰最終的(Si+Al)/(Na+K)摩爾比來簡單地對積灰的腐蝕性做一個大致的判斷,摩爾比越大,該積灰的腐蝕性越小。硅鋁比也會對腐蝕的效果產生影響,分析硅鋁元素摩爾比對腐蝕效果的影響,認為硅鋁比為1時能有效地減輕腐蝕,鋁元素的含量可稍高一些,目的是為了從安全性考慮,防止生成低熔點的硅酸鉀化合物從而加重爐內的積灰及腐蝕。從經濟性考慮,為了盡量減少添加劑的量,最終建議加添加劑后(Si+Al)/(Na+K)的摩爾比為2,硅鋁比為1時最佳,盡量選用低鈣鎂含量的粉煤灰,對于一般的粉煤灰,硅元素的含量一般大于鋁元素,可考慮在粉煤灰中添加部分鋁礬土以提高鋁元素的含量。
        [碩士論文] 張晶晶
        化學工程 浙江大學 2018(學位年度)
        摘要:隨著社會經濟發展的加快,對能源的需求不斷增大,能源消費的缺口也不斷擴大,節能減排成為緩解能源危機的重要途徑之一。工業鍋爐是重要的熱能動力設備,提高其運行效率對于節能降耗具有重要的意義。我國工業鍋爐數量龐大,使用面廣,平均容量小,且以燃煤為主,分布在各行各業,各個地區,難以集中治理,機械化和自動化程度低,大部分需要司爐人員手動操作,管理人員和司爐人員素質不高,對于鍋爐的運行管理比較困難,導致鍋爐熱效率低下。
          針對此情況,本論文提出構建面向各類工業鍋爐的遠程監測與處置系統,實現對鍋爐運行動態實時監測的設想。
          首先,研究鍋爐遠程監測與處置系統構架及工作流程。根據鍋爐運行工況所必須提取的參數信號,對傳感器進行選型及安裝,并對系統檢測傳感器進行了驗證性考察,采用經過檢定合格的相應儀表與系統檢測用傳感器,在同時、同等條件下對各參數進行測定,并對結果進行比對,結果表明,該系統檢測傳感器的準確性及數據采集的可靠性,可以滿足鍋爐運行參數的可靠采集。在分析鍋爐數據采集需求基礎上,采用工業級微處理器,研制了通用型數據采集裝置,采集由傳感器檢測的模擬信號、由鍋爐主控制柜內提取的開關信號和由網絡攝像頭采集的視頻信號,進行匯總、編碼以及數據傳輸,具有很強的通用性。
          其次,針對遠程監測與處置系統設計了專業平臺軟件。通過傳感器和數據采集裝置對鍋爐的溫度、壓力、氧量、水質硬度等參數進行實時監測和數據采集、存儲,經由網絡系統傳輸到遠程監測中心,通過該平臺軟件進行綜合處理,從而實現對鍋爐運行信息的實時顯示、數據分析和反饋調控,基于運行數據狀況和專家系統的分析,監控中心采用現代通訊手段實現鍋爐的遠程控制。
          最后,對整個遠程監測與處置系統進行了全面調試,通過對采集數據進行分析和模擬,系統模擬趨勢與現場實測數據趨勢一致,表明系統的實時數據分析功能完全符合鍋爐的實際運行工況,具備有效進行操作指導的功能。選取具有代表性的兩臺鍋爐,分別對它們在節能調整前的原始運行工況下運行數據進行測試,通過系統分析后提出調整措施,對鍋爐進行運行調整,即改進鍋爐實際運行控制條件及改善運行管理方法,再對節能調整后的調整運行工況下的運行數據進行測試,前后數據進行對比。結果表明,該系統真正具備節能效果,特別是燃煤鍋爐節能效果明顯。
          研究結果表明,該遠程監測與處置系統能有效地對鍋爐進行運行監管,及時發現運行安全問題,消除安全隱患,并能實現鍋爐遠程運行管理,及時調整運行參數,提高了鍋爐的熱效率,保障鍋爐實現安全、節能運行。同時,通過擴展鍋爐數量,有望建立地區覆蓋性的鍋爐遠程監測中心,形成各個層面的信息共享,實現對在用鍋爐真正意義上的安全與節能動態監管,為鍋爐安全節能監管和政策制定提供可靠依據。
        [碩士論文] 陶倩
