回转式空气预热器积灰模型构建与积灰工况传热性能研究

为了量化研究积灰状态下回转式空气预热器(空预器)对运行条件的敏感性,构建基于局部热非平衡模型的三方程回转式空预器热力计算模型,探究了积灰分布与运行条件对空预器传热性能和硫酸氢铵(ABS)沉积的综合影响,对比分析了积灰热阻与热容对空预器的影响规律。计算结果表明:积灰热阻对传热性能的削弱效果远大于积灰热容对传热的强化效果;冷段积灰比例的增加使得ABS沉积区比例增大;当蓄热元件表面积灰厚度增加时,提高转速、增大流量或提升机组负荷对改善传热性能及减小ABS沉积区比例的效果尤为显著;改变流体温度对空预器性能的影响较小;当机组负荷由50%增加至100%时,ABS沉积区比例在清洁状态下的减小量为5%,在冷段积灰厚度为2 mm时提高至7%。研究结果可为针对性地调整空预器运行参数,从而优化传热效果及减轻积灰腐蚀提供参考。

非稳态流动下浮动核反应堆管内热工水力特性数值研究

受海洋条件影响,浮动核反应堆(FNR)回路冷却剂会发生周期性流量波动现象,影响系统热工水力特性。通过理论推导和数值模拟相结合的方式,研究了脉动流条件下管内速度与温度分布特性,并对比了不同数值模拟边界条件对脉动流条件下圆管内速度和温度分布的影响。结果表明:高频脉动流条件下,管内层流在壁面附近会出现回流现象,并且壁面效应会随着脉动频率的增大而增大,使用脉动速度入口和压力出口作为数值模拟边界条件无法预测出这一回流现象,而使用波动的压力入口和流量出口可以捕捉高频脉动流的回流现象;脉动流条件下,管内温度波动幅度随脉动频率的增大而逐渐减小;数值模拟较好地模拟脉动流条件下管内的温度,误差小于2%,为使用数值模拟方法准确预测脉动流流场与温度场提供参考。

我国高碱煤燃烧特性研究和工程应用进展

我国具有丰富的高碱煤资源。从基础研究、关键技术和工程实践等方面对高碱煤燃烧技术的研究和工程应用进展做一个较为全面的综述和总结,特别介绍了液态排渣锅炉全烧新疆高碱煤的机理研究和实践最新状况,以期为后续开发更为经济、可长期安全大比例掺烧甚至纯烧新疆高碱煤的燃烧技术提供参考。

燃用高碱煤锅炉受热面结焦及其防治研究概述

以准东煤为代表的高碱煤虽储量巨大,但火电机组掺烧高碱煤过程中造成锅炉受热面结焦问题突出,不仅降低锅炉热效率,而且严重威胁机组安全、稳定、经济运行。为解决结焦技术难题,促进高碱煤掺烧利用,对燃用高碱煤锅炉受热面结焦及其防治研究进行了综述。截至目前,国内外围绕燃煤锅炉受热面结焦特征、结焦机理、影响因素、防治措施等已经开展了广泛研究并取得了丰硕的研究成果。在控制燃煤质量、改善锅炉结构、优化锅炉运行等措施基础上,在锅炉受热面制备涂层成为防治结焦的重要技术途径。在未来研究过程中,涂层在具备突出抗结焦性能的同时,须兼具优良的耐高温、抗腐蚀、耐磨损、导热性、热疲劳等综合性能,且具有良好的制备经济性、制备效率,特别是现场适用性。

考虑热障涂层及冷却结构影响的某F级燃气轮机火焰筒数值研究

以某F级燃气轮机燃烧室火焰筒为研究对象,考虑热障涂层及冷却结构对火焰筒气动传热影响,基于流热固耦合方法对额定工况下的火焰筒进行了内部流场、温度场和应力场分析,并将数值分析结果与火焰筒实际损伤情况进行对比。结果表明:数值分析结果的火焰筒高应力区域与火焰筒实际损伤区域基本吻合,采用流热固耦合方法可以预测火焰筒实际损伤情况;不同位置的热障涂层陶瓷层隔热效果相近;基体和热障涂层陶瓷层在冷却结构附近的区域均为高应力区域。

高温气冷堆热态功能试验中一回路加热动态特性研究

高温气冷堆反应堆压力容器堆内构件由石墨和碳化硼烧结陶瓷材料组成,热态功能试验过程中需对一回路堆内构件进行加热除湿。针对高温气冷堆一回路热试系统特点,采用COMSOL Multiphysics 5.4计算软件构建了压力容器、蒸汽发生器和主氦风机三维数值模型,并通过示范工程加热试验值验证了模型的可靠性,并获得了一回路加热过程中温度场动态特性。为了解决高温气冷堆示范工程一回路首次加热效率低的问题,提出了将辅助蒸汽通入到蒸汽发生器,并动态调整辅助蒸汽运行参数来加热一回路氦气的方法,结果表明:相较于主氦风机单独加热方式,外加辅助蒸汽热源可节省加热时间约31.3 h,同时可将堆芯最终平衡温度由250℃提高至265℃;在满足运行准则的前提下,更有利于碳砖和石墨堆内构件的除湿。该研究结果为高温气冷堆一回路热试提供了有力支持。

