汽轮机部件多轴蠕变-疲劳寿命评估方法

汽轮机汽缸、转子等高温部件运行中受到疲劳损伤和蠕变损伤,二者的损伤机制会互相影响,有必要对疲劳损伤和蠕变损伤以及二者的耦合作用进行评估。在Ohno-Wang循环塑性模型基础上进行了拓展,提出了一种统一黏弹塑性循环材料本构模型,在ABAQUS平台上采用UMAT用户子程序开发了多轴蠕变-疲劳耦合分析程序。采用该程序对1 000 MW超超临界机组高温转子进行了多轴蠕变-疲劳寿命评估,结果显示损伤最大的位置出现在第1级动叶叶根轮槽位置。研究成果可为汽轮机高温部件的寿命评估提供技术支撑。

1000 MW超超临界二次再热锅炉降低水冷壁高温腐蚀影响的试验研究

针对1 000MW超超临界二次再热锅炉燃烧器特点,对水冷壁近壁面烟气成分和水冷壁壁温进行了测试,分析了运行O_2体积分数、煤粉细度、入炉煤硫质量分数、一次风量、燃尽风(AGP)水平摆角、AGP风量和偏置辅助风(CFS)风量等因素对水冷壁高温腐蚀的影响。结果表明:提高运行O_2体积分数是预防水冷壁高温腐蚀的有效方式;煤粉变细可改善水冷壁近壁面还原性气氛;随入炉煤硫质量分数的升高,水冷壁近壁面CO和H_2S最高体积分数升高;减小AGP风量和增大CFS风量有助于减弱水冷壁近壁面还原性气氛;AGP水平摆角对水冷壁近壁面还原性气氛影响不大;减小一次风量会恶化水冷壁高温腐蚀;在相同炉内还原性气氛下,超超临界二次再热锅炉比超超临界一次再热锅炉面临的水冷壁高温腐蚀风险更高。

超超临界机组采用MC系统的变工况性能研究

基于常规超超临界机组热力系统(常规系统),提出了取消中压缸抽汽,引入回热式小汽轮机抽汽的主循环(MC)系统的设计方案。以某超超临界1 000MW机组为例,利用EBSILION软件对常规系统和MC系统进行机组变工况下热力学计算分析和比较。结果表明:采用MC系统的机组,在设计工况下,机组发电效率比常规系统提高0.15%,发电煤耗降低0.92g/(kW·h);在30%负荷下,机组发电效率比常规系统提高0.24%,发电煤耗降低1.61g/(kW·h)。因此,采用MC系统的超超临界机组具有良好的变负荷特性,且更适合于低负荷工况下的高效经济运行。

超超临界汽轮机高压转子低周疲劳及损伤分析

为了评估国产某百万级超超临界汽轮机高压转子的高温强度,利用有限元分析软件Abaqus建立了超超临界汽轮机高压转子的轴对称有限元模型,加载了相应的热力边界条件,分析了转子在冷态启动过程中的温度和应力分布以及特征点的等效应变变化过程,并采用Mansoncoffin公式预测转子在冷态启停过程中产生的疲劳损伤.结果表明:在转子启动初期,凝结换热所导致的转子表面与转子中心的温差较大;在转子启动初期,转子受热不均匀所引起的热应力较大,在转子启动后期,其应力降至较低水平;高压转子在平衡活塞圆弧段产生的低周疲劳损伤最大,但其值仅为1.692×10-4,在所设计的使用条件(30a启停360次)下不会出现低周疲劳失效的危险.

1000 MW超超临界二次再热燃煤发电示范工程总体设计方案

为促进节能减排,建设了国电泰州电厂二期工程作为1 000 MW超超临界二次再热燃煤发电机组的示范工程。结合国内现有燃煤发电机组技术水平,在比较分析国外二次再热机组的基础上,提出了示范工程总体方案所涉及的主机参数选择、主机选型、热力系统拟定、辅机选型以及大气污染物治理方案。示范工程投运以后,2台机组供电煤耗分别为266.57 g/(kW·h)和265.75 g/(kW·h),烟尘、SO_2和NO_x的排放浓度在标准状态下分别低于5 mg/m^3、35 mg/m^3和50 mg/m^3,为中国建设更加高效和清洁的火力发电厂起到重要的参考和示范意义。

考虑回热循环的超超临界机组负荷预测神经网络模型

以某超超临界1 000 MW机组为对象,详细分析了影响机组负荷的因素,通过合理选择模型输入参数,采用具有n阶输入时延和m阶输出反馈时延的静态误差反向传播(back propagation,BP)神经网络,建立了考虑回热循环特性的机组负荷预测模型。通过扰动仿真试验,对不同结构神经网络模型的负荷预测效果进行比较。结果表明:具有2阶输入时延、2阶输出反馈时延的模型,在各种扰动下均可精确地预测机组负荷,满足自动发电控制(AGC)条件下利用汽轮机回热循环侧可控参数提高机组负荷响应速度的要求。

