动力工程学报

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动力设备与系统

氨煤混烧对墙式切圆锅炉燃烧的影响分析

杨琨, 张涛, 泮浩翔, 丁士发

2025, 45(6): 805-812. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240223

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为验证燃煤机组掺烧大比例氨气的可行性,以某660 MW墙式切圆锅炉为例,建立数值模拟模型,分析氨气掺烧比例、氨气掺烧位置、一二次风配风方式对炉膛内燃烧的影响。结果表明:燃煤锅炉掺烧氨气会造成炉膛内烟气温度降低和NO_x的质量浓度增加;氨气掺烧比例越大,烟气温度下降与NO_x质量浓度增加的幅度越大;当氨气掺烧比例增加至40%时,炉膛内烟气的平均温度下降约50 K,出口NO_x质量浓度升高29.4%;采取更高层燃烧器掺烧氨气和提高一次风比例等举措,可在保证氨煤充分燃烧的基础上,降低炉膛出口NO_x质量浓度。

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动力设备与系统

掺氢燃气轮机热力学动态模型建模方法

李俊昆, 马立阁, 谢岳生, 沈新军, 葛冰

2025, 45(6): 813-821. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240267

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掺氢燃气轮机是氢电耦合的新型能源转化装备,建立掺氢燃气轮机的动态模型,对深入理解燃气轮机掺氢特性以及精准调节掺氢控制参数具有重要意义。针对掺氢燃气轮机的特点,采用机理建模方法建立了压气机、混合燃料燃烧室、透平等燃气轮机部件模型,基于迁移学习方法构建了掺氢燃烧效率等燃气轮机部件特性模型,通过耦合形成掺氢燃气轮机热力学动态模型,并以某小F掺氢燃气轮机现场运行和试验数据进行模型的稳态和动态验证。结果表明:所建模型不仅可用于天然气掺氢燃料的燃气轮机仿真,还可用于掺氢比动态调节时的升降负荷仿真,能够为燃气轮机掺氢比控制策略研究提供精确的仿真模型。

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动力设备与系统

掺氨燃烧对轴向分级燃烧室二级燃烧火焰及排放特性的影响

肖运来, 李昱泽, 李原森, 葛冰

2025, 45(6): 822-827. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240199

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为了分析甲烷和氨气燃料轴向分级燃烧的二次区流场、火焰结构及排放的规律,使用高频粒子图像速度分析仪(PIV)和OH^*基自发光技术,探究常压条件下,动量通量比为6、射流角为135°的预混二次燃烧器使用不同种类的燃料轴向分级燃烧二次区流场结构、再燃火焰形态以及污染物排放特性。结果表明:当射流角为135°时,二次区场会在射流出口下游形成较大面积的低速回流区,有利于火焰传播速度较慢的燃料稳定燃烧;当使用甲烷掺氨为二次燃料时,再燃火焰位置向上游偏移,有更长的高温化学停留时间;开始掺氨燃烧时,随着掺氨比增加,射流火焰从连续火焰转变为脱体火焰,氨气射流火焰反应区拉长,留有充足反应距离可降低排放,所以排放量在脱体火焰形态时逐渐降低。

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动力设备与系统

尾迹影响涡轮叶片表面换热特性的算法研究

张正, 朱惠人, 张丽, 姚春意, 徐志鹏, 薛树林, 李亚雄

2025, 45(6): 828-834. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240217

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在涡轮发动机叶栅通道内引起不稳定流的主要因素之一便是上游叶片尾迹的传播,尾迹将使得涡轮叶片表面上不稳定的层流向湍流边界层过渡,从而导致转捩提前。从边界层转捩理论的角度入手,预测了尾迹对叶片表面换热特性的影响。首先,引入尾迹诱导时间平均间歇因子修正湍流间隙因子;其次,采用相平均湍流度预测尾迹诱导下转捩起始点;最后,引入尾迹产生的湍流黏性系数修正叶片层流区有效黏性系数。结果表明:尾迹影响换热特性的算法研究与改进在相关实验系统上得到较好的验证,显著提高了尾迹影响下的换热计算精度。

