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锅炉受热面腐蚀、超温爆管严重影响机组的安全运行，尤其是在煤质复杂多变、机组频繁调峰的背景下，受热面管材失效，发生泄漏，威胁机组稳定运行。为探究高温下钢材腐蚀行为特性，选取2种典型的锅炉对流受热面常用钢材料T91和Super304H,在空气以及另外2种模拟含硫烟气(H_2S、SO_2)气氛环境中，比较钢材料腐蚀行为特性。结果表明，Super304H钢的抗高温腐蚀性能明显优于T91钢，在3种气氛下，T91钢与Super304H钢的平均腐蚀速率之比最小为2,最大为18;2种钢材均在H_2S气氛下腐蚀速率最大；在SO_2气氛下腐蚀速率最小。从腐蚀产物形貌看，T91钢基体腐蚀后出现明显波纹化痕迹，表面粗...

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H_2S SO_2 钢材料 高温腐蚀 锅炉 含硫烟气 受热面

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超临界循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)燃烧技术作为一种具有综合性优点的技术，被广泛应用，但其炉膛中屏式过热器爆管泄漏问题频繁发生，故有必要对其水动力特性及吸热量偏差特性进行研究分析。根据针对超临界CFB锅炉炉膛内屏式过热器所建立的复杂流动网络系统的数学模型，及屏式过热器出口汽温分布实炉测量数据，对热负荷进行反推，计算分析了河曲电厂350MW超临界CFB锅炉以及白马电厂600MW超临界CFB锅炉中屏式过热器流量分配、出口汽温分布及壁温特性，并计算得到了屏式过热器中吸热量热偏差系数分布。计算结果表明，屏式过热器吸热量及热偏差系数在近壁侧、近火侧较小，在受热面...

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超临界循环流化床锅炉 屏式过热器 热偏差系数 水动力特性 吸热量

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准东煤及生物质燃料中由于富含碱金属如Na、K等元素,在燃烧过程中会产生灰相关问题,易形成烟气侧受热面的积灰结渣以及金属管壁的高温腐蚀,影响金属管束的换热效率和使用安全,严重时会导致爆管,威胁锅炉的正常安全运行。通过模拟烟气气氛对金属材料15CrMoG和T91进行高温腐蚀试验,并采用KCl涂抹方法模拟受热面表面碱金属盐的沉积腐蚀现象,利用SEM、EDS和XRD等检测方法分析腐蚀产物的形貌与组成,研究金属材料、腐蚀时间和反应温度对碱金属氯化物高温腐蚀的影响。结果表明:金属表面的KCl涂层加剧了金属腐蚀,碱金属氯化物可有效加剧对金属材料的高温腐蚀程度。在不同腐蚀时间和反应温度下,金属材料15CrMo...

