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    动力设备与系统
  • 动力设备与系统
    闫爱军, 乔越, 陈志, 朱磊, 周陈龙, 范志东, 蔡柳溪
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    针对锅炉过热器管束在服役过程中出现的爆管问题,基于超算平台对某电站锅炉末级过热器管屏进行了全三维建模和结构化网格离散,利用雷诺时均方法和拉格朗日双相耦合模型对过热器管屏内的蒸汽流动特性和氧化皮颗粒堆积行为进行了系统的数值模拟,探讨了负荷变化及氧化皮颗粒脱落对过热器管屏蒸汽流量分配的影响。结果表明:在未考虑烟气侧热偏差前提下,设置节流孔的管束蒸汽流量要比其他正常管束流量小5.63%~11.23%。同屏过热器内缠绕管(管束17)的流量偏差最大,达到6.3%。4个负荷工况下,同屏不同管束出口蒸汽流速差异在10.3% ~11.7%,会导致不同管束输运氧化皮颗粒的动力产生较大差异。在不同管束氧化皮脱落工况下,当颗粒尺寸从500 μm增大至2 000 μm时,颗粒堆积概率增大15%~20%。4管同时脱落氧化皮工况下同屏各管流量最大正、负偏差均超过6.6%,需要在过热器设计过程中予以考虑。
  • 动力设备与系统
    周妍君, 郭泽瑞, 卫子钰, 杨冬, 毛玉鹏, 王永杰
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    为改善1 000 MW超超临界双切圆锅炉在低负荷运行时垂直管圈水冷壁出口汽温偏差大的问题,将水冷壁等效为流动网络系统,建立了水动力计算数学模型。利用400 MW负荷下实验炉测量数据,多次反推迭代计算出炉内实际吸热偏差分布,并验证了该模型的精密性。经分析指出低负荷时干湿态转态不同步是造成出口汽温偏差的原因,并提出了相关运行对策;设计了2种节流圈调整方案,计算了节流圈调整后水动力特性并校核流动不稳定性。结果表明:2种调整方案下出口汽温均更加均匀,出口汽温偏差减小,且不会发生流动不稳定现象;采用节流圈调整方案二后,四面墙整体出口汽温更加均匀,该方案对四面墙出口汽温偏差的改善作用更好。
  • 动力设备与系统
    程智海, 靳雍华, 郑成杰, 吕国
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    针对某1 000 MW超超临界直流锅炉风粉管道,采用计算流体力学软件对不同磨煤机对应风粉管道出口速度偏差进行了数值模拟,分析了风粉管道自身布置对出口速度偏差的影响,研究了煤粉粒径、风煤比、空气入口温度对风粉管道出口速度偏差的影响规律。结果表明:较长风粉管道的沿程损失比较短风粉管道高,二者出口速度存在偏差;随着煤粉粒径分布越来越分散,风粉管道内部流体的扰动提高,使沿程损失逐渐增大,出口速度偏差呈下降趋势;随着风煤比、空气入口温度的降低,管道内部空气输送煤粉浓度增大,沿程损失逐渐增大,出口速度偏差呈下降趋势。
  • 动力设备与系统
    史凯迪, 胡丽娜, 程泽宁, 王鹏
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    以660 MW燃新疆高碱煤的锅炉屏式过热器积灰为研究对象,搭建了高温可视化成像系统,在线获取积灰图像。通过对积灰图像进行灰度转化、灰度线性化、高斯滤波等预处理,并进行峰值降噪比(PSNR)与结构相似度(SSIM)计算,用图像增强的方法构建积灰图像数据集。鉴于积灰图像的厚度与热阻的关系,提出一种基于图像卷积神经网络(CNN)的锅炉积灰识别监测模型。结果表明:基于CNN方法可实现对运行工况下屏式过热器积灰状态的监测与识别,模型的准确率、召回率、Fscore分别为98.8%、98.2%、98.8%。
  • 动力设备与系统
    郭修文, 蒋序东, 曾佳微, 韩金克, 吴建群, 夏永俊, 聂昌达
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    针对直吹式制粉系统磨煤机出口一次风管道内风粉分配不均衡问题,在一次风管道风速冷、热态调平试验基础上,对某700 MW超临界燃煤发电机组中速磨煤机和出口一次风管道的风粉两相流动开展数值模拟,研究磨煤机内部风粉不均分布及管道固有阻力差异对出口管道风粉分配的影响,并对可调缩孔门的风粉调平性能进行了探究。结果表明:实际运行中一次风不对称进入磨煤机导致分离器前一次风管道对应4个分区的风粉分配不均衡,风量分配最大偏差为7.8%,煤粉量分配最大偏差为23%;分离器前风粉均匀分布时热态风粉分配最大偏差分别为11.26%和9.12%,而风粉不均分布时热态风粉分配最大偏差分别为11.14%和16.78%,管道固有阻力差异是造成风量偏差的最主要原因,而内部煤粉不均分布和管道固有阻力差异的共同作用导致出口一次风管道煤粉量分配偏差;未在一次风管道前设置有效的煤粉分配器情况下,可调缩孔门对出口管道煤粉量均衡调节作用有限,难以同时实现风粉均衡分配。