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新能源与储能

基于SMARTS和LK光流法的短期光伏功率预测

王光, 王欣, 王安杰, 焦建芳

2025, 45(6): 835-845. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240266

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针对现有光伏功率预测模型精度和稳定性不足等问题,提出了一种以天空图像数据为基础,基于阳光大气辐射传输的简单模型(SMARTS)和LK光流法的光伏功率预测模型。利用SMARTS计算指定时间的晴空辐照度和太阳位置信息,同时通过LK光流法获取云层运动向量,使用云层运动向量推测未来时刻云层对太阳直射光的遮挡情况,再利用晴空辐照度和预测得到的太阳遮挡情况计算最终功率预测结果。采用天空图像数据集SKIPP'D对模型进行验证:在晴天环境下,将所提方法与Bird模型、Ineichen模型进行对比;在阴天环境下,将所提方法与长短期记忆(LSTM)神经网络模型、卷积神经网络(CNN)模型进行了对比。验证了该方法在短期光伏功率预测方面的有效性。结果表明:阴天环境下,所提方法能够准确地捕捉云层变化对光伏发电功率的影响,模型决定系数R²大于90%,预测精度和稳定性都明显优于对照模型。

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新能源与储能

二叉树式冷却通道PV/T集热器性能研究

梁涛, 张龙, 石昀东, 邓新星, 常瑞, 张程宾

2025, 45(6): 846-857. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240279

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为了探究环境因素对二叉树冷却通道光伏光热(photovoltaic/thermal,PV/T)集热器性能的影响,基于PV/T集热器的能量转换过程,建立了系统传热的理论模型,研究了光伏组件表面及冷却流体的温度分布规律,分析了环境因素对系统电效率的影响。结果表明:辐射强度每升高100 W/m²,光伏组件表面温度升高约1.95 K,系统电效率下降约0.13百分点,流体温度分布存在明显差异;随着倾斜角度由15°增至60°,光伏组件表面辐射强度表现为上凸曲线形式,由829.26 W/m²先升至870.12 W/m²后降至824.13 W/m²,于35°附近达到最大值,表面平均温度与表面接收辐射强度变化一致,而系统电效率表现为下凹曲线形式,于35°附近达到最小值;环境温度每升高5 K,外部辐射温度升高约7.2 K,光伏组件表面平均温度升高约0.5 K,系统电效率下降约0.04百分点;随着环境风速由0 m/s升至2 m/s,系统电效率的变化仅在0.1百分点以内,但环境风速及温度的变化对光伏组件散热效果的影响不显著。

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新能源与储能

液体喷雾参数对等温压缩空气储能系统性能的影响研究

王珂, 崔倩, 何青

2025, 45(6): 858-866. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240208

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等温压缩空气储能技术不需要对热量进行存储,系统结构简单、理论效率高,但是要实现等温压缩和膨胀是非常困难的。通过液体喷雾技术可以有效降低空气温度的变化量,使压缩和膨胀过程更加接近等温过程。为此建立了基于液体喷雾的等温压缩空气储能系统的热力学模型,计算并分析了液体喷雾参数对系统热力学性能的影响规律。结果表明:通过液体喷雾技术可以显著地减小空气温度的变化量,压缩过程的温度变化量由49.58 K降低到9.85 K,膨胀过程的温度变化量由37 K降低到12.03 K;液体活塞内的能量损失由14.32%降低到4.43%;系统的循环效率由62.11%提高到76.60%,储能密度由1.857 MJ/m³提高到3.473 MJ/m³。本文的研究结果为等温压缩空气储能系统的结构和参数优化提供了参考。

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新能源与储能

循环经济产业区电力系统协调运行策略与压缩空气储能配置优化

郝宁, 张天博, 刘传亮, 赵峰, 张荣发

2025, 45(6): 867-877. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240263

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为了充分发挥储能设备能量平移功能在可再生能源消纳问题上的实施效果,采用风光火储全要素协同运行优化数学模型,对西部某循环经济产业区的压缩空气储能设备配置和优化调度进行了数学建模和优化,得到储能最优容量配置结果和系统全年逐时运行策略。分析了4种不同情景下的系统年运行成本、风光消纳率和典型日储能充放电调度情况。结果表明:压缩空气储能的协同参与和环境政策市场的有效引导可提升风光消纳率6%以上,降低系统年总运行成本2.6%以上。

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数字化与智能化

基于电热协同与能量平衡的供热机组快速变负荷控制策略

王玮, 徐颖, 谢欣言, 蔚伟, 胡勇, 杨健, 曾德良

2025, 45(6): 878-886. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240235

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为适应新型电力系统对供热机组自动发电控制(AGC)调节性能的需求,提出了一种基于电热协同与能量平衡的供热机组快速变负荷控制策略。首先,将供热抽汽调节作为机组发电负荷的主调节回路;进一步,将电热负荷转换信号引入汽机主控,设计了汽机侧电热能量一体化响应回路;最后,设计了锅炉侧精准能量平衡回路。以某300 MW机组为例进行了仿真验证。结果表明:所提协调控制策略可使机组初期的变负荷速率达到额定负荷的5.3%/min,整体变负荷速率达到额定负荷的2.6%/min,机组的AGC综合性能指标相较于传统协调控制策略提升2.2倍;同时,机组热负荷的偏离度小于0.15%,可有效保证供热可靠性。

