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声波应用于管线管电站锅炉中强化煤颗粒燃烧

作者:管线管 来源:www.sdcyg.com 点击数: 更新时间:2019年10月02 【字体:

 对颗粒介质体积分数较大的循环流化床锅炉中的声传播特性进行了讨论,声波应用于管线管电站锅炉中强化煤颗粒燃烧根据多体多次散射理论。并对其声衰减系数以及声速进行了修正。分析了声场中炉内煤颗粒的夹带特性以及声波作用下的次级效应-声流,并在此基础上,研究了管线管声波作用下煤颗粒周围气体的振荡流动特性(文中入射波的振荡幅值远大于颗粒特征长度,同时声雷诺数小于20根据所求得通用微分方程的解,详细分析了不同声雷诺数与斯特劳哈尔数的情况下,颗粒壁面的流场分布、轴向压力梯度、切向应力以及分离角的分布规律。

    基于二维轴对称、非稳态,层流的质量、动量和能量守恒方程,研究了声波作用下夹带在烟气中单颗粒煤粉的传热特性。分析了声压级范围为145167dB分别为50Hz1000Hz以及5000Hz时,颗粒壁面的温度场、局部努赛尔数、表面平均努赛尔数以及时间-空间平均努赛尔数的分布规律;同时还探讨了声波作用下烟气中滑移单颗粒煤粉的传热传质特性(颗粒与烟气之间有的滑移速度)分析了声压级范围为150170dB可听声范围中,以及在声质点速度与滑移速度的不同速率比情况下,颗粒局部努赛尔数、表面平均努赛尔数以及时间-空间平均努赛尔数的分布规律。并对声波强化颗粒的传热特性进行了实验研究,所得结论验证了理论研究的结果。本文所得结论为声波应用于电站管线管锅炉中强化煤颗粒燃烧提供了依据。国火力发电占全国总发电量的百分之八十以上,其高能耗特点在节能减排下频频被推向风口浪尖。多年的电力结构,确立了超(超)临界高参数大容量机组的未来火电主力地位。本研究进一步发展了大型燃煤电站机组的能量系统过程节能理论,全面揭示了机组内部能耗的空间分布,准确计算了各设备系统的能耗作用与节能潜力,深入探讨了机组结构与可变参数的同步问题,基本明确了多目标条件下可行域边界的变化情况,可为燃煤电站机组系统的集成和提供一定的指导意见。首先,详细介绍了计算能量系统能耗分面的量化方法,包括的炯分析和单耗分析方法,x52管线管以及结合前两者的改进单耗分析方法;介绍燃煤发电机组的降耗时空效应,并将燃煤发电机组的发电过程按功能进行划分,此基础上提。其次,基于“燃煤发电机组热力过程降耗时空效应”概念,管线管结合改进单耗分析与热力学参数对比,为机炉耦合的流程创新提供了理论支持;提出了结合有机朗肯循环与机炉耦合相结合的新型流程创新方案;应用热过程降耗时空效应。因此,完善和探索机组的热力学性能研究与集成方法,对大型燃煤电站机组的节能降耗有重要意义。后,研究机炉耦合改进方案在复杂边界条件下的性能变化特性。通过计算多变边界条件下的机炉耦合能耗规律,主要是负荷条件变化时的设备与热力过程能耗和降耗时空效应分布,为管线管燃煤发电机组的宽负荷运行及灵活性改造提供参考意见。研究过程中,充分考虑了实际设计中的约束条件,因此所形成的方法可为大型燃煤发电机组提供具体可行的运行策略和设计方案提供参考。能源是人类各项活动的重要物质基础。过去几十年中,国经济飞速发展,但由此也带来日益显著的能源及环境问题。目前我国火力发电主要的原材料是煤炭,然而对其极度依赖,不仅将面临着资源日益枯竭的困境,还导致了较为严重的SOxNOx粉尘等大气污染物以及CO2排放,随之而来的环境问题,如雾霾、酸雨、气候变暖等也日益严峻,严重危害到周边居民的身心健康。因而,研究和发展不依赖于煤炭的发电技术,具有重大的现实意义。其中,以气体燃料为工质的燃气轮机发电技术,不仅能解决钢铁工业的电力生产问题,而且在节能减排和环境改善方面也有所突破。