动力工程学报

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    基础研究
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    钠热管启动过程轴向传热与稳态径向传热特性研究
    周政, 马在勇, 马誉高, 吴奇, 张卢腾, 孙皖, 朱隆祥, 潘良明
    2025, 45(2): 165-170. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230755
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    为定量研究钠热管轴向热阻分布特性及径向传热特性,开展了钠热管启动过程中轴向传热及稳态径向传热实验。结果表明:启动过程中加热功率对轴向传热等效热阻的影响显著,随着功率的增大,其轴向传热等效热阻先减小后趋于平缓;在低倾角工况下,轴向传热等效热阻显著增大,倾角较大时其影响较小;温度在350 ℃以下时,蒸汽处于自由分子流状态,汽液界面热阻可达10-4 (m2·K)/W的量级,而更高温度下的蒸汽处于连续流状态,汽液界面热阻仅为10-6~10-5 (m2·K)/W;热管固液界面上存在可能由氧化层导致的传热热阻,量级为10-4(m2·K)/W,在低温下该热阻占热管径向传热总热阻的60%左右,其随温度的升高略有增大,在650 ℃时可达总热阻的80%。
  • 基础研究
    两相回路热虹吸管的三维模拟研究
    杨文龙, 花宇, 屈健
    2025, 45(2): 171-181. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230698
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    提出并设计了一种带盘管式冷凝器和储液罐的回路热虹吸管,研究了3种充液率下回路热虹吸管的启动和内部流动传热特性。由于回路热虹吸管内沸腾和冷凝过程之间具有强耦合关系,对描述相变的传统Lee模型进行了改进,并引入了饱和温度与局部压力之间的关系,以准确模拟回路热虹吸管内的气液相变和流动传热过程。结果表明:该模型对回路热虹吸管内传热传质过程的预测效果良好;当回路热虹吸管在80%充液率的准稳态工况下运行时,完整的流动循环整体可分为液体过冲、液体回落和大气泡推动液体上升3个阶段,并且随着加热功率的增大,振荡更加明显;回路热虹吸管在仅依靠工质的流动循环和相变传热时,等效导热系数可超过15 000 W/(m·K);在较高热流下,80%充液率的回路热虹吸管形成了速度较快且持续稳定的流动循环,表现出较好的传热性能。
    • 动力设备与系统
  • 动力设备与系统
    650 MW电站燃煤机组氨煤混燃模拟研究
    姚向昱, 蒋慧卿, 王宁泽, 李芳芹, 曾卓雄, 潘卫国
    2025, 45(2): 182-189. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230735
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    以某600 ℃超超临界650 MW电站燃煤机组为研究对象,结合650~700 ℃超超临界电站煤粉锅炉的总体方案,以NH3替代部分燃煤,对NH3与煤在锅炉中混合燃烧进行了模拟研究。探究了不同NH3混燃比下炉膛内温度、物质分布规律,以及不同混燃比和NH3喷入方式对NOx排放的影响。结果表明:随着NH3混燃比增加,炉膛中心火焰温度明显降低,高温区域减少,炉膛内火焰温度整体呈下降趋势,这主要是因为NH3理论火焰温度较低,因此会延长低温射流,着火延迟;在NH3喷口位置NH3浓度达到峰值,随着燃烧进行,NH3基本被消耗完,在炉膛出口不会出现氨逃逸现象;在空气分级燃烧下,炉膛主燃区域O2浓度低,有利于NH3还原反应的发生;随着NH3混燃比增加,炉膛出口NOx排放浓度降低,这是由于炉膛内NH3会和NO发生还原反应,抑制了NO的生成;在NH3以不同方式喷入炉膛时,发现使用油枪喷口喷入时炉膛出口NOx浓度较低,这是因为油枪喷口位置更靠近主燃区。
  • 动力设备与系统
    基于煤仓分层和软测量的入炉煤实时监测
    陈亚平, 王焕明, 孙胡彬, 魏勇, 王灵敏, 赵敏, 周晓亮, 徐明祥, 赵虹
    2025, 45(2): 190-197. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230758
