基于热力学方法的海上平台燃气轮机涡轮叶片热腐蚀影响评估研究

为了有效评估燃料气中H2S超标对燃气轮机涡轮叶片热腐蚀的影响,在腐蚀机理研究基础上结合燃机的运行参数条件,采用热力学模拟方法完成了对25 MW燃气轮机涡轮叶片热腐蚀风险评估分析。通过分析杂质含量变化及燃料类型对腐蚀产物露点曲线的影响,得出了碱金属含量是涡轮叶片热腐蚀的关键影响因子,在（Na+K）质量分数小于1×10-5%的条件下,即使当H2S体积分数达到0.01%时,涡轮叶片也不会面临热腐蚀风险。这将对海上平台用国产25 MW燃气轮机燃料中杂质含量目标控制和高温涡轮叶片防护涂层设计起到了一定的参考作用。     

空气分级燃烧炉内壁面硫化物分布的数值模拟

以某600 MW超超临界锅炉为研究对象,采用数值模拟方法研究了硫化物气体在炉内还原区水冷壁壁面区域的分布特性.结果表明:SO_2主要分布在主燃烧器壁面区域,而H_2S主要分布在分离燃尽风(SOFA)与主燃烧器之间的壁面区域,且该区域的氧量极低,温度又较高,发生高温腐蚀的可能性更大;随着燃料中含硫量的增大,壁面区域的硫化物气体质量分数有所提高,但并不显著,而高质量分数硫化物气体所占区域面积却明显增大,在主燃烧器的局部区域,壁面也出现了H_2S质量分数较高的区域.     

川崎重工30MW级L30A燃气轮机

正据《Gas Turbine World》2013年年度手册报道,L30A是新研制的30 MW级双轴重型燃气轮机,具有高效率与良好的CHP(冷热电联产)蒸汽生产能力和很低的NOx排放。用天然气作为燃料,在ISO基本负荷条件下,L30A的额定输出功率为30 900 kW,效率为41.3%,NOx排放低于15 mg/m3,CO排放低于25 mg/m3。L30A为双轴燃气轮机,配备1个轴流压气机、8个逆流式燃烧室、1个空气冷却的2级轴流式燃气发生器涡轮和1个3级轴流式动力涡轮。     

喷雾降温对燃气轮机涡轮叶片损伤的影响

建立了燃气轮机高温涡轮叶片损伤评估模型,包括热力学性能计算模型、应力评估模型、热评估模型和交互损伤分析模型,无法测量参数由热力学性能计算模型计算,作为应力评估模型和热评估模型的输入。根据蠕变与疲劳损伤模型分析结果,对进气道内使用喷雾冷却降温的燃气轮机高温涡轮叶片进行损伤评估,比较了燃气轮机在不同转速以及负荷下,使用喷雾冷却系统前后,高温涡轮叶片损伤的变化,定量评估喷水量对高温叶片寿命的改善。结果表明:启用喷雾冷却系统可以大幅减小因蠕变造成的叶片损伤,在低负荷(30%)时损伤减小的幅度尤为明显,其预期寿命从40 000 h延长到50 000 h以上,可以大幅延长叶片的使用寿命;在夏季运行时(53%负荷),如果以减少蠕变损伤为目标,可以考虑增加喷水量,从40%～100%,叶片各级蠕变损伤最高可减小13.5%。     

燃气轮机叶片的热腐蚀及其防止

本文根据近十几年来国内发生的燃气轮机叶片的热腐蚀现象,从理论上对此加以分析.提出叶片热腐蚀的可能原因.分析了各种重要因素对它的影响,其中特别是高温对热腐蚀的形响.以叶片热腐蚀的内部原因与外部条件为依据,推荐出一些主要的防腐蚀措施,以供燃气轮的运行与制造部门参考.     