  • 动力设备与系统
    薛永锋, 金俊先, 杨继冲, 王友昊, 何锁盈, 高明
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    以某1 000 MW机组的大型湿式冷却塔为研究对象,构建了基于分区配水、填料非等片距布置和干湿混合雨区的三区协同增效模式三维数值计算模型,并且验证了其准确性。重点开展了三区协同增效模式对湿式冷却塔热力阻力性能影响的变工况研究。结果表明:不同工况下,三区协同冷却塔的热力阻力性能均显著优于常规冷却塔。在循环水流量、进塔水温度、空气干球温度和空气湿度的研究范围内,采用三区协同增效模式后,水温降平均增加了0.63~0.72 K,冷却效率平均增加了3.66~4.11百分点,冷却数平均增加了0.16~0.20,通风量平均增加了10.54%~10.91%。
  • 动力设备与系统
    刘奇, 梁宇, 张洪, 王明星, 杨坤, 林颖, 魏炜, 王倩
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    采用重液浮沉法研究电站锅炉中煤粉矿物质形成飞灰与炉渣的分化规律。通过将入炉煤粉、飞灰和炉渣分离成密度为1.3~2.4 g/cm3的组分,利用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)分析各密度子样组成和形貌,同时计算不同温度下液相的生成量。结果表明:煤粉颗粒密度均≥1.3 g/cm3,密度在1.5~<1.8 g/cm3的颗粒产率高达40.3%;飞灰密度集中于≥1.7 g/cm3,其中密度≥2.4 g/cm3的组分产率高达37.7%;炉渣颗粒密度多集中于2.1~<2.4 g/cm3;在电站锅炉中,煤粉中矿物质依据其存在状态首先形成不同粒度的煤灰颗粒,其中粒径小于10 μm的颗粒被烟气带出形成飞灰,粒径大于50 μm的颗粒沉降为炉渣,粒径为10~50 μm的颗粒发生碰撞,其中易熔颗粒发生黏结、长大,转化为炉渣。
  • 动力设备与系统
    樊雨骐, 廖志弘, 金其文, 林志明, 薛志亮, 周永刚, 张涌新, 吴学成
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    针对燃气轮机燃烧室辐射测温中杂散辐射信号干扰测温准确度的问题,建立了考虑发射率、高温剩余壁面反射、高温燃气吸收/辐射的辐射测温物理模型,并提出求解真实温度的误差修正模型。在红外热像仪3个不同工作波段下,定量分析了模型输入参数的灵敏度指数。结果表明:即使在燃气透射率较高的波段,燃气的影响不可忽略,当忽略燃气影响时,工作波段为短波红外和中波红外的热像仪分别会产生最大9.7%和5.5%的温度误差;不同工作波段下输入参数的灵敏度指数不同,灵敏度指数较小的输入参数允许有较大的测量不确定度,而对于灵敏度指数较大的输入参数,则需要对其进行准确测量。
  • 动力设备与系统
    王晓, 陈娉婷, 毛军逵, 黎民祺
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    目前,研究者主要采用尺寸或形状优化的方式来改善传统圆形柱肋冷却的流动传热性能。然而,通过拓扑优化方法可以更充分地挖掘柱肋冷却的优化潜力。本研究在圆形柱肋结构基础上采用基于水平集的拓扑优化方法改善柱肋冷却通道的换热和压损性能。结果表明:优化后的通道扰流元件形状在柱肋下游呈现水滴型结构;水滴型结构对流动的干扰使优化模型的速度场呈现沿流向一直加速的效果和尾流区的低速区域减小的特征,从而使努塞尔数呈现沿流向逐渐增加的趋势;该优化模型具有最高的换热强度和较小的压力损失,表现出最高的综合传热性能。
  • 基础研究
  • 基础研究
    尤通通, 刘海峰, 崔体磊, 汪道元, 徐俊豪, 祁晶