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KCl 高温腐蚀 碱金属 金属材料 模拟烟气

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准东煤及生物质燃料中由于富含碱金属如Na、K等元素,在燃烧过程中会产生灰相关问题,易形成烟气侧受热面的积灰结渣以及金属管壁的高温腐蚀,影响金属管束的换热效率和使用安全,严重时会导致爆管,威胁锅炉的正常安全运行。通过模拟烟气气氛对金属材料15CrMoG和T91进行高温腐蚀试验,并采用KCl涂抹方法模拟受热面表面碱金属盐的沉积腐蚀现象,利用SEM、EDS和XRD等检测方法分析腐蚀产物的形貌与组成,研究金属材料、腐蚀时间和反应温度对碱金属氯化物高温腐蚀的影响。结果表明:金属表面的KCl涂层加剧了金属腐蚀,碱金属氯化物可有效加剧对金属材料的高温腐蚀程度。在不同腐蚀时间和反应温度下,金属材料15CrMoG的腐蚀增重与腐蚀层厚度均大于T91,表明T91的抗腐蚀性能优于15CrMoG。随着反应时间的增加,腐蚀增重与腐蚀增厚逐渐增大,而腐蚀速率逐渐降低,在腐蚀时间低于20 h时,腐蚀速率较快;处于20~48 h时,腐蚀速率明显降低,总体上腐蚀曲线符合抛物线规律。导致腐蚀后期腐蚀速率降低的主要原因是由于碱金属腐蚀会导致形成致密氧化膜覆盖在金属基体表面,对金属有一定的保护作用,减缓了腐蚀的发生。随着反应温度的增加,腐蚀加剧,在温度低于500℃时,腐蚀增重曲线斜率较小,腐蚀速率较低;温度高于500℃时,曲线斜率明显增加,腐蚀速率加快。腐蚀增厚曲线与增重曲线趋势基本一致,腐蚀曲线符合抛物线规律。随着温度的升高,碱金属腐蚀的化学反应速率与温度呈指数关系,温度升高,参加腐蚀反应的活化分子数增多,腐蚀反应速率得以迅速加快。由腐蚀微观形貌图可看到腐蚀前金属基体结构完整,表面较平滑,腐蚀后金属与腐蚀层的接触表面出现凹凸不平的结构,随着腐蚀时间的增加,腐蚀层的厚度逐渐增大。综合分析样品的SEM-EDS检测结果可以得到2种金

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KCL 高温腐蚀 碱金属 金属材料 模拟烟气

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水动力特性及流动不稳定性的准确计算和分析,对660MW超超临界CFB锅炉水冷壁的优化设计和安全运行具有重要意义。针对我国自主开发的660 MW超超临界CFB锅炉设计方案,将其水冷壁系统等效为由流量回路、压力节点和连接管组成的流动网络系统,根据质量守恒、能量守恒和动量守恒方程建立了水动力计算数学模型,在此基础上对其4个负荷下的水动力特性进行了计算分析。同时建立了适用于超超临界锅炉流动不稳定性计算分析的一维单通道通用数值计算模型,选取25%锅炉最大连续出力(boiler maximum continue rate,BMCR)负荷下的危险回路进行了流动不稳定性的计算分析。计算结果表明,超超临界CFB锅炉水冷壁系统的总压降低于煤粉炉的压降;水冷壁流量分配呈正响应特性,4个负荷下最大的流量偏差为20.98%;最大的出口工质温度偏差出现在后墙,为8.4℃;各负荷下的壁温均处于管子材料的允许温度范围之内,不会出现高温爆管的现象;水冷壁不会发生流动不稳定性,锅炉的运行是安全可靠的。

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660 MW 超超临界 流动不稳定性 水动力特性 循环流化床

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随着经济的快速发展，我国每年的煤炭消耗总量不断增加。准东地区是新疆煤炭资源最为丰富的区域，目前准东煤田的预测煤炭储量达到3900亿吨。准东煤由于具有挥发分高、灰分低、发热量中等的特点导致其燃烧性能良好，极易着火且易燃尽。但是，准东煤中碱金属（Na和Ca）含量较高，在燃烧过程中会发生严重的沾污以及高温腐蚀现象，产生大面积的爆管现象，锅炉被迫停炉清灰、检修，严重影响机组的安全性与经济性。本文分别借助50KW一维炉试验台、10MW多功能煤粉燃烧实验台以及350MW电站锅炉对准东煤的沾污以及掺烧特性进行研究。 借助50KW一维炉与10MW多功能煤粉燃烧试验台对准东煤燃烧沾污特性研究表明：准东煤是一种高水分，高挥发分、中等热值的煤种，具有燃烧性能良好，极易着火，易燃尽等特点。但当烟温小于900℃时，炉膛受热面沾污主要表现为积灰特性，没有产生较为明显的结渣现象；当烟温在900-1200℃之间时，炉膛受热面沾污表现出较为明显的结渣现象；当烟气温度大于1200℃时，炉膛受热面沾污表现出较为严重的结焦现象。锅炉不同受热面的积灰与结渣的机理是不同的，煤中各种物质因燃烧状态不同而选择性沉积。水平烟道内的换热面积灰中CaO含量较高，属于氧化钙类型；Al2O3、SiO2以及TiO2的沉积主要发生在炉膛辐射换热面以及炉膛底部；Na2O、K2O对各个受热面的积灰与结渣都起着促进的作用。 借助350MW电站锅炉对准东煤电厂掺烧特性进行研究表明：过量空气系数、一次风率、主二次风率、燃尽风、磨煤机组合对准东煤电厂掺烧特性存在一定的影响。当掺烧比达到90%时，水冷壁与屏式过热器的结渣速度迅速增加；当一次风率增加时（二次风量减少），二次风对炉膛内部空气动力场的扰动减小，煤粉燃烧不充分，未燃尽的煤粉进入燃尽区燃烧，燃尽区烟温上升，水冷壁结渣倾向加剧；选取合适的二次风量并采用均等配风、合适的给粉高度以及燃尽风风量、高度等燃烧条件能有效地抑制准东煤结渣，保证准东煤在锅炉内安全、稳定的燃烧。 本文为准东煤的应用提供了理论上的指导，对准东煤合理、安全、有效地应用具有重要的实践借鉴价值。 关 键 词：准东煤；沾污；掺烧；电厂 论文类型：应用基础

