国产镍基合金C-HRA-1以及C-HRA-2在超临界水中的氧化性能研究

针对超(超)临界电站锅炉高温受热面材料蒸汽侧氧化问题,该文开展国产镍基合金C-HRA-1在620~650℃/25 MPa以及C-HRA-2在650℃/25 MPa超临界水环境的氧化实验研究。利用精密电子天平、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)以及原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)等对材料氧化动力学、氧化膜微观形貌以及氧化膜物相组成进行分析。同时,开展600℃/25 MPa超临界水环境氧同位素标记实验,探究镍基合金C-HRA-1在超临界水中的氧化机理。结果可知,C-HRA-1与C-HRA-2氧化后的主要物相为Cr_(2)O_(3)和NiCr_(2)O_(4),NiO、CoO、MoO_(3)以及NiFe_(2)O_(4)也被检测到;合金中阳离子向外扩散导致了氧化膜的生长。国产镍基合金C-HRA-1在超临界水中表现出较高的抗氧化性能。

超临界水环境中应变速率对国产镍基合金应力腐蚀开裂敏感性的影响

采用慢应变速率试验(SSRT),研究了不同应变速率下国产镍基合金C-HRA-1在650℃、25MPa超临界水环境中的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的断口形貌和表面裂纹形貌,采用能谱仪(EDS)分析了裂纹尖端附近的元素组成及分布。结果表明:在不同应变速率下,C-HRA-1均表现出SCC敏感性,随着应变速率的降低,SCC敏感性逐渐升高;在应力腐蚀过程中,裂纹的形成与扩展受氧化和力学耦合作用的影响,裂纹尖端发生了晶界氧化,裂尖结合力降低,从而导致裂纹扩展。

700℃实炉验证试验平台过热试件热流密度测量及壁温分布研究

随着锅炉主蒸汽参数的提高,炉内受热面壁温的监测对于安全运行日益重要,并且有利于根据壁温分布进行选材,降低造价。南京电厂700℃验证试验平台炉内过热试件分布着12个牌号的材料,掌握锅炉管壁温分布及其随负荷变化的规律,是准确分析材料验证情况的基础。采用火焰强度热流计对炉内热流密度的空间分布进行实际测量,结合受热面进出口蒸汽参数的实际测量结果,对炉内壁温分布进行计算,结果表明:过热试件不同方向的热流密度在15~180kW/m^(2)范围内,并呈现明显的规律性,其中收到来自前方的热流密度最大、下方的热流密度其次,并且屏底热流密度最高、炉顶位置热流密度最低,屏底水平管平均热流密度约为垂直管的1.3倍。根据热流密度空间分布测量结果计算的过热试件壁温沿着蒸汽流程方向快速增加,在屏底位置出现一个小的峰值,然后增速放缓、最后在靠近管屏出口处略有下降;而管壁和蒸汽温差呈现先增加后减少、并在屏底出现明显峰值的现象,最外侧管屏底最大温差达到约88℃,屏顶温差则降低到约25℃。锅炉负荷越高,热流密度越大,同时壁温沿程增长速率越高。炉内壁温测量元件与壁温计算结果的最大温度偏差小于2%,两者具有良好的一致性。根据壁温计算结果对过热试件进行选材,约有51.2%的锅炉管须采用镍基合金材料,相比全部采用镍基合金材料可大幅降低成本。

燃煤电厂大气汞排放监测方法分析及试验研究

准确测量燃煤电厂的大气汞排放浓度,是掌握燃煤电厂汞排放量、开展汞污染控制的关键。目前,国内外采用的燃煤电厂大气汞排放监测技术主要有:安大略法(OHM)、在线连续监测法(CEMS)、吸附管离线采样法(30B)、高锰酸钾-冷原子吸收分光光度法(HJ 543-2009)。文中对上述4种方法分别进行了阐述和分析,介绍了四种方法各自的优缺点。在此基础上,开展了对比试验和研究。试验结果表明:30B法和Hg-CEMS法在测量总汞时的数据一致性良好;而采用HJ 543-2009方法时的测量结果,比采用30B方法的测量结果偏低。因此,国际上采用的方法由于设计严谨并有严格的质量控制,因此具有较高的测量准确度。

300MW机组循环流化床锅炉燃烧调整的试验研究

针对新疆米东热电厂300MW机组循环流化床(CFB)锅炉床温高、炉内温度不均、稀相区灰浓度低等问题,从总风量、流化风、入炉煤粒度、上下二次风、床压、播煤风等方面进行了燃烧调整试验。结果表明,通过增加总风量和入炉煤粒度、调节一次风和二次风量的配比等措施,在不增加一次风的情况下,可使平均床温由调整前的940℃降至910～920℃,锅炉热效率达到92.15%,效果显著。