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    超临界二氧化碳(S-CO2)循环具有效率高、结构紧凑、工质流程短等优点,能适应电网快速调峰、深度调峰的要求。然而,在实际应用中S-CO2循环的性能和稳定性在很大程度上依赖于高温合金材料的力学性能、耐腐蚀性和抗氧化性。首先,介绍了S-CO2循环高温换热器的材料选取,详细介绍了S-CO2环境中铁素体-马氏体合金和奥氏体不锈钢的氧化膜形貌特征,分析了氧化膜失效实验研究方法;最后,介绍了氧化膜失效预测模型。结果表明:S-H2O循环的材料选择标准也可能适用于类似温度和压力下的S-CO2循环系统;合金换热器在S-CO2环境下会发生氧化-碳化反应;氧化膜/合金界面出现的碳化现象会加剧氧化膜失效。
  • 基础研究
    张莉, 刘宏杰, 董跃, 李健
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    异型换热管因流阻小、换热效果好等优势在换热器研究领域受到了广泛关注。为了帮助异型管更好地应用于工程领域,采用数值模拟方法,在一定入口参数范围内对具有6种椭圆度的椭圆管、半椭圆管和扁管的管外湿气体冷凝换热流场进行了模拟。利用综合性能参数JF、析湿系数ζ等参数分析了异型管外冷凝换热性能随椭圆度变化的规律。然后尝试将椭圆度为0.5的3种异型管分别应用于某圆管烟气冷凝器,并基于数值模拟结果获得异型管烟气冷凝器的传热传质性能。结果表明:3种异型管烟气冷凝器的流动传热综合性能比圆管烟气冷凝器更优,其中半椭圆管烟气冷凝器的JF比圆管烟气冷凝器增大了10.95%,ζ增大了6.04%,冷凝换热性能最优。
  • 基础研究
    刘众元, 王娜娜, 冯于川, 马素霞, 梁五洲, 刘志兵, 高义斌
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    采用ReaxFF反应力场的分子动力学(ReaxFF-MD)模拟方法,研究了CaO晶粒团簇体系的高温特性,探究了温度及H2O、CO2气氛对CaO晶粒团聚过程的影响机制,并通过追踪晶界结构演变及化学键变化揭示CaO的烧结机理。结果表明:高温下CaO微晶通过晶面接触形成结构有序的多晶体,再经过"接触颈"形成团簇,"接触颈"在物质流迁移的作用下逐渐长大,使团簇烧结为结构混乱的纳米颗粒;升高温度可加快CaO晶胞和原子的迁移,促进晶胞结合,改变晶粒堆积状态使团簇更趋近于球形,加剧烧结;H2O和CO2气氛对CaO晶胞团聚烧结后的堆积形态影响不大,相较于CO2气氛,H2O对CaO晶胞的团聚速度影响较小,温度是决定CaO微晶团聚烧结的关键因素;H2O、CO2与CaO微晶团簇接触后极易发生化学反应,其中H2O通过解离生成的氢离子不断与晶格氧结合向团簇内部扩散,影响团簇结构,抵抗团聚,而CO2吸附于CaO表面,降低表面能,同时其产物阻碍CaO微晶结合,减缓烧结过程。
  • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    蓝琨凯, 王玮, 杨健, 王华, 任鑫
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    为提升风电场在面对外界不确定因素时的灵活性和电压稳定性,提出了一种基于自适应模型预测控制(MPC)的多场景无功电压优化控制策略。基于灵敏度矩阵建立了无功电压预测模型,针对风速预测信息给出评价指标并进行场景划分,以预测周期内多个时刻的电压偏差和有功损耗最小为控制目标,自适应调整各场景下的权重配比,实现滚动优化;使用小龙虾优化算法(COA)求解优化模型,得到无功优化调度方案;最后根据寻优结果和预测误差进行反馈校正。以我国"三北"地区某风电场为例进行仿真。结果表明:相较于传统开环控制和MPC控制下,所提策略下全天平均电压偏差分别降低82.46%和67.74%,从而验证了该控制策略的可行性和有效性。
  • 新能源与储能
    韩中合, 刘辰浩, 吴乐意, 李恒凡
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    为改善太阳能光伏光热(PV/T)系统的效率,在空冷型PV/T系统的冷却通道内加入折流板和旋流装置以强化换热,通过建立数值模型,综合考虑空气流动阻力的影响,分析了质量流量、折流板数量、旋流强度等对PV/T系统实际电效率及综合效率的影响。结果表明:随着冷却空气质量流量的增加,电效率和热效率均逐渐增大,但增幅减少;当质量流量从0.01 kg/s增加到0.05 kg/s时,电效率上升约0.65百分点;PV/T系统的实际电效率和实际综合效率随空气质量流量增加先增加后减少,当空气质量流量分别为0.02 kg/s和0.04 kg/s时,实际电效率和实际综合效率分别达到最大值;在通道腔室加装旋流风扇,可有效提升系统的综合效率,当旋流强度等于3时,PV/T系统的综合效率可达79.09%;在相同旋流强度下,旋流作用对低入口质量流量系统的提升作用相较于高质量流量下更明显。
