动力工程学报

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    基础研究
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    高压过冷沸腾水中的声传播特性
    姜羽, 姜根山, 孙建浩, 周子舒, 刘月超
    2025, 45(11): 1757-1766. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240564
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    为了提高核电站蒸汽发生器换热管道泄漏声学检测精度,对高压过冷沸腾水中的声传播特性进行了研究。假设所有气泡半径相同,单位体积高压过冷沸腾水中的气泡数量相同,对单个气泡的消声截面进行计算。同时,针对蒸汽发生器过冷沸腾区,在6.89 MPa的高压下探究声波频率、气泡体积分数、气泡半径及温度对声速和衰减系数的影响。结果表明,声速与衰减系数随入射波频率的增大先增大后减小。气泡体积分数是决定高压过冷沸腾水中声速的关键因素,气泡的存在使声速明显减小,甚至低于饱和蒸汽中的声速。在高温高压下,衰减系数与声波频率、气泡体积分数、气泡半径均呈正相关。气泡体积分数一定时,温度由255 ℃升至284 ℃,声波衰减系数增加约2倍。
    • 动力设备与系统
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    全厂失电后不带外置床的700 MW超超临界CFB锅炉高温受热面安全性计算分析
    王奥宇, 鲁佳易, 周旭, 邓启刚, 吕卓, 石友, 杨冬
    2025, 45(11): 1767-1776. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240532
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    以某不带外置床的700 MW超超临界循环流化床(circulating fluidized bed, CFB)锅炉为研究对象,分析计算了炉膛内及尾部烟道各处受热面的温度变化规律。建立了失电事故发生后锅炉受热面内的流动传热计算模型,同时优化了各受热面的热负荷计算模型,并且在此基础上开发了失电事故发生后锅炉受热面瞬态传热的计算程序。通过计算分析,得到了失电事故发生后各受热面内工质温度和管壁温度等热力参数的变化规律;在不配备紧急补水泵的情况下,仅高温再热器受热面出现短暂超温现象,并且超温幅度小、超温时间短,不会引起受热面的安全问题;考虑紧急补水泵建设成本较高和综合经济性评价,该CFB锅炉无需配备紧急补水泵。
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    面向二次风精确描述的燃煤锅炉多维混合建模方法及变配风数值模拟研究
    曹元昊, 陈曦, 周冠文, 石建良, 黄国顺
    2025, 45(11): 1777-1786. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240558
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    计算流体力学(CFD)模拟广泛用于锅炉设计及运行优化,但模拟过程常将二次风简化为速度边界条件,难以反映锅炉实际运行中风门开度对于风速的非线性调节作用,以及风门间的相互影响。针对以上问题,提出了一种基于多维混合建模的耦合数值模拟方法,即对锅炉炉膛建立三维数理模型,对锅炉二次风系统建立一维模型,并且在风门处进行压力与速度耦合。利用该方法对某330 MW四角切圆燃煤锅炉进行数值模拟并验证,同时对锅炉在均等、正宝塔、倒宝塔、缩腰4种配风工况的燃烧特性进行分析。结果表明:所建立的模型能够精确反映出二次风门开度变化对燃烧的影响;正宝塔配风燃烧器区温度相对较高,倒宝塔配风相对较低,均等和缩腰配风炉内的温度分布类似且较平均;正宝塔配风CO摩尔分数相对较低,而倒宝塔相对较高,均等和缩腰配风的CO摩尔分数分布较平均。
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    多声源激励下W型煤粉锅炉排放特性试验研究
    杨延锋, 马继伟, 刘亮, 杨洋, 梁建国
    2025, 45(11): 1787-1794. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240508
