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聲波應用于管線管電站鍋爐中強化煤顆粒燃燒

作者:管線管 來源:www.haozhouwang.com 點擊數: 更新時間:2019年10月02 【字體:

 對顆粒介質體積分數較大的循環流化床鍋爐中的聲傳播特性進行了討論,聲波應用于管線管電站鍋爐中強化煤顆粒燃燒根據多體多次散射理論。并對其聲衰減系數以及聲速進行了修正。分析了聲場中爐內煤顆粒的夾帶特性以及聲波作用下的次級效應-聲流,并在此基礎上,研究了管線管聲波作用下煤顆粒周圍氣體的振蕩流動特性(文中入射波的振蕩幅值遠大于顆粒特征長度,同時聲雷諾數小于20根據所求得通用微分方程的解,詳細分析了不同聲雷諾數與斯特勞哈爾數的情況下,顆粒壁面的流場分布、軸向壓力梯度、切向應力以及分離角的分布規律。

    基于二維軸對稱、非穩態,層流的質量、動量和能量守恒方程,研究了聲波作用下夾帶在煙氣中單顆粒煤粉的傳熱特性。分析了聲壓級范圍為145167dB分別為50Hz1000Hz以及5000Hz時,顆粒壁面的溫度場、局部努賽爾數、表面平均努賽爾數以及時間-空間平均努賽爾數的分布規律;同時還探討了聲波作用下煙氣中滑移單顆粒煤粉的傳熱傳質特性(顆粒與煙氣之間有的滑移速度)分析了聲壓級范圍為150170dB可聽聲范圍中,以及在聲質點速度與滑移速度的不同速率比情況下,顆粒局部努賽爾數、表面平均努賽爾數以及時間-空間平均努賽爾數的分布規律。并對聲波強化顆粒的傳熱特性進行了實驗研究,所得結論驗證了理論研究的結果。本文所得結論為聲波應用于電站管線管鍋爐中強化煤顆粒燃燒提供了依據。國火力發電占全國總發電量的百分之八十以上,其高能耗特點在節能減排下頻頻被推向風口浪尖。多年的電力結構,確立了超(超)臨界高參數大容量機組的未來火電主力地位。本研究進一步發展了大型燃煤電站機組的能量系統過程節能理論,全面揭示了機組內部能耗的空間分布,準確計算了各設備系統的能耗作用與節能潛力,深入探討了機組結構與可變參數的同步問題,基本明確了多目標條件下可行域邊界的變化情況,可為燃煤電站機組系統的集成和提供一定的指導意見。首先,詳細介紹了計算能量系統能耗分面的量化方法,包括的炯分析和單耗分析方法,x52管線管以及結合前兩者的改進單耗分析方法;介紹燃煤發電機組的降耗時空效應,并將燃煤發電機組的發電過程按功能進行劃分,此基礎上提。其次,基于“燃煤發電機組熱力過程降耗時空效應”概念,管線管結合改進單耗分析與熱力學參數對比,為機爐耦合的流程創新提供了理論支持;提出了結合有機朗肯循環與機爐耦合相結合的新型流程創新方案;應用熱過程降耗時空效應。因此,完善和探索機組的熱力學性能研究與集成方法,對大型燃煤電站機組的節能降耗有重要意義。后,研究機爐耦合改進方案在復雜邊界條件下的性能變化特性。通過計算多變邊界條件下的機爐耦合能耗規律,主要是負荷條件變化時的設備與熱力過程能耗和降耗時空效應分布,為管線管燃煤發電機組的寬負荷運行及靈活性改造提供參考意見。研究過程中,充分考慮了實際設計中的約束條件,因此所形成的方法可為大型燃煤發電機組提供具體可行的運行策略和設計方案提供參考。能源是人類各項活動的重要物質基礎。過去幾十年中,國經濟飛速發展,但由此也帶來日益顯著的能源及環境問題。目前我國火力發電主要的原材料是煤炭,然而對其極度依賴,不僅將面臨著資源日益枯竭的困境,還導致了較為嚴重的SOxNOx粉塵等大氣污染物以及CO2排放,隨之而來的環境問題,如霧霾、酸雨、氣候變暖等也日益嚴峻,嚴重危害到周邊居民的身心健康。因而,研究和發展不依賴于煤炭的發電技術,具有重大的現實意義。其中,以氣體燃料為工質的燃氣輪機發電技術,不僅能解決鋼鐵工業的電力生產問題,而且在節能減排和環境改善方面也有所突破。