  • 新能源与储能
    李思佳, 王嘉璐, 郑立星, 薛小军, 徐钢
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    为应对火电机组深度参与电网调峰的技术挑战,耦合储能系统可以有效提高机组的运行灵活性。提出了电动机驱动和蒸汽轮机驱动2种与火电机组耦合的液态二氧化碳储能系统方案,并通过对比分析优选最佳耦合方案,并对最优耦合系统进行了调峰性能分析、㶲分析及经济性分析。结果表明:采用蒸汽轮机驱动的耦合方案性能最佳,系统的循环效率高达61.85%,储能、释能过程的调峰深度分别为9.57%和6.14%;最优方案的㶲效率为76.61%,动态投资回收期为5.01 a,净现值为2 105.32 万元。
  • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    刘一, 陈晨, 冉燊铭, 王朝阳, 刘明, 严俊杰
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    为获得给水流量、给煤量等参数对亚临界机组变负荷能力的影响规律,以300 MW等级机组为例,建立并验证了热力系统动态模型。在75%负荷工况下,分别研究了给水流量阶跃减少2.5%~10.0%、给煤量阶跃增加2.5%~10.0%后,热力系统中汽包压力和温度、主蒸汽压力和温度、机组发电功率的变化趋势,获得了热力系统内部蓄热的时空分布特性。结果表明:给水流量减少或给煤量增加后,汽包水位下降,蒸发系统产汽量迅速增加,机组的输出功率也增加;亚临界机组中,汽包锅炉蓄热占整个热力系统总蓄热的90%以上;以汽包最低水位100 mm作为安全运行边界,给水流量减少时热力系统总蓄热最大减少9.2 GJ,给煤量增加时热力系统总蓄热最大减少9.4 GJ;各部分蓄热在演变过程中,汽包内蓄热的变化幅度最大,蓄热变化量达总蓄热的1/3左右,具备提升1.85%/min变负荷速率的潜力。
  • 数字化与智能化
    庞大卫, 秦天牧, 杜鸣, 牛玉广
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    为消纳更多可再生能源,火电机组长期处于宽负荷运行,频繁的负荷变化给过热汽温控制造成困难。以某1 000 MW超超临界机组过热汽温为对象,分析了其动态特性在不同负荷下的差异。针对宽负荷运行带来的多模型特性与非线性特性,提出了一种基于观测器的比例积分微分(observer-based proportional-integral-derivative, OB-PID)控制结构,以增强过热汽温在宽负荷运行时的稳定性。仿真结果表明,相比于常规比例积分微分(proportional-integral-derivative, PID)控制,OB-PID控制能在保持较好跟踪性能的同时,提高系统的扰动抑制性能和鲁棒性能。此外,OB-PID控制具有极简的结构,基于PID框架的改进不增加额外的信号测点,在火电机组灵活性改造中具有极大的应用潜力。
  • 数字化与智能化
    钱奕然, 宋美慧, 冷宇洋, 刘涛, 霍红磊, 赵全斌, 陈伟雄
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    建立了闭式空气布雷顿循环系统的动态仿真模型,分析了不同储罐容积下容积控制法变负荷过程的动态响应特性。对比分析了旁通控制、容积控制和旁通-容积联合控制方法在降负荷过程中系统动态响应规律。结果表明:储罐体积会限制容积控制法变负荷最大调节深度,容积越大,变负荷调节范围就越大;在75%和50%负荷目标下,联合控制策略的降负荷速率相对容积控制分别提升了18.71%和16.57%,而最终循环效率相对旁通控制分别提升了20.81%和37.66%;旁通-容积联合控制策略具有良好的负荷跟踪性能,有效提升了降负荷调节的高效性和灵活性,实现了不同控制方式的优势互补。
  • 数字化与智能化
    王印松, 张炬
