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优于q345b方管换热管束水平布置的空冷系统

2019-10-2 21:14:03      点击:

基本上都处于多轴应力状态。而在机组设计时大多采用的处于单轴应力状态的蠕变数据,优于q345b方管换热管束水平布置的空冷系统受到多种载荷的共同作用。按现有的方法得到部件寿命结果有异于部件所处的实际情况,显然,这对超超临界机组的寿命评估和安全管理是不利的通过与q345b方管单轴蠕变实验结果的对比发现,两个模型均能准确q345b方管单轴蠕变过程的三个阶段。2利用q345b方管内压拉伸试样在不同内压和拉伸应力组合加载条件下可以形成不同的多轴度,开展了一系列多轴蠕变实验,研究了多轴应力对q345b方管蠕变微观孔洞发展的影响,

    为q345b方管多轴蠕变模型提供数据支持。通过与q345b方管多轴蠕变实验结果的对比发现,两个模型均能较好的模拟q345b方管多轴蠕变过程的三个阶段。3设计并搭建了全尺寸管道弯头蠕变实验系统,进行了厚壁和薄壁两种全尺寸管道弯头在平面内弯矩下的蠕变实验,对由小试件蠕变实验获得的多轴蠕变模型进行了修正和验证。对比实验结果发现,改进的N-B模型和改进的G-W模型均能较好的模拟q345b方管管道弯头在平面内弯矩下的蠕变过程。4可以利用等时蠕变断裂面描述与单轴蠕变断裂时间相同的多轴蠕变在应力空间中应力状态的轨迹,推导了铝板应力空间中多轴蠕变的等时蠕变断裂面在偏平面上的等时蠕变断裂轨迹的公式。利用q345b方管单轴和内压拉伸多轴蠕变实验数据,提出了针对q345b方管多轴蠕变的等时蠕变失效准则,通过q345b方管全尺寸管道弯头在平面内弯矩作用下的蠕变实验结果进行了验证。利用多轴蠕变模型的有限元分析结果和偏平面上的等时蠕变断裂失效准则,提出了一种新的超超临界机组关键部件蠕变寿命的评估方法。5比较了现有的各国电站高温部件寿命设计和评估标准或推荐方法,计算了超超临界机组T型部件关键位置处的蠕变和疲劳寿命。结果发现,不同标准采用的寿命评估理论有差异,计算出的结果相差较大;设计工况条件下,T型部件损伤的累积形式主要为蠕变损伤,疲劳损伤基本可以忽略不计。利用改进的G-W多轴蠕变模型分析了T型部件在设计工况下前三个周期的蠕变行为,并利用超超临界机组关键部件蠕变寿命评估新方法对T型部件关键位置进行了蠕变寿命评估。火力发电机组设备规模不断扩大、运行参数不断提高,过程中涉及复杂的能量转换与能量品质耗散等问题,这也对火力发电领域的设备性能与运行提出了较高要求。本文针对火力发电机组运行数据集数据量大、q345c方管多为结构化数据、具有不准确性与强耦合性、有天然的数据标签等特点,阐述了信息物理融合系统在火力发电系统建模和设备性能与运中的应用模式,开展了一系列电站机组。随着信息化与工业化的深度结合,数据驱动的信息物理融合系统逐步应用于各个领域。开展数据驱动下的电站信息物理融合系统建模和设备性能分析与运行方法研究对我国火力发电领域节能降耗具有重要意义。首先,阐述了信息物理融合的概念及其在火力发电系统建模过程中的应用模式。从设备与子系统的角度研究了电站物理层的设备、传感器、控制器,以及信息层建模与物理层的融合方式与信息传递模式等。并在此基础上提出了信息物理融合系统在电站建模中的标准流程,包括离线建模与在线分析的数据处理构架与流程,研究分析了信息物理融合系统在电站设备性能分析与运行的可行性。特征变量选取方面,研究了基于机理与基于算法的变量选择方法在电站系统建模中的应用模型;样本选取方面,综合考虑了准稳态过程的筛选算法、数据异常的处理方法、样本时效性等;数据质量提升方面,改进了数据协调方法,综合考虑质量平衡与能量平衡以及时间尺度上的冗余信息,提升了样本数据的可靠性。随后,针对电站典型数据结构,建立了结构化的数据预处理流程,包括针对建模结构的特征变量选取研究,针对模型可靠性的样本选取研究以及针对模型质量的数据质量提升方法研究。开展了电站实际运行数据预处理工作,论证了该结构化与流程化的处理方式的有效性。