提出了一种火焰图像稳定性定量评估方法,首先采用卷积自编码对火焰图像进行特征提取,然后利用定量评估指标予以特征分析。定量评估指标建立在图像特征的聚类分析和统计分析基础上,其数值区间为[0, 1]。卷积自编码采用一种基于重建相似性的新损失函数,以提高训练效率。同时,在乙烯燃烧平台上开展试验研究,以验证火焰图像稳定性定量评估方法的有效性。结果表明:卷积自编码能够以无监督方式提取火焰图像特征,其性能明显优于传统特征学习方法;所建立的定量评估指标可以量化表征火焰图像稳定性,展现出极强的泛化能力。

对锅炉用2%~12%Cr铁素体耐热钢的发展历程、强化机制和服役过程中组织性能退化规律进行了梳理,并对国内外开发的5种新型9%~12%Cr铁素体耐热钢以及加工工艺进行了总结。结合工程应用,详细介绍了美国、日本和欧洲对9%~12%Cr铁素体耐热钢蠕变强度和许用应力下调情况,并就低硬度P91钢、焊接接头IV型裂纹开裂和氧化腐蚀等问题进行了讨论。建议深入研究C、N、B和稀土元素对耐热钢组织性能的影响,同时对机组深度调峰和长时服役后铁素体耐热钢的性能退化和损伤机制进行分析,为机组运行、设备安全性评价和新材料开发提供支撑。

为了更好地预测电厂管道流动加速腐蚀(FAC),基于电厂管道实际工况,使用COMSOL软件根据气含率变化调整水的物性参数,模拟孔板管道下的流场,观察浓度及高湍动能分布区域,通过模拟计算得到不同流相下速度、壁面剪切力及传质系数的变化,并结合单相流、两相流流动中加速腐蚀预测模型,分析了不同气含率对流动加速腐蚀的影响。结果表明:水蒸气的存在导致孔板下游上、中、下部壁面上两相流的FAC速率较单相流的FAC速率均有不同程度增大,且上部壁面的流动加速腐蚀速率增幅最明显;当温度为150 ℃,介质为两相流且气含率为0.5%时,壁面处的FAC速率最大,为单相流情况下的1.001 112倍。

双碳政策要求电厂锅炉运行朝着更稳定、高效化方向发展,锅炉效率是衡量锅炉运行水平的重要指标。目前常用的正平衡、反平衡计算方法以及一些软测量模型计算都因煤质化验的延时性等问题导致所得锅炉效率的代表性与准时性较差,无法提供准确有效的锅炉调整参考依据。结合反平衡锅炉效率与正平衡锅炉效率计算方法,基于锅炉入炉煤煤质动态更新迭代对入炉煤煤质进行动态修正,能有效改善锅炉效率实时计算结果准确性和时效性较差的问题。经过不同锅炉效率计算方法的比较验证,基于锅炉入炉煤煤质动态更新迭代的锅炉效率实时计算结果相比普通锅炉效率实时计算方法更贴近现场锅炉效率试验结果。

为了提高汽轮机冷端系统的节能效果,提出了一种数据驱动的冷端系统建模与运行优化方法。首先对获取到的机组历史运行数据进行稳态筛选,然后结合机理分析和机器学习算法挑选特征建立汽轮机的发电功率预测模型及凝汽器的压力预测模型,最后改变冷端设备的运行方式并将其带入模型进行寻优。同时将其应用到某630 MW机组中进行实际预测和模型验证。结果表明:所建立的预测模型具有较好的预测精度,能够实时反映机组的真实运行情况并为冷端系统的运行优化提供参考,有助于进一步推进火电机组的节能减排与智慧化运行。

以130 t/h生物质炉排锅炉为对象,构建富氧燃烧热力计算方法,完成性能评估并进行适应性分析。结果表明:在含氧量为26.7%的配风条件下,过热器喷水量适宜,炉膛燃烧温度与空气工况相当,排烟温度低于除尘器允许工作温度;相比空气工况,富氧工况的锅炉效率提高0.7百分点,烟气量减小25%,高温腐蚀速率有加快的风险,磨损风险减小,积灰加剧,低温腐蚀风险不大,锅炉适应性良好,烟尘质量浓度增大33%,SO₂体积分数基本不变,NO_x体积分数降低,环保系统适应性良好;富氧工况的高浓度CO₂为低成本绿碳捕集创造了有利条件。

