动力工程学报

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锅炉技术

准东煤燃烧过程中钙硅镁分子动力学研究

郭万贵, 吕为智

2022, 42(4): 293-301. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.001

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针对新疆高钙准东煤燃烧过程中钙镁黄长石的形成会影响准东煤结渣的问题，通过分子动力学方法对不同温度和矿物质配比下钙镁黄长石形成前的2 个过程（CaO 与SiO₂ 的结合过程和CaSiO₃ 与MgO 的结合过程）进行探讨，计算分子之间的结合能和扩散系数，研究反应过程中矿物质的结合和扩散特性。结果表明:温度对CaO 在SiO₂ 表面以及MgO 在CaSiO₃ 表面结合特性的影响并不明显，但是对二者的扩散具有重要影响;随着温度的升高，CaO 在SiO₂ 表面的扩散系数以及MgO 在CaSiO₃ 表面的扩散系数均逐渐增大，高温下更易于形成钙镁黄长石。

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锅炉技术

基于ReaxFF MD方法的煤焦增压富氧燃烧模拟

洪迪昆, 雷鸣, 翟晓明, 郭欣

2022, 42(4): 302-308. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.002

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基于实验表征结果构建了准东五彩湾煤焦的分子结构模型，采用基于反应力场的分子动力学（ReaxFF MD）方法研究了压力对准东五彩湾煤焦富氧燃烧的影响，并通过分析煤焦结构的演变从微观分子层面上揭示了压力对煤焦氧化反应和气化反应的影响机制。结果表明:煤焦的整体碳转化率随着压力的升高而增加;增压提高了氧化反应对煤焦转化的净贡献，却降低了气化反应对煤焦转化的净贡献;增压降低了煤焦氧化反应的活化能，但对煤焦气化反应活化能的影响并不明显。

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辅机技术

中速磨煤机一次风格栅式冷热风均匀混合技术

周亚星, 胡劲逸, 杨建国, 王静毅, 陈章伟, 翁格丰, 谢晓强, 赵虹

2022, 42(4): 309-315. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.003

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针对某配有矩形一次风道窄边进冷一次风的中速磨煤机存在的一次风量和温度测量不准确的问题，通过试验分析了问题的表现特征以及该混合风道的流场结构，在不改变原始管道尺寸的前提下，提出了格栅进风的冷热一次风混合方案，对格栅孔的布置方式进行了递进式优化。结果表明:格栅进风的冷热一次风混合方式能够较好地改善混合风道的流场;在冷一次风道阻力增幅不影响冷一次风调节能力的前提下，各优化模型的混合风道风量测点截面、温度测点截面以及出口截面的速度和温度均匀度均得到较大提升，从而磨煤机的运行性能也得到提升。

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新能源

污秽颗粒在太阳能光伏组件表面的沉积机理及组件积灰特性数值模拟

赵伟萍, 吕玉坤, 阎维平

2022, 42(4): 316-325. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.004

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基于颗粒力学行为及表面能对其沉积影响的分析，探究了颗粒沉积机理并提出了其沉积条件;建立了光伏组件积灰数值模型，通过相同条件下试验与模拟结果的对比验证了该模拟方法的合理性。在此基础上，模拟分析了粒径、风速和安装倾角对组件表面积灰量的影响。结果表明:相同条件下，10μm颗粒的积灰量最大，且当安装倾角大于30°时，积灰量与粒径呈负相关变化;粒径为30μm时，积灰量随安装倾角的增大近似呈线性减少，且当安装倾角由15°增大至60°时，可使风速为7 m/s 时的积灰量减少约2.3g/m²，其降低率约为52.4%;随着风速的增大，积灰量近似呈“V”形变化;污秽粒径不大于30μm且年平均风速约3 m/s 的地区可能更适合建设光伏电站，且适当增大安装倾角有助于降低积灰量。