基于SOEC-OEC双工艺耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术研究

现有火电灵活性改造方案难以消除频繁快速变负荷所带来的热力系统寿命折损与机组安全运行风险,为保障火电机组参与电网调峰的安全性、经济性与健康性,提出并构建了基于固体氧化物电解槽(SOEC)制氢技术与燃烧器局部富氧燃烧(OEC)技术相耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术方案。以某超超临界1 000 MW二次再热机组为计算示例,对SOEC-OEC系统参与70%~100%的电网深度调峰进行了能效计算,并与常规碱性水电解制氢(ALK)系统进行了比较。计算结果表明,SOEC-OEC技术方案中抽汽电解制氢系统的能效高达49.86%,相比ALK系统提高约26.40%;富氧助燃系统最大可减少锅炉排烟量达23.7%,降低机组供电煤耗2.83 g/(kW·h),减少碳排放约2.82 t/h。此外,SOEC-OEC系统还可为机组带来超额的调峰补贴收益、氢气售卖收益、富氧节煤降碳收益以及设备延寿延保收益等,充分保障了火电调峰过程的经济高效、安全环保。

330MW机组大流量工业供热改造研究

研究分析了330MW亚临界汽轮机大流量工业供汽改造的技术方案,对比分析了常规冷热再抽汽供热、增设小背压机供热、级间抽汽供热及中排供热等方案,最终选取了增设级间三段抽汽供热结合汽轮机通流改造的方案,该方案具有较高经济性和安全性,可以为同类型机组提供参考借鉴。

电阻式熔盐加热器内部传热特性研究

高温熔盐电加热器是储热系统中实现电热转换的核心设备,掌握内部温度分布特性是推动其结构优化的关键。文章建立了传统电阻式熔盐加热器计算模型,采用CFD软件,通过求解三维N-S方程和能量方程,研究了加热器内部温度分布特点,得到了电加热器内部温度分布在不同工况下的变化规律。结果表明:沿流动方向上熔盐和管壁温差逐渐增加,而多组串联布置能够有效降低传热温差,在加热器连接处二者温差可从27℃降低至2℃;同时,由于内部加热管密集程度不一致,横截面内中心位置熔盐、电阻丝、填充材料温度明显高于边缘位置,且伴随着负荷的增加温度梯度也逐渐增加,当平均热流密度从5.71 W/cm^(2)增加至28.57 W/cm^(2)时,截面熔盐温差从49℃升高至68℃,可以看出,合理分配电加热管排布是降低截面温差、减小热应力的关键。

城市固废垃圾热解气化制氢技术研究及进展

热解气化技术是利用缺氧、高温、气化等方法将固废垃圾资源进行减量无害化的处理技术。本文阐明了垃圾热解气化制氢的基本原理和特性指标,以及热解气化过程中物料的热值粒径、含水率和温度、气化剂、灰熔点等对垃圾气化制氢的影响规律;重点介绍了垃圾气化热解气化–焚烧、热解气化–熔融两种热解气化工艺;指出了垃圾热解气化制氢技术在减碳降碳、经济性方面的优势,并对固废垃圾制氢的应用前景进行了展望。垃圾热解气化将成为未来生活垃圾处理及氢能领域新的发展方向。

热网蓄热特性及其对机组调峰能力的影响研究

为了提高热电联产机组调峰能力,利用热网蓄热实现机组的“热电解耦”。建立了某350 MW热电联产机组及其热网系统的动态仿真模型,研究了热网及其热用户在蓄/放热阶段的动态特性及环境温度对机组调峰能力的影响规律。结果表明:热用户滞后时间随着热用户与换热首站的距离的增加而增加,同时也受自身热负荷的直接影响和其余热用户热负荷的间接影响;热网相对蓄/放热功率在改变抽汽质量流量后先迅速变化再缓慢变化;热用户温度近似呈线性变化,其变化速率随着抽汽质量流量变化幅度的增大而增大,且开始变化时间也随之提前;机组最大调峰能力随着环境温度降低而略有增加,环境温度从0℃下降至-15℃时,机组调峰能力从23.8 MW增加至29.7 MW;增加蓄热时长,提高蓄热温度,降低放热温度均有利于提高机组调峰能力。