哈6区块腐蚀结垢分析及对策研究

哈6区块存在CO_2和H_2S含量高,地层水矿化度高、Cl~-含量高等腐蚀结垢恶劣条件,极易发生腐蚀结垢、影响油井正常生产。区块主要在CO_2/H_2S共存条件下造成腐蚀,其主要影响因素为p_(CO_2)/p_(H_2S)值,地层水中成垢离子受温度、压力降低导致溶解度降低而结垢,酸化措施是由于缓蚀剂被岩层矿物吸附,导致残酸返排时对管柱造成腐蚀结垢,注气替油措施是因为溶解氧的存在造成管柱腐蚀结垢。从部位、缝洞带、生产管柱、产出液含水、酸化措施共5个方面分析了腐蚀结垢现状,结果显示整体表现较轻微,但不容忽视。目前油管、套管使用以抗硫管柱为主,地面设备及管道防腐采用深井阳极强制电流阴极保护方法。在前人研究基础上,针对性地提出了根据p_(CO_2)/p_(H_2S)值确定使用油管材质、酸化顶替液改进、注气替油措施改进等8个方面治理对策,为保证油井正常生产奠定了良好基础。     

掺混H_(2)对CH_(4)-空气对冲扩散火焰温度和NO_(x)生成影响的数值研究北大核心CSCD

文章基于CHEMKIN软件对CH_(4)-空气对冲扩散火焰燃烧过程中掺混H_(2)对火焰温度以及NO_(x)生产量的影响进行了数值研究,分析了不同H_(2)摩尔分数和火焰拉伸率下火焰温度的变化特性以及NO_(x)的生成特性。研究结果表明:受到燃料气体传质能力和燃烧产热能力的综合影响,随着H_(2)摩尔分数的增加,混合燃料主燃烧区的峰值火焰温度点更靠近空气区;随着火焰拉伸率的增大,主燃烧区的范围变窄,反应物在燃烧区的滞留时间缩短,NO的生成受到抑制;NO_(2)和NO的摩尔分数表现出正相关的关系;随着混合燃料中H_(2)摩尔分数的增大,NO和NO_(2)的峰值摩尔分数显著增大。     

燃气轮机的腐蚀机理

据《Turbomachinery International》2010年3～4月号报道,在上一期中,Solar Turbines(索拉透平公司)的专家们介绍了燃气轮机的腐蚀并探讨了腐蚀的一些类型。在这一期中他们更多地探讨腐蚀的机理。硫化是金属和含氧含硫介质之间形成硫化物和氧化物的反应。硫化侵袭使金属的性能迅速下降。燃气轮机中的氧化和热腐蚀问题典型地与燃烧室和涡轮部分内的高温有关。压气机涂层可以有效地保护压气机叶片免受水溶性腐蚀。氧化通常不是一个需要关注的主要问题。     

某燃气轮机低压涡轮叶片断裂故障分析

低压涡轮叶片作为燃气轮机内流道的热端部件,长时间受到气流冲击,受离心载荷、气动载荷和热载 荷的综合影响,对叶片强度要求较高。某燃气轮机由退役航空发动机改制而成,通过电站长试考核考验燃气 轮机寿命,在考核期间发生低压涡轮叶片断裂故障。针对故障进行分析、试验及计算,确定叶片断裂的主要 原因是叶片共振引发高周疲劳,采取措施是燃气轮机长期工作时迅速通过易发生多阶次共振的危险转速范围。     

基于铁矿石载氧体25 kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究

设计并建立了25kW_(th)串行流化床生物质气化反应器,基于此反应器,以赤铁矿石作为载氧体,开展生物质化学链气化实验研究,考察气化反应器温度、S/B、载氧体添加比例对生物质气化特性的影响。当赤铁矿占床料比例高于40%时,该气化装置的气化反应器温度保持平稳,铁矿石载氧体的再生及传热性能优良。燃料反应器出口烟气的成分为H_2、CO_2、CO、CH_4和少量的C_2H_4。随着气化反应器温度升高,气化反应器出口烟气中CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低,相应的CO_2体积分数逐渐升高。随着S/B由0.6升高到1.4,气化反应器出口烟气中H_2和CO_2体积分数逐渐升高,CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低。另外,载氧体添加比例增加,生物质气化反应器出口烟气中CO、H_2、CH_4和C_2H_4体积分数呈减小的趋势,而CO_2体积分数显著增加。     