燃气轮机是一种锅炉式热力发动机,把热能转换为机械能,并使用连续流动的气体作为工质。初应用在航空发动机领域,之后在能源、国防、交通等领域获得广发应用,成为这些领域高新科技的核心装备。燃气轮机课题研究的重点是燃烧器的设计和性能分析,而对燃烧器的火焰检测则是分析燃烧器性能、燃烧器设计结构的重要。本文以过程层析成像(ProcesstomographiPT技术为基础,针对本实验室自行设计研发的锥形燃气轮机旋流环保型燃烧器(即Swirl-inducedenvironmentalburn简称EV燃烧器)进行三维内部结构的可视化火焰检测,开展的主要工作有:一、设计和搭建了基于过程层析成像系统的火焰检测平台。过程层析成像技术是一种应用于工业可视化检测领域的非侵入式实时测量方法,可以在不破坏被测工质的状态下,对工业过程量及被测参数的内部行为进行实时监测成像。其中电容层析成像技术(ElectriccapacitancetomographiECT一种以电容变化量为检测参数的过程层析成像技术,被认为是多相流检测领域有前景的可视化检测方法之一。本文在前人的工作基础上,设计和制作了多种适用于三维火焰检测的电容传感器,包括平面电极片全开放式传感器及平面与环形电极片集成式传感器,采用三维图像重建及数据融合等数据处理方法,实现了对火焰的燃烧状况及三维内部结构较为准确的实时成像。将ECT应用于火焰检测领域是对该技术的一项应用创新。尽管目前学术界仍对ECT检测火焰的机理存在争议,但已普遍认可ECT能够检测到火焰的电离现象。二、为了实现与铝管ECT重建的火焰图像进行对照分析,本文在电学层析成像技术的基础上,进一步融合平面激光诱导荧光(PlanarlaserinducedfluorescPLIF技术等光学,实现对火焰中OH自由基的浓度分布实时检测。PLIF技术是一种用以探测待测的分子或原子被激光激发后在特定的量子态聚居密度的共振跃迁技术,特定染料的激发下可用于检测火焰中OH自由基在平面内的浓度分布。根据火焰的电离理论,火焰中OH自由基聚居密度较大的区域通常也是火焰中燃烧化学反应较为的区域,体现在ECT图像中即为灰度值较高的区域。三、本文还通过计算流体动力学(ComputationalfluiddynamCFD方法对燃气轮机的EV燃烧器进行三维空间的数值模拟,采用非稳态湍流模型和湍流与化学反应相互作用的涡耗散概念(EddydissipationconceptEDC燃烧模型对层流火焰及湍流火。因此原理上可以将OH-PLIF检测图像与ECT重建图像进行对照分析,两者的测量结果可以相互印证。数值结果不仅可以与实验测量结果进行良好的对照,还可以补充实验数据,分析燃烧反应的其他燃烧过程产物等,为后续燃烧器的研究提供理论分析基础。本文在对锥形燃气轮机旋流环保型(EV燃烧器的燃烧特性深入了解的基础上,采用基于电学的过程层析成像技术(ECT实现对火焰内部三维结构的可视化检测,融合了平面激光诱导荧光技术(PLIF研究火焰组分,并结合数值模拟的方法从多角度对锥形燃烧器的结构及其燃烧状态进行分析,为后续深入研究奠定基础。空冷技术由于其优越的节水能力,国富煤缺水地区火力发电的常规冷却。直接空冷系统采用机械通风强迫对流方式实现冷却空气和汽轮机排汽的直接热量交换。由于以空气作为冷却介质,因此直接空冷系统极易受到环境因素影响,如环境温度和环境风。本文将对极端环境下空冷凝汽器流动换热特性进行研究,包括夏季高温工况和冬季供热工况。夏季高温天气空冷凝汽器的高背压现象是一个常见问题。对于空冷凝汽器,蛇形翅片扁平管是关键的换热元件。通过可视化热态风洞实验,对蛇形翅片扁平管的喷雾冷却机理进行研究,并使用红外热像仪测量翅片表面温度分布。喷雾冷却的强化传热机理包括两部分