基于CNN-LSTM-Attention的工业控制系统网络入侵检测方法研究

随着各类网络攻击事件的增加,能源电力基础设施中工业控制系统安全问题也逐渐成为人们关注的焦点。结合电力系统的特点,提出一种融合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络和注意力(Attention)机制的CNN-LSTM-Attention网络入侵检测算法模型,通过在实验室仿真环境中构造和采集600 MW燃煤机组制粉系统在3种典型工况下受到网络攻击的运行状态数据集,对所提出的检测算法模型进行训练和评估。结果表明:相较于CNN、LSTM模型,所提出的入侵检测算法模型性能最优;模型准确率、精确率、召回率等评级指标均为最好,综合评价优于其他的入侵检测方法。该入侵检测算法模型具有较强的创新性和实用性。

辅助燃煤机组AGC调节的熔盐电加热器动态性能研究

燃煤机组耦合熔盐电加热器系统可大幅提升其调频调峰能力。基于Modelica语言建立了熔盐电加热器的动态模型并完成了试验验证,揭示了熔盐电加热器在熔盐流量扰动和机组自动发电控制(AGC)负荷扰动下的动态特性。基于其动态特性提出了“前馈+PID”调节的温度控制方法,计算分析了熔盐电加热器辅助燃煤机组AGC调节时的电负荷变化特性和热力参数变化特性。研究结果表明,配置10 MW熔盐电加热器可使660 MW燃煤机组AGC变负荷速率提升340%,且所提控制方法能够维持电加热器热力参数的稳定。

PEO/rGO复合电热膜的制备及电热性能研究

采用导电性能优异的还原氧化石墨烯(rGO)为导电填料,以高分子聚合物聚氧化乙烯(PEO)为粘结剂,以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂配制成导电浆料,通过刮涂法高温固化得到聚氧化乙烯/还原氧化石墨烯(PEO/rGO)复合电热膜。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪对复合电热膜进行分析表征,并测试了其电学特性和电加热性能。结果表明:PEO/rGO复合电热膜的方阻随着rGO含量的增加而逐渐下降,且方阻的下降速度由快到慢;PEO/rGO复合电热膜的升温速度随着导电填料rGO含量的增加逐渐变缓;当rGO含量较多、PEO含量较少时,会造成升温速率下降,也会造成电热平台不稳定;当rGO质量分数为20%时,在施加18V直流电压下复合电热膜可快速升温至43℃,并且表现出平稳的电热平台和较高的电加热效率,能够满足低温高效率复合电热膜的使用要求。

磷酸铁锂储能电池过充热失控的多参量特性分析及热失控抑制技术研究

方形铝壳磷酸铁锂电池在过充等条件下容易造成电池内短路,严重威胁储能电站的安全运行。该文搭建了电池过充热失控多参量特性原位测试平台,将电池放置在模组壳内部试验以模拟实际电池的静态封闭环境,采用设计的气体原位监测系统监测CO、CO_(2)、H_(2) 3种气体的体积分数,使用高温电阻应变片测量电池过充膨胀形变。研究了不同充电倍率、不同容量电池的过充热失控现象与电压、温度、产气、形变特征;针对电池热失控抑制问题,设计了基于热敏绝缘材料的自触发电池热失控抑制装置。结果表明:方形铝壳磷酸铁锂电池通常在防爆阀开启前数秒可以检测到少量CO和H_(2);电池中间首先出现膨胀形变,检测到形变至少比检测到气体早243 s,至少比电池短路提前248 s,表面形变可作为电池过充热失控预警的有效指标;设计的自触发电池热失控抑制装置可以将电池过充热失控最高温度从358.80℃降低到259.06℃,装置同时兼具体积小、成本低、无需供电且反应后不影响其他电池等优势,可有效实现储能电站的分布式热失控抑制。研究成果对磷酸铁锂储能电站安全预警具有重要意义。

双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算及数值模拟研究

对液态排渣锅炉的深入研究将会推动纯燃高碱煤技术的推广。以一台超临界350 MW机组直流双U型火焰液态排渣锅炉为研究对象,以燃烧室、捕渣管束和冷却室为单元,从热平衡的角度出发展开热力计算,并借助数值模拟手段,研究了炉膛内设计工况下的流场、温度场和组分场及其在变负荷时的变化情况。热力计算和数值模拟表明,几处烟气温度结果偏差都低于40.0℃。燃烧室出口烟气温度偏差仅为1.2℃,冷却室出口烟气温度偏差为15.6℃。经过验证和比较,所采用的热力计算方法可以应用于双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算。数值模拟结果显示,炉内空气动力场良好,旋流形成的回流区可以增加煤粉颗粒在燃烧室的运动路径,促进煤粉的燃尽。烟气在流经捕渣管时,温度大大降低,同时流场也受到了一定的扰动,可以有效捕捉灰渣。在变负荷工况下,炉内的速度场按负荷降低成比例下降,回流区的大小基本不变。炉内的温度水平降低,当给煤量由100%降至75%时,燃烧室出口烟温降低了约75℃,而冷却室出口烟温降低了约200℃。本研究可为双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤提供参考。