开展了电站系统在数据驱动下基于机理与基于算法的研究工作;从子模型输入、输出、内部方程角度阐述了信息层的构架,引入改进的数据协调方法在数据驱动下建立了汽机机组、回热加热器与空冷的机理模型;分析了支持向量机。海量实际运行数据的驱动下,验证了改进的数据协调方法在传感器故障诊断的可靠性;保证数据准确性的基础上,基于内部(火用)参数对热电机组进行设备状态性能监测分析;综合考虑了多变边界条件建立了数据驱动下的空冷。然后,具体讨论分析了电站物理信息融合系统离线建模过程。后,系统开展了信息物理融合系统在设备性能与运行中的应用研究,并分别应用于电站机组设备运行状态监测和多变边界条件下了空冷佳真空问题。本文结合实际电站海量运行数据,从数据预处理、离线建模、线性能分析与运行、模型验证与更新等角度提出了数据驱动下电站信息物理融合系统建模方法,使整个模型应用过程形成了完整的闭环体系。形成了系统的数据驱动下电站信息物理融合系统建模和设备性能分析与运行的应用模式。国“三北”地区富煤缺水,因此电站空冷技术得到迅速发展。电站空冷系统以环境空气为冷却介质,因此对环境气象条件的变化较为敏感,尤其在环境横向风下更加明显。针对直接空冷技术的高能耗和高成本,以及轴流风机运转产生的环境噪音,本文研究了换热管束水平和垂直布置的自然通风直接空冷系统。研究结果表明:换热管束水平和垂直布置的自然通风直接空冷系统塔筒起到聚风”和“挡风墙”作用,使换热单元获得了更为均匀的温度场速度场,二者协同作用下,换热更加高效,表现出更好的换热特性。对于直接空冷单元垂直布置于塔周边的空冷系统,由于具有更好的流场和温度场,换热管束垂直布置的空冷系统的性能优于q345b方管换热管束水平布置的空冷系统。而且夹角为150°的换热管束垂直布置的空冷系统具有热力性能,因此具有佳的实际工程应用潜力。针对环境风对间接空冷系统塔内的不利影响,本文提出在空冷塔内加装导流板实现塔内空气流场的以及两种换热单元布置方法来改善空冷散器的散热能力。研究结果表明:无风和小风速情况下,布置圆环导流板和螺旋导流板的空冷塔热力性能低于无导流板的空冷塔。另外,平台进风口高度和外界环境风速对散热器塔内外结合布置的空冷系统影响很大,当进风口高度一定时,空冷系统的换热性能随外界环境风速的增加而下降,当外界环境超过某一定值时,空冷系统的换热性能随风速的增加而增大。大风速下,安装导流板的空冷塔的流动和换热性能得到提高。对于散热器双边布置的间接空冷系统,0°风向下换热量总是随风速的增加而增加,因此具有低的背压。90°风向下换热效果差,其性能低于的间接空冷系统。对于一部分水平布置在空冷塔内,一部分垂直布置在空冷塔外的新型间接空冷系统,低风速下,性能比空冷散热器垂直布置的自然通风间接空冷系统更优,高风速下,空冷散热器垂直布置的自然通风间接空冷系统的性能佳。另外,散热器塔内外结合布置的空冷系统有一佳高度平台,此高度下,空冷系统换热效果好。此外,针对自然通风空冷塔塔群的流动特性,分析了环境风对塔群的影响,得到塔群中每个塔的流动特性和换热特点。对于某一特定空冷塔,存在一个临界风速。环境风速低于该风速时,空冷塔的通风量会随风速的增加而减少,换热性能变差,汽轮机排汽背压升高。当环境风速高于该临界风速时,空冷塔的通风量会随外界环境风速的增加而增加,换热性能有所提升,汽轮机排汽背压也相对降低。环境风向对空冷塔塔群也有很大的影响。低风速下,上游空冷塔的换热性能差,机组背压高;高风速下,下游空冷塔的换热性能差,机组背压高。此基础上提出了改进方法,分别在某一空冷塔和全部空冷塔上加装导流板以减小外界环境风对机组的影响。某一空冷塔加装导流板后,其空气侧流场较之前比均匀性有很大幅度的提升,不仅能显著改善本塔的换热性能,而且对下游空冷塔也有一定程度的改善,但是对上游塔基本没有影响。对三座空冷塔均增加导流板后,不同环境风速下,其空气侧流场与未加装导流板相比更加均匀,空冷塔空气流量更多,汽轮机排汽背压更低。而且,环境风速越大,这种效果越明显。近年来,粗钢产量增加迅速,钢铁生产过程中产生大量副产品煤气,钢铁企业回收利用的主要二次能源,但用户繁多且运行工况复杂多变,若煤气产量和消耗量不平衡,将导致富余煤气放散,造成能源浪费和环境污染。