光伏发电预测对于新型电力系统的平稳运行至关重要。针对光伏发电短期预测,提出了一种融合改进的完全自适应噪声集合经验模态分解(ICEEMDAN)、核主成分分析(KPCA)和改进的食肉植物算法(ICPA)与长短期记忆网络(LSTM)的光伏发电预测方法。首先,该方法通过ICEEMDAN提取气象数据中非线性信号的隐含特征;其次,采用核主成分分析降低分解后产生的冗余信息,并根据主成分贡献率大小选取模型输入参数;最后,对食肉植物算法(CPA)进行改进,构建ICPA-LSTM模型,并开展了晴天、雨天、多云和多变天气4种典型天气类型下光伏发电功率预测校验。结果表明:在不同天气情况下,所提模型的决定系数R²均大于99%,相较于对照模型具有更好的预测性能。

以斜温层厚度和效率为评价指标,开展了斜温层储热罐的实验研究,研究了储热温差、储热质量流量和径向圆盘型布水器结构对储热罐性能的影响。结果表明:斜温层形成和发展主要受到储热质量流量和布水器圆盘直径的影响,储热温差的影响较小,初始斜温层厚度随着雷诺数Re和弗劳德数Fr的增大而增大;储热过程的效率可定量反映斜温层形成及发展过程的不可逆性,总体呈现先快速升高,后保持在相对较高水平并缓慢上升的变化规律,即储热过程的耗散主要发生在斜温层形成时期;综合考虑储热时长和效率,储热过程的优化参数范围为雷诺数Re为2 372~3 320、弗劳德数Fr小于0.235。

电池储能系统凭借功率输出精确、响应速度快、双向调节等优势,广泛应用于电力系统的调频调峰,但其使用寿命仍是储能系统的核心问题。采用基于电池荷电状态(SOC)反馈的自适应综合调频策略,由模糊控制器调节输入系数和储能电池荷电状态调节反馈系数共同确定自适应因子,输入系数由虚拟惯性控制和虚拟下垂控制的调频出力占比系数K决定。通过Matlab/Simulink平台搭建仿真模型并采用某电厂调频电池的实际运行数据进行了不同控制策略的研究,并利用雨流计数法预测储能电池的使用寿命。结果表明:自适应综合调频策略比目前电厂所用策略下电池的寿命提高25.53%,较定K法和变K法的使用寿命分别提高了38.19%和22.42%。

从实际工程应用出发,建立了单塔双循环湿式烟气脱硫(Single-tower and double-circulation wet flue gas desulfurization,SD-WFGD)系统的控制系统。首先,利用历史运行数据,考虑SD-WFGD系统运行过程吸收塔变频浆液循环泵在不同浆液pH时单位频率变化对烟气SO₂浓度的影响,建立了系统动态模型。然后,基于浆液pH脱硫能力提出了直接硫量平衡控制(Direct sulfur balance control,DSC)策略,将已建立的动态模型作为控制模型,并利用传统PID控制器结合DSC策略,建立了SD-WFGD系统串联控制系统。仿真实验结果表明:与传统的PID控制方案相比,所提优化控制方案减小了供浆流量和出口SO₂浓度的波动,能够大幅度提升SD-WFGD系统的控制性能,从而更好地保证脱硫系统在燃煤电站灵活运行的背景下安全、稳定、经济及灵活运行。

针对声场作用下氨氢旋流预混火焰NO_x生成特性,基于OH-PLIF图像测试技术,对声频率为180 Hz和压力振幅为200 Pa的火焰结构进行了分析,通过图像处理技术得到火焰结构及表面密度分布,探讨了不同当量比和掺氢比下燃烧和声场脉动耦合作用对NO_x排放的影响。结果表明:声场作用能在一定程度上抑制氨氢旋流预混火焰NO_x的生成,其减排效果受到当量比Φ和掺氢比Z_f的影响;声场对燃烧流场的影响主要作用于火焰周围的空气,形成周期性脉动流,因此声场对低当量比(Φ≤0.8)、以空气动量主导的燃烧场下产生的NO_x有较好的减排作用,对高当量比(Φ＞0.8)、以燃料化学反应主导的燃烧场下产生的NO_x影响较小;声场作用下贫燃火焰表面密度增大,平均OH强度降低,这是因为声场强化了火焰燃烧强度,加快了燃烧速率以及与周围流场的传热传质;当掺氢比较低(0.20≤Z_f＜0.30)时,声场作用使火焰面积缩小,NO_x减排幅度相对较高;当掺氢比较高(0.30≤Z_f≤0.35)时,对火焰面积的压缩效应减弱,NO_x减排幅度略有降低。