,液滴群蒸发预冷空气以及换热表面液膜蒸发。实验结果表明,空气冷却效率随风速增加而逐渐降低,随量增加而增加。空气雷诺数Re范围210680获得了喷雾工况下对流换热经验关联式。和未喷雾工况相比,三种量下的努塞尔数Nu分别增加48%,56%和68%。此外,实验还定量评估了液滴群蒸发预冷空气和表面液膜蒸发两种机理的相对贡献,发现当雷诺数Re约为500时二者基本相等。实验结果为空冷凝汽器喷雾冷却技术提供了重要的参考依据。为进一步研究喷雾冷却强化翅片管换热机理,以单个翅片单元作为物理模型,通过数值模拟的方法对液滴群在翅片间运动蒸发以及形成液膜蒸发的过程进行分析。结果表明,喷雾冷却能够有效降低翅片表面温度并提高对流换热系数。量的增加对强化换热能力提升有限。液滴粒径和迎面风速对液滴群扩散影响显著,从而改变管壁降温效果。实际运行中应选择合适的液滴粒径,粒径过小虽有利于液滴群扩散,但部分液滴穿出翅片区域而未被利用。而粒径过大使得液滴群不能充分扩散,只有部分翅片区域受液滴和液膜蒸发影响,使得整体强化换热效果不佳。采用数值模拟的方法,以300MW直接空冷机组单个空冷单元为研究对象,深入研究空冷单元内喷雾冷却系统的流动换热性能,并进行了实验验证。根据空冷单元内流场分析,提出了一种改进型喷嘴布置方案以提高喷雾冷却性能,并与原有布置方案比较了入口空气温度和汽轮机背压。量可以分为三部分,包括液滴群在空气中预冷蒸发水量、翅片管束表面液膜蒸发水量,以及未完全蒸发而被排出的多余水量。通过数值模拟研究,获得了量,喷射方向和喷嘴间距对冷却性能的影响。结果表明,改进型喷嘴布置方案可显著提高冷却性能并可大幅降低汽轮机背压。对于实际空冷单元,喷雾系统可采用向上喷射,喷嘴间距0.8m改进型布置方案。此外,不同环境工况下的多余水量为优量的确定提供了依据。冬季热电联产是一种主要的供热方式,汽轮提供热源,同时多余的蒸汽进入到直接空冷系统进行冷却。对于热电联产机组,进入到空冷岛的蒸汽量减少,导致部分风机只需要低速运行甚至停运。本文采用数值模拟的方法,

             对300MW热电联产机组的空冷系统环境风效应进行了研究,并进行了实验验证。冬季严寒工况热电联产机组只有部分空冷凝汽器在运行。为了研究空冷岛的流场和温度场,建立了物理和数学模型,并考虑了轴流风机全停时的自然对流,获得了不同环境风向风速下的空冷凝汽器换热量。结果表明,由环境风引起的热风回流和空气倒灌对空冷凝汽器换热影响十分明显。然而,与常规发电机组不同,热电联产机组空冷凝汽器换热量可能会因为风机全停下的空气倒灌而增加。此外,基于空冷岛流场和温度场分析,针对环境风下部分负荷热电联产机组进行运行方案研究。供热安全以及热电联产机组经济运行,提出了不同环境工况下的空冷系统优运行方案以及具体的轴流风机速度。目前,燃煤机组仍将是主流发电机组,且大多机组均安装了厂级信息监测与控制系统,可以对各系统、设备实施在线监测。现有的燃煤发电状态监测系统侧重于可靠性的研究,对机组能效状态监测研究工作相对较少,且大多针对某单一系统、设备或参数的研究,缺乏对机组整体运行能效状态的系统性研究。因此为进一步深化机组的智慧化管理,提高机组整体运行能效水平,对燃煤机组展开能效状态监测系统研究意义重大。由此,本文针对煤电机组的能效状态监测系统展开研究。通过对燃煤机组的各子系统、设备功能结构进行分析,获取能够表明机组整体能效状态的指标体系。通过对运行数据的稳态筛选,获得机组的稳态运行数据,获取高质量的建模研究数据,完成数据预处理工作;采用多元状态估计的方法,建立反映机组能效状态的估计模型,并对其模型的有效性进行验证分析;梳理各个系统中常见。本文针对某电厂1000MW超超临界机组进行能效状态监测系统研究,并利用管线管机组实际运行数据进行能效状态监测及异常状态预警案例分析,通过以上方法能够有效提高机组能效状态监测水平,实现能效状态异常预警。随着电力发展进入“新常态”电力装机过剩,煤电机组负荷率走低,供电煤耗率升高,同时机组变负荷运行,牺牲部分机组性能完成深度调峰任务,导致机组性能劣化,影响其经济安全运行。因此,管线管开展煤电机组能效状态异常诊断技术研究对煤电行业发展尤为重要。

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