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新能源

风力机变桨故障叶片双向强流固耦合研究

王渊博, 李根, 李春, 刘青松

2022, 42(4): 326-333. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.005

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为探究大型水平轴风力机达到切出风速停机后变桨故障叶片在多物理场高度耦合作用下的气动特性和结构响应，基于计算流体力学及有限元法相结合的双向强流固耦合方法对NREL5MW风力机变桨故障叶片和变桨成功叶片的气动侧与结构侧状态进行对比分析。结果表明:叶片在双向强流固耦合下的挥舞力矩比无流固耦合下的挥舞力矩波动范围明显更大，且切出风速下变桨故障叶片挥舞方向的最大气动力矩及叶尖位移分别为变桨成功时的13.8 倍和14.1 倍，同时变桨故障叶片出现瞬态屈曲失稳现象。

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新能源

带喷射器的跨临界CO₂热泵系统仿真研究

牛擎宇, 关欣, 宋子晔, 秦陶

2022, 42(4): 334-340. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.006

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利用自行搭建的跨临界CO₂ 热泵实验台对系统的整体热力性能进行了相关的实验研究，分析比较了气冷器CO₂ 出口温度、蒸发温度对跨临界CO₂ 热泵系统（SBC）制热系数（C_oph）的影响。在此基础上建立了带喷射器的跨临界CO₂ 热泵系统（SEC）对应的热力学模型，利用Matlab 编写系统循环程序，对系统性能进行数值模拟，分析当改变工作流体压力、工作流体温度和蒸发温度等参数时，喷射系数、喷射器出口工质干度和C_oph的变化规律。结果表明:仿真值与实验值较为吻合，建立的系统热力学模型准确性高;在工作流体温度由31℃升高到38℃时，SEC的最大C_oph比SBC的最大C_oph高出24.8%;在蒸发温度由5℃升高到13℃的过程中，SEC的最大C_oph比SBC的最大C_oph高出28%，喷射器大大减少了CO₂ 工质在膨胀过程中所产生的节流损失，对系统性能的提升有显著作用。

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系统工程

太阳能辅助燃煤碳捕集发电机组的变工况热力性能研究

姜锦涛, 李春曦, 董志坚, 叶学民

2022, 42(4): 341-349. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.007

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通过对比3 种燃煤碳捕集发电方案，确立了一新型太阳能辅助燃煤碳捕集发电系统，利用热力学和分析模型对集成系统的热力性能和性能进行评估，基于外部燃料贡献度模型，分析了变工况对系统产品和再沸器产品贡献度的影响。结果表明:提高机组负荷和工质的初参数有利于改善集成系统的热经济性和效率;随着主蒸汽压力的降低，锅炉燃煤和二次再热燃煤对系统产品的贡献度逐渐升高，而一次再热燃煤对系统产品的贡献度逐渐降低;随着主蒸汽温度的升高，锅炉燃煤对系统产品的贡献度逐渐升高，而一、二次再热燃煤对系统产品贡献度逐渐降低;提高负荷有利于提高一、二次再热燃煤对系统产品的贡献度和碳捕集与封存压缩余热对再沸器产品的贡献度。

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系统工程

燃煤电站两种烟气余热利用方式的对比分析

董伟, 许继东, 刘双白, 司派友

2022, 42(4): 350-358. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.008

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介绍了燃煤电站常规低温省煤器系统与原煤烟气预干燥系统2 种烟气余热利用系统，并以国内某600 MW超临界机组为例，对2 种余热利用方式下机组的热力学性能进行了计算分析;在此基础上，进一步从系统能量分布及能量品位的角度探究2 种系统的节能机理，并对其应用后机组的经济性进行了对比分析。结果表明:以案例机组为例，锅炉排烟温度由130℃降低至95℃，常规低温省煤器系统可使机组供电煤耗降低1.4g/（kW·h），而原煤预干燥系统由于可置换出更高品位的燃料化学能，可使机组供电煤耗降低3.7g/（kW·h），具有更优的节能效果与经济效益。

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综合能源系统专题

碳中和背景下燃气热电联产与地源热泵耦合替代燃气锅炉供热研究

薛小军, 侯智华, 张红昌, 徐钢, 陈衡, 陈宏刚

2022, 42(4): 359-364. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.009

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鉴于目前的碳中和目标与天然气短缺的情况，以北京市为例提出利用燃气热电联产与地源热泵耦合替代燃气锅炉供热的方案，该方案将燃气热电联产产生的电能直接用于地源热泵供热。根据北京市供热实际数据，对燃气热电联产耦合地源热泵供热方案和燃气锅炉供热方案的热力学性能和二氧化碳排放性能进行了详细的对比分析。结果表明:燃气热电联产耦合地源热泵供热方案不仅提高了化石燃料利用率，同时也减少了二氧化碳排放量;在相同单位供热量下，燃气热电联产耦合地源热泵供热方案的化石燃料利用率为燃气锅炉供热方案的2.22 倍，可减排二氧化碳55.02%;燃气热电联产耦合地源热泵供热方案的初投资较高，但其补贴后的供热年综合成本低于燃气锅炉供热方案。