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    为了实现入炉煤的实时监测,在燃料唯一特征码全过程跟踪模型的基础上构建了煤仓分层模型,初步粗略地监测到煤种分层情况,并根据水分质量分数软测量结果和煤仓分层模型进行水分质量分数的匹配,将成功匹配的历史数据作为入炉煤煤种的真实值,将磨煤机电流、出力等运行参数作为特征输入,建立了基于随机森林算法的入炉煤预测模型,结合模型预测结果和水分质量分数软测量结果对煤仓分层模型错误部分进行了修正。结果表明:分类模型评估指标的测试结果为0.880,满足工程需求;所提出的将机理分析与机器学习相结合的燃煤信息监测模型实现了入炉煤的全时段识别,为锅炉燃烧优化及智能锅炉的建设打下基础,同时实现了燃料特征码全过程跟踪的闭环。
  • 动力设备与系统
    铁含量对准东高铁煤燃烧过程中灰熔融特性与矿物演变的影响
    刘薄鉴治, 金晶, 何翔
    2025, 45(2): 198-204. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230760
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    选择准东高铁煤将军庙煤作为研究对象,通过改变添加剂Fe2O3含量,研究铁含量对准东高铁煤灰熔融特性的影响,进一步分析准东高铁煤煤灰中矿物的演变规律,并计算分析煤灰的黏度。结果表明:在将军庙原煤煤灰中,低熔点矿物钙镁黄长石的生成是其灰熔融温度较低的主要原因;当将军庙煤中Fe2O3质量分数为8%时,煤灰的变形温度(DT)、软化温度(ST)均降至最低,主要原因是生成了大量铁橄榄石;将军庙煤中Fe2O3质量分数大于8%时,煤灰矿物中出现高熔点矿物的莫来石,使其DT和ST均上升;温度超过1 000 ℃后,随着温度的继续升高,煤灰的黏度逐渐减小;Fe2O3质量分数为8% 的煤灰黏度最先进入煤灰的强沉积区间,沾污结渣情况最严重;温度为1 300 ℃时,不同Fe2O3质量分数下煤灰的黏度基本相同。
  • 动力设备与系统
    基于不同评估规范的过热器联箱蠕变-疲劳损伤分析
    张浩, 夏咸喜, 张天宇, 田根起, 王小威, 巩建鸣
    2025, 45(2): 205-213. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230713
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    超临界机组过热器出口联箱长期在高温、高压的恶劣工况下工作,高温环境下频繁启停及长时间稳态运行导致联箱承受典型的蠕变-疲劳损伤。为确保超临界机组的长周期稳定运行,应选取合适的损伤评估方法对机组损伤状态进行评价。以某发电厂超临界机组过热器联箱为分析对象,基于有限元软件Abaqus获取机组运行期间联箱应力的分布情况,分别采用ASME-Ⅲ标准、RCC-MRx标准、R5规程进行损伤评价。结果表明:ASME-Ⅲ标准评估的许用时间与检修年限相当;RCC-MRx标准评价结果偏大,过于保守;R5规范评价结果非保守,明显小于前两者;因此,对于此类设备可优先选用ASME-Ⅲ规范作为损伤评估准则,在ASME-Ⅲ标准评估结果趋于保守时,可采用R5规范作为替代方案。
  • 动力设备与系统
    准东煤AAEM元素赋存特性研究进展
    王伟, 郭欣维, 乌晓江, 江砚池, 王为术, 刘军, 范存江, 卓兰婷
    2025, 45(2): 214-224. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230751
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    准东煤中高含量的碱金属与碱土金属(AAEM)元素是锅炉受热面严重沾污和结渣的根本原因。在高碱煤燃烧过程,煤中AAEM元素的赋存形态及其在燃烧过程中的升华和冷凝行为对炉内煤灰在受热面表面的沾污结渣具有重要影响。对现有的准东煤AAEM元素赋存形态分析方法进行了研究,并且探讨了其优点和局限性。基于准东煤中水溶态、醋酸铵溶态、酸溶态和酸不溶态AAEM元素的分布,对准东煤AAEM元素赋存形态进行了重新分类,主要分为有机结合态、亲有机结合态和矿物组合态。新分类方法有助于深入理解AAEM元素与矿物质、有机质的关联,但是要完整且准确地测定准东煤中有机结合态AAEM元素的具体存在状态,当前的方法和技术仍存在一定的局限性,因此需要开发精度更高的测试方法和分析技术。