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掺烧 电厂 沾污 准东煤

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锅炉管道内部缺陷或异物堵塞，极易造成泄露或爆管事故发生。 国内新建发电机 组试运行期间及投产初期锅炉爆管事故发生率很高， 爆管事故轻则造成一定的经济损失，严重时还会造成人员伤亡。 因此锅炉管道要进行定期检查，目前锅炉管道检查主要依靠人工穿线对管道内部进行内窥镜检查，该方法存在检查距离有限、效率低下、 成本高等问题。 管道机器人作为一种特种机器人， 能够辅助检修人员进入空间狭小或者环境恶劣的管道， 并在操作人员的控制下完成检修、 清理等一系列作业，具有良好的应用前景。 现有管道机器人专用化程度较高， 难以适应环境复杂多变的锅炉管道。 针对电站锅炉管径小、管径不一及管内阻碍多等多种环境下机器人的行走问题， 本文旨在研究一种可主动变径、 体积小、负载能力大、越障能力强的管道机器人， 实现其对锅炉管道的良好适应和在管道内部的稳定行走。 本文从管道机器人的机构设计和运动控制两方面开展了研究。 为使管道机器人在小尺寸的同时具备较强的拖动能力， 管道机器人驱动单元采用 履带压壁形式， 整体采用多电机驱动、双模块形式。 建立了机器人的运动学模型，对其轮径参数进行了优化设计， 对其驱动特性进行了研究，以保证管道机器人具有良好的运动性能和较强的负载能力； 将被动适应机构和主动调节机构相结合， 使得机器人具有良好的管径适应能力和大范围的调节能力。 设计了管道机器人的小尺寸硬件电路。 对于管道机器人运行环境复杂，负载变化的特点，本文采用模糊 PID 算法对管道 机器人的平稳行走进行了研究， 并在变负载的条件下， 通过仿真验证模糊 PID 相比 PID具有更好的动态性能。 对多电机驱动引入的同步控制问题， 本文仿真比较了各种同步控制算法的性能， 确定了偏差耦合同步控制算法更适用于本文的同步控制系统。 搭建了管道机器人系统实验样机。 对控制策略进行了实验， 实验结果表明模糊 PID 的抗干扰性能优于 PID， 采用偏差耦合同步控制算法后，同步误差从 0.45r/min 降低为0.2r/min。对管道机器人的性能进行了测试， 实验结果表明，机器人最大负载可达 30N，最大越障高度为 16mm， 可跨越开孔区最大直径为 15mm，最大变径范围为 55mm； 机器人对复杂管道（直角弯管、 T 型管） 的通过性良好， 机器人可实现主动变径，能够顺利从集箱手孔放入和取出， 机器人在集箱内行走平稳，管道内部图像传输稳定、清晰。

