复杂地形下风力机尾流数值模拟研究和激光雷达实验对比

以CFD数值计算和实验相结合的方法,对处于中国西南某多山地区陆上风电场的尾流特性进行研究,验证不同数值方法在复杂地形的适用性。首先采用2台激光雷达,测量目标风力机一个月内的自由来流风速和尾流廓线,在地形上坡加速效应下,不同大气稳定度下目标风力机的自由来流风速廓线均呈负梯度。然后分别采用经典致动盘和改进致动盘法,模拟目标风力机在主风向下的尾流发展。不同于只有风速与压降关系的经典致动盘法,改进致动盘法更考虑了叶片几何和气动参数(尺寸信息、攻角、桨距角、升阻力系数等)。通过与后置激光雷达尾流测试结果对比,这2种基于CFD技术的数值模拟方法,计算网格相同,计算时间相当,且均能较好地模拟因为复杂地形而引起的尾流偏转;其中改进致动盘的尾流形状与激光雷达相似,速度亏损也更接近激光雷达结果。因此,改进致动盘法更适合于复杂地形条件下风场模拟,较好平衡了计算的效率与精度。     

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。     

氧气纯度对两段式煤粉气化炉气化特性的影响

降低氧气纯度可以显著地降低空分能耗,对于提高IGCC电厂整体效率有着积极的意义.不过氧气纯度过低(低于95％),偏离设计工况参数,会对IGCC两段式干煤粉气化炉内温度、合成气组分以及气化效率造成一定的影响.为了探究氧气纯度对于IGCC两段式干煤粉气化炉内气化特性的影响,采用流程仿真软件Aspen Plus和数值模拟软件...     

纳米流体悬浮稳定性和电导率的关系研究

基于Maxwell电磁理论中电解质悬浮液中粒子质量分数和电导率之间的关系,提出了一种判定纳米流体悬浮稳定性的方法,并进行了实验验证。实验中,采用"两步法"经超声振荡制备了CuO/去离子水纳米流体。利用电导率仪测量了不同质量分数时纳米流体的电导率,建立了质量分数与电导率的关系,同时研究了温度对电导率的影响。结果表明电导率随着颗粒质量分数的增加而增加,随着质量分数的减小而减小;随着温度的增长,电导率只有微小变化,可以忽略温度对电导率的影响。     

与IGCC匹配的燃烧前CO_2捕集系统动态特性分析及控制优化EI北大核心CSCD

燃烧前CO_2捕集技术在整体煤气化联合循环发电(IGCC)的应用正处于起步阶段。与传统化工系统里CO_2捕集不同,IGCC发电机组要求能够经常在不同负荷下运行,并能保持较高的系统热效率,因此对其动态特性以及控制方案的研究是十分必要的。针对正在建设的某30MWth的燃烧前CO_2捕集系统,基于DYNSIM软件平台搭建了其MDEA脱硫脱碳工艺流程动态仿真模型,研究了CO_2捕集率对主要调节变量的动态响应特性,并针对其特点提出了优化控制方案。将其与原有方案对比,仿真结果表明,应用该方案不仅可以提升CO_2捕集率的动态响应品质,还降低了能耗。     

IGCC电站燃气轮机启动燃料的替换研究

当整体煤气化联合循环(integratedgasification combined cycle,IGCC)电站低热值合成气燃气轮机的启动燃料为柴油时,启动成本高,污染物难以控制。为了解决该问题,一个较适用的方法是将燃气轮机的启动燃料由柴油替换为天然气。但由于2种燃料的燃烧特性的不同,需要对燃机在两种不同燃料下的动态特性进行深入的研究,从而提出相应的改造和运行策略。基于天津IGCC低热值燃气轮机的结构及实际运行数据,建立燃气轮机热力学计算模型,对比分析了燃气轮机启动过程中,柴油量、天然气量随燃气轮机负荷的变化情况;其次计算了燃烧器燃烧天然气时的火焰稳定速度范围和优化燃烧器当量直径的范围;并对该燃气轮机燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟研究。最后提出了燃烧器的改造方案和运行策略,在尽量小的范围内进行改造来实现对柴油的替代而且保证燃机的稳定、安全和清洁启动。     