淋盐法热腐蚀试验

一、前言随着燃气轮机日益广泛的应用,对其热通道部件如叶片等材料的性能要求也日益多样化,如舰船和工业燃气轮机之恶劣工作环境和长寿命使用等,要求热部件具有足够的抗热腐蚀性能。热腐蚀是指高温下合金在氧化性气氛中表面有一薄层熔盐如(Na_2SO_4)     

锅炉水冷壁腐蚀、结焦问题的数值模拟研究

为了研究某350 MW前后墙对冲燃烧煤粉锅炉经低氮燃烧技术改造后炉膛水冷壁出现的腐蚀结焦问题,利用ANSYS FLUENT软件对炉膛内的燃烧状况进行了数值模拟研究。结果表明:水冷壁附近的还原性气体(CO+H_2S)的体积分数过高,约20.85%,是造成腐蚀、结焦问题的主要原因;分配调整燃尽风(OFA)风量和低氮燃烧器二次风风量,不能降低水冷壁附近还原性气体的体积分数;在保证现有运行工况不变的情况下,额外增加贴壁风口,贴壁风量为18.67 kg/s,在原腐蚀、结焦区附近形成空气保护层,能够有效地降低水冷壁附近还原性气体的体积分数至7.83%,从而有效地解决炉膛水冷壁的腐蚀、结焦问题。     

湿牛粪在固定床反应器内热解制富氢气体参数研究

为探索湿牛粪热解气化制富氢气体的参数,以湿牛粪为研究对象,在固定床反应器内采用单因素试验法,对不同温度、水分质量分数、升温速率和进料温度条件下,热解气产率、H_2产率、热解气成分、热值和碳转化率的变化进行实验研究和分析。结果表明:随着温度的升高和水分质量分数的增加,H_2容积百分含量、热解气产率和热值增大;当反应温度从700℃升至900℃时,H_2容积百分含量从35.99%增至49.19%,单位干物质产气量从277.37 mL/g增至924.26 mL/g,气体的热值从3681.58 kJ/m~3增至6167.56 kJ/m~3。升温速率和进料温度对H_2容积百分含量和产气率的影响不明显,在不同升温速率和进料温度条件下,H_2容积百分含量波动幅度较小。     

中试规模铁基化学链燃烧的数值模拟

为了研究进气速度对铁基载氧体化学链燃烧的影响,以体积分数各为50%的H_2和CO作为混合气燃料,Fe_2O_3为载氧体,分析了不同进气速度(0.2～0.6 m/s)对化学链燃烧过程中流化质量、气体组分分布、燃料转化率的影响。结果表明:随着进气速度的增加,床层高度提高,床层中气泡体积增大,流化质量提高;气体燃料上升高度和相同高度处燃气摩尔分数均与进气速度呈正比,当进气速度从0.2 m/s提高至0.6 m/s时,CO摩尔分数从1.3%增加至7.2%,H_2摩尔分数从0.2%增加至2.6%,燃料转化率下降。     

中低热值燃料对燃气轮机运行特性的影响分析

中低热值燃料燃气轮机对经济发展和节能减排具有重要的意义,对其燃烧特性和运行工况的研究是本项技术的关键问题。本文根据燃气轮机压气机特性曲线、涡轮特性曲线和热力循环过程,分析计算中低热值燃料燃气的热力性质,提出了适用于不同组分的中低热值燃料的膨胀做功计算方法。通过对燃用天然气和合成气进行模拟计算,得到燃料热值对燃料系数、涡轮出口温度、燃料流量及膨胀功的影响规律,为燃气轮机的设计和工况调整提供理论依据。     

基于燃气轮机的板翅式换热器特性分析及结构优化

针对微型燃气轮机板翅式换热器结构参数与燃气轮机性能之间的耦合关系,建立了板翅式换热器多目标分析和优化模型。在此基础上,分析了2种设计条件(定燃烧室吸热量和定涡轮出功)下板翅式换热器关键参数对板翅式换热器和燃气轮机性能的影响。结果表明:影响燃烧室吸热量和涡轮出功的主要因素为换热器压损而并非换热器效能,2种设计条件下各参数的变化趋势一致(除燃烧室吸热量和涡轮出功外);在对翅片结构进行优化后,涡轮出功增大了6.8%,燃烧室吸热量减少了5.1%;相对于基本参数,优化后翅片厚度、翅片间距和波纹角减小,翅片高度增加,保证了板翅式换热器具有较小的压损;采用■耗散最小和采用熵产最小为优化目标时无明显区别。     