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电厂锅炉 管道机器人 行走控制 结构设计

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W型火焰锅炉在运行过程中容易发生水冷壁撕裂的问题，本文通过热态实验和数值模拟对W型火焰锅炉膜式水冷壁应力应变的分布规律和形成原因进行研究。本研究第一次在小尺寸W型火焰锅炉上搭建全炉膛应力应变在线监测检测系统，实时监测锅炉在运行过程中水冷壁上的温度和应力应变分布，通过该系统找到了锅炉运行过程中水冷壁撕裂风险最低的燃料比例系数范围；第一次进行了全炉膛应力应变分布的数值模拟计算，模拟结果与实验结果吻合，验证了通过实测壁面温度和炉膛温度计算全炉膛应力应变分布方法的可行性，补充了实验结果。热态实验与数值模拟发现： （1）高温区主要集中在下炉膛和冷灰斗的前墙上，取决于受到流场偏转和炉拱高度横截面积改变共同影响的非对称燃烧。炉膛火焰向前墙偏转、穿透深度长、火焰在炉膛前半部分充满度更好。 （2）高应力应变区出现在前墙下炉膛和冷灰斗的交界处、前墙下炉膛的部分扁钢和水冷壁管上，应力应变分布与温度分布密切相关，但高应力应变不仅仅受高温的影响，同时受到外在约束的影响。前墙下炉膛和冷灰斗交界处的弯角为被约束的水冷壁提供了纵向的膨胀空间。高应力应变出现的区域与实际工程中出现水冷壁撕裂和爆管的区域吻合。 （3）W型火焰锅炉膜式水冷壁上最易撕裂的区域是高温-高应力的重叠区，该区域主要出现在前墙下炉膛和冷灰斗交界处的弯角区域以及前墙下炉膛中央的水冷壁管上。膜式水冷壁的撕裂机理是，随着材料温度的升高，钢的极限强度降低，同时膜式水冷壁上存在较高的应力分布，当应力超过极限强度时，膜式水冷壁由弹性形变转为塑性形变，最终导致变形、破裂。W型火焰锅炉的设计与运行需要注意这样的区域。 （4）改变燃料比例系数可以改善非对称燃烧，在不改变锅炉结构和整体热负荷的情况下，为了避免高温和高应力重合，最佳的燃料比例系数范围在0.8-1之间。 本研究找到了W型火焰锅炉膜式水冷壁容易撕裂的原因和机理，提供了一种测量锅炉水冷壁应力应变分布的方法，为锅炉安全的研究提供了一种新思路。

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W型火焰锅炉 锅炉安全 热态实验 数值模拟 应力应变

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燃气—蒸汽联合循环发电系统（CCPP）不断朝着高参数和大容量方向发展，目前已处于H级水平，在H级余热锅炉设计开发阶段，尚存在管外烟气流动传热无成熟规范的标准计算方法和不均匀的烟气流场易导致爆管腐蚀破裂的实际工程问题。本文针对国内某锅炉厂设计的H级余热锅炉，采用Fluent软件建立其特征单元和整体全尺寸的计算模型，对其管外烟气的流动传热特性进行了从局部到整体的数值研究。 根据换热管束结构周期性，选取最小重复单元，建立了烟气横掠开齿螺旋鳍片管束特征单元空间的计算模型。由局部流场和温度场的分析发现：鳍片管的前滞止点使鳍片迎风面为较大压力区，尾流涡区使背风面的传热性能变差，在传热温压和湍流度的共同影响下，第二排管束的传热性能较好。通过单一改变开齿螺旋鳍片管束结构参数的方法设置21个模拟管束进行结构参数对流动传热的影响性研究。获得鳍片高度、齿高、齿宽、鳍片螺距和管距组合在Re=4×103～23×103范围内对管束传热和阻力特性的影响，并通过多元回归拟合了相应的传热及阻力计算关联式。 将本文建立的特征单元模型应用于H级余热锅炉的高压蒸发器上，建立了高压蒸发器的18排特征单元空间模型。计算了100%BMCR、75%BMCR、50%BMCR三种典型工况，分别将各工况模拟所得平均烟温及热负荷与分段热力计算进行对比，验证了其分段热力计算的准确性。 在特征单元空间计算基础上，建立了H级余热锅炉多孔介质简化的整体全尺寸模型。对炉内整体烟气的流场、温度场、压力场进行可视化预测，发现：带旋流分布不均的高温烟气进入余热锅炉，经过过渡烟道后速度分布仍有很大的不均匀性，但换热器固体结构对烟气的阻力作用，一方面使烟气流速下降，另一方面对烟气有整流作用，使得位于后排换热器的烟气流速越来越均匀。各换热器的热负荷分布曲线表明，换热器Ⅰ的左侧中间高度位置热负荷较大，在余热锅炉设计中要注意进行腐蚀爆管预防。