针对双碳目标和氢能发展的规划与战略,结合太阳能光伏光热(PV/T)技术与质子交换膜(PEM)电解制氢技术,提出使用PV/T供电并预热电解给水的光伏光热电解制氢模型。在TRNSYS软件中建立PEM电解槽部件并搭建系统模型进行瞬态分析,同时与相同条件下无预热的系统进行对比。结果表明:预热影响了电解槽的升降温,使电解槽工作温度更高,进而提高了效率,增加了氢气产量;预热对温度、效率及产量的增益效果在低电功率或辐照波动大的天气条件下更明显;系统的太阳能制氢效率在12%左右,全年氢气产量为8 003.08 m³,较无预热情况下增加24.11 m³,增长率达0.30%。

质子交换膜(PEM)电解制氢技术作为一种高效、环保的高纯度氢气制备方法,其压力控制对系统效率、寿命和安全至关重要。为提高系统的抗干扰性能,对电解制氢系统的压力控制进行了研究。首先,建立了压力动态模型并通过实验进行验证。随后,采用了比例-积分-微分(PID)、回路整形、前置滤波、超前-滞后等策略设计了氢氧压力控制器。最后,通过对控制器进行仿真分析,以确定具有良好稳定性和动态响应的最优参数配置。结果表明:经过优化的控制策略能够使系统在波动功率下仍有效地维持氢氧压力稳定,实现系统的高效稳定运行;该控制器具有较强的抗干扰能力,并且可以精确控制氢氧压力。

为解决新能源消纳和氢能源存储、运输、利用难题,提出一种并网型风光制氢合成氨系统。基于全年风光真实数据,以系统总收益最大为优化目标构建了系统的数学模型,并通过混合整数线性规划算法,确定系统最佳设备容量与运行调度方案。结果表明:该新型系统能够依据风光资源及电价的变化,合理切换工作状态,实现系统能量平衡;在满足各项约束条件下,可再生能源利用率提高,系统制氨的平准化成本降低。

针对离网型新能源制氢系统的储能规划,在满足运行需求的情况下,进行了最小化的储能规模配置优化。首先,针对离网型新能源制氢系统,基于k-Shape聚类算法及优化指标,考虑马尔可夫链转移矩阵的应用,提出了新能源曲线生成方法。其次,以最大产氢量为目标,充分考虑新能源出力曲线、电解槽基本响应特性、储能响应特性等,提出离网型新能源制氢系统的储能优化模型。然后,结合新能源曲线及储能优化模型,采用生产模拟的方法并考虑制氢系统运行指标,提出基于连续生产模拟的储能规模修正方法。最后,针对配置84 MW光伏、30 MW风电、14台1 000 m³制氢设备的离网制氢系统进行多年度算例分析。结果表明:配置4.973 MW/4.973 MW·h储能时,系统能够取得较好的运行效果,验证了所提出方法的合理性和有效性,实现了储能规模配置过程中兼顾运行需求及经济性。

以叠式流化床作为钙循环生物质气化炉,探索了钙循环生物质气化制氢协同捕获CO₂,实现负碳排放的技术经济性。建立了零碳排放和负碳排放生物质气化制氢系统的模型,对2个系统进行了模拟研究,并进行了经济性能分析。结果表明:叠式流化床气化炉的制氢平准成本(LCOH)在零碳排放工况下为2.78 美元/kg,在负碳排放工况下为2.93 美元/kg,在考虑CO₂销售收入情况下,负碳排放下LCOH可进一步降低至2.47 美元/kg;基于叠式流化床气化炉的负碳排放生物质制氢系统不仅成本更低,而且表现出卓越的碳减排潜力。

针对金属氢化物储氢的热效应问题,建立了储氢反应器的二维仿真模型,研究了在反应死区内增设换热管束对储氢性能的影响,获得了不同尺寸反应器死区的管束优化布置方式。结果表明:在半径为45 mm的反应器中增设15根换热管后,反应死区内金属氢化物温度由339 K降至297.6~311.4 K,反应分率由0.2~0.5升至0.89以上;当反应器半径分别为35、45和55 mm时,反应死区的最优管数分别为6、15和18,与未优化前相比,储氢时间分别缩短了8.53%、9.95%和9.68%,而换热管束体积分数仅增加了0.49%、0.74%和0.60%,且优化后不同尺寸反应器储氢时间的最大变化幅度小于2.43%,因此增设管束可有效消除反应死区对储氢性能的影响。

为了开展基于平均线模型的氢透平膨胀机优化设计,采用遗传算法获得最优性能下的设计参数,探讨了流动系数、负载系数、质量流量和转速等关键参数对氢透平膨胀机性能的影响。结果表明:采用最优设计参数后,氢透平膨胀机的效率提高了3.08%;在不同工况下质量流量和转速变化对氢透平膨胀机效率有显著影响;在最优透平膨胀机结构下,当质量流量在0~0.5 kg/s范围内时,此时氢透平膨胀机效率均高于70%,可实现氢透平膨胀机的高效运行。