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    为探究多声源协同作用下W型煤粉锅炉的排放特性,对机组负荷稳定在265 MW(额定负荷为350 MW)下的W型煤粉锅炉进行声波影响燃烧的试验研究。在锅炉主燃区和燃尽区分别布置12台和4台声波激励装置,在单台电机频率均为35 Hz下按组循环投运,进气压力控制在0.35~0.47 MPa。结果表明,与未投运声波激励装置相比,脱硫装置进口烟气中SOx质量浓度下降0.2%,但脱硝塔A、B侧进口NOx质量浓度分别上升约29.65、22.31 mg/m3;锅炉热效率提高0.53百分点,飞灰含碳量(质量分数)下降1.55百分点。在炉膛内加入声场作用能够强化煤粉的燃烧强度和提高锅炉热效率。
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    煤掺混生物质燃烧对常见锅炉受热面材料的低温腐蚀研究
    伊锦昊, 刘虎, 梁泓立, 毛军华, 薛金彪, 肖杨杨, 车得福
    2025, 45(11): 1795-1802. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240562
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    以NH4Cl为例,通过一种改进的模拟烟气腐蚀装置,研究了煤掺混生物质燃烧对常见锅炉低温受热面材料的腐蚀特性。结果表明:TA2同时具备极强的耐NH4Cl和H2SO4腐蚀的能力,在实验的温度范围内均未发生腐蚀;316L更容易被高温下的硫酸腐蚀而不易被NH4Cl腐蚀,ND钢与Corten钢耐腐蚀性能较为接近;烟气温度为100~150 ℃时,造成腐蚀的主要原因为硫酸与水蒸气凝结后的硫酸溶液对金属的腐蚀,NH4Cl起到吸收水蒸气与硫酸的效果;烟气温度低于90 ℃时,随着温度的降低,Cl-对腐蚀的影响变大。
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    扰流柱肋对透平叶片尾缘劈缝通道气热特性的影响
    杨克峰, 高尚鸿, 汪翔宇, 刘钊, 丰镇平
    2025, 45(11): 1803-1814. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240538
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    为了研究透平叶片尾缘冷却结构的气热特性,建立了带有劈缝结构的叶片L形收缩通道模型。通过数值分析比较了扰流柱、扰流肋以及其布置方式对流动与换热特性的影响,提出了同时采用热均匀性指数和热性能指数来评价通道的换热效率。结果表明:光滑通道中存在2个分离涡,且扰流柱和扰流肋对这2个分离涡有明显的抑制作用,并能显著增强通道换热能力;以热性能指数比较不同通道的换热特性时,带柱通道具有最佳的换热效率,但是考虑到换热分布均匀性时,柱肋通道有着最佳的换热效率;2种扰流结构的布置方式对热性能指数影响有限,但对努塞尔数分布均匀性影响明显;扰流肋和扰流柱叉排时的综合系数高,其比顺排时分别高5.23%和2.71%;建议在透平叶片尾缘劈缝的冷却设计时使用叉排布置的扰流柱肋结构。
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    高精度气体辐射特性模型及其在燃气轮机燃烧室模拟中的应用研究
    李嘉璐, 王超俊, 耿俊杰, 何伯述, 祁海鹰, 王翠苹
    2025, 45(11): 1815-1823. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240591
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    为提高燃烧室内气体燃料低污染燃烧过程的模拟精度,通过用户自定义程序在商业软件中加入了灰气体加权和(WSGG)模型和全光谱k分布(FSK)模型,并将其应用到5和110 MW全参数全尺寸天然气燃烧室燃烧过程的数值模拟中。结果表明:商用软件内置的辐射模型精度不足,而FSK模型能够精确地表征燃烧室NOx生成和气体向火焰筒壁面的辐射热流;改进的WSGG模型实现了对精确吸收系数曲线的分段近似,提高了模型的精度,但在燃气与燃烧室壁面的辐射传热上表现尚有存疑,有待进一步研究。