H2/CO合成气层流扩散燃烧产物NOx生成机理的数值分析

采用Chemkin软件中的OPPDIF(对冲扩散火焰)模型对H_2/CO合成气燃烧产生的NO_x排放特性进行了数值研究,分析了合成气扩散火焰中H_2体积分数对NO_x形成的影响。使用OPT(光学薄辐射)模型考察了辐射散热对模拟火焰的影响,采用GRI-Mech 3.0详细化学反应机理研究了NO_x的生成机制。数值模拟结果表明:非绝热条件下,随着合成气中H_2体积分数的增加,层流对冲扩散火焰的峰值温度单调增加;在绝热条件下,合成气火焰的峰值温度会随H_2体积分数的增加而略微下降;同时,随着H_2体积分数的增加,合成气燃烧产生的NO含量明显增加,其中热力型NO的生成量随H_2体积分数的增加变化明显,主导着NO生成量的变化趋势。     

生活垃圾与柳树枝共热解研究

在热重分析仪和固定床热解炉上进行柳树枝对生活垃圾热解特性影响研究,考察了柳树枝对生活垃圾热解失重率、热解活化能、热解产物产率、热解气组成的影响。热重分析结果表明,生活垃圾(M)、柳树枝(W)及生活垃圾和柳树枝混合物(MW)在265~600℃时失重最明显,当热解温度为600℃时,3种样品的失重率分别为61.41%,57.81%和70.31%;热解动力学分析表明,MW的热解活化能低于M和W,且低于MW理论活化能;固定床热解实验表明,当MW混合比例为4∶1时,热解产物理论值与实验值差距最大,M和W热解过程中存在明显协同作用;对MW热解气组成分析发现,随着W添加比例的增大,热解气体中CO_2产率下降,CH_4,H_2产率增加,当MW混合比例为4∶4时,CH_4和H_2产率分别提高1.13 m L/g和2.53 m L/g,CO_2产率降低1.68 m L/g。     

耐热腐蚀537镍基铸造高温合金

前言随着我国社会主义建设和国防建设的蓬勃发展,在高峰负荷发电、天燃气输送管线加压站、高原列车等各方面都需要大量的地面燃气轮机。另外,燃气轮机有功率大、重量轻、体积小、启动快和机动性好的特点,用燃气轮机装备海军,提高军舰的战斗力是海军的发展方向。这些地面和舰用的燃气轮机,由于使用低质燃料或者吸入海盐气氛。产生了严重的燃气腐蚀,必须采用耐热腐蚀的高温合金作其涡轮叶片。国外,工作温度高于800℃长期使用的耐热腐蚀高温合金,例如:IN—738,IN—     

DD5单晶叶片用热障涂层高温防护性能研究

为了提高燃气轮机热端部件的服役寿命,拓展热端部件的高温防护方法及应用,在某燃气轮机涡轮叶片用DD5镍基单晶高温合金表面制备了CoCrAlY+YSZ,(Ni, Pt)Al+YSZ和Zr改性(Ni, Pt)Al+YSZ 3种热障涂层,对比研究了这3种热障涂层的1 100℃循环氧化行为和900℃混合盐热腐蚀行为。结果表明：CoCrAlY+YSZ涂层在循环氧化和热腐蚀过程中均发生严重的YSZ陶瓷面层剥落现象,而铝化物+YSZ涂层的陶瓷面层则完好或仅局部极少量剥落;(Ni, Pt)Al涂层经活性元素Zr改性后抗氧化和耐热腐蚀性能均进一步提高,表现为氧化和腐蚀增重降低,内氧化和内硫化现象明显减轻;(Ni, Pt)Al+YSZ涂层和Zr改性(Ni, Pt)Al+YSZ涂层对DD5镍基单晶高温合金叶片均有较好的适用性。