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H级余热锅炉 多孔介质模型 开齿螺旋鳍片管 流动传热 数值模拟

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超临界二氧化碳动力循环被认为是具有广阔前景的发展方向之一，具有系统结构较为紧凑，体积较小，造价成本低，降低运行维护成本等优点，因此超临界二氧化碳锅炉也是相关领域的研究重点。目前国内外对超临界二氧化碳锅炉的研究都还处于系统设计和初步建设阶段，对于热力系统，通过动态数学模型不仅可以更加深入的了解超临界二氧化碳锅炉在不同工况下的动态过程特性，从而建立自动化控制系统，也方便我们对于不同工况下各设备的运行状况进行分析。 本文根据某300 MW超临界二氧化碳锅炉的结构和设计参数，建立了单相工质受热管的集总参数模型和线性分布参数模型，分析所建集总参数模型的三种处理方法，并对其进行了二次建模及龙格库塔法求解，推导出了受热管中单相二氧化碳工质在工质入口焓值、工质入口流量和管壁热负荷扰动下出口参数的传递函数关系式，为建立全工况数学模型打下基础。同时由以水为工质的对象进行分析，对模型进行了验证。 基于此单相受热管集总参数模型，以超临界二氧化碳锅炉气冷壁和再热气冷壁在设计工况下的运行参数为基础，对单根管子的动态特性进行了仿真计算，研究和分析了在工质入口流量扰动、工质入口焓值扰动和热负荷扰动下的动态特性响应曲线，发现虽然气冷壁和再热气冷壁结构参数及运行参数不同，但当有参数扰动时，出口参数的动态响应趋势极为相似。并且比较、分析了气冷壁和再热气冷壁分别在三种不同的质量流量而其他参数不变时，在工质入口流量扰动、工质入口焓值扰动和热负荷扰动下的动态特性，随着工质流量的增加，工质入口流量的增加（减少）扰动对受热管的影响越大（小）且扰动的响应时间越长（短）；随着工质流量的增大，工质入口焓值的增加（减少）扰动对受热管的影响越小（大）且扰动的响应时间越短（长）；随着工质流量的增大，热负荷的增加（减少）扰动对受热管的影响越小（大）且扰动的响应时间越短（长）。最后还推导了三种热敏感性系数的计算方程式，并详细分析了管壁热负荷、工质质量流速和管子长度的变化对敏感性系数的影响。随着热负荷的增大，流量、压降和工质出口焓值的变化受热负荷的影响越大；随着工质质量流速的增大，流量和工质出口焓值的变化受工质质量流速的影响先变大后趋于平稳，压降的变化受工质质量流速的影响逐渐减小；随着管子长度的增加，流量、压降和工质出口焓值的变化受管子长度的影响越大。本文对于超临界二氧化碳锅炉气冷壁的动态特性及热敏感性研究，可为正常设备运行提供一些参考，对锅炉的安全性和预防气冷壁爆管有重要作用。

Keyword ：

超临界二氧化碳 动态特性 气冷壁 热敏感性 数学模型

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