二维交流滑动弧放电物理参数分析

笔者对刀片式交流滑动弧放电过程进行了系统的分析,考察了进气流量、电极间距等因素对放电电压、电流、放电功率、对流换热等物理参数的影响。实验结果表明:当流量较低,如0.9L/min时,放电电压随着弧长增加呈现二次曲线增长;当流量提高,超过10L/min时,放电电压在电弧较短区域变得紊乱。放电功率随着气流量的增加,先线性增长后保持稳定,而单位气流量能耗持续下降,从而可以将滑动弧放电随流量变化分为3个阶段,其中10～35L/min的中等流量适用于气体处理。在每半个周期内,放电功率近似正弦变化,而热损失以对流换热为主,据此可以对滑动弧放电平衡—非平衡特性进行定量分析,当放电功率高于对流换热时为平衡态,反之为非平衡态。

滑动弧放电等离子体重整甲烷制取合成气

考察了在常温常压条件下利用滑动弧放电等离子体,使CH4与CO2重整制取合成气的效果,分析了供给电压、原料流速、预热温度等参数对转化率、选择性和制氢能耗的影响.结果表明,滑动弧放电可突破常温时热力学平衡的限制,有效促进重整反应的进行.与其他等离子方法相比,滑动弧放电的能量效率显著提高.增大电压或预热温度,可提高氢气选择性,促进氢气生成;增加流量,能量效率随之提高,但流量过大时,氢气选择性显著下降.当CH4与CO2的量比为1∶1、供给电压为8640V、喷嘴流速为130m/s、预热温度为400K时,制氢综合能耗最低,为103.1kJ/L,此时单位氢气电耗为18.6kJ/L,转化能力为6.37mmol/kJ.

燃煤锅炉氧化协同脱汞试验研究

在燃煤锅炉上新建立了一套炉前加入卤化物添加剂的全烟气氧化协同脱汞系统,对入炉煤、炉底渣、飞灰、脱硫石膏、脱硫废水和排放烟气进行了脱汞前、后全口径汞平衡测量,并采用吸附管离线采样法测量了湿法脱硫(WFGD)前、后的烟气总汞量和分形态汞含量分布。采用添加卤化物的氧化协同脱汞技术在最佳添加剂Br/Hg摩尔比为3 670下,持续运行1年后的结果表明:在入炉煤中加入卤化物添加剂后,脱硫前烟气中Hg2+的质量分数由30%升至80%;飞灰和WFGD的脱汞量分别增加了0.9和1.5倍;整体脱汞效率从33%升至90%,烟气排放的汞质量浓度从2.21μg/m3降至0.26μg/m3;而投运成本仅增加了0.05分/(kW·h)。

烟气汞浓度监测吸附管离线采样方法的拓展应用

将吸附管离线采样方法应用于美国EPA Method 30B标准允许外的高温、高灰条件下的汞浓度及形态监测试验研究,以拓展该方法的应用范围。试验结果表明:当采用吸附管采样法测量烟气总汞,且控制低流速采样并采用防尘罩时,该方法可以应用于湿法脱硫除尘前等粉尘浓度较高的场合,由粉尘引起的误差小于1%,但该方法不适用于高粉尘浓度的极端条件;在空气预热器前的高温位置,通过加设风冷套管并控制采样枪插入深度,可以保证吸附管温度处于合适的温度水平,从而保证测量的准确性;在烟囱入口等低粉尘浓度区域,测得的元素汞的比例与Hg-CEMS基本一致,尤其是湿法脱硫后的测试数据一致性良好,而干法脱硫后的采样测试结果略显偏低;但在高粉尘浓度区域,测得的元素汞比例则可能严重偏低。

吸附脱汞中活性炭输送管路的设计与模拟

燃煤源汞是造成大气汞污染的重要原因。利用活性炭进行吸附脱汞是目前重点研究的汞污染控制技术。在通过管路将活性炭送入烟道的过程中,必须保证活性炭的量严格按照要求进行分配。文中通过理论分析与CFD数值模拟,考察了二叉树型管路、多叉树型管路和线型管路在活性炭均匀分配上的效果,并讨论了其应用的条件。研究认为,线型管路无论对连续相还是离散相都难以做到均匀分配;多叉树型管路(典型的如三叉树、四叉树)可以做到均匀分配,并且有一定的灵活性,最适宜在实际工业中应用;二叉树型管路只有在确保管路对称性的情况下才能得到较好的均分活性炭效果,且灵活性较差。此外研究还发现,活性炭颗粒在流场中的运动较为复杂,受包括时间在内的诸多参数影响,且管路非对称性对颗粒分布的影响大于其对流场分布的影响。如对均分的要求较为严格,须加装颗粒浓度实时监测装置与控制装置。