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综合能源系统专题

天然气冷热电联产系统区间负荷调度策略优化

贺庆, 常大伟, 张俊礼, 郑文广, 陈琪, 王仕彬, 雷志恒, 农居贵

2022, 42(4): 365-371. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.010

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针对某天然气冷热电联产系统实际运行受负荷需求区间限制影响较大、综合性能优化困难的问题，提出了一种基于ε-约束的多目标区间运行调度优化方法。首先建立燃气-蒸汽联合循环、离心式电压缩制冷机、蒸汽型溴化锂制冷机和热水型溴化锂制冷机等机组特性模型，并考虑燃气轮机爬坡约束和购、售电量约束;然后以经济性最优、环保性最优和能效性最优为目标函数，采用ε-约束方法结合实际运行需求对多目标问题进行处理，构建了天然气冷热电联产系统的区间多目标优化调度模型。结果表明:在供冷季，相对于原以热定电策略，该方法具有较好的区间负荷优化调度效果，典型日可节省总运行成本1.3×10⁴元，减排二氧化碳15.7 t，经济和环保效益明显提升。

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综合能源系统专题

不同工质和蓄热介质下AA-CAES三联产系统特性研究

李鹏, 胡庆亚, 韩中合

2022, 42(4): 372-379. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.011

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为研究基于先进绝热压缩空气储能（AA-CAES）的三联产系统在不同工质和蓄热介质下的运行特性，以空气和CO₂为工质，水和THERMINOL 66为蓄热介质，提出4种运行方案，并采用能量分析和㶲分析方法比较4种运行方案下系统的性能差异，研究低温蓄热介质温度和对流传热系数对系统性能的影响，最后以㶲效率和储能密度为目标函数，采用非支配排序遗传算法（NSGA-II）进行多目标优化。结果表明:以空气为工质、水为蓄热介质时，系统㶲效率和储能密度最高;4种运行方案中第二级换热器产生的㶲损均最大;低温蓄热介质温度越低，㶲效率越高，而储能密度越低;对流传热系数增加时，㶲效率随之降低，而储能密度先降低后升高;当采用较低温度的蓄热介质和中等对流传热系数时，系统可获得最优性能。

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综合能源系统专题

基于黏菌算法的热电联产机组负荷优化分配

卫治廷, 张敏, 周兴野, 李培, 盛德仁, 李蔚

2022, 42(4): 380-386. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.012

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针对母管制热电联产机组热电分配不合理、能耗高的问题，提出采用黏菌优化算法，以先汽机侧、后锅炉侧的顺序进行负荷优化分配的方法，并通过某"三炉两机"母管制热电联产机组的实际运行数据，对所提方法进行了验证。结果表明:优化后机组汽耗率降低了0.063 t/（MW·h），煤耗率降低了 0.126 kg/t;在满足供热条件的基础上，通过合理的热电负荷分配，可以降低汽机侧汽耗率和锅炉侧煤耗率，从而实现能量利用效率的最大化。

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综合能源系统专题

2×300MW热电联产机组灵活性供热控制策略研发

刘铸, 宋建成, 马素霞, 刘嘉乐, 赵明, 任彪

2022, 42(4): 387-392. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.04.013

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基于热电厂实际供热工况，设计了满足全供热周期供热负荷需求的6种灵活性供热模式，并基于实时热负荷和锅炉负荷，提出了灵活性供热控制策略，最后对山西某亚临界2×300 MW热电联产机组进行了工程试验。结果表明:灵活性供热控制策略能够根据锅炉负荷和供热负荷需求的实时变化自动切换至最优供热模式;通过参数优化，在保障供热的前提下全厂发电量提升了5.5 MW，经济效益明显提升。

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