燃氣輪機是一種鍋爐式熱力發動機,把熱能轉換為機械能,并使用連續流動的氣體作為工質。初應用在航空發動機領域,之后在能源、國防、交通等領域獲得廣發應用,成為這些領域高新科技的核心裝備。燃氣輪機課題研究的重點是燃燒器的設計和性能分析,而對燃燒器的火焰檢測則是分析燃燒器性能、燃燒器設計結構的重要。本文以過程層析成像(ProcesstomographiPT技術為基礎,針對本實驗室自行設計研發的錐形燃氣輪機旋流環保型燃燒器(即Swirl-inducedenvironmentalburn簡稱EV燃燒器)進行三維內部結構的可視化火焰檢測,開展的主要工作有:一、設計和搭建了基于過程層析成像系統的火焰檢測平臺。過程層析成像技術是一種應用于工業可視化檢測領域的非侵入式實時測量方法,可以在不破壞被測工質的狀態下,對工業過程量及被測參數的內部行為進行實時監測成像。其中電容層析成像技術(ElectriccapacitancetomographiECT一種以電容變化量為檢測參數的過程層析成像技術,被認為是多相流檢測領域有前景的可視化檢測方法之一。本文在前人的工作基礎上,設計和制作了多種適用于三維火焰檢測的電容傳感器,包括平面電極片全開放式傳感器及平面與環形電極片集成式傳感器,采用三維圖像重建及數據融合等數據處理方法,實現了對火焰的燃燒狀況及三維內部結構較為準確的實時成像。將ECT應用于火焰檢測領域是對該技術的一項應用創新。盡管目前學術界仍對ECT檢測火焰的機理存在爭議,但已普遍認可ECT能夠檢測到火焰的電離現象。二、為了實現與鋁管ECT重建的火焰圖像進行對照分析,本文在電學層析成像技術的基礎上,進一步融合平面激光誘導熒光(PlanarlaserinducedfluorescPLIF技術等光學,實現對火焰中OH自由基的濃度分布實時檢測。PLIF技術是一種用以探測待測的分子或原子被激光激發后在特定的量子態聚居密度的共振躍遷技術,特定染料的激發下可用于檢測火焰中OH自由基在平面內的濃度分布。根據火焰的電離理論,火焰中OH自由基聚居密度較大的區域通常也是火焰中燃燒化學反應較為的區域,體現在ECT圖像中即為灰度值較高的區域。三、本文還通過計算流體動力學(ComputationalfluiddynamCFD方法對燃氣輪機的EV燃燒器進行三維空間的數值模擬,采用非穩態湍流模型和湍流與化學反應相互作用的渦耗散概念(EddydissipationconceptEDC燃燒模型對層流火焰及湍流火。因此原理上可以將OH-PLIF檢測圖像與ECT重建圖像進行對照分析,兩者的測量結果可以相互印證。數值結果不僅可以與實驗測量結果進行良好的對照,還可以補充實驗數據,分析燃燒反應的其他燃燒過程產物等,為后續燃燒器的研究提供理論分析基礎。本文在對錐形燃氣輪機旋流環保型(EV燃燒器的燃燒特性深入了解的基礎上,采用基于電學的過程層析成像技術(ECT實現對火焰內部三維結構的可視化檢測,融合了平面激光誘導熒光技術(PLIF研究火焰組分,并結合數值模擬的方法從多角度對錐形燃燒器的結構及其燃燒狀態進行分析,為后續深入研究奠定基礎?绽浼夹g由于其優越的節水能力,國富煤缺水地區火力發電的常規冷卻。直接空冷系統采用機械通風強迫對流方式實現冷卻空氣和汽輪機排汽的直接熱量交換。由于以空氣作為冷卻介質,因此直接空冷系統極易受到環境因素影響,如環境溫度和環境風。本文將對極端環境下空冷凝汽器流動換熱特性進行研究,包括夏季高溫工況和冬季供熱工況。夏季高溫天氣空冷凝汽器的高背壓現象是一個常見問題。對于空冷凝汽器,蛇形翅片扁平管是關鍵的換熱元件。通過可視化熱態風洞實驗,對蛇形翅片扁平管的噴霧冷卻機理進行研究,并使用紅外熱像儀測量翅片表面溫度分布。噴霧冷卻的強化傳熱機理包括兩部分