汞氧化剂加入对燃煤电厂汞及卤素排放影响试验研究

为掌握燃煤电厂添加溴化物的脱汞规律以及对其它副产物的影响,在某600MW燃煤机组上开展掺烧溴化钙的应用研究,采用美国环保局(Environmental Protection Agency,EPA)30B方法对湿法脱硫系统(wet flue gas desulfurization,WFGD)前后烟气进行汞浓度及形态测试,并对相关副产物中的汞浓度进行分析。结果表明:溴化钙的加入,大幅提高了烟气汞氧化率、以及飞灰的汞富集因子,当溴/煤比为28.3mg/kg时,整体脱汞率可达到96.8%。通过EPA 26A方法对选择性催化还原脱硝(selective catalytic reduction,SCR)、静电除尘器(electrostatic precipitator,ESP)、WFGD前后烟气进行卤素浓度及形态测试,发现溴化钙的添加,并不会导致卤素排放增加,烟气中的溴均以HBr的形式存在,而HBr极易溶于水,脱硫后均未检出溴排放。对产物的浸出毒性和热稳定性试验结果表明,溴化钙添加后对飞灰、石膏等副产品的浸出毒性,以及石膏中汞的热稳定性都没有明显影响,但提高了飞灰中汞的热稳定性。此外,该文还对烟气汞浓度测试方法、飞灰中溴浓度测试方法进行分析,并结合试验结果推测主要的反应路径。综合来看,汞氧化剂添加技术能够提升电站整体脱汞效率,并且未发现明显负面影响。

700℃超超临界燃煤发电技术研究现状

700℃超超临界燃煤发电技术(700℃技术)能够大幅提高机组的发电效率,实现节能减排及温室气体的控制排放,具有十分重要的战略意义。本文提出并分析了发展700℃技术需要解决的关键问题,包括高温合金材料研制、锅炉和汽轮机关键高温部件的加工制造、高温阀门制造、高温材料及关键部件的实炉验证、700℃超超临界示范电站的设计、建造及运行等。目前,国内700℃技术的研发正在按照计划稳步进行,在镍基高温材料研制、关键部件的生产制造、主机方案研究、关键部件验证试验平台的建设等方面均已取得阶段性进展,通过研发掌握700℃技术,将大大推动我国的材料工业、电力工业及装备制造工业的发展。

700℃超超临界燃煤发电机组关键部件验证试验平台控制系统设计

为使我国首个700℃超超临界燃煤发电机组关键部件验证试验平台能够安全、高效、长周期运行,结合日立H5000M DCS特点,设计了该机组关键部件验证试验平台控制系统,通过分析项目组态、调试过程中遇到的问题,完善了控制系统功能设计,建立了有效的控制运行策略。经现场冷态调试及热态调试,该控制系统超调在0.5%以内,响应时间为60s,升温速率为2~3℃/min,控制效果良好。目前,试验平台已通过168h试运行,系统整体运行平稳,控制系统的稳定性和调节性良好,自动投用率达到100%,联锁投入率达到100%。

燃煤电厂烟气三氧化硫控制冷凝法测试分析

为评估燃煤电厂烟气三氧化硫测试方法及更加深入的了解燃煤电厂生产过程中三氧化硫的迁移转化规律,采用控制冷凝-离子色谱法对某燃煤电厂生产过程中烟气三氧化硫的浓度进行了采样与分析。研究结果发现:(1)控制冷凝法采样过程中的过滤装置和螺旋离心管对采样准确性有重要影响,控制冷凝法采样过程中宜采用撞击除尘与过滤除尘相结合的方式;采样过程中冷凝温度控制宜实现实时调整,精确控制;(2)控制冷凝-离子色谱法采样溶液中含有的卤素离子部分反映采样误差大小,可以根据其浓度相对高低来调整冷凝温度以降低采样误差;(3)SCR能够强烈氧化烟气中的二氧化硫生成三氧化硫,其浓度升高约3倍,空预器对三氧化硫的去除效率约为86%。

Sanicro 25钢锅炉管实炉验证过程中的组织和性能演变

为了解和掌握Sanicro 25钢锅炉管在630℃以上高参数超超临界火电机组高温受热面中的适用性,对华能南京电厂700℃关键部件验证试验平台上实炉验证的Sanicro 25锅炉管进行多次取样和检测。采用力学性能测试和显微组织分析相结合的方法,对不同运行时间(0、10 523、24 014、32 796 h)的Sanicro 25钢过热器管进行测试、对比和分析。研究结果表明:Sanicro 25钢具有良好的力学性能稳定性,虽运行后室温塑性和韧性下降,但高温塑性和韧性仍保持良好水平;经长期高温运行的过热器管Sanicro 25钢在晶界析出链状M_(23)C_(6),晶内析出细小弥散分布的Z相、MX相、M_(23)C_(6)和富Cu相,一次Z相下发生了退化,在其周围形成了约50 nm厚的M_(23)C_(6)“墙”,随着运行时间的延长,晶界附近的立方块状M_(23)C_(6)数量增多,晶内Z相、MX相、M_(23)C_(6)、富Cu相均未见明显长大;Sanicro 25钢在过热器壁温651~665℃范围内具有良好的抗蒸汽氧化性能和抗烟气腐蚀性能。