钢铁企业是用电大户,副产品煤气用于发电是其回收利用的常用方法之一,煤气-蒸汽联合循环发电机组与纯燃煤气锅炉机组的负荷调节能力有限,煤气产量波动较大时,必然导致煤气大量放散。煤/气混燃锅炉机组作为煤气消耗大幅可调用户越来越受到重视,煤/气混燃锅炉机组具有技术相对成熟、设备国产化率较高、年运行时间长等优点。因此,本文以300MW煤粉混燃高炉煤气和焦炉煤气锅炉机组为对象,研究了煤气配比和配风对炉内燃烧特性与机理的影响,并对煤气配比和配风进行实验研究,明确煤气配比和配风对热量分配和汽温偏差的影响,后建立锅炉燃烧模型。煤/气混燃锅炉机组作为钢铁企业副产品煤气消耗的可调用户,其煤气供应随时发生变化,从而引起锅炉燃烧特性、热量分配特性及污染物排放特性等的变化。为煤/气混燃锅炉机组安全、经济运行提供了理论与实践基础。首先,利用FLUENT数值模拟研究了煤/气混燃协同分级配风燃烧特性与机理。利用运行工况验证数值模拟计算结果正确的基础上,数值模拟研究了5个工况(纯燃煤、仅混燃高炉煤气、仅混燃焦炉煤气、同时混燃焦炉煤气和高炉煤气及低分离燃尽风率)炉内温度场、速度场、烟气组分、焦炭燃尽、NOx生成及还原机理。通过对比分析5个工况的温度场、1850K等温面、炉膛横截面平均温度、烟气速度、热流密度分布得到:同时混燃两种煤气并采用高分离燃尽风率工况(燃烧特性研究工况Ⅳ)炉膛温度更加均匀、局部高温区温度降低、还原性气氛较强,因此该工况NOx排放浓度低。鉴于FLUENT自带的多表面反应模型未考虑焦炭反应形成的多孔介质灰壳对气相的扩散阻力,使得氧化剂和未反应焦炭直接并燃尽,导致计算得到飞灰含碳量接近于0%,本文提出了基于气相扩散阻力的修正多表面反应模。针对煤/气混燃协同分级配风条件下,炉膛主燃区形成还原性气氛特点,建立了煤粉热解、焦炭气化及气体燃烧模型;考虑了混燃煤气、煤粉热解及焦炭气化过程产生还原性气体(CH4COH2对NOx还原作用。其次,为了减少实验工况,以飞灰含碳量和NOx生成浓度作为煤/气混燃锅炉机组燃烧指标对煤气配比、分离燃尽风率及二次风率进行了数值模拟研究。数值模拟结果为高炉煤气与焦炉煤气热量混燃比比例为1αHBFG/αHCOG=1分离燃尽风率为26%、AC煤粉区过量空气系数为0.70左右。数值模拟得到煤气配比及配风结果的基础上,对煤气配比、分离燃尽风率及二次风率进行了实验研究。实验结果为高炉煤气与焦炉煤气佳热量混燃比比例为1佳分离燃尽风挡板(SOFA 1/SOFA 2开度为100/100佳二次风挡板(AA /A B/BC/CC开度应维持在50/30/50/50实验结果和数值模拟结果基本吻合,表明数值模拟结果可指导实验研究,终煤气配比和配风实验结果可为锅炉运行提供参考。再次,经低氮燃烧改造后,分级配风对锅炉热量分配和汽温特性具有较大影响,而采用分级配风技术的煤/气混燃锅炉热量分配和汽温更为复杂。因此,实验研究了高炉煤气和焦炉煤气热量混燃比、二次风率、分离燃尽风率、燃烧器摆角对锅炉主、再热蒸汽吸热量的影响。为了研究混燃高炉煤气对炉膛上部烟气速度偏差的影响,对不同高炉煤气热量混燃比工况进行了数值模拟,得到炉膛上部烟气速度偏差随着高炉煤气热量混燃比的不断增加而逐渐增大。针对混燃高炉煤气引起的再热汽温偏差问题进行了分离燃尽风水平摆角实验,得到佳摆角组合。结果表明:分离燃尽风(SOFA #1#2#3#4喷口水平偏转角度依次为-7.5+7.5+7.5-7.5时,再热汽温偏差由17.1℃降低到2.55℃,再热汽温为536.4℃,主汽温偏差为4.15℃,主汽温度为538.7℃。后,为了建立锅炉燃烧模型,实现与锅炉机组分散控制系统(DCS整合,形成锅炉运行的闭环控制。研究了支持向量机(SVM小二乘支持向量机(LS-SVM定尺度小二乘支持向量机(FSLS-SVM算法求解不同容量样本的精度和泛化能力。格搜索优尺度的方法,实现了FSLS-SVM算法的尺度自动寻优。此基础上,分别基于SVMLS-SVM及FSLS-SVM算法建立了NOx排放浓度模型、排烟温度模型及飞灰含碳量模型,并利用值与实验值的逼近能力、相对误差及计算时间评价不同算法的优劣。