5 MW超临界二氧化碳实验锅炉热力特性与壁温耦合计算模型

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环逐渐成为国内外研究的热点。相对于传统蒸汽朗肯循环的广泛应用，S-CO₂锅炉的热力计算还缺乏相关研究。本文以某5 MW S-CO₂实验锅炉布置方案为例，将锅炉管道、炉膛、高温受热面作为串联管路，将热力特性与壁温进行耦合计算建立数值分析模型。该计算模型气温、壁温计算结果能够同时满足工程计算要求，对S-CO₂锅炉研究具有重要意义。     

大容量sCO2锅炉烟气侧与工质侧匹配策略

为解决压降效率惩罚问题,大容量超临界二氧化碳(supercritical CO₂,sCO₂)锅炉需采用模块化设计。由于sCO₂锅炉入口工质温度高、管内换热系数低,炉膛冷却壁极易超温,冷却壁安全性为锅炉设计的关键难点。锅炉中,烟气侧热负荷分布与sCO₂侧参数与管排结构具有各自的分布特点。对烟气侧与sCO₂侧进行适当的匹配可有效降低冷却壁壁温。该文以1000MW等级二次再热sCO₂锅炉为例,建立耦合热力学循环与锅炉模块流动传热的数值模型,分析不同布置方案下冷却壁壁温,提出降低大容量sCO₂锅炉冷却壁壁温的烟气侧与sCO₂侧匹配策略。结果表明,在烟气全温区范围内,遵循低温工质匹配高热负荷原则,冷却壁分成6个模块的方案可有效降低冷却壁壁温;在炉膛内,遵循高许用热负荷匹配高热负荷原则,调整冷却壁模块的布置,可进一步降低冷却壁壁温。该文提出的匹配策略显著降低了冷却壁壁温,可为模块化锅炉的设计与布置提供一定参考。     

轴向非均匀热流条件下超临界二氧化碳垂直管内换热特性

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)燃煤锅炉冷却壁热边界条件的实际分布，采用SST k-ω低雷诺数湍流模型，数值模拟研究了半周加热轴向非均匀热流作用下S-CO₂在垂直圆管内的传热特性，分析了不同热流分布、质量流速对换热性能以及圆管内壁温度分布的影响。研究结果表明：轴向非均匀热流分布对S-CO₂传热具有显著影响，在平均热流相同的条件下，相较于均匀热流分布，轴向非均匀热流分布下总传热系数最大提高了约8%；轴向非均匀热流分布对传热恶化有抑制作用，有效降低了壁温峰值点；非均匀热流条件下，S-CO₂传热主要受类气膜厚度、类气膜导热系数及近壁区定压比热容的影响较大。研究结果可为燃煤S-CO₂锅炉设计提供理论指导。     

垂直上升加热管道内超临界二氧化碳流动不稳定性研究

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环发电技术被认为是最具前景的发电技术之一。在S-CO₂发电系统启动/停机或者较低负荷的条件下,主压缩机送出的S-CO₂在不能够充分回热的条件下直接进入S-CO₂锅炉,会使S-CO₂锅炉气冷壁内的大量S-CO₂工作在拟临界温度点附近,致使S-CO₂流动不稳定性成为S-CO₂锅炉必须考虑的问题。本文以S-CO₂锅炉气冷壁最为常见的布置结构（即垂直上升加热管）为研究背景,首先构建了S-CO₂流动不稳定性的计算模型,随后进行了大量的数值计算,研究了典型工况下的S-CO₂流动不稳定性特点,获取了主要边界参数对界限热流密度的影响规律。结果显示:随着入口压力或者质量流量的增大,界限热流密度显著提升,管内流动稳定性有明显提高;随着入口温度的提高,界限热流密度先降低再升高;对于不同的工况,存在1个临界入口温度,在该入口温度下,界限热流密度最低,管内流动稳定性最差。     

超临界二氧化碳轴流透平冷却系统耦合传热特性数值研究

针对某型超临界二氧化碳(S-CO₂)轴流透平开展了冷却系统设计，通过抽取压缩机后管道中低温S-CO₂对干气密封、转轴和壳体进行冷却，以保证干气密封工作温度低于200.0℃。采用耦合传热方法分析了该冷却系统的流动和传热特性，对比了不同冷却方案的干气密封、转轴与壳体等固体域的温度分布。结果表明：采用转轴冷却方案时转轴温度降幅达到220.3℃，干气密封最高温度为229.1℃；进一步引入温度更低流量更大的S-CO₂对壳体进行冷却，能抑制透平进口处高温主流的加热作用，转轴温度降幅增加到244.1℃，干气密封最高温度下降到181.2℃，同时S-CO₂轴流透平干气密封、壳体和转轴等被冷却部件温度梯度可控。该冷却系统为S-CO₂轴流透平的安全可靠运行提供了解决方案。     