,液滴群蒸發預冷空氣以及換熱表面液膜蒸發。實驗結果表明,空氣冷卻效率隨風速增加而逐漸降低,隨量增加而增加?諝饫字Z數Re范圍210680獲得了噴霧工況下對流換熱經驗關聯式。和未噴霧工況相比,三種量下的努塞爾數Nu分別增加48%,56%和68%。此外,實驗還定量評估了液滴群蒸發預冷空氣和表面液膜蒸發兩種機理的相對貢獻,發現當雷諾數Re約為500時二者基本相等。實驗結果為空冷凝汽器噴霧冷卻技術提供了重要的參考依據。為進一步研究噴霧冷卻強化翅片管換熱機理,以單個翅片單元作為物理模型,通過數值模擬的方法對液滴群在翅片間運動蒸發以及形成液膜蒸發的過程進行分析。結果表明,噴霧冷卻能夠有效降低翅片表面溫度并提高對流換熱系數。量的增加對強化換熱能力提升有限。液滴粒徑和迎面風速對液滴群擴散影響顯著,從而改變管壁降溫效果。實際運行中應選擇合適的液滴粒徑,粒徑過小雖有利于液滴群擴散,但部分液滴穿出翅片區域而未被利用。而粒徑過大使得液滴群不能充分擴散,只有部分翅片區域受液滴和液膜蒸發影響,使得整體強化換熱效果不佳。采用數值模擬的方法,以300MW直接空冷機組單個空冷單元為研究對象,深入研究空冷單元內噴霧冷卻系統的流動換熱性能,并進行了實驗驗證。根據空冷單元內流場分析,提出了一種改進型噴嘴布置方案以提高噴霧冷卻性能,并與原有布置方案比較了入口空氣溫度和汽輪機背壓。量可以分為三部分,包括液滴群在空氣中預冷蒸發水量、翅片管束表面液膜蒸發水量,以及未完全蒸發而被排出的多余水量。通過數值模擬研究,獲得了量,噴射方向和噴嘴間距對冷卻性能的影響。結果表明,改進型噴嘴布置方案可顯著提高冷卻性能并可大幅降低汽輪機背壓。對于實際空冷單元,噴霧系統可采用向上噴射,噴嘴間距0.8m改進型布置方案。此外,不同環境工況下的多余水量為優量的確定提供了依據。冬季熱電聯產是一種主要的供熱方式,汽輪提供熱源,同時多余的蒸汽進入到直接空冷系統進行冷卻。對于熱電聯產機組,進入到空冷島的蒸汽量減少,導致部分風機只需要低速運行甚至停運。本文采用數值模擬的方法,

             對300MW熱電聯產機組的空冷系統環境風效應進行了研究,并進行了實驗驗證。冬季嚴寒工況熱電聯產機組只有部分空冷凝汽器在運行。為了研究空冷島的流場和溫度場,建立了物理和數學模型,并考慮了軸流風機全停時的自然對流,獲得了不同環境風向風速下的空冷凝汽器換熱量。結果表明,由環境風引起的熱風回流和空氣倒灌對空冷凝汽器換熱影響十分明顯。然而,與常規發電機組不同,熱電聯產機組空冷凝汽器換熱量可能會因為風機全停下的空氣倒灌而增加。此外,基于空冷島流場和溫度場分析,針對環境風下部分負荷熱電聯產機組進行運行方案研究。供熱安全以及熱電聯產機組經濟運行,提出了不同環境工況下的空冷系統優運行方案以及具體的軸流風機速度。目前,燃煤機組仍將是主流發電機組,且大多機組均安裝了廠級信息監測與控制系統,可以對各系統、設備實施在線監測,F有的燃煤發電狀態監測系統側重于可靠性的研究,對機組能效狀態監測研究工作相對較少,且大多針對某單一系統、設備或參數的研究,缺乏對機組整體運行能效狀態的系統性研究。因此為進一步深化機組的智慧化管理,提高機組整體運行能效水平,對燃煤機組展開能效狀態監測系統研究意義重大。由此,本文針對煤電機組的能效狀態監測系統展開研究。通過對燃煤機組的各子系統、設備功能結構進行分析,獲取能夠表明機組整體能效狀態的指標體系。通過對運行數據的穩態篩選,獲得機組的穩態運行數據,獲取高質量的建模研究數據,完成數據預處理工作;采用多元狀態估計的方法,建立反映機組能效狀態的估計模型,并對其模型的有效性進行驗證分析;梳理各個系統中常見。本文針對某電廠1000MW超超臨界機組進行能效狀態監測系統研究,并利用管線管機組實際運行數據進行能效狀態監測及異常狀態預警案例分析,通過以上方法能夠有效提高機組能效狀態監測水平,實現能效狀態異常預警。隨著電力發展進入“新常態”電力裝機過剩,煤電機組負荷率走低,供電煤耗率升高,同時機組變負荷運行,犧牲部分機組性能完成深度調峰任務,導致機組性能劣化,影響其經濟安全運行。因此,管線管開展煤電機組能效狀態異常診斷技術研究對煤電行業發展尤為重要。

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