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    为了解决传统建模方法在建立焚烧炉主蒸汽温度预测模型时预测精度不高的问题,提出了一种基于改进的灰色关联分析(IGRA)和卷积-长短期记忆(CNN-LSTM)神经网络的垃圾焚烧炉主蒸汽温度预测方法。首先,使用IGRA筛选出与主蒸汽温度关联程度高的分布式控制系统(DCS)变量作为输入;其次,采用主成分分析(PCA)方法提取包含焚烧炉燃烧图像绝大部分信息的主成分特征并将其作为输入;然后,基于IGRA和粒子群优化(PSO)算法,估计出输入变量与主蒸汽温度之间的迟延向量并进行了时延补偿;最后,构建了由DCS变量和图像特征组成的时序矩阵作为输入变量的CNN-LSTM模型,实现了对主蒸汽温度未来6 min内变化趋势的预测。结果表明:相较于已有的主蒸汽温度预测模型,本文所提出模型的平均绝对误差MAE降低了13.07%,均方根误差RMSE降低了13.89%,决定系数R2提升了13.08%。
  • 数字化与智能化
    赵文清, 林炜超
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    为了提高利用监控和数据采集(supervisory control and data acquisition,SCADA)多变量长时间序列预测齿轮箱油温的精度,解决不同风电机组因处不同运行环境导致的数据分布不一致的问题,提出了一种基于多分支时间序列预测与迁移学习相结合的齿轮箱状态监测方法。首先,利用极致梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)算法筛选输入参数组成原始序列,对其进行分解得到季节与趋势序列。其次,提出季节、趋势序列特征提取模块获取季节及趋势特征的序列,将其与经过Informer模型处理后的特征序列进行融合后输入进多层感知机映射成最终的预测值,以构建提出的多分支时间序列预测网络(multi-branch time series prediction network,MBFN)。最后,利用迁移学习并结合一分类向量支持机(one-class support vector machine,OCSVM)模型及滑动窗口构建齿轮箱的健康指数,完成齿轮箱状态监测。实验结果表明,所提出模型的MBFN显著提高了油温预测精度,优于常规时间序列预测模型,所使用的迁移策略能以较少数据适应不同数据的分布,进而实现对齿轮箱的状态监测,并且所提出的模型可以提前18.9 d发出齿轮箱故障预警。
  • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    梁五洲, 马素霞, 冯于川, 刘众元, 赵贯甲
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    为响应国家"双碳"政策,减少燃煤电厂CO2的排放,煤氨混燃得到了广泛关注。通过分子动力学模拟对不同温度下煤氨预热解产物的种类和数量变化,以及预热解燃烧过程中的N元素迁移路径进行研究,得出预热解温度对NOx排放的影响机理。结果表明,升高预热解温度会降低燃烧过程NOx排放。温度升高促进了预热解过程中煤氨之间的相互反应,CN、HCN的产量随着预热解温度的提升而提升,煤氨之间的相互影响促进煤中的H原子转化为H2。预热解温度的升高会促进NH3自热解产生N2,减少体系中产生NOx的氮源,NH3含量的降低会减少体系中HNO的生成量,进而降低NOx的排放量。预热解温度的升高会促进H2的产生,H2的存在,一方面会消耗大量O2,减少燃烧过程中NOx的生成量,另一方面会加速HNO向N2转化的过程,减少HNO分解产生的NO量。
  • 绿色低碳
    苗林, 刘明, 潘东晖, 李有霞, 唐豪杰, 赵庆, 严俊杰
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    为了提升燃煤机组的运行灵活性,设计了利用电加热熔盐蓄热并采用附加汽轮机释热的熔盐储热系统,包括方案A(附加汽轮机排汽进凝汽器)和方案B(附加汽轮机排汽进除氧器),结合了某660 MW超临界燃煤机组案例对集成系统的热力学性能进行分析。结果表明:在方案B中,机组最大净输出功率增量为额定负荷的9.67%,而在方案A中,机组净输出功率增量为额定负荷的11.04%;在最大的锅炉给水分流流量条件下,方案A和B的全厂能量效率由43.61%分别降低至43.05%和42.81%,而其全厂效率可由42.83%分别增加至44.90%和44.47%;当锅炉给水分流质量流量小于60 kg/s时,方案B的等效往返效率高于方案A,最大值为48.47%。