        冶金(熱能)工程 武漢科技大學 2018(學位年度)
        摘要:鋼鐵行業高爐煤氣產量豐富,其高效合理利用是企業節能減排的重要環節。本文以某鋼廠75t/h內置穩燃裝置高爐煤氣、焦爐煤氣混燒鍋爐為研究對象,針對實際運行中存在的燃燒不穩定、熱效率低及NOX濃度高等問題進行研究并提出優化措施。
          首先,進行不同煤氣摻燒比工況的燃燒調整試驗,結果表明:隨著焦爐煤氣摻燒的增加,熱效率和NOX濃度均提高,鍋爐全燃高爐煤氣時,熱效率較低,NOX濃度為35mg/m3,而摻燒40%焦爐煤氣時,NOX濃度達到了431mg/m3,在綜合考慮鍋爐效率和NOX濃度的同時,認為摻燒20%焦爐煤氣較為合適,此時鍋爐熱效率為88.84%,NOX排放濃度為152mg/m3;同時進行不同摻燒比工況下的數值模擬,表明摻燒焦爐煤氣后爐膛整體溫度提高,NOX濃度受爐內溫度水平影響較大,其生成量隨著摻燒比的增加而上升,上升幅度隨摻燒比的增加而加快,且不同摻燒比工況下NOX的試驗數據與模擬結果吻合較好。
          其次,在鍋爐常規運行工況下,對穩燃裝置布置前后爐內速度場、溫度場和NOX分布進行模擬,結果表明:穩燃裝置使火焰圍繞其外圍旋轉上升,布置后的高爐煤氣著火距離比布置前近,且布置后的爐內輻射能力比布置前強,穩燃裝置可作為穩定的熱源,加強爐內輻射換熱。
          最后,在最優摻燒比例下,分別對100%、80%、60%和40%負荷和過量空氣系數α=0.9、1.0、1.1和1.2工況進行模擬,得出負荷下降使爐內溫度場水平明顯下降,NOX排放減少,40%負荷時爐內最高溫度才1371K,需考慮高爐煤氣著火和穩定燃燒問題;α過大時NOX排放濃度增加,α過小時CO的燃盡率下降,在模擬工況范圍內,α在1.1左右時,可取得較好的NOX排放和燃燒效率。
        [碩士論文] 張亮
        控制工程 黑龍江大學 2018(學位年度)
        摘要:在母管制鍋爐機組的控制過程中都會存在以下兩方面的問題:1.單爐燃燒問題:單爐燃燒時經常出現鍋爐效率偏低和NOx的排放量較高等問題。2.多爐協調問題:多爐協調時經常出現母管的壓力不穩定和機組的煤耗量較大等問題。因此,本文以大慶某熱電廠母管制鍋爐機組為研究對象,針對單爐燃燒優化和多爐協調優化進行深入研究。
          首先,針對鍋爐燃燒控制系統的主要任務,分析給煤系統、送風系統、引風系統的調節方案。根據方案中的不足提出利用神經網絡建模并通過遺傳算法尋優的單爐燃燒優化方法。然后,根據220t/h鍋爐的燃燒特性和控制需求,選擇合理的輸入和輸出數據建立鍋爐燃燒系統的RBF神經網絡模型。在此基礎上,以提高鍋爐效率,降低NOx排放量為目的,設計鍋爐燃燒優化的目標函數,并利用遺傳算法進行尋優。尋優得到的各控制變量的最佳設定值提供給鍋爐系統的基礎控制層,實現單爐的燃燒優化。接著,利用現場運行數據分析母管的壓力波動量與需要被調節的蒸汽負荷量之間的關系,求得母管當前所需的蒸汽總負荷。根據母管制鍋爐機組的煤耗特性,建立蒸汽負荷分配的數學模型并利用二次規劃算法和遺傳算法將蒸汽總負荷最優分配給鍋爐機組,實現多爐的協調優化。實驗仿真和實際運行結果表明,本文針對母管制鍋爐單爐燃燒和多爐協調提出的優化方法在提高鍋爐效率、降低NOx排放量、維持母管壓力穩定、降低機組煤耗量等方面均有較好的表現。
        [碩士論文] 周麗
        材料工程 山東大學 2018(學位年度)
        摘要:鍋爐屬于乙類特種設備,在各個領域均會使用到,是熱能生產與轉換過程中必不可少的熱力設備,因此每臺都必須經過國家安全性能監測部門監查,以保證鍋爐使用中的安全性。其中鋼架作為鍋爐主體承力設備,其穩定性決定了鍋爐的安全性和牢靠性。