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数字化与智能化

基于神经网络的过热汽温改进自抗扰控制策略

常耀华, 韦根原, 赵深, 陈亮

2025, 45(6): 887-894. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240256

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针对过热汽温系统高阶大惯性、多扰动的问题,提出了一种基于BP神经网络的超前补偿模型辅助线性自抗扰控制(BP-LMLADRC) 。在二阶线性自抗扰控制的基础上,在前馈通路和反馈通路分别串联前馈补偿器和超前补偿器,从而解决低阶线性扩张状态观测器前馈信号和反馈信号不同步以及扰动响应滞后的问题;在此基础上,根据闭环系统传递函数表达式,分析系统稳态性能和闭环参数稳定域,推导出参数调节区间,简化参数整定过程,进一步采用BP神经网络得出最优带宽;最后,将所提出的控制策略应用于过热汽温控制系统,并与多种控制器性能进行对比。结果表明:对于过热汽温系统这类高阶大惯性系统,所提出的控制策略在定值跟踪、抗干扰和鲁棒性上具有明显优势。

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数字化与智能化

基于级联扩张状态观测器的飞轮储能系统改进自抗扰控制

李佳玉, 房方, 李子健, 周子宇, 魏乐

2025, 45(6): 895-903. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240074

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为了减缓工况切换时飞轮储能系统的母线电压波动,提出了一种基于级联扩张状态观测器的改进自抗扰控制策略。将传统的电压-电流环控制整合成单电压环控制,并引入系统工况切换时所受的总和扰动作为新状态变量,设计级联扩张状态观测器进行观测并将新状态变量补偿至控制量中。通过对扰动的实时观测与补偿,缓解传统比例积分控制响应快速性与超调性的矛盾。结果表明:相比于传统自抗扰控制,所提出的策略在不同工况切换时的调压效果明显提升,其中试运行到充电过渡阶段以及充电到放电过渡阶段均实现了无超调,且调节时间分别缩短了34.7%和68.4%。

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数字化与智能化

基于不平衡样本数据的轴承故障诊断模型与方法研究

张伟业, 缪维跑, 苏欢欢, 李春

2025, 45(6): 904-912. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240262

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为解决滚动轴承不平衡样本的诊断问题,提出了将条件生成对抗网络与多尺度注意力机制卷积神经网络相融合的诊断方法,通过该方法填充不平衡样本,采用分形盒维数筛选最佳生成样本,输入多尺度注意力机制卷积神经网络完成故障特征提取,并与原不平衡数据和传统样本填充方法进行对比。结果表明:所提方法有较高的识别准确率,可扩充小样本故障数据,有效解决不平衡数据下轴承故障分类问题。

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数字化与智能化

基于INGO-CSA-LSTMN的变转速齿轮故障智能识别方法

陈向民, 李博, 张亢, 姚鹏, 李泳辉, 雷瀚霖

2025, 45(6): 913-923. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240243

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为提高齿轮在变转速工况下的故障识别效率和准确率,提出了一种基于改进北方苍鹰优化(improved northern goshawk optimization,INGO)算法优化卷积自注意力长短期记忆网络(convolutional self-attention long short-term memory network,CSA-LSTMN)的变转速齿轮故障智能识别方法,即INGO-CSA-LSTMN。针对传统北方苍鹰优化算法训练时间过长和容易陷入局部最优的问题,引入正弦脉冲调制混沌映射和随机莱维飞行策略,提出一种INGO算法,并将其应用于所构建的CSA-LSTMN模型的关键参数寻优,以提高该模型的稳定性及训练效率。通过测试函数的检验表明:INGO算法具有更快的收敛速度,可更准确地找到最优解。通过2种不同试验台齿轮数据集的分析表明:相较于其他常用网络模型,INGO-CSA-LSTMN模型对于不同工况下的齿轮故障具有更高的识别精度,准确率均在99.9%以上。