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    核聚变第一壁射流冷却通道换热特性数值模拟
    王忆楠, 曾添宝, 郑智颖, 蔡伟华, 李凤臣
    2025, 45(11): 1824-1832. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240567
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    设计了一种基于射流的新型核聚变第一壁内部冷却通道,初步探究了运行参数和结构参数对射流冷却通道流动和换热特性的影响,并在相同运行参数下将射流冷却通道的换热特性与原型直通道进行了对比,通过分析努塞尔数Nu、流动阻力系数f以及综合性能评价指标(ηPEC)衡量了射流冷却通道的冷却性能。结果表明:相比于原型直通道,在相同的运行参数下采用射流冷却通道时第一壁受热面的平均温度降低了182 K,Nu提升了132%;冷却剂的质量流量增大,射流冷却通道的Nu和f均增大,冷却性能增强,改变受热面的热流密度不会影响其换热特性和f;在所考虑的结构参数范围内,增大射流通道直径和横向间距、减小射流通道渐缩比和纵向间距以及射流通道采用平行排布可使射流冷却通道具有最佳的冷却性能。
  • 动力设备与系统
    抽水蓄能机组整机动力学模型及机架振动特性分析
    黄锦辉, 曾辉, 万晶宇, 叶毫阳, 薛聪聪, 庞河清, 张万福
    2025, 45(11): 1833-1843. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240524
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    针对抽水蓄能机组在运行过程中出现的振动问题,系统研究了发电机转子不平衡量、导轴承结构参数、机组升速时间及转轮水体质量等关键参数对整机动力学行为的影响。建立整机动力学模型,对其进行模态分析以验证模型准确性,并且通过静力学分析固定部件的应力与应变;最后,分析不同参数对关键部件横向振动的影响。上/下机架模态与静力学分析结果显示,其固有频率高于共振阈值,应力与形变量均符合安全运行标准;谐响应结果表明,减小不平衡量、增大相位差、减小水体质量可以降低横向振幅;瞬态分析表明,不平衡量增加会加剧整机横向振动与应力,形变量与升速时间及水体质量有关,同时应力随转速的增大而增大,并且在额定转速下达到最大值。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    叶片Darrieus型俯仰失速特性分析及几何参数敏感性研究
    张强, 岳敏楠, 李春, 缪维跑, 张万福
    2025, 45(11): 1844-1854. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240459
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    为深入了解垂直轴风力机叶片独特且复杂的Darrieus型俯仰运动,明确其几何参数对气动特性的影响规律,以NACA0018翼型为对象,研究了叶片Darrieus型俯仰运动的动态失速特性及尾流涡发展。并利用PARSEC参数化方法获得叶片几何参数,构建径向基函数神经网络代理模型,利用Sobol指数对叶片几何参数进行了敏感性分析。结果表明:在Darrieus俯仰过程中,随着攻角逐渐增大,叶片吸力面先出现尾缘反向流,再产生前缘失速,且在下俯过程中前缘失速会使得气动力剧烈振荡;最大厚度处曲率和尾缘偏转角是影响Darrieus型俯仰气动性能的主要因素,且叶片厚度对于力矩系数较为重要;敏感性分析对于叶片气动外形设计具有重要意义。
  • 新能源与储能
    基于动态注意力机制和多尺度特征融合的超短期光伏发电功率预测
    马东, 黄仪灵, 张哲, 徐思达
    2025, 45(11): 1855-1863. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240535