          本文以70MW型水煤漿鍋爐支撐鋼架為研究對象,基于大型有限元軟件NX創建模型并分析,以MATLAB為工具編寫相關程序,完成支撐鋼架的空間靜力分析、模態分析、地震和風載作用下的動力特性,為后續結構優化設計和安全性判別提供依據,該課題具有較高的實用價值和實踐指導作用。
          首先,根據企業提供的鋼架參數建立基于NX設計的參數化模型。依據相關規范運用等效理論計算并施加恒載、活載荷及風載荷的最不利工況載荷,完成結構整體空間靜力分析,包括結構變形、應力、反作用力和彎矩并依據相關規定進行校核。
          其次,利用NX高級仿真模態分析中蘭索士法計算鋼架的自振特性。分析支撐鋼架的前30階固有頻率及模態振型,研究結構的剛度分布特點和局部振動原因,并作為后續動力響應研究的基礎。
          再次,通過NX高級仿真的響應分析功能,采用反應譜法和瞬態時程法分析地震作用下鋼架的動力響應特性。依據相關規范確定設計反應譜曲線,并對鋼架完成反應譜分析;另外,分別分析①EL-Centro波、②天津波及③人工地震波作為激勵載荷時鋼架的瞬態響應特性,計算并校核地震下鋼架動變形和強度性能。
          最后,基于MATLAB平臺,通過Monte Carlo中線性回歸濾波器法編寫程序并生成脈動時程風速。然后將平均風和脈動時程曲線作為激勵載荷,完成風載荷作用下的動力響應分析,計算并校核風載下鋼架動變形和強度性能。
        [碩士論文] 楊靜
        機械電子工程 合肥工業大學 2018(學位年度)
        摘要:隨著中國經濟的快速穩步發展,煤炭消耗量持續增加,工業鍋爐的數量也在與日俱增。由于中國燃煤工業鍋爐具有熱效率低,污染高,分布廣的特點,對生態環境和能源安全帶來了巨大威脅。因此,加強對于鍋爐能效及排放的監管具有重要意義。
          本文在詳細闡述了課題的研究背景、國內外現狀以及研究目的后,討論了現有的無線通信方式和現有的軟件網絡架構,提出了一種基于433MHz RF技術和GPRS通信技術,以B/S模式實現的鍋爐能效及排放遠程監測平臺。本系統在局域網以433MHz RF技術組建通信網絡,在廣域網上通過GPRS通信技術與遠端服務器相連接,監管人員通過瀏覽器即可遠程監測鍋爐的運行情況,通過對能效或排放數據的分析,便于采取相應的措施。
          系統硬件主要由傳感器采集模塊和集中器接收處理模塊兩個部分組成,圍繞MSP430F149單片機、SI4432射頻芯片和SIM900A芯片進行硬件電路的設計。在集中器接收處理模塊上集成了433MHz通信子模塊和GPRS通信子模塊。傳感器采集模塊直接與傳感器相連接,集成了433MHz通信子模塊。在軟件設計上,系統以B/S為軟件網絡架構,并將軟件設計分為數據采集終端、TCP/IP服務器端和人機交互界面三個模塊。在服務器端使用MINA通信框架實現與現場采集硬件的通信,并與MySQL數據庫連接完成數據的存儲。在人機交互界面模塊,采用了EasyUI技術、FLASH技術和百度地圖,實現了鍋爐運行狀態和能效及排放數據的Web頁面展示。
        [碩士論文] 戴寶鑫
        動力工程 東南大學 2018(學位年度)