评价结果表明:NOx排放浓度及排烟温度运用FSLS-SVM算法建立的模型优于其他两种算法,而飞灰含碳量运用SVM算法建立的模型较优。综合排烟温度模型、飞灰含碳量模型及理论计算模型建立了锅炉效率混合模型。后,以NOx排放浓度模型和锅炉效率混合模型为适应度函数应用于改进粒子群(IPSO算法对二次风(SA 挡板开度及分离燃尽风挡板开度进行。本文以实现燃煤发电系统清洁高效协同为核心,首先,针对燃煤发电系统锅炉冷端的能量利用进行了热力学,实现了能量的高效利用;而后在此基础上,提出打破能量利用与污染物减排流程之间相对的格局,研究二者之。锅炉冷端能量利用的热力学中,首先分析了低温省煤器系统、旁路烟道系统这两个现有锅炉冷端能量利用系统的性能与特点,从热力学第一定律和热力学第二定律的角度揭示了旁路烟道系统的节能机理,而后对旁路烟道能。结果表明,对于典型1000MW机组,机炉深度耦合系统能够提升机组热效率0.51个百分点,增加供电功率10.96MWe降低供电煤耗3.16g/kWh将空气预热流程(炯)降低9.5MWth同时能够带来1357.3万元的年增加净收益,其节能效果与经济性能远优于现有的锅炉冷端能量利用系统。结果表明,对于1000MW机组,清洁高效协同系统能够在高、中、低负荷下分别降低供电标准煤耗3.30g/kWh3.02g/kWh2.73g/kWh提升SCR脱硝温度15-18℃,提升脱硝效率0.92.6和4.5个百分点,降低脱硫水耗30.2t/h16.4t/h和7.8t/h同时。基于燃煤发电系统的主流发展方向:太阳能辅助燃煤,能级分析的基础上揭示了太阳能与SCR脱硝之间的能级匹配与耦合机理,凝练出了燃煤发电系统锅炉冷端太阳能热量利用与NOx减排协同的原则,创新性地提出太阳能辅助SCR脱硝的概念。结果表明,对于1000MW机组,太阳能辅助SCR脱硝系统能够在高、中、低负荷下分别降低标准煤耗2.70g/kWh4.09g/kWh和6.37g/kWh始终保持SCR脱硝在优温区内,中、低负荷下分别提升脱硝效率3.1和7.9个百分点,并通过灵活的能量分配模式大幅降低太阳能波动对系统整体性能的影响,系统太阳能发电成本较低。基于所提出的机炉深度耦合能量利用模式,能级分析的基础上揭示了旁路烟气能量与SCR脱硝装置之间的能级匹配与耦合机理,并结合低低温电除尘与低水耗脱硫,凝练出了燃煤发电系统锅炉冷端能量利用与污染物减排协同。着眼于锅炉冷端节能环保关键设备,针对低温省煤器和净烟气加热器的协同布置进行了研究,提出利用氟塑料换热技术,深度回收烟气余热,协同布置低温省煤器和MGGH实现锅炉冷端的余热利用与污染物稀释净化协同的效。结果表明,对于典型1000MW机组,低温省煤器和MGGH协同布置与受热面分配能够降低标准煤耗1.05g/kWh提升净烟气排放温度至80℃,有效提升污染物稀释净化能力,年增加净收益93.6万元,大幅降低脱硫水耗,实现低低温电除尘。结果表明:NOx排放浓度由原来210mg/Nm3降到182.8mg/Nm3同时锅炉效率由原来的90.21%提高到91.12%。锅炉冷端的能量高效利用和污染物高效脱除是提高燃煤发电系统节能减排性能的有效途径。提出潜热显热联合回收,耦合煤干燥技术,抽取烟气潜热并将其转化到干燥乏汽中,扩大余热总回收量,此基础上同时布置低温省煤器与乏汽GGH实现锅炉冷端的余热利用与污染物稀释净化协同的效果。结果表明,对于典型1000MW机组,低温省煤器与乏汽GGH协同布置能够降低标准煤耗3.83g/kWh提升净烟气排放温度至82.5℃,有效提升污染物稀释净化能力,回收煤中水分13.9kg/年增加净收益2499.8万元,有效解决GGH积灰堵塞问题。随着我国能源结构的逐步推进,新能源装机规模不断增大,大容量汽轮发电机组需要承担调峰任务,使其运行工况多变;同时,串联电容补偿、高压直流输中广泛应用,结构日趋复杂。多因素耦合作用下,汽轮发电机组发生各类故障的风险增大。本文在深入分析汽轮发电机组典型故障机理的基础上,结合信 分析、人工智能等理论和技术,研究了面向工程实践的汽轮发电机组故障诊断方法及系统,对于保证其安全和高效运行具有重要意义。