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    为提升超短期光伏发电功率预测的精度和鲁棒性,提出一种基于Transformer的预测模型。首先,该模型采用小波分解将原始功率序列分解为多尺度分量;其次,通过Transformer模型子模块提取各分量特征,并利用多头注意力机制进行融合;然后,设计了动态注意力机制,依据外部气象条件动态调整注意力权重;最后,采用均方误差和对数似然损失的混合损失函数进行模型训练。结果表明:该方法在预测精度和泛化能力方面均优于现有主流模型。在数据波动较大的夏季,该方法的平均绝对误差为0.085 9 MW,均方根误差为0.115 2 MW,明显低于性能次优的Informer模型,为光伏发电功率的准确预测提供了新的思路和方法。
  • 新能源与储能
    基于解耦方法探究N2、CO2对生物质气层流燃烧速度的影响
    刘政, 高闯, 黄伟光
    2025, 45(11): 1864-1871. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240579
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    稀释燃烧可以实现高效低污染燃烧,从化学反应动力学的角度探究N2和CO2稀释气体对生物质气层流燃烧速度的影响。通过调整反应机理,设定虚拟稀释气体N2、CO2,向一定成分的CH4/CO/H2混合气分别添加体积分数为0%~60%的2种稀释气体或其虚拟气体,基于此,对影响其层流燃烧速度的各效应(稀释效应、热效应、直接反应效应、三体反应效应)进行解耦,分析了预热温度、压强、当量比对各效应占比变化的影响。同时,探究了活性自由基(H/OH)最大浓度与层流燃烧速度的关系,结果表明二者成正比关系,并且较高当量比时拟合效果最好,而温度和压力对其拟合效果的影响较小。
  • 新能源与储能
    化学链技术中铁基载氧体掺杂改性的研究进展
    梁志永, 周浩哲
    2025, 45(11): 1872-1880. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240563
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    化学链技术是一种利用载氧体代替空气与燃料反应的新型能源利用技术,在碳减排和能源清洁高效利用方面具有发展潜力。基于载氧体性能改进方面的大量研究工作,深入分析了碱金属、碱土金属、过渡金属和稀土金属4类掺杂剂对铁基载氧体的改性作用,主要包括掺杂对于载氧体的反应活性、氧空位形成能、氧迁移速率、循环稳定性、表面活性位及抗积碳性能等;讨论了不同掺杂剂对铁基载氧体性能改性的侧重点;最后,总结并展望了铁基载氧体筛选和理论设计发展趋势,为化学链技术的进一步发展提供参考和借鉴。
    • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    耦合余热回收系统的燃煤机组瞬态过程硫酸氢氨沉积特性及控制策略优化
    高伟, 陈珣, 刘明, 赵永亮, 王朝阳, 严俊杰
    2025, 45(11): 1881-1891. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240546
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    为消纳更多的可再生能源发电,燃煤机组将长期处于低负荷和变负荷瞬态过程,使得机组运行效率低且锅炉尾部受热面硫酸氢氨沉积现象加剧。本文建立了耦合余热回收系统的燃煤机组动态模型,获得了瞬态过程硫酸氢氨的沉积规律,提出了变负荷过程硫酸氢氨沉积优化控制策略。结果表明:在75%THA~50%THA变负荷过程中,采用优化控制策略后可以避免空气预热器转子热段发生硫酸氢氨沉积现象,同时将锅炉排烟温度控制在合理的范围之内;在降负荷和升负荷过程中,采用优化控制策略后空气预热器硫酸氢氨沉积Radian数累计值分别可减少2 100和29 600。
  • 数字化与智能化
    基于深度学习的锅炉热效率动态预测模型研究
    王志, 尹泳博, 徐世明, 彭献永, 周怀春
    2025, 45(11): 1892-1904. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240549
