动力工程学报

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锅炉技术

基于大数据的燃煤电站空冷岛运行实时优化策略

聂椿明, 安留明, 徐钢, 陈衡, 李季

2021, 41(9): 713-720. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.001

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为提高某电厂2×600 MW超临界直接空冷燃煤机组的节能效果，采用大数据分析方法，对机组历史运行数据进行筛选得到最佳数据库，同时建立BP神经网络预测模型，预测实时机组净发电功率。最终从机组实时运行背压偏置范围中找出实时机组运行数据对应负荷及相应边界条件下的最佳背压，以指导其运行优化水平，计算节电量。结果表明：利用最佳背压思路进行寻优，最后通过仿真得到的优化效果较稳定，且当环境温度较低或机组处于中段负荷运行时，节能效果更明显。

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锅炉技术

基于微型流化床热重分析的贵州无烟煤焦燃烧特性研究

孟庆松, 李振山, 王诗卉, 李维成, 李果

2021, 41(9): 721-728. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.002

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利用微型流化床热重分析系统对贵州威赫无烟煤焦燃烧特性进行了研究，获得了不同温度、不同粒径、不同O₂体积分数下煤焦转化率随时间的变化曲线，并通过数据分析得出煤焦的燃烧反应与氧气扩散间的竞争关系。结果表明：煤焦的燃烧速率随颗粒粒径的减小而先线性增大，在0.4~0.6 mm粒径处发生转折，转折后的燃烧速率随煤焦颗粒粒径的减小而增大的幅度变缓，不同O₂体积分数下的燃烧都存在类似规律；对于大颗粒粒径的威赫煤，提高温度不能从根本上改善燃尽情况；粒径小于0.6 mm的煤焦燃烧速率随温度的升高而快速增大，可以通过提高循环流化床床温的方法来提高燃尽率，降低飞灰含碳量；对于粒径大于3 mm的煤焦，提高床温不会增大燃烧速率，增大密相区的O₂体积分数可以增大燃烧速率，降低底渣含碳量。

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锅炉技术

分离燃尽风对贫煤锅炉CO和H₂S生成特性的影响

谢召祥, 凌鹏, 湛芳, 张文鹏, 李世强, 许凯, 苏胜, 向军

2021, 41(9): 729-735. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.003

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以低氮燃烧改造后的某330 MW四角切圆贫煤锅炉为研究对象，采用数值模拟研究了300 MW负荷下分离燃尽风率对炉内燃烧速度场、温度场、CO体积分数场、O₂体积分数场、H₂S体积分数场及炉膛出口参数的影响，并将模拟结果与试验结果进行对比分析。结果表明：分离燃尽风率对锅炉燃烧特性以及CO、H₂S的生成特性具有重要影响；随着分离燃尽风率的增大，炉膛出口CO体积分数升高，出口NO_x质量浓度降低；减小分离燃尽风率有利于抑制炉内高温腐蚀和结渣的发生；综合考虑锅炉运行安全性、经济性及NO_x生成特性多种因素后，燃尽风率设置为25%较为合适。

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汽轮机与燃气轮机

基于代理模型与参数敏感性分析的扇形气膜孔优化

管俊俊, 张祎, 张也平, 鲍阿美, 戴韧

2021, 41(9): 736-742. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.004

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为获得更高的冷却效率，采用两步法完成扇形气膜孔的几何优化。以扇形孔出口前缘长度L₁、尾缘长度L₂、出口宽度H和圆柱段长度L_m作为优化变量，构造第1轮拉丁超立方样本空间，通过敏感性分析得到目标函数对各优化变量的敏感度。选择高敏感度参数，生成第2轮参数的样本空间，构建Kriging代理模型，采用多岛遗传算法寻优。结果表明：L₁、L₂和L_m对面平均冷却效率的影响显著，敏感度很高，H的敏感度最小；通过敏感度分析对参数缩维后，可提高代理模型的预测精度；与无敏感性分析相比，经过敏感性分析后优化孔的面平均冷却效率更高，且优化结果的收敛性提高。