  • 动力设备与系统
    超超临界汽轮机组汽流力对振动影响的分析及试验研究
    江栋军, 沈德明, 罗世梁, 杨建刚
    2025, 45(2): 225-231. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230709
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    针对某型1 000 MW超超临界汽轮机组1号轴承不稳定振动现象,通过试验观察主汽温偏差、汽缸偏移量、轴心位置等与振动波动之间的关联性。建立了汽流力计算模型,研究了不同工况下汽流力及其影响因素。结果表明:高压缸两侧主汽温偏差导致汽轮机级内周向做功不均匀,产生非均衡汽流力;主汽温偏差还会导致汽缸与转子产生偏移,进一步增大汽流力;主汽温偏差越大,汽流力越大;汽流力作用到转子上,改变了轴承载荷,引发不稳定振动;调节主汽温偏差可以消除机组不稳定振动。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    飞轮储能辅助压缩空气储能一次调频仿真研究
    宋顺一, 乔天舒, 梁双印, 胡三高, 柳亦兵
    2025, 45(2): 232-239. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230702
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    压缩空气储能是一种优质的电网调节电源,其调峰能力较强而调频能力较弱,为缓解可再生能源发电大量接入所带来的频率问题,利用功率型飞轮储能辅助压缩空气储能机组运行,提高压缩空气储能机组的调频能力。给出了发电机组的简化频率计算模型、飞轮储能系统及压缩空气储能机组模型、区域电网频率控制模型,对不同飞轮容量配置模型组成的区域电网频率特性进行了仿真实验。结果表明:飞轮储能系统的加入提高了压缩空气储能机组的一次调频性能。
  • 新能源与储能
    液态空气储能系统的液化技术分析与展望
    刘若男, 范世岩, 何青
    2025, 45(2): 240-252. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230772
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    可再生能源的间歇性和波动性等特性给电网调度带来了挑战。液态空气储能系统不仅规模大、储能时间长,而且具有储能密度高、不受地理环境限制等特性,是解决这一问题的有效技术措施之一。首先,介绍了5种经典的空气液化循环技术的原理,分析了不同液化技术在空气液化方面的特点。然后,分析了2种空气液化循环的改进技术,比较了不同的空气液化技术在液化能力、经济性等方面的优势与不足。综述认为,如果综合考虑液化率、经济成本和安全性,应尽量采用Linde-Hampson循环和Claude循环。最后,分析了现有的空气液化技术在液化率、冷量缺口等方面存在的问题,探讨了液态空气储能系统空气液化技术的未来发展趋势。
  • 新能源与储能
    物质输运定量反馈实现PEMFC阴极流道非均匀设计
    尧兢, 吴震, 杨福胜, 张早校
    2025, 45(2): 253-262. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230726
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    流道非均匀设计是改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部物理场不均匀分布的最主要方式之一。已有研究设计思路主要是基于对PEMFC工作原理的定性理解确定设计方向,再在此设计方向上进行参数优化,而未能把所得结果反馈用于修正设计思路。对此提出了一种结果反馈再寻优的设计思路,首先对PEMFC结构参数进行参数分析,再对计算结果中物质输运过程进行定量分析,从而反馈确定结构设计方向。采用上述思路对单通道PEMFC流道宽度、单电池子流道高度进行了非均匀设计。结果表明:相比于对照组,采用非均匀设计的PEMFC净功率密度提升幅度为4%~6%,且PEMFC内物理场分布均匀性较好。该研究能够指导PEMFC流道结构不均匀设计方向,助力高性能、长寿命PEMFC设计。
    • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    基于IMPC的燃煤发电机组多变量解耦控制策略
    周心睿, 安硕, 王兵, 谢宏星, 朱玉林, 赵凯, 王正兵
    2025, 45(2): 263-274. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230695
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    针对燃煤发电机组燃烧系统的大时滞和参数时变等复杂动态特性,以及主蒸汽压力和炉膛负压间的强耦合关系,提出一种改进多变量解耦模型预测控制(Improved multivariable decoupling model predictive control,IMDMPC)。根据机组历史运行数据,利用蜻蜓算法优化偏最小二乘法,构建以主蒸汽压力和炉膛负压为被控量、燃煤量和引风量为控制量的多变量耦合数学模型,运用多变量动态解耦算法对其进行解耦,设计多变量模型预测控制器,按照设定目标函数得到当前时刻控制量,同时实时采集系统输出值对控制器进行反馈校正。仿真实验结果表明:改进多变量解耦模型预测控制与模糊自适应PID控制和未解耦模型预测控制相比,主蒸汽压力和炉膛负压的超调量分别减少20.3%和8.6%,调节时间分别缩短2.6和29.55 s,具有更好的控制精度和鲁棒性。现场应用结果表明:改进多变量解耦模型预测控制策略能够使主蒸汽压力和炉膛负压分别稳定控制在±0.24 MPa和±0.27 Pa,提高了系统的稳定性且波动幅度明显减小,符合工业现场生产要求。
  • 数字化与智能化
    基于等价输入干扰方法的再热汽温预测控制
    陈刚, 华山, 倪向红, 杜友武, 孙立
    2025, 45(2): 275-281. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230719
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    针对再热汽温控制系统存在大惯性、大时滞和易受扰的问题,提出一种基于等价输入干扰(Equivalent Input Disturbance,EID)估计与补偿的预测控制方法,以提高系统控制的精度。构建状态观测器和EID估计器,估计扰动在控制输入端的一个等价量。由于系统时滞产生相位差,导致无法利用扰动估计值进行实时补偿,根据泰勒级数原理,设计扰动预测器,计算扰动预测值,利用该预测值在输入端对扰动进行反向补偿。基于被控对象模型,提出一种新型状态预测方法,利用预测值设计反馈控制规律。基于分离原理将控制系统分解为扰动抑制和跟踪控制2个子系统,得出系统稳定性条件和参数设计步骤。仿真结果表明:所提方法可获得满意的控制精度和抗干扰性能。
  • 数字化与智能化
    智慧电厂大数据云平台的架构建设与模型开发研究
    王志敏, 黄骞, 王可轩, 陈树宽, 李敏, 王海, 李水清
    2025, 45(2): 282-291. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230703
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    火电机组运行智慧化是“双碳”目标约束下机组灵活运行的关键技术,基于大数据云计算平台的机组数字化架构是其重要组成部分。但目前现役机组的云平台改造建设尚缺乏深入技术探索及报道。以2台350 MW机组为例,系统开展了火电大数据云平台改造建设的实践研究。首先,发展了利旧的私有云平台搭建技术,实现了整合厂内原有6台服务器资源的低成本部署,同时保障建设期内机组正常运行;其次,针对火电机组万亿级的年数据量存储及电厂应用场景下数据读取需求,发展了云平台数据库数据同步技术,改进了数据库的测点管理方式及数据存储方式,开发了数据接口服务,使云平台数据库实现105量级测点数据的秒级写入及3 s内全年数据的单点检索。在此基础上,在云平台上部署了依托2.45×109条数据的大数据寻优算法,实现了机组能耗的可视化运行指导;搭建了针对高噪声测量数据的预处理模型,完成了对风量等数据的趋势提取;开发了选择性催化还原(SCR)入口NOx浓度的神经网络预测模型,并通过构建负荷变化因子对预测结果进行反馈调节,可捕捉不同幅度的喷氨量变化需求。上述模型框架均可在云平台实现灵活调整与拓展,所提技术可为火电企业及新型低碳/零碳燃烧能源设备的智慧云平台建设提供参考。
    • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    沿面介质阻挡放电协同催化剂脱除NO/SO2/Hg0实验研究
    李朝兵, 杨泽勇, 胡德浩, 宋捷, 赖金平, 米高丽, 于洁
    2025, 45(2): 292-299. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230744
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    通过选取并制备纳米TiO2、Mn-TiO2和Mn-Ce-TiO23种催化剂,研究了不同反应温度、烟气中氧体积分数以及气体停留时间条件下,各催化剂对NO、SO2及Hg03种污染物的催化氧化性能;分析了低温等离子体条件下,不同催化剂对NO、SO2及Hg0的氧化机制。结果表明:反应温度升高能够促进NO、SO2及Hg0的氧化转化;增加反应气在催化反应器中的停留时间同样可以促进上述污染物的转化,但停留时间过长会引发副反应;在不同氧化还原气氛下,NO、SO2及Hg0表现的催化脱除机理不同;相比于TiO2和Mn-TiO2催化剂,Mn-Ce-TiO2催化剂对NO、SO2及Hg0的脱除效果最优;相比于单独使用沿面型介质阻挡放电和催化剂,两者之间的耦合能够更好地脱除NO、SO2及Hg0,并且协同Mn-Ce-TiO2催化剂具有最优的污染物脱除性能。
    • 综合能源系统
  • 综合能源系统
    基于熵权-TOPSIS法的风光柴储互补发电系统容量优化配置
    高建强, 张浩, 危日光
    2025, 45(2): 300-306. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230710
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    以某地区风光柴储互补发电系统为研究对象,将系统总成本和负荷缺电率作为优化目标,建立容量优化配置模型。采用多目标灰狼算法(MOGWO)对模型进行优化,将优化结果与多目标粒子群算法(MOPSO)的优化结果进行对比。同时,采用熵权-优劣解距离(TOPSIS)多目标决策法对优化解集进行筛选,降低了主观因素对权重系数的影响,增强了最优方案的合理性。结果表明:与MOPSO相比,MOGWO优化精度更高;在算例分析中,系统最优配置方案为风力发电机37台,光伏电池836块,柴油发电机5台,蓄电池531块,系统总成本116.904万元。
  • 综合能源系统
    考虑多能特性差异的综合能源系统异步优化预测控制
    章哲玮, 蔺琪蒙, 熊鑫, 吴啸
    2025, 45(2): 307-314. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230722
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以典型热电综合能源系统为对象,提出了考虑多能特性差异的异步优化预测控制策略,其兼顾热、电两侧不同控制需求,通过预测模型重构和控制目标切换,在减轻系统实时优化计算负担的同时,保证了系统协调控制性能。结果表明:相比以电侧小步长优化和以热侧宽步长优化的同步控制,本文所提异步优化控制策略降低了前者控制器54%的计算时间平均值,剩余发电功率和供热水温度的控制偏差较后者分别减小了77.1%和88.8%。
  • 综合能源系统
    同时参与绿证交易-碳交易的区域多能互补电力系统优化调度
    王心玉, 李金航, 陈衡, 佟曦, 潘佩媛, 徐钢, 刘文毅
    2025, 45(2): 315-324. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.230749
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用基于火力发电的风光储联合多能互补系统优化调度模型,利用风电和光伏2种可再生能源发电机组,与火电机组配合发电,以满足城市基本负荷。利用储能单元补偿可再生能源机组发电的不稳定性,且为了进一步减少系统的碳排放量,引入绿证交易-碳交易机制,并在2种交易下分别采用阶梯价格,绿证带来的碳减排量可以抵消部分碳排,调整参与绿证市场的可交易绿证数量和参与碳市场的可交易碳排放量。算例以系统综合运行收益最高为目标,同时考虑系统的运行经济性和低碳性,对所提出的模型进行仿真分析,算例结果证明了该模型在减碳和经济性方面的合理性和有效性。