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Application of Response Surface Methodology for Analysis of Reheat Steam Temperatures in a Double Reheat Coal-Fired Boiler

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Journal of Thermal Science 2022年第6期31卷 2203-2215页

作者： ZHANG Jian XU Wei ZHANG Zhongxiao FAN Haojie WU Xiaojiang dong jiancong Institute of Thermal Energy Engineering School of Mechanical EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China Energy Research Institute Nanjing Institute of TechnologyNanjing211167China

For the improvement of reheat steam quality and performance of double reheat coal-fired utility boiler under wide load operation, a variety of temperature regulation ways were utilized to adjust the energy distribution between different heating surfaces. In this paper, thermodynamic calculation based on the fundamental heat transfer theory was conducted for the analysis of temperature regulation strategy effects to steam temperature. In consideration of the specific overlapping heating surface arrangement, the compartment model was adopted to solve this problem. Response surface methodology(RSM) was used to analysis the effect of each temperature regulating variables on the steam temperature and boiler efficiency;then the polynomial model was fitted to predict the primary and secondary steam temperature simultaneously. Results showed that the flue gas recirculation rate has a relatively significant influence on the steam temperature, the maximum temperature deviation between fitting value and calculation value is 3.85℃ in 75% THA;the quadratic model can well predict the steam temperature under different operation conditions in wide load change. The variation of flue gas baffle has a significant influence on the boiler efficiency, compared to the flue gas recirculation and angle of burner oscillation. The influence of various factors on the reheat steam temperature is flue gas baffle > flue gas recirculation > angle of burner oscillation.

关键词： reheat steam temperature flue gas baffle flue gas recirculation response surface methodology coal-fired boiler

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Coupled Heat Transfer Simulation of the Spiral Water Wall in a Double Reheat Ultra-supercritical Boiler

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Journal of Thermal Science 2018年第6期27卷 592-601页

作者： dong jiancong ZHOU Tuo WU Xiaojiang ZHANG Jian FAN Haojie ZHANG Zhongxiao School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University Institute of Engineering Thermophysics Chinese Academy of Sciences Department of Research and Development Shanghai Boiler Works Co. Ltd.

This paper presented a coupled heat transfer model combining the combustion in the furnace and the ultra-supercritical(USC) heat transfer in the water wall tubes. The thermal analysis of the spiral water wall in a 1000 MW double reheat USC boiler was conducted by the coupled heat transfer simulations. The simulation results show that there are two peak heat flux regions on each wall of spiral water wall, where the primary combustion zone and burnt-out zone locate respectively. In the full load condition, the maximal heat flux of the primary combustion zone is close to 500 kW/m^2, which is higher than that in the conventional single reheat USC boilers. The heat flux along the furnace width presents a parabolic shape that the values in the furnace center are much higher than that in the corner regions. The distribution of water wall temperature has a perfect accordance with the heat flux distribution of the parabolic shape curves, which can illustrate the distribution of water wall temperature is mainly determined by heat flux on the water wall. The maximal water wall temperature occurs at the middle width of furnace wall and approaches 530°C, which can be allowed by the metal material of water wall tube 12Cr1MoVG. In the primary combustion zone, the wall temperatures in half load are almost close to the values in 75% load condition, caused by the heat transfer deterioration of the subcritical pressure fluid under the high heat flux condition. The simulation results in this study are beneficial to the better design and operational optimization for the double reheat USC boilers.

关键词： coupled model heat transfer spiral water wall double reheat ultra-supercritical

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热偏差和流量偏差对1000MW超超临界锅炉水冷壁壁温影响的研究

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中国电机工程学报 2018年第8期38卷 2348-2357页

作者：葛学利张忠孝范浩杰商显耀董建聪上海交通大学机械与动力工程学院

通过耦合水冷壁的烟气侧和工质侧的换热模型,获得超超临界条件下水冷壁管内工质和管壁的温度分布情况。设置火焰中心和工质流量的偏差变量,研究其对600℃和700℃等级锅炉水冷壁管壁温度安全的影响。通过模型的计算结果与600℃等级的超... 详细信息

通过耦合水冷壁的烟气侧和工质侧的换热模型,获得超超临界条件下水冷壁管内工质和管壁的温度分布情况。设置火焰中心和工质流量的偏差变量,研究其对600℃和700℃等级锅炉水冷壁管壁温度安全的影响。通过模型的计算结果与600℃等级的超超临界机组测试值对比,验证模型的准确性。计算结果表明：耦合模型计算温度和实测数据有较好的一致性;对于600℃等级锅炉的水冷壁,流量对壁面温度最高值的影响明显高于火焰中心偏移的作用;700℃等级超超临界锅炉水冷壁管壁和工质的温度分布规律和600℃等级锅炉的变化趋势基本一致。管壁的峰值温度约为619℃,远远超过600℃等级超超临界锅炉管材的允许温度;推荐管材的许用温度为650℃。