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    热效率是锅炉设备性能和机组运行经济性评价的重要指标。针对热效率与辅助变量之间的高维非线性,利用随机森林算法进行有监督降维,针对锅炉典型时序特性,根据适用于变负荷工况的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)构建热效率动态模型。为保证模型轻量化,在三层卷积层的常规CNN中引入通道均衡块以解决因特征值被抑制而存在的通道崩塌问题,构建了基于通道均衡卷积神经网络(channel equalization CNN,CE-CNN)的热效率预测模型,并在600 MW真实锅炉历史数据上开展了仿真实验。结果表明:CE-CNN的均方根误差为(0.101±0.008)%,与6-layer CNN相比,节省了29.97%的训练时间,验证了模型的有效性。
  • 数字化与智能化
    基于观测器PID的锅炉蓄热利用稳定性提升
    庞大卫, 秦天牧, 杜鸣, 牛玉广
    2025, 45(11): 1905-1913. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240602
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    为平抑可再生能源并网带来的频率波动,火电机组将频繁利用各部分蓄能以提升频率响应能力。针对锅炉蓄热系数、主蒸汽压力与机组一次调频能力之间复杂的变化特性,准确地描述了一次调频过程。对于蓄热利用下带来的模型参数变化,设计了基于观测器PID(OB-PID)一次调频控制策略,分别针对跟踪性能、扰动抑制性能、鲁棒性能进行了仿真测试。结果表明:基于OB-PID的一次调频系统在极小的物理结构改动下,取得了极大的性能提升,有利于提升锅炉蓄热利用时的稳定性。
  • 数字化与智能化
    基于聚焦辐射相机的温度场层析测量
    姚鹏搏, 刘兆宇, 沈国清
    2025, 45(11): 1914-1922. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240539
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    提出了一种基于光学层析算法的聚焦辐射相机光学测温方法,该方法通过建立聚焦辐射相机的双锥采样模型,利用光学层析系数矩阵确定了不同位置处辐射强度与温度间的关系。分别使用十字标定板标定物距u;使用卤素标准光源标定物距u对应的最大电压;最终得到了不同距离对应的电压值拟合曲线,并进行了燃烧试验。结果表明:该方法能够有效测量燃烧火焰不同深度位置的温度分布,相机直接测量范围内相对误差不超过4.5%,外推测温相对误差不超过19.8%,具有较高的准确性。
    • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    生物炭孔径结构调控和表面修饰对CO2吸附性能影响的分子模拟
    王睿坤, 王雪, 张炳东, 董嘉良, 赵争辉, 尹倩倩, 张月
    2025, 45(11): 1923-1931. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240569
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    改善生物炭的孔径分布和表面性质是提高其CO2吸附能力的重要措施。采用大正蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学(MD)方法研究了具有不同孔径分布和表面氮氧官能团的生物炭对CO2的吸附机理。结果表明:微孔有利于CO2吸附,微孔生物炭(孔径为2~20 Å)的CO2吸附量可达7.69 mmol/g,相比于微孔/介孔生物炭(孔径为2~30 Å)增加了92.73%;CO2通过范德华力吸附在微孔表面上,并且在较小微孔内有较强的分子间作用力,使得CO2吸附较为稳定且不易发生扩散和脱附;表面氮氧官能团修饰有利于增强生物炭表面与CO2分子间的相互作用能,并能改变其范德华相互作用能与静电相互作用能的比例,修饰后生物炭的静电相互作用能占比逐渐提高,吡咯氮修饰生物炭中静电相互作用能占比为53%,羧基修饰生物炭中静电相互作用能占比在62%以上;修饰生物炭的CO2吸附量大幅提高,其中吡咯氮和羧基修饰的生物炭是氮氧官能团修饰生物炭中吸附量最大的生物炭,其CO2吸附量分别为10.87 mmol/g和12.24 mmol/g。
  • 绿色低碳
    脱硫废水蒸发过程中氯迁移转化行为及风险评估
    漆洪峰, 赵宁, 陈恒, 杨林军
    2025, 45(11): 1932-1939. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240631