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自动控制

基于改进型模糊线性自抗扰控制器的SCR脱硝系统优化控制

杜鸣, 牛玉广, 潘翔峰, 曹国庆, 马强, 庄志宝

2021, 41(9): 743-748. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.005

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提出了一种改进型模糊线性自抗扰控制器（Fuzzy-MLADRC），该控制器采用高阶惯性环节对对象的大迟延特性进行补偿，并采用模糊规则对控制器参数进行调整。在选择性催化还原（SCR）脱硝系统中对Fuzzy-MLADRC进行了仿真研究，并将其与多种控制器的调节性能进行比较。结果表明：对于大惯性、大迟延对象，Fuzzy-MLADRC的设定值追踪能力更强；在模型发生失配的情况下，Fuzzy-MLADRC相较于其他控制器具有更好的鲁棒性。

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自动控制

基于IFAHP-TOPSIS方法的控制系统执行器风险评估

张文广, 沈炀智, 李浩瀚, 袁桂丽

2021, 41(9): 749-757. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.006

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针对控制系统执行器的各类故障，提出了改进模糊层次分析与逼近理想解排序相结合的方法（IFAHP-TOPSIS方法）。采用层次分析法建立了风险评估指标体系；基于IFAHP，采用主、客观动态组合赋权法计算风险评估指标的复合权重；运用改进模糊逼近理想解排序方法（IFTOPSIS方法）得到各故障模式的最终序位；以某燃气轮机电厂的气动执行器为例进行数值分析。结果表明：所提IFAHP-TOPSIS方法的评估结果与实际情况基本相符，与传统层次分析法结合逼近理想解排序方法（AHP-TOPSIS方法）相比，该方法能够处理风险评估过程中的不确定因素，降低主观敏感度，解决传统TOPSIS方法的逆序问题，提高风险评估方法的准确性。

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辅机技术

一种分析四级离心泵转子系统模态的计算方法

高红斌, 贡毅超, 霍小华

2021, 41(9): 758-765. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.007

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为了提高集中质量解析法求解叶轮质量平衡和偏心时悬臂式四级离心泵转子系统模态的精度，分别采用简化的集中质量数学模型和ANSYS对质量平衡的转子系统固有频率进行求解，通过分析2种计算方法结果的差异，提出了融合轴系质量和模态刚度修正系数的优化数学模型。采用新模型对平衡和有偏心时转子系统的固有频率进行了求解，并将有偏心时的计算结果与ANSYS仿真结果进行比较。结果表明：集中质量解析法得到的固有频率略小；前四阶固有频率的误差由优化前1.28%、2.03%、8.64%和11.82%分别下降至优化后0.77%、1.02%、3.41%和4.52%，刚度的简化是造成误差偏大的主要因素；偏心时各阶固有频率略增大，偏心的叶轮位置越靠近吸入室侧，对固有频率的影响越大；新模型求解偏心时比平衡时所得固有频率的误差大。

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环保技术与设备

内置导流板的湿法脱硫塔数值模拟优化及应用

田森浩, 向勇林, 陈冬林, 郑丙文, 宋铖, 刘宾, 刘良华

2021, 41(9): 766-772. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.008

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针对传统湿法脱硫系统普遍存在的脱硫效率不高、阻力损失过大的问题，提出了一种基于导流板的塔内烟气流场优化与增效降阻改造方案。采用数值模拟方法研究了各导流板方案对塔内流场分布及流动阻力特性的影响，确定了最佳导流板布置方案，并应用该方案对某电厂600 MW机组脱硫塔进行改造。结果表明：与改造前相比，改造后塔内烟气流场的均匀性得到显著提升，脱硫塔在距托盘上方1.5 m处的速度相对标准偏差由52.5%降为18.7%；脱硫塔在主要运行负荷段（300~480 MW）出口烟气SO₂质量浓度可降低约10 mg/m³；改造后脱硫塔在满足超低排放的前提下，投入3台浆液循环泵运行时的负荷临界点由390~410 MW提升至430~450 MW；当改造前后一定负荷范围内运行同样数量的浆液循环泵时，改造后脱硫塔进出口流动阻力比改造前降低了约100 Pa。

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环保技术与设备

三氧化硫酸雾气溶胶低温脱除实验研究

米晨锋, 马素霞

2021, 41(9): 773-777. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.009

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为了分析SO₃酸雾气溶胶的脱除特性，研制了SO₃酸雾气溶胶的生成装置和脱除装置，并研究了温度、摩尔比、碱性脱除剂种类、入射角度和雾化气体积流量等对脱除效率的影响。结果表明：温度低于52℃时，反应的主要控制因素为化学反应速率，升高温度可以提高化学反应速率，当摩尔比为2，温度从40℃提高至52℃时，脱除效率提高21%；摩尔比在1~3时，增大摩尔比可以提高脱除效率；碱性脱除剂种类对脱除效率无明显影响；雾化气体积流量增加，碱性脱除剂喷雾液滴表面积随之增大；雾化气体积流量为12.5 L/min时的脱除效率比雾化气体积流量为7.5 L/min时提高10%；与90°入射角度相比，135°入射角度时脱除效率提高13%。