超临界二氧化碳燃煤发电系统低温余热回收的技术经济性优化

现有超临界二氧化碳（S-CO₂）燃煤发电系统锅炉排烟温度为120 ℃左右。通过系统优化降低锅炉排烟温度，有望进一步提高燃煤发电系统效率和烟气除尘效率。为此，本文以1 000 MW S-CO₂燃煤发电系统为例，通过回热系统、烟气冷却系统和空气预热系统的耦合优化，提出了带有低温烟气余热回收系统的改进构型；建立了热力学和技术经济性分析模型，以技术经济性最优对构型进行了优化分析。结果表明:采用烟道旁路、低温省煤器及主压缩机中间冷却的改进构型4，可将排烟温度降低至约95 ℃，与基础构型相比，可提高锅炉效率1.5%，提高电厂效率1.45%。通过分析燃料成本和运行时间对度电成本的影响，证明改进构型4的度电成本最低，经济性效果最好。     

超临界二氧化碳动力循环研究进展及展望

超临界二氧化碳（S-CO₂）动力循环具有效率高、系统紧凑及灵活性高等优点，未来可取代或部分取代水蒸气朗肯循环，实现高效热功转换。本文从能量传递转换机理、关键部件研发以及系统设计等角度，总结了国内外研究进展。已有研究表明，目前已成功展示小型径流式透平S-CO₂循环系统，但CO₂泄漏等导致系统性能降低，大型轴流式透平系统可能不会出现小型系统类似问题。综述了我国在S-CO₂循环方面的研究进展。围绕大型S-CO₂燃煤发电系统能量传递转换机理及系统概念设计，提出了锅炉模块化设计，将锅炉压降降低到与水蒸气锅炉相当甚至更低的水平；提出了顶/底复合循环，彻底解决了锅炉烟气热量全温区吸收问题。建立了高温高压CO₂传热实验系统，获得了宽广参数范围内的实验数据，引入超临界类沸腾概念并提出超临界沸腾数及K数，获得了高精度预测超临界传热恶化及传热系数的广义关联式，提出了控制壁温的S-CO₂锅炉概念设计等。在此基础上，提出了需加强的研究方向，包括适合不同热源（核能、太阳能、化石能源）的S-CO₂循环构建，回热器、压气机及透平等关键部件设计及制造技术，关键部件及全系统的控制运行技术，以及不同功率等级的S-CO₂循环的示范系统等，为S-CO₂发电的商业应用奠定理论和技术基础。     

660 MW超临界二氧化碳燃煤机组锅炉设计及经济性分析

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环发电技术被认为是可以替代蒸汽朗肯循环发电的新型发电技术。本文利用热力计算方法对660 MW级S-CO₂燃煤锅炉进行了概念设计,确定了各受热面工质参数、受热面面积和烟气温度等参数,确保锅炉能适应整个S-CO₂循环系统。同时基于加权质量法解决了S-CO₂锅炉各受热面成本难以准确评估的问题,获得了S-CO₂锅炉的造价,并利用平准化度电成本（LCOE）分析了整个S-CO₂机组的经济性。结果表明:S-CO₂机组的LCOE为0.540元/(kW·h),比常规机组低11.3%,具有很强的经济潜力;S-CO₂机组中锅炉、回热器、预冷器的造价较高;S-CO₂锅炉中/低温对流受热面平均材料等级的提升是导致锅炉造价提高的主要原因。因此,仍需继续开展针对锅炉（尤其是中/低温对流受热面）、回热器和预冷器的优化研究,以降低投资成本。     

基于GA-BP神经网络的超临界二氧化碳折射率及密度预测

基本光学性质折射率是研究物质物理性质的重要参数。本文以超临界二氧化碳（S-CO₂）为对象，整合各文献在不同温度、压力下对S-CO₂折射率的测量数据，使用遗传算法（GA）优化后的BP神经网络建立了预测S-CO₂折射率的模型，并基于S-CO₂密度与波长、折射率内在联系的洛伦兹-洛伦兹关系式，对S-CO₂的密度进行反演。结果表明:该模型预测 S-CO₂折射率的最大相对误差仅为0.844%；反演的S-CO₂密度值同REFPROP软件结果相比，平均误差不超过3.65％；在亚临界和超临界区，通过实验测量折射率来研究CO₂物性是可行的；在近临界区，由于CO₂物性变化剧烈，对折射率变化规律的测量及折射率与CO₂物性的关系尚需进一步研究。     

超临界二氧化碳燃煤发电系统锅炉耐热钢选材分析

采用超临界二氧化碳(S-CO₂)循环时，炉膛管内工质温度较高，耐热钢钢材等级需提升。S-CO₂管内工质温度与壁温相差较大，远高于水蒸气锅炉30～50℃的温差范围。工程应用的水蒸气锅炉受热面选材的要求与依据，无法直接用于S-CO₂锅炉。在材料边界条件下，从材料的高温强度和腐蚀特性出发，综合成熟耐热材料的使用情况和经济性能，探讨将T23、T91、T92、TP347HFG、Super304H等耐热钢应用于S-CO₂锅炉的可行性，得到SCO₂锅炉的选材特点。研究结果表明：在一定管结构条件下，T91可用于冷却壁选材，传统水蒸气锅炉水冷壁管材，如12Cr1MoVG、T21和T23等铁素体耐热钢将无法使用；对于过热器，只有热强性更好的奥氏体钢TP347HFG与Super304H在一定管结构参数条件下才符合受热面选材要求。     