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    脱硫废水热烟气蒸发技术可实现电厂废水零排放,但在蒸发过程中,废水中氯离子容易重新释放至烟气中,导致其在脱硫废水中循环富集。基于此问题,分别采用单液滴蒸发装置和旋转喷雾蒸发实验台对脱硫废水蒸发过程中氯离子的迁移转化行为进行研究。结果表明:氯的释放过程主要分为3个阶段,即自由水分蒸发阶段、壳层不稳定阶段以及壳层热解阶段,其中在自由水分蒸发阶段,脱硫废水中自由态H+容易与Cl-结合生成HCl,而在壳层热解阶段,MgCl2·6H2O的热解是造成HCl释放的主要原因;较高的烟气温度会导致较高的氯气态释放占比;当废水调至弱碱性(pH≈9)时,可有效减少气相氯释放;在较高的蒸发气液比下,干燥塔内温度水平有所提高,导致气相氯释放占比较高;从目前已实施热烟气蒸发工艺的电厂来看,粉煤灰中氯含量虽有所增加,但电厂粉煤灰综合利用基本未受影响。
    • 综合能源系统
  • 综合能源系统
    考虑源荷协调降碳的综合能源系统经济调度
    鲍刚, 姜汶妍, 彭雄
    2025, 45(11): 1940-1954. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240598
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    在“双碳”背景下,中国能源行业正向低碳化发展,含氢综合能源系统成为重要支撑。为降低用氢成本和碳排量,提出了一种针对含氢综合能源系统的源荷协同经济降碳策略。首先,在源侧引入气制氢设备,实现经济灵活供氢;接着,在源侧引入有机朗肯循环、电锅炉与氢燃料电池和掺氢燃气轮机,共同改进传统热电联产机组,构造热电灵活输出的新型热电联产机组。其次,在荷侧辅之电、热和冷负荷的综合需求响应,与源侧共同实现经济降碳。最后,分析绿证交易与阶梯碳交易的相关性,引入绿证-阶梯碳联合交易机制,进一步约束系统的碳排量,以系统总运行成本最小为优化目标,构建含氢综合能源系统低碳经济调度模型。通过多个场景的算例仿真,结果表明:系统碳排量和总成本分别下降了40.49%和22.43%,验证了所提方法在低碳性和经济性方面的有效性。
  • 综合能源系统
    基于吸收式热泵解耦的燃煤热电联产机组辅助新能源消纳深度调峰特性研究
    张国柱, 张钧泰, 马国锋, 刘明, 严俊杰
    2025, 45(11): 1955-1965. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240536
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    以某350 MW热电联产机组为研究对象,建立了考虑阀点效应的汽轮机变工况模型,设计了适用于热电解耦的吸收式热泵,研究了机组通过热电解耦辅助新能源消纳的深度调峰特性。结果表明:采用吸收式热泵解耦可有效提升热电联产机组的深度调峰能力,新增深度调峰量最大可达62 MW,调峰节煤量变化范围在0~28 t/h;受阀点效应影响,同一调峰负荷下调峰节煤量呈非线性变化,最大变化幅度可达1.1 t/h;解耦后单位调峰节煤率在400~506 g/(kW·h),变化幅度达106 g/(kW·h);热电联产机组采用吸收式热泵解耦时应尽可能运行在单位调峰节煤率高的区域,以最大限度节省煤耗。
  • 综合能源系统
    固废等离子气化与模块化核反应堆耦合的电氢联产系统
    曹竞文, 陈衡, 武浩然, 俞天阳, 王修彦, 王新菊, 刘可文
    2025, 45(11): 1966-1976. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240503
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    为了清洁处理医疗废物的同时提高能源利用率,提出了一种固废等离子气化与模块化核反应堆耦合的电氢联产系统。在该新型耦合系统中,医疗垃圾经等离子气化处理,产生高温合成气,合成气经小型模块化核反应堆(SMR)电厂的蒸汽和给水冷却,再经过净化后送入水煤气变换反应器,通过变压吸附(PSA)单元纯化,最后产生H2。以某个模块化核反应堆为研究案例,从热力学角度评估新系统的性能。结果表明:医疗垃圾转化为能量的效率为58.83%,集成系统总效率为54.24%,㶲效率为54.23%;新型耦合系统的净现值可达77 753.53万元,动态回收期为3.71 a,新型耦合系统是高效且经济可行的。