变负荷工况下并联管内超临界水脉动流动及换热特性

为了避免流动不稳定现象对水冷壁安全运行产生严重的影响,该文通过实验研究机组变负荷过程中,并联水冷壁管内超临界水的脉动流动及其换热特性。以Φ25×3 mm的1Cr18Ni9Ti并联管为实验段,在压力23~30 MPa,质量流率0.05~0.2 kg/s,入口水温200~390℃,入口压降系数0~5.5,热流密度0~500 kW/m^(2)的范围设置不同实验组,通过增加实验段热负荷进行实验。通过实验观察到不同类型的脉动及其边界,记录通道内质量流率和压力的变化,得到壁面温度的振荡曲线,分析了脉动流动的规律以及脉动对换热的影响。结果表明:低频、Ⅰ类高频和Ⅱ类高频3种脉动随着热负荷的增大依次出现。低频脉动和Ⅱ类高频脉动分管参数和总体参数同相脉动,而Ⅰ类高频脉动是管间脉动,主管道的流量几乎不会波动。对于低频脉动,振幅和频率的增大都会使通道中低比热流体的含量增大,从而降低流体换热能力;对于高频脉动,振幅的增大会减弱边界层热阻,有利于换热;频率的增加加大了通道中流体之间的能量交换,抑制了管子与流体之间的换热。可知,流动不稳定现象具有复杂的换热特性,应尽量将运行工况设定在脉动边界以外。

混合储能调频工程经济性提升策略研究及应用

储能系统辅助火电机组调频受到储能器件容量限制,其输出功率无法长时间跟踪指令功率,同时锂电池储能也存在安全隐患、循环寿命限制与提升机组调频收益增益有限等问题。为此,利用超级电容高循环寿命、高安全性的特性,在Matlab/Simulink中构建混合储能系统辅助燃煤火电机组调频的仿真模型。结合火电机组和储能系统运行状态,进而设计了一套基于指标计算与模糊控制协同的控制策略,实现了动态工况下混合储能系统出力的自适应调整。仿真验证表明该控制策略能够有效延长锂电池的使用年限并且高效利用混合储能的剩余电量。相比于传统的混合储能系统策略,该控制策略降低了锂电池60%的日均使用次数,调频性能综合指标提高34%,日均收益提高2万元,具有较高的工程应用价值。

热电联供电厂厂级供热集中智能管控系统开发及应用研究

为了解决多台机组供热负荷调节分散、供热系统压力波动大、供热经济性差的问题,首先提出基于MODBUS通信方式下多台机组供热单元互联控制的厂级供热集中智能管控系统;然后,结合机组实际性能试验数据建立机组性能仿真模型,获得不同电负荷下冷热再抽汽量与煤耗量的关系;最后,考虑机组安全运行边界,建立适用于多台机组热负荷经济分配的数学模型,以厂级总耗煤量最低寻优为目标,获得各机组热负荷分配方案,并成功在某装机6台、总容量3320 MW燃煤电厂实现了工程示范应用。结果表明:厂级供热集中智能管控系统可采用流量指令方式在机组安全运行边界内对各机组供热流量进行自动调节;全厂对外供热流量在50~400 t/h之间变化时,厂级供热集中智能管控系统可将供热母管压力控制在设定值的±0.03 MPa以内;通过对总供热负荷智能寻优分配,全厂总煤耗量可降低0.13~3.53 t/h。

析湿工况下平直开缝翅片传热传质特性的数值研究

针对现有冷凝模型计算中未考虑对流传质对传质通量的影响,利用Fluent软件中的UDF建立了新的对流冷凝传热模型和基于场协同理论的传热传质特性分析方法。使用新的冷凝模型和分析方法对除湿条件下,入口参数、翅片结构、开缝位置对平直开缝翅片换热器湿空气侧的流动、传热和传质特性的影响进行了研究。结果表明:考虑对流传质的冷凝模型准确度得到提升;传热量、冷凝量随翅片表面开缝高度的增加先减小后增加;上游开缝翅片管的传热量、冷凝量均低于下游开缝翅片管,利用建立的分析方法发现,相同边界条件下,下游开缝翅片的传热场协同角αm、传质场协同角βm均小于上游开缝翅片,表明下游开缝翅片的速度场、温度梯度场和浓度梯度场的协同性更优,传热传质能力更强。