滑动弧放电等离子体分解氨气制氢

研究了在常温常压下利用滑动弧放电等离子体分解氨气制取氢气的效果,分析了供给电压、进气流量、进气(氨气)体积分数等参数对氨气转化率、放电功率、氢气生成速率和制氢能耗的影响.实验结果表明,滑动弧放电突破了热力学平衡的限制,在常温常压条件下能够有效促进氨气分解制取氢气;增大供给电压,可以提高氨气转化率,制氢能耗也随之下降;增加进气流量,氨气转化率随之下降,但氨气绝对转化量却增加;进气流量一定时,随着进气(氨气)体积分数的增加,放电功率基本不变,但氨气转化率下降.

滑动弧等离子体协助甲烷蒸汽重整制氢

采用甲烷为主要原料,在常温和常压条件下,利用滑动弧等离子体放电技术,进行了甲烷与空气、水蒸气重整反应的试验。试验研究了过量空气系数、反应气流量和水蒸气含量等参数对甲烷与空气、水蒸气重整反应的影响,并对重整副产物进行了分析。试验表明,当过量空气系数为0.8时,氢气选择性最高可达到45.9%;反应气流量达到14L/min时,单位氢气生产成本最低;在反应气中加入一定量的水蒸气,有利于重整反应的进行。

700℃超超临界紧凑型锅炉燃烧特性模拟及优化

采用计算流体力学(CFD)数值模拟与试验相结合的方法,对700℃超超临界紧凑型锅炉炉内燃烧过程进行研究。分析炉内速度分布、温度分布、组分分布、炉内粒子运动及燃尽特性,模拟及试验结果表明:新型紧凑型锅炉炉内速度及温度场与典型对冲旋流燃烧锅炉存在差异;在中间下降烟道,煤粉粒子燃烧逐渐完全,形成规则的温度梯度,尾部上升烟道左右侧存在一定的温度偏差;O_(2)浓度与燃烧主要气体产物CO、CO_(2)浓度呈现良好的一致性;惯性作用下大部分煤粉粒子在急剧转向时会对炉壁造成冲刷;研究炉型特殊结构加强了煤粉燃烧时的扰动,延长了煤粉粒子在炉内停留时间,锅炉具有较好的燃尽特性。模拟和试验结果可为700℃超超临界紧凑型锅炉技术实施及结构优化提供理论依据。

我国700℃关键部件验证试验平台方案设计及建设试运相关问题研究

700℃先进超超临界燃煤发电技术能够大幅提高机组的发电效率,并减少污染物及温室气体排放,具有非常重要的意义。而利用700℃关键部件验证试验平台对高温材料和部件进行实炉验证,是700℃技术走向实际工程应用必不可少的一个关键技术环节。文中介绍了我国首个700℃试验平台的研发情况,对材料选择、关键参数、出口边界条件、系统方案设计、关键部件的制造加工、安装调试等方面情况进行了简要介绍。700℃试验平台已顺利实现了投运,并达到了设计参数。未来,将开展长周期的试验验证研究工作。

C-HRA-1锅炉管在700℃实炉条件下的力学性能及组织演变研究

为进一步评估C-HRA-1锅炉管在700℃先进超超临界(advanced ultra-supercritical,A-USC)火电机组高温受热面中的适用性,对华能南京电厂700℃关键部件试验验证平台上服役的C-HRA-1合金管样进行定期取样和检测分析。结合材料的力学性能测试、显微组织分析和内外壁形貌表征,对最长运行时间达35573h的4组C-HRA-1合金受热面管进行对比研究。结果表明,C-HRA-1锅炉管在室温、700℃高温拉伸的规定塑性延伸强度、抗拉强度和布氏硬度均在服役10523h时达到最大值,然后随服役时间增长逐渐下降,同时冲击性能等也在服役10523h后较备品有明显降低;随后均随服役时间延长缓慢变化。显微组织中的γ′强化相的粗化动力学过程符合LSW理论,内外壁氧化腐蚀层的增厚以高温氧化为主。结果可知,C-HRA-1合金作为700℃A-USC机组高温候选材料,在服役35573h间表现出较好的力学性能和显微组织稳定性。