        摘要:在國家大力倡導節能減排的背景下,兼顧環保和經濟兩方面特點的超臨界CFB機組越來越多得到行業的重視,針對此類機組的建模與控制研究也日益增多。但目前已投產的此類機組較少,相關特性試驗、運行經驗十分匱乏。其協調控制系統的設計與優化套用傳統煤粉爐的“PID+負荷前饋解耦”的控制策略,缺少對流化床機組自身特點的考慮,難以實現復雜對象的控制目標。因此針對此類機組建立較為精確的數學模型,采用先進的控制算法設計和優化機組的協調控制系統,對保證機組安全、經濟、環保地運行具有重要的應用價值。本文主要研究內容包括:
          1)通過對循環流化床鍋爐燃燒系統的主要設備、工作原理、重要變量控制問題的詳細闡述,總結出循環流化床鍋爐控制的難點和特點。其次介紹了狀態空間辨識算法的原理并借鑒以往超臨界機組的3輸入3輸出的模型結構,建立了一種新型4輸入4輸出的機組模型。并結合輸入輸出數據辨識得到該機組在典型工況點下的狀態空間模型,對模型的精度和有效性進行了驗證。
          2)根據所建立的機組模型,提出了一種4*4的超臨界CFB機組的協調控制結構;并將一種新型熱量信號引入該協調控制系統的設計中,用于煤質校正。根據上述設計的控制結構,采用多變量約束預測控制算法設計該機組協調控制系統的控制器。仿真過程中采用軟約束方法優化處理變量約束無解問題,通過AGC負荷跟蹤性能和預測算法抗干擾性能的仿真實驗,從跟蹤、解耦、魯棒性等不同角度驗證該算法在協調系統中的控制性能。
          3)采用MATLAB和C++設計了該機組的協調控制優化軟件;針對該電廠實際情況進行DCS系統內邏輯組態的設計和修改;并對優化控制軟件的實驗室測試進行了分析和現場調試準備進行了說明。
        [碩士論文] 趙雨蘭
        動力工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:近年來,隨著新能源電力的增加,火電要為清潔能源的發展讓出空間。新能源具有波動性和不確定性,尤其是新能源中發電裝機容量比較大的風電具有顯著的反調峰特性。為了保證電網供電質量,需要火電參與調峰以促進新能源的消納。在我國的能源結構中,燃煤機組在火電裝機占主導地位,因此燃煤發電機組參與調峰勢在必行。
          隨著國家對高煤耗低參數機組的淘汰,300MW級別的汽包爐和600MW直流爐已經成為調峰的主力軍。機組調峰運行時,會帶來包括承壓部件低周疲勞、水動力不穩定、燃燒不穩定等問題。為了對承壓部件的壽命進行科學的預測與管理,本文選取汽水分離和汽包為研究對象,利用ANSYS數值分析的方法計算超臨界鍋爐在不同啟動方式和不同調峰深度運行過程中的應力,利用簡單參數法計算汽包爐危險點在不同啟動方式和不同調峰深度運行過程中的應力。根據應力值計算不同運行工況的壽命損耗,從而可以減小調峰對鍋爐壽命帶來的影響。
          對于本文研究的350MW汽包爐,熱態啟動的應力要大于低負荷運行調峰過程中的應力,因此從減小汽包壽命損耗考慮,機組調峰時建議采用低負荷運行方式進行調峰。對于本文研究的600MW直流爐,當調峰深度小于65%時,建議采用低負荷運行進行調峰。當調峰深度大于或等于65%時,電廠實際運行過程中可以選擇低負荷運行方式進行調峰,也可以選擇兩班制進行調峰。
        [碩士論文] 牛晨巍
        動力工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:循環流化床鍋爐具有對煤種的適應性廣、燃燒效率高等優點,因此在國內得到了廣泛的應用。循環流化床鍋爐區別于其他鍋爐的重點就是床料流化燃燒,一次風經過布風板上方風帽形成射流,使床料達到流態化,保證氣固兩相發生充足的摻雜,不僅延長了床料在爐膛中的停留時間,同時也加強了氣固兩相問的換熱。而風帽是保證床料達到均勻流態化的關鍵,實際運行中的風帽易發生磨損,影響機組安全、穩定、經濟運行,因此開展風帽的阻力特性研究,優化風帽的結構,進而降低風帽磨損率、延長使用壽命,具有重要的實際應用價值。