基于IGCC的燃烧前CO_2捕集抽蒸汽策略研究EI北大核心CSCD

为了降低燃烧前CO2捕集对IGCC蒸汽动力系统出力的不利影响,并保证CO2捕集系统的稳定运行,CO2捕集消耗的蒸汽需要合理的从IGCC系统内部抽取。采用仿真模拟软件,研究了CO2捕集对IGCC系统中燃气轮机、余热锅炉和汽轮机负荷的影响。提出了两种水–气变换反应加湿蒸汽抽汽方案,通过对比这两种加湿蒸汽抽汽方案对汽轮机出力的影响,确定了最优的向CO2捕集系统供汽策略。其中,水-气变换反应加湿蒸汽从气化炉汽包抽取,CO2分离过程消耗的低压加热蒸汽将根据负荷情况由余热锅炉低压蒸汽系统或汽轮机低压缸抽取。     

低热值燃气轮机烧嘴烧损问题的数值计算模拟研究

整体煤气化联合循环的动力核心是低热值燃气轮机。针对其烧嘴烧损问题,结合低热值燃烧器的结构特点、低热值燃料的特性及低热值燃气轮机实际运行情况,采用计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)方法建立了该低热值燃气轮机燃烧室和燃烧器的数值模型,分析了燃烧器烧嘴烧损的主要原因,发现是因为少量合成气从稳焰孔流出后,被空气挤压,在靠近烧嘴壁面的位置燃烧所造成的。为解决这一问题,提出在稳焰孔上方增加一圈遮焰环的解决方案,并用CFD模型进行校验。结果显示遮焰环方案烧嘴的最高壁面温度由原方案的1666 K降低至1076K,远低于烧嘴材料烧损的温度。     

瞬变平面热源法热导率测量的数值模拟

采用HOT DISK热物性分析仪通过瞬变平面热源(HOT DISK)分别对固体、液体或气体的热导率进行测量,固体材料选用不锈钢块(型号4278),流体材料选用去离子水。并利用ANSYS CFX仿真模拟软件对该测量过程进行数值模拟,将模拟得到的与实验测得的温升曲线进行对比,吻合度较好。结果表明:选用合适的探头和参数,HOT DISK热物性分析仪能准确测量固体的热导率;但是对于流体或气体,热导率的测量结果与真实值相比偏大,原因是测量过程中产生自然对流。     

利用火焰推举距离判定燃煤锅炉低负荷稳燃性能的研究

为研究低负荷工况下锅炉的稳燃能力,定义了火焰推举距离,即以900℃的温度作为火焰边界,以火焰边界与燃烧器出口之间的距离作为火焰推举距离。采用ANSYS Fluent模拟软件对某电厂350 MW前后墙对冲锅炉内的燃烧状况进行模拟,并根据试验确定了该锅炉的最低发电负荷为24. 8%时,火焰推举距离的极限值为3. 15 m。进一步分析了煤种、煤粉粒径、一次风量、二次风量、二次风温度、再循环烟气量和燃烧器燃烧方式等因素对火焰推举距离的影响,研究表明:减小煤粉粒径、减少一次风量、关闭再循环烟气量和燃烧器对冲燃烧方式,这四种因素能显著地减小火焰推举距离。最后综合这四个有利因素,将煤粉粒径减小至5. 6×10~(-5)m,通过磨煤机和燃烧器的阀门调节把一次风量降低至60%的风量,关闭再循环烟气挡板,采用上层燃烧器冲燃烧方式,能够将该锅炉的发电负荷降低至7. 39%的最低负荷,并保持安全稳定运行。