超超临界1000MW机组梯次循环热力系统能损分析及优化

以某超超临界1 000MW机组的THA工况为例,采用能级效率法对梯次循环(EC)的热力系统进行能损分析,获得了该工况下热力系统的能损值,验证了能级效率法的计算精度。针对热力系统分缸压力及抽汽压力的优化设计,采用模式搜索算法对EC的热力系统进行优化,结果表明:采用EC后,在满足相关约束条件下,超超临界1 000 MW机组的热耗率由7 218.43kJ/(kW·h)降至7 177.22kJ/(kW·h),设计热耗率显著降低。

超超临界1000 MW机组EC-BEST技术经济性分析

EC-BEST技术是为下一代700℃等级高超超临界发电技术提出的,将其应用于目前的600℃等级超超临界1 000 MW机组时是否具有经济性收益在行业内一直存在争议。基于热力系统的分析计算方法和蒸汽动力循环的基本原理,对某高效超超临界1 000 MW机组采用EC-BEST方案后热力系统的结构变化、汽水分布参数变化以及热力循环各主要能量转化环节的效率变化情况进行了详细分析。结果表明:采用EC-BEST方案后,再热蒸汽份额显著下降,再热循环的经济性增益降低;汽轮机各缸效率和功率比例均有变化,综合效果使汽轮机内效率比常规方案有一定提升;EC-BEST汽轮机的内效率是影响该方案经济性的关键,当EC-BEST汽轮机的内效率比常规方案小汽轮机的内效率高5.5百分点以上时,EC-BEST方案的经济性才会优于常规方案,EC-BEST技术才有应用价值。

燃煤发电技术发展展望

未来相当长一段时间燃煤发电仍是我国最重要的发电方式,资源、环境和气候变化对燃煤发电的可持续发展带来了严峻的挑战。大型高参数机组具有发电效率高,污染控制和技术推广容易,经济性和可靠性高等特点,是未来一段时间煤电技术发展的主流方向;大型IGCC发电技术系统复杂、造价昂贵,但其在高效和环保等领域具有巨大潜力,是煤电领域值得探索的方向;循环流化床锅炉是一种能使用劣质煤种的清洁燃烧技术,是未来我国燃煤发电技术重要的补充;在新的环保标准下,烟气除尘、脱硫、脱硝以及脱汞等技术需要新的发展,以适应更为严格的标准;燃煤电厂CCUS技术是未来大规模减排CO2重要的技术选择之一,但是能耗高和长期安全封存的难测性是该技术面临的两个最大挑战。

超超临界二次再热机组锅炉冷态空气动力场试验浅析

在1000MW二次再热机组四角切圆锅炉进行了冷态空气动力场试验,主要试验内容包括:相关的风速、风量测量装置标定;一次风速调平;二次风挡板调节特性试验;炉内动力场试验。试验结果表明:一次风速调平效果良好,风速偏差控制在较小允许误差范围内;二次风挡板调节特性能适应变负荷需求;炉内切圆状况符合燃烧器设计理念。

稳压冲管在国内首型百万超超临界二次再热锅炉上的应用

根据上海锅炉厂有限公司百万机组二次再热锅炉特点,提出了采用过热器、一次再热器和二次再热器串冲的稳压冲管控制的重点和难点,详细阐述该冲管方式中锅炉运行参数的合理控制,分析冲管系统中各点冲管系数和锅炉各级受热面中蒸汽吸热比例分配,为今后该类型锅炉稳压冲管提供借鉴和指导作用。

超超临界1000MW机组加热器对系统热耗率的影响

采用能级效率法对配置梯次循环(echelon cycle,EC)的超超临界1 000 MW机组中各级加热器的能量损失进行解耦分析。通过引入加热器的热耗率影响因子,获得额定工况(THA),75%THA和50%THA 3种工况下各级加热器对降低热力系统热耗率的影响和变化规律。结果表明:在相同工况下,各级加热器对于降低热力系统热耗率的贡献从低压级向高压级逐级递减,因此,通过增加高压加热器级数来增加系统热效率的效果会越来越小。本文分析方法和结果可以为EC热力系统的设计、优化和推广应用提供参考。

700℃超超临界一次再热发电系统优化

针对超超临界一次再热机组、汽轮发电机组抽汽回热过热度高,造成回热系统不可逆损失大、系统完善度不佳等问题,分析了MAST CYCLE热力系统(简称MC系统)热力学性能,此系统可有效降低回热抽汽过热度,但系统相对复杂。采用热力学参数优化、匹配及结构集成方法对超超临界一次再热机组进行分析优化,得到加4级外冷器优化系统为系统集成的最优方案,供电效率达到49.58%;并对其进行余热利用挖潜,计算得到系统供电效率达到50.07%。研究结果为700℃超超临界机组系统优化设计提供了一种更有效的途径。