          本文針對新疆某循環流化床鍋爐鐘罩型風帽磨損問題進行了深入研究,采用理論、阻力特性實驗、數值模擬三種方式對現役風帽的阻力特性進行分析,進而提出現役風帽的優化方案,改善磨損狀況。首先根據經典流體力學知識,分析了鐘罩型風帽阻力測試原理,對鐘罩型風帽阻力測試系統進行了初步設計,通過數值模擬確定了實驗臺結構參數,并搭建了鐘罩型風帽測試實驗臺;其次利用CFD軟件建立了風帽模型,通過與實驗數據的對比驗證,得到了準確性較高的模擬模型;綜合實驗與模擬兩種方式的研究結論,得到了風帽外罩厚度、環隙面積、出口小孔等結構因素對風帽阻力的影響規律;在此基礎上,提出了現役風帽結構的優化方案,通過CFD軟件的數值模擬驗證,確定了最終的優化方案。
        [碩士論文] 胡雍勝
        動力工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:在當前及今后大量可再生能源接入電網的背景趨勢下,電網調峰面臨的壓力日益增大,作為一種電網調峰的主要方式,燃煤發電機組如何靈活和環保地運行成為近期運行中需要重點關注問題。
          燃煤鍋爐由于設計煤種、運行方式和受熱面系統的差異,不同鍋爐靈活性改造方案是不同的。本文針對燃煤鍋爐靈活性幾個方面:1)如何保持燃煤鍋爐脫硝裝置全負荷范圍內入口處煙氣保持在足夠高溫度;2)如何保持低負荷水冷壁質量流量;3)如何保證低負荷運行時的過熱和再熱蒸汽溫度參數幾個方面展開研究。以降低燃煤電廠的最低運行負荷為目的,分別提出了省煤器旁路循環、給水再循環和煙氣再循環等方式來提升鍋爐靈活性的系統和設備改造方案。本文采用熱力仿真軟件Ebsilon Professional建立鍋爐受熱面模型,對某600MW亞臨界鍋爐、某1000MW超臨界及某1000MW超超臨界二次再熱機組圍繞上述三個方面進行全廠鍋爐和汽輪機熱力系統建模,分析和計算各鍋爐不同方案下各受熱面處煙氣和工質側過熱和再熱蒸汽溫度,鍋爐熱效率等工作參數變化。采用不同設備和系統改造方案,實現某亞臨界鍋爐脫硝裝置入口煙氣溫度全負荷的提升、某超臨界鍋爐直流本生點降低增加鍋爐靈活運行范圍和某超超臨界二次再熱鍋爐再熱蒸汽較低負荷下汽溫偏低問題,最終實現了各類型鍋爐的靈活運行能力提升。
          經分析計算得出如下結論:三臺鍋爐實施相應改造方案后,SCR入口的煙氣溫度均有顯著提升,靈活性因此指標也有一定提升。其中1000MW超臨界直流鍋爐由于增加了低負荷工況下水冷壁的質量流量,直流運行點由30%THA下降到27%THA;1000MW超超臨界二次再熱鍋爐低負荷再熱蒸汽欠溫的問題也得到解決,且再循環煙氣溫度越高,提升效果越明顯。改造后,鍋爐排煙溫度略有升高、鍋爐效率小幅下降。
        [碩士論文] 李亞華
        動力工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:汽輪機高背壓供熱技術回收部分冷源損失用于供熱,減少抽汽量,使得汽輪機高位能用來發電,低位能用來供熱,實現了梯級利用能量,使機組的循環熱效率增高。汽輪機高背壓供熱雖然有許多優點,但機組在運行中也存在一些安全問題,有許多新的技術問題需要分析研究。高背壓改造的雙轉子互換技術,在供熱期間采用為高背壓運行設計的低壓轉子,夏季使用原來的凝汽式轉子,轉子改造前后的質量和剛度分布不同,需要保證改造后轉子安全工作。汽輪機低壓轉子支承軸承為座缸式軸承,容易受到汽缸變形影響,高背壓機組在運行過程排汽溫度和壓力不穩定,影響低壓轉子支承軸承標高,造成軸系各軸承負荷重新分配,引發動靜摩擦、油膜失穩等振動故障,嚴重時甚至引發機組停機。