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环保技术与设备

锰铈改性铁基生物焦单质汞吸附特性研究

张永强, 贾里, 乔晓磊, 郭晋荣, 李泽鹏, 樊保国

2021, 41(9): 778-785. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.010

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通过结合溶胶凝胶法和共沉淀法在铁基改性生物焦的基础上，引入金属锰（Mn）、铈（Ce）制得双金属改性铁基生物焦，并考察改性后生物焦的汞吸附性能。研究了改性生物焦的孔隙结构、元素价态及表面官能团，探究其改性吸附机理，并结合Arrhenius方程获得了改性生物焦的表观活化能。结果表明：5% Ce1% Mn-FeBC样品的汞吸附性能最佳，3 h累积汞吸附量达11 926 ng/g；Ce不仅直接参与汞吸附反应，还以提供晶格氧的方式与其他金属协同吸附单质汞；改性后生物焦含氧官能团丰富，汞吸附能力显著提高；汞在生物焦表面吸附控速步骤是化学吸附。

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新能源

基于DBSCAN和SDAE的风电机组异常工况预警研究

马良玉, 孙佳明, 於世磊, 赵尚羽

2021, 41(9): 786-793. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.011

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提出一种基于密度的聚类方法（DBSCAN）和堆栈式降噪自编码器（SDAE）结合的风电机组性能预测及异常运行工况预警方法。首先采用DBSCAN算法对机组监控与数据采集（SCADA）系统历史运行数据进行清洗，然后利用SDAE建立风电机组的正常运行性能预测模型。基于该模型，采用时移滑动窗口方法构建能准确反映风电机组异常状态的识别指标，并根据统计学区间估计理论合理确定指标阈值，以实现异常工况预警。采用某风电机组的真实历史运行数据进行故障重演试验。结果表明：该方法能够在故障发生前及时对风电机组的异常运行工况发出预警，验证了该方法的有效性。

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新能源

多土层桩-土耦合效应对静止状态下近海超大型风力机地震动力学响应及屈曲的影响分析

李志昊, 闫阳天, 岳敏楠, 李春, 杨阳, 薛世成

2021, 41(9): 794-801. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.012

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以近海DTU 10 MW超大型风力机为研究对象，选用东海实测海床土壤参数构建桩周土水平抗力-桩基形变（p-y）曲线，并基于非线性弹簧单元建立纯砂土、纯黏土及多土层桩-土耦合效应模型，选取实测地震位移数据作为地震载荷，采用有限元方法对比研究了3种桩-土耦合效应下风力机动力学响应特性。结果表明：多土层桩-土耦合效应下塔顶位移、塔顶前后位移及侧向位移峰值及其波动的剧烈程度小于纯砂土，但大于纯黏土，采用纯砂土或纯黏土构建桩-土耦合效应模型将导致预估响应结果不准确；不同桩-土耦合效应下，塔架一阶模态均被地震载荷诱发；地震作用时纯砂土桩-土耦合效应下塔架屈曲因子最小，多土层次之，纯黏土最大；塔架最大剪应力峰值位于塔架支撑结构处，地震作用时塔架下端易发生局部屈曲，结构设计时应重点关注此处。

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系统工程

先进压缩空气储能系统模拟与效率分析

文贤馗, 刘石, 李翔, 邓彤天, 钟晶亮, 王锁斌, 何新兵

2021, 41(9): 802-808. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.09.013

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可视化

为了解决温度变化对压缩空气储能系统中设备材料和系统效率的影响，提出了一种通过调节空气质量流量来控制温度变化的方法，利用Aspen Plus Dynamics软件建立系统模型，研究进气温度和流量比对系统效率的影响。结果表明：相比定压比方式，在变压比下系统效率更高；进气温度对系统效率的影响不明显；流量比相同时，系统效率变化范围较小；保持工质质量流量一定，降低进气质量流量可提高系统效率。

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