套管式直流蒸汽发生器系统控制策略研究

目前全球能源发展紧迫形势,针对一体化反应堆的研究在世界各国积极开展,而直流蒸汽发生器无疑是其中极为重要的一部分。文中旨在研究针对套管式直流蒸汽发生器的控制方法。首先通过分析套管式直流蒸汽发生器的工作机理,建立模块化数学模型。之后提出的一体化反应堆直流蒸汽发生器的压力、水位、燃水比控制方法的协调控制策略,可以满足直流蒸汽发生器在正常工况运行时对于压力、水位的规定要求,保证出口蒸汽质量。文中提出的控制策略将有助于解决直流蒸汽发生器以及一体化反应堆的实际控制问题。

以S-CO_2为底循环工质的燃气轮机联合循环系统研究

建立了以超临界CO_2(S-CO_2)为底循环工质的E级燃气轮机联合循环系统计算模型,利用模型分析了高温循环工作压力、低温循环工作压力、余热加热器的端差对系统的影响。计算得到高、低温循环工作压力变化时,使系统出力、效率最优的工作压力。为联合循环系统的底循环采用S-CO_2为工质的工程应用提供依据。

离网型风光储互补发电系统容量优化研究

对于离网型风光储互补发电系统容量匹配和设计计算,目前较为通用的商业软件是由美国国家可再生能源实验室NREL研发的HOMER混合电力系统分析设计软件及hybrid2软件。由于该类软件建模原理尚未公开,同时需要输入指定的数据资料,无法完全满足各种实际情况。文中经研究后以赵述岛实际风速测量数据、蓄电池实际使用情况、NASA辐射数据为算法数据源,建立离网型风光储系统容量优化匹配模型及算法程序,并利用该程序进行实例分析和计算。

套管式直流蒸汽发生器汽轮机一体化控制策略

本文在分析套管式直流蒸汽发生器工作机理以及基本控制策略的基础上,提出了基于Min/Max切换规则的具有压力、水位保护回路的直流蒸汽发生器与汽轮机一体化控制策略。此种控制策略不但可以满足直流蒸汽发生器在正常工况运行时对于压力、水位的规定要求,保证出口蒸汽质量;还能够在汽轮机升降负荷变化速率过快时进行有效地保护控制,防止压力、水位超限事故的发生。本文提出的控制策略将有助于解决直流蒸汽发生器以及一体化反应堆的实际控制问题。

基于金属材料强度及储能密度的储能飞轮结构设计

现代飞轮或飞轮电池是在传统飞轮基础上发展起来的新兴技术,得益于支承、电机及电力电子技术的飞速发展,该技术可以实现更高转速、更大功率,具有许多独特优势。高转速甚至超高转速飞轮对选用材料的强度有更高要求。相比于纤维增强型复合材料,金属材料的极限强度虽然略低,但其质量密度大,各向同性好,制造质量容易保证,具有更长的使用寿命,仍然具有重要的使用价值及现实意义。以获得更高的储能密度为前提,飞轮转子的结构有多种选择形式,本文在以材料极限强度为约束条件下,将影响飞轮储能密度的两个关键参量(转速和单位质量转动惯量)综合转化为轮体结构形状的优化设计,得到了影响储能飞轮性能指标的各个主要因素的量化关系,并给出不同金属材料的结构形状与对应储能密度的计算方法与结果。

印刷电路板式换热器的设计分析

为了对基于超临界二氧化碳燃气轮机余热利用循环的印刷电路板式换热器进行性能分析,提出了一种定热负荷下对印刷电路板式换热器的离散分析方法。该方法将印刷电路板式换热器看成由许多子换热单元组成的整体,利用MATLAB建模,并参考了美国国家标准与技术研究院的物性库。通过分析定热负荷下,不同冷热侧流速对印刷电路板式换热器性能的影响。结果表明:二氧化碳在临界点和近临界点附近的比热具有较大的变化。采用分段设计的方法可以避免换热器性能剧烈变化带来的问题。在相同的初始条件下,换热器局部效率随冷流体质量流量的增加而增大,但是平均对数温差随冷流体质量流量的增加而减小。因此,换热性能的提高是以热导率为代价的。为了提高超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的性能与安全运行,必须仔细选择设计参数的工作范围。

燃机余热利用的超临界二氧化碳循环发电系统

结合超临界二氧化碳物性分析、工质在主设备工作过程,讨论了主设备中工质的基本状态。根据燃机余热烟气特点,建立了余热利用的超临界二氧化碳循环发电计算程序,分析了简单循环、再压缩循环、复合简单循环、复合再压缩-简单循环4种循环布置下的系统稳态参数、效率以及净输出功。研究表明:透平入口工质压力越高,透平出口工质的温度越低,工质携带热量的利用越充分;压缩机入口温度应尽量接近临界点(31.1℃)、压力需稍高于临界点(7.4 MPa),可保证压缩机出口温度较低、工作状态稳定、单位工质流量的功耗小。随热源最低温度的下降,系统所获得净功以及实际效率均能得到一定的提升,通过叠加方式实现的烟气分级利用可以显著提高燃机余热利用的超临界二氧化碳循环系统效率和净功。

一体化移动式医疗废弃物焚烧处置措施

热解+高温焚烧是处置医疗废弃物更为合理的手段,其可以有效降低二噁英及氮氧化物的生成。通过试验研究初步掌握了医疗废弃物在热解炉内燃尽时间、热解温度、风量及压力随时间的变化规律。本文提出的一体化移动式医疗废弃物焚烧处置措施可以将焚烧炉、热解炉及烟气脱硫、脱二噁英、脱硝及除尘设备、柴油机和空气压缩机等所有辅助设备集成到集装箱内,并装载到货车上,可实现医疗废弃物就地处置。

千兆瓦级超临界CO_(2)透平设计方案技术经济性比较

为对以燃煤锅炉为热源的千兆瓦级超临界CO_(2)发电热力透平设计方案进行优化,针对热力透平设计策略和技术经济性进行评价,将单通流和双分流两种设计策略分别应用于千兆瓦级超临界CO_(2)设计.结果表明:基于单通流设计策略的透平热力级为高压缸1×3级和中/低压缸1×3级,基于双分流设计策略的透平热力级为高压缸2×3级和中/低压缸2×3级;从技术性能角度考量,两者热力参数较为接近,单通流功率1367.5 MW,略高于双分流功率1361.7 MW;从经济性性能包括叶片应力、轴向推力、设备制造与安装成本等角度综合考量,高压缸、中/低压缸均采用双分流结构较为合理.

5 MW超临界CO2向心透平设计及变工况性能分析

本文开发了一套基于遗传算法理念的向心透平热力优化设计程序和一套向心透平变工况性能预测程序,可快速生成向心透平最优的热力设计方案和性能曲线。基于某项目超临界CO2布雷顿循环的热力参数,设计了一台5 MW级S-CO2向心透平,并采用CFD方法对设计工况和变工况进行数值模拟。结果表明,设计工况下,所设计透平满足设计要求,流场通畅;当转速上下波动10V,膨胀比在1.5~2.7范围内时,性能良好。热力优化设计方案与CFD结果吻合,验证了热力设计程序的可靠性;但是变工况性能预测程序得到的特性线与CFD方法得到的特性线存在一定的偏差,原因是程序以常物性条件进行计算,导致压比等参数的计算精度不足,为该程序和方法指明了改进方向。