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绿色低碳

溴化钙对市政污泥焚烧烟气中汞的脱除研究

叶志榕, 王丽花, 陆峥嵘, 董宇航, 王飞, 池涌

2025, 45(6): 924-930. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240129

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为探究溴化钙在市政污泥焚烧烟气中的脱汞效果,在实验室和工程现场开展了溴化钙脱汞试验。结果表明:添加溴化钙能有效氧化烟气中的单质汞,在800、900和1 000 ℃下,当溴汞化学当量比为2 000时,单质汞氧化率能达到80%,并且添加溴化钙对NO_x和SO₂排放特性影响较小,但添加溴化钙会使HCl排放量有所上升,特别是在溴汞化学当量比超过2 000时,HCl转化率急剧上升;当溴汞化学当量比为1 000和2 000时,烟气中气态汞脱除率能达到60%和73%,且添加溴化钙对常规污染物排放(NO_x、SO₂、HCl和烟尘)和锅炉运行状态没有影响。

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绿色低碳

脱硫废水液滴低温浓缩蒸发特性

戚江平, 杨志国, 李丹, 曲欣, 梅永平, 周浩, 詹凌霄, 杨林军

2025, 45(6): 931-937. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240172

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基于单液滴蒸发实验平台和逆流喷淋低温烟气浓缩装置,对脱硫废水在高湿环境下的浓缩蒸发特性进行了实验研究,探究了烟气湿度、气体流速和水质对废水液滴蒸发特性的影响,研究了废水浓缩蒸发析出的晶体形貌及氯释放特性,以及影响低温烟气余热浓缩过程的关键工艺参数。结果表明:脱硫废水单个液滴低温浓缩蒸发过程可分为收缩、膨胀和结晶3个阶段;随着烟气湿度增加,液滴蒸发速率下降,湿球温度升高,最终结晶程度有所下降;气速增大缩短了液滴收缩段的时间,有利于加快蒸发速率,废水含固量提升将使液滴收缩至最小时的临界粒径增大,同时液滴整体温度上升;提高烟气温度、增大烟气流量和适当增加废水进液流量有利于提高浓缩效率。

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绿色低碳

液体添加剂对流化床SNCR低温脱硝及N₂O排放特性的影响

畅巨东, 方威, 黄治军, 刘猛, 韦红旗

2025, 45(6): 938-943. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240209

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在50 kW流化床燃煤试验装置上开展两种液态添加剂在不同温度及添加量下对SNCR低温脱硝效率及N₂O排放特性的影响研究。结果表明:在氨与氮氧化物摩尔比为1.5、乙醇与氨摩尔比β为0.8、温度为700 ℃时SNCR脱硝效率达到35.6%,且随着乙醇添加量的增加,N₂O排放量逐渐增高,最高达到35×10^-6;在690~850 ℃范围内,当苯酚与氨摩尔比α控制在1.0时,苯酚对SNCR脱硝效率的促进作用最佳,脱硝效率为38%±4%;苯酚的添加同样会导致N₂O排放量缓慢增加。

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综合能源系统

含多类型火电机组与电转气的低碳虚拟电厂优化调度

苟凯杰, 王晋君, 陈衡, 王奕楠, 张国强, 陈宏刚

2025, 45(6): 944-952. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240182

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为了提高可再生能源的利用和碳再利用,提出了含多类型火电机组与电转气的低碳虚拟电厂优化调度模型。以实现虚拟电厂内经济运营成本最小为目标,对比3种不同设备组合方案的碳排放量和运营成本,最终选取将风、光、火、生物质、垃圾焚烧、燃气锅炉、热电联产、电转气多个单元联合运行。结果表明:与方案3相比,方案1和方案2下碳排放量分别提高了237.78%、4.12%,成本分别增加了39.77%、3.72%;所提运行方案不仅实现了可再生能源的高效利用,也降低了二氧化碳的排放量,实现了二氧化碳的利用和封存。

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综合能源系统

低压缸零出力机组耦合蓄热罐特性分析

陆树银, 王子杰, 赵梓良, 许慧娟, 顾煜炯

2025, 45(6): 953-960. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240215

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为了解决低压缸零出力机组形成的强热电耦合的问题,同时减少机组在抽凝和零出力模式下频繁切换,提出了机组耦合蓄热罐的运行方式。以某600 MW机组为研究对象,基于Ebsilon软件建立了低压缸零出力机组的热力学模型,并耦合蓄热罐在该模型中,比较分析了机组在不同运行模式下供热可行域、能量利用率和效率的变化情况。结果表明:低压缸零出力耦合蓄热罐可大幅度拓宽机组运行的热电可行域,最大供热能力从原来的799.28 MW提高到1 016.35 MW;提供基础供热负荷时,机组的深度调峰能力增加了122.38 MW;机组的能量利用率和效率与锅炉负荷、蓄热罐放热功率呈正相关,而供热功率对二者呈现不一样的影响规律,蓄热罐的储放热功率对较低锅炉负荷的能量利用率和效率影响更大。

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