          針對上述問題,本文以高背壓供熱汽輪機低壓轉子為研究對象,開展了以下工作:
          (1)針對高背壓供熱汽輪機低壓轉子,采用三維建模軟件SolidWorks建立低壓轉子模型并對其進行等效簡化,利用Ansys Workbench模態分析功能進行汽輪機低壓轉子-軸承系統的計算模態分析,獲得該轉子-軸承系統的模態參數,并對高背壓供熱改造前后汽輪機低壓轉子模態特性進行對比分析,研究高背壓供熱改造前后汽輪機低壓轉子的模態頻率與振型的變化規律
          (2)針對高背壓供熱機組排汽溫度升高現象,分析低壓轉子支承軸承標高變化對轉子模態參數的影響,應用ROTLINE軸系載荷計算程序計算軸系不同標高對應的軸承載荷,通過有限差分法求解雷諾方程,解出不同軸承載荷對應的軸承動力特性系數,最后通過在ANSYS改變軸承的動力特性系數,進行低壓轉子在不同支承軸承標高下的模態分析,研究低壓轉子支承軸承標高變化對轉子模態參數的影響。
        [碩士論文] 陳宇
        動力工程及工程熱物理;熱能工程 華北電力大學;華北電力大學(北京) 2018(學位年度)
        摘要:目前,國內電站污染物研究方面,對于SO3生成狀況研究較少。考慮到鍋爐運行時,SO3在煙氣流動過程中有一定的生成,且煙氣中大量攜帶的飛灰也會對SO3的生成有明顯的影響,因此研究飛灰對SO3生成的影響具有現實意義。尤其是在燃用高硫煤情況下,煙氣中生成的SO3濃度更高,造成的鍋爐設備腐蝕和空預器堵塞問題極為嚴重。
          本文選取六種不同硫含量煤粉,通過工業分析,元素分析,灰成分分析,結合XRD和定硫儀硫析出電解曲線,研究不同種煤粉的性質和硫份析出特性。結合相關計算方式,確定每種煤粉在爐內燃燒時,產生的理論SO2濃度。通過SO2-SO3轉化實驗,研究不同煤灰SO3生成狀況,以及硫酸鹽組分對SO3生成影響。
          通過定硫儀測量煤粉及煤灰硫分數據發現,對于同一種煤粉,0-500℃是硫分析出的主要溫度區間,900-1200℃析出的硫分要高于500-900℃溫度段。通過XRD實驗研發現,在2θ=25.5°處出現的Na2SO4的峰在900℃下消失了。因此,部分硫酸鹽在中高溫下會與灰中其他物質結合,形成復雜的硫酸鹽化合物。
          通過SO3生成實驗發現,各煤灰SO3生成濃度均呈現隨溫度升高而增加的趨勢,同時與煤種預估SO2濃度有密切關系。將SO2濃度和氧量濃度作為變量,進行實驗研究發現:隨著SO2濃度的增加,SO3的生成濃度逐漸增加,SO3生成率則逐漸降低。當氧量低于5%時,氧濃度對8O3生成率影響較大,當氧量高于5%,8O3生成率趨于穩定,降低氧量對SO3生成有重要的抑制作用。
          飛灰中添加MgSO4和CaSO4與不添加硫酸鹽相比,其SO3生成率和生成量略有下降。MgSO4與CaSO4均會與灰中的Fe2O3發生反應,生成復雜的無機礦物質,降低了鐵系氧化物含量,導致轉化率降低。添加K2SO4、Na2SO4后,由于在高溫區間里,K2SO4和Na2SO4與飛灰中的某些化合物結合生成了較為復雜的復合硫酸鹽,SO3的生成量和生成率均有所升高。添加復合硫酸鹽NaFe(SO4)2與KFe(SO4)2后,SO3生成量隨著溫度變化的趨勢發生了明顯變化。
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