新概念介质壁加速器

本文介绍了一种新型加速器概念,介质壁加速器(DWA-Dielectric Wall Accelerator),及它的发展状况和关键技术.介质壁加速器是二十世纪九十年代由美国G. Caporaso等人提出来的.它是在新型的开关技术、绝缘技术和传输线技术的基础上,提出的一种新型高效加速器概念.相对于直线感应加速器,它用介质壁代替原有的导电壁,取消了漂移段,由多个连续分布的具有高压电场间隙的介质壁组成一个连续加速腔.高沿面强度绝缘、非对称脉冲形成线和快速低抖动闭合开关是实现DWA的关键技术,文中叙述了相关的技术发展和可能的解决方案.这种新型加速器的实现,将可以推动加速器技术进入一个新水平,具有划时代的意义.     

用流速对数律研究附壁射流区的壁面阻力

依据Myers和前人对附壁射流区流速分布的实测资料以及附壁射流区边界层发展的经验公式,研究了附壁射流区的壁面局部阻力系数、阻力系数、平均壁面阻力系数和壁面阻力的变化规律,提出了附壁射流区流速分布的对数律公式,给出了壁面局部阻力系数C_f'与U_mδ/v的关系,C_f'和壁面阻力系数C_f与跃前断面雷诺数Re_1和相对距离x/h_1的关系,给出了壁面阻力和平均壁面阻力系数的计算方法。通过与Myers的试验资料进行对比,表明了本文给出的公式适用范围大、计算方法简单、精度高。     

对冲直流锅炉水冷壁壁温偏差研究及治理

对冲直流锅炉磨煤机出口各粉管内煤粉量分配不均使得炉膛宽度方向上同层燃烧器的燃烧强度出现偏差,进而引起壁温偏差,导致汽温受限、壁温超温或应力集中,从而引发的爆管等问题。本文以某典型超超临界3 000 t/h对冲直流锅炉为例,试验研究了启炉过程中水冷壁壁温最大偏差的变化规律,考察了煤质、磨煤机投运方式、配风方式等变量对低负荷下壁温分布规律的影响,指出造成对冲直流锅炉深度调峰中水冷壁壁温偏差大的根本原因是磨煤机出口各粉管内的煤粉量分配偏差过大,对此提出在磨煤机出口加装煤粉分配器等治理方案,实施后可将煤粉量分配偏差降低至±10%以内,锅炉运行安全性、经济性及深度调峰能力提高。     

The brick wall: NP completeness

For over 40 years, artificial intelligence (AI) has not fulfilled its promise of truly intelligent machines for general use. As early as the 1950s and 1960s, scientists developed computational models of intelligence. They then excitedly coded these models into the best computers of the day. At first the scientists were puzzled by the machines' inability to produce reasoned output. Bewilderment became frustration when they realized they had banged into an unforeseen brick wall. This wall had stopped them in their tracks and continues to do so today. AI also has stymied scientists and engineers in other fields such as operations research (the field concerned with determining efficient manufacturing and scheduling protocols), VLSI chip design and testing, and database management. The brick wall exists because many combinatorial problems that are fundamentally important are NP complete. (NP stands for nondeterministic polynomial time.) We illustrate the problem NP completeness causes with an example taken from manufacturing. A general purpose welding device is to be used on an assembly line. It will make numerous welds at predetermined positions on a particular kind of part. The positions will be welded in a specific sequence called a schedule. This schedule is programmed into the welder before a “run”     

压模在水冷壁生产中的应用

针对锅炉水冷壁制造过程中存在的弯制问题，阐述了模具结构的改进、定位方式的改进和弯曲力计算。     

Analyzing the effectiveness of wall flow swirlers

Results obtained from multicase thermal-hydraulic calculations of different heat transfer intensifiers are presented. The possibilities of saving fuel and materials in manufacturing heat exchangers for thermal and nuclear stations and during their operation due to the use of these intensifiers are shown. The objectives of further investigations are formulated.     

Micromagnetic simulation of current-driven domain wall propagation

We develop a method to model the interaction of currents and domain walls in a standard micromagnetic simulator. The interaction of spin-polarized currents and localized magnetic moments can be described by a current-induced effective field, which superposes to other components of the effective magnetic field. Using our method, we examine domain wall propagation in ideal, rough-surfaced and notched domain walls.     

锅炉水冷壁管爆管原因分析

某发电厂#5机组在整套启动168h满负荷试运行期间,锅炉水冷壁管发生爆破,通过对水冷壁爆破管进行综合分析,指出管子存在夹层和夹杂物是此次爆管的主要原因。