1000MW超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器经济性分析

基于热力系统的全面分析计算方法,对1 000 MW超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器的经济性收益及影响作了详细的计算分析。结果表明:通过对高压加热器增设单级串联外置式蒸汽冷却器,可使机组热耗整体降低约14.5kJ/(kW·h),经济效益明显。

超超临界火电厂的生命周期评价

运用生命周期评价方法(LCA),对超超临界火电厂进行了环境影响分析,并与常规火电厂进行了比较。结果表明,超超临界火电厂的环境特性明显优于常规火电厂。

新型超临界参数燃煤发电系统结构设计技术

依据不可逆热力循环功效价值的基本原理,分析热力循环系统的不可逆过程,提出“等效卡诺循环效率”的概念,拓展了经典热力学理论及分析方法。同时提出超临界参数燃煤发电热力循环机组“卡诺耗散热机”与“动力岛”设计理念,进一步给出了供需一体、质量耦合、能级利用的设计原则,以及功效价值的评价方法。为超高参数燃煤发电热力循环机组的优化设计,提供了一种更有效的新途径。

1000 MW二次再热超超临界锅炉水动力及流动不稳定性计算分析

国电泰州电厂的1 000 MW超超临界二次再热塔式锅炉为单炉膛布置。由于超超临界二次再热锅炉汽水流程复杂,工质温度水平较高,容易出现水冷壁超温现象。锅炉在低负荷运行时,省煤器出口工质欠焓减小,容易造成工质汽化以及流动不稳定现象。采用流动网络系统的水动力计算模型,对锅炉在不同负荷时上、下炉膛水冷壁出口汽温进行了计算,与实炉数据进行了比较,并对30%THA负荷进行了流动不稳定性校核。计算结果表明:100%负荷及75%负荷时,上、下炉膛水冷壁出口汽温运行偏差低于设计编差;施加热负荷扰动后流量在一定时间后能恢复稳定,锅炉水冷壁的运行是安全稳定的。由此表明所建立的1 000 MW超超临界二次再热塔式锅炉水动力计算模型和所开发的程序是可靠的,研究结果为超超临界二次再热锅炉设计提供了参考。

1000MW超超临界机组增设0号高压加热器经济性分析

针对1 000MW超超临界机组在部分负荷运行时经济性下降的问题,介绍了一种可以提高部分负荷运行经济性的0号高压加热器技术,并从其工作原理出发,对其在高效1 000MW超超临界机组上应用的经济性进行详细的计算及分析。结果表明:通过采用该项技术后在部分负荷下可使机组热耗降低约30kJ/(kW·h),经济效果明显。

2030年高效、绿色、灵活、经济的燃煤发电技术路线

改革开放以来,中国的发电产业经历了巨大变化。传统化石能源发电机组的容量和发电量获得巨大提高,非化石能源发电比例不断上升。预计到2030年我国燃煤机组装机占总容量的比例仍将可观,期间大量300MW亚临界燃煤机组将退役,现有机组将进行改造,使得燃煤机组的新增和改造市场空间仍然巨大。新一代燃煤发电技术将在效率、绿色、灵活性上接近燃气-蒸汽联合循环机组,在发电经济性上将继续保持对燃气-蒸汽联合循环机组的较大优势。为此,一些接近成熟的新技术可用于工程实施。比如:初参数达到650℃～700℃的先进超超临界发电技术以;具有占地面积小、系统简单、低水耗和高效率的超临界CO_2发电技术;在综合效率和CO_2排放方面媲美燃气-蒸汽联合循环发电的煤-生物质-天然气多燃料耦合发电技术;为适应大规模火电和风电等新能源发电特点的高效灵活性煤电技术等。通过对这些技术的主要方案、效率指标、碳排放强度、灵活性指标、投资及运行经济性进行定性和定量的分析,为我国至2030年的清洁高效燃煤发电的发展提供借鉴。

超超临界汽轮机转子蠕变对低周疲劳应变的影响

对某超超临界汽轮机高压转子多次启停和间隔分段稳态高温运行下的低周疲劳应变进行了全时域连续有限元计算与分析,给出了蠕变条件下低周疲劳应变的变化量级和变化图谱.结果表明:超超临界汽轮机转子低周疲劳寿命消耗需进行全时域连续计算,不能采用一次启停数据乘以启停次数的简单算法;蠕变对低周疲劳产生的影响具有长期性,但影响程度随时间逐步递减.