关键词：传热模型水冷壁壁温火焰偏移流量偏差超超临界锅炉

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捷制500MW锅炉吹灰系统改造及优化分析

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电力科学与工程 2010年第6期26卷 68-70,78页

作者：田秀林董建聪国网能源神头第二发电厂山西朔州036011 华北电力大学能源动力与机械工程学院河北保定071003

国网能源公司神头第二发电厂捷制500MW锅炉自投产以来,由于其吹灰系统的非正常工作频繁导致机组限负荷运行、锅炉塌灰灭火、对流过热器和低温再热器超温。为此,该厂对机组吹灰系统进行了数次改造,其吹灰效果不断提高,机组的安全性和经... 详细信息

国网能源公司神头第二发电厂捷制500MW锅炉自投产以来,由于其吹灰系统的非正常工作频繁导致机组限负荷运行、锅炉塌灰灭火、对流过热器和低温再热器超温。为此,该厂对机组吹灰系统进行了数次改造,其吹灰效果不断提高,机组的安全性和经济性得到明显改善。分析了历次改造后吹灰系统的运行状况,并针对现有吹灰系统提出了一系列优化改造建议,还对该厂2号机组为适应经济运行需要安装的锅炉吹灰优化系统进行了介绍。

关键词：锅炉吹灰系统改造优化分析

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镍基合金管中CO_2工质700℃超临界传热特性实验研究

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动力工程学报 2018年第2期38卷 138-144页

作者：葛学利张忠孝商显耀董建聪范浩杰上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

研究了超临界压力下CO_2在管径d分别为15mm和10mm的镍基合金水平圆管内的对流换热特性,并探讨了在700℃左右等壁温条件下工质的压力、温度和质量流量等参数对对流换热系数的影响.结果表明:压力和质量流量的增大均能明显提高对流换热系数... 详细信息

研究了超临界压力下CO_2在管径d分别为15mm和10mm的镍基合金水平圆管内的对流换热特性,并探讨了在700℃左右等壁温条件下工质的压力、温度和质量流量等参数对对流换热系数的影响.结果表明:压力和质量流量的增大均能明显提高对流换热系数,压力达到8 MPa时,617管和321管对流换热系数的峰值分别为174.2W/(m2·K)和166.6W/(m2·K);通过比较实验值与计算值发现,经典关联式的计算值误差较大;新拟合关联式的计算值有明显改进,误差小于12%.

关键词：超临界CO2 对流换热系数修正系数镍基合金

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火电机组热力系统的抽汽折合系数

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热力发电 2011年第4期40卷 29-32页

作者：郭仲德董建聪张汀丁丽娟华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

采用偏微分理论定义抽汽折合系数,它表征在定流量条件下纯热量从某级加热器加入系统时受排挤的抽汽量折合为等效汽耗量的比率,也反映了各段抽汽的品质。把辅助汽水成分分为4类,推导了抽汽折合系数通用矩阵,以便于计算机程序化计算。抽... 详细信息

采用偏微分理论定义抽汽折合系数,它表征在定流量条件下纯热量从某级加热器加入系统时受排挤的抽汽量折合为等效汽耗量的比率,也反映了各段抽汽的品质。把辅助汽水成分分为4类,推导了抽汽折合系数通用矩阵,以便于计算机程序化计算。抽汽折合系数结合对应级的变热量等效热降,可进行循环汽耗率的计算,为循环汽耗率的计算提供了新的方法。同时,抽汽折合系数也可用于完成非再热机组热经济性的局部定量分析。以N100-90/535机组为例,进行了计算分析,验证了该方法的有效性。

关键词：火电机组热力系统汽耗率抽汽折合系数热经济性

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二次再热器热力计算分室模型的研究

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动力工程学报 2016年第7期36卷 519-524页

作者：李德龙张忠孝于娟范浩杰董建聪高昊天上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中航商用航空发动机有限责任公司上海200241

提出了二次再热器热力计算的分室模型,阐述了分室原则、分室方案、计算流程及方程表达,并采用该模型对二次再热器进行热力计算和分析.按照分室原则,根据烟气的冲刷和蒸汽的流动方向将高温过热器分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个分区,根据高温再热... 详细信息

提出了二次再热器热力计算的分室模型,阐述了分室原则、分室方案、计算流程及方程表达,并采用该模型对二次再热器进行热力计算和分析.按照分室原则,根据烟气的冲刷和蒸汽的流动方向将高温过热器分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个分区,根据高温再热器与高温过热器的布置关系将一、二次再热器均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个分区,按照烟气与蒸汽的流程顺序完成各区的计算.结果表明:主蒸汽计算温度均在610℃附近,一次再热器与二次再热器出口蒸汽温度也在600℃以上,与设计值相比,锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况下两者温度偏差在0.6%以内,不同工况下温度偏差均可通过调节减温水量等方法进行控制;该模型可较好地完成二次再热器的热力计算,且简便易行.

关键词：二次再热器分室模型分室原则热力计算

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超超临界二次再热机组锅炉燃烧与水动力耦合计算方法研究

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热力发电 2017年第8期46卷 30-35页

作者：董建聪张忠孝范浩杰葛学利张剑上海交通大学热能工程研究所上海200240

以某超超临界二次再热机组锅炉为研究对象,采用区域法对炉内空间和水冷壁面进行二维分区建模。将炉内燃烧放热过程与锅内流动换热过程进行耦合,并对其进行合理简化以便于工程化应用,得到了典型负荷工况下,螺旋管圈水冷壁的总体传热特性... 详细信息

以某超超临界二次再热机组锅炉为研究对象,采用区域法对炉内空间和水冷壁面进行二维分区建模。将炉内燃烧放热过程与锅内流动换热过程进行耦合,并对其进行合理简化以便于工程化应用,得到了典型负荷工况下,螺旋管圈水冷壁的总体传热特性及壁温分布规律。结果表明:采用分级配风的炉膛,在沿高度方向上壁面热负荷均呈现出"双峰"分布,热负荷峰值接近400 kW/m^2;在炉宽方向上,水冷壁热负荷和壁温均呈现出中间高、两端低的抛物线形分布特征,主燃烧区的分布不均匀性要强于燃尽区,这说明炉内壁面热负荷是影响水冷壁管壁温度分布特性的重要因素;BMCR工况下主燃烧区的热流密度峰值可达到479.5 kW/m^2,壁温最高达到530.5℃。

关键词：超超临界二次再热锅炉水冷壁壁温燃烧分级配风水动力耦合

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循环流化床锅炉尾部烟道漏风性能试验研究

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仪器仪表用户 2023年第2期30卷 104-106,112页

作者：于旭孙浩董建聪张进国家电投集团盐城热电有限责任公司江苏盐城224007 南京工程学院能源研究院南京211167

本文在一台150t/h循环流化床锅炉上开展了尾部烟道漏风性能试验,利用Testo-350烟气分析仪对低温省煤器进出口和上、中、下三级空预器出口左右两侧的烟气成分进行了取样分析。根据烟气组分测量结果分别计算得到了低温省煤器和三级空预器... 详细信息

本文在一台150t/h循环流化床锅炉上开展了尾部烟道漏风性能试验,利用Testo-350烟气分析仪对低温省煤器进出口和上、中、下三级空预器出口左右两侧的烟气成分进行了取样分析。根据烟气组分测量结果分别计算得到了低温省煤器和三级空预器的漏风率,据此对尾部烟道内的具体漏风位置进行了预判并提出了漏风检修指导意见。此外,通过对比漏风检修前后锅炉风烟系统的运行参数,分析了尾部烟道漏风对CFB锅炉运行的影响。

关键词：循环流化床漏风性能试验

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500MW机组塔式锅炉受热面污染特性分析与吹灰系统优化改造

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热力发电 2011年第8期40卷 51-56页

作者：阎维平董建聪高正阳刘益民李文林苏慧聪华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003 国网神头第二发电厂山西朔州036011

针对某电厂500 MW机组塔式锅炉因受热面积灰污染而造成塌灰灭火、锅炉效率下降和局部受热面超温爆管等问题,建立了锅炉受热面污染状态监测系统,实现了对各级受热面实时污染状况的在线监测。在机组稳定负荷下,进行了受热面的吹灰试验。... 详细信息

针对某电厂500 MW机组塔式锅炉因受热面积灰污染而造成塌灰灭火、锅炉效率下降和局部受热面超温爆管等问题,建立了锅炉受热面污染状态监测系统,实现了对各级受热面实时污染状况的在线监测。在机组稳定负荷下,进行了受热面的吹灰试验。通过对试验结果的分析以及结合吹灰系统的运行状况,确定了锅炉各主要受热面的污染特性,据此提出了改造声波吹灰器、优化现有蒸汽吹灰器的运行方式等方案。实施后,吹灰系统运行状况良好,经济效益显著。

关键词： 500MW机组塔式锅炉受热面灰污染吹灰系统塌灰

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