动力工程学报

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    基础研究
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    不同粒径准东煤CO2强化水洗脱钠及燃烧特性研究
    杨涛, 魏博, 马金荣, 程延峰, 李显, 王峰
    2022, 42(7): 589-594. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.001
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    为探究不同粒径准东煤经过CO2强化水洗后的Na脱除率以及燃烧特性的变化，利用连续式水洗装置，以高纯CO2作为酸源对0.5~1 mm、>1~3 mm、>3~5 mm 3种粒径区间的准东煤样分别进行CO2强化水洗1 h和6 h，使用X射线荧光光谱仪对试验样品的灰样进行分析，通过实验数据计算获得不同粒径准东煤CO2强化水洗后的Na脱除率，并结合X-射线衍射分析结果得出其变化规律；然后采用扫描电镜和热重分析仪研究粒径>3~5 mm的煤样和原煤样的燃烧特性。结果表明：经CO2强化水洗时间越长且粒径越小的准东煤，其Na脱除率就越高；经过CO2强化水洗后煤样的着火温度和燃尽温度均略低于原煤样，燃烧特性有所提高。
  • 基础研究
    T91/TP347H异种钢焊接接头高温拉伸性能研究
    高巍, 纪冬梅, 潘卫国, 刘川槐
    2022, 42(7): 595-603. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.002
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    在580℃不同加载速率下开展了T91/TP347H异种钢焊接接头及母材短时高温拉伸试验，研究了焊接接头及两端母材的高温拉伸性能，提出了改进双线性模型，并通过有限元方法模拟高温拉伸过程，分析拉伸过程中的危险点位置、位移、应力及应力三轴度的变化规律。结果表明：加载速率为1.0×10-5~2.5×10-5 s-1时，其对T91钢、TP347H钢与T91/TP347H异种钢焊接接头拉伸力学行为的影响较小；T91/TP347H异种钢焊接接头的薄弱位置在T91侧焊缝处，且位于材料外表面，T91侧几乎没有发生径向变形，而TP347H侧出现径向变形，导致这一侧横截面积减少。
  • 基础研究
    耐热钢蒸汽氧化膜生长和剥落的预测方法研究
    马云海, 王延峰
    2022, 42(7): 604-611. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.003
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    通过建立基于Larson-Miller参数法（LMP）的氧化膜生长预测模型和基于Armitt图的氧化膜剥落模型，研究了蒸汽氧化膜的生长和剥落特性，为材料的服役应用和寿命管理提供参考。结果表明：奥氏体钢中的Sanicro25、喷丸S30432、喷丸TP347H、HR3C和SP2215基于蒸汽氧化的使用温度上限为680℃，S30432、TP347H和TP347HFG基于蒸汽氧化的使用温度上限为650℃；铁素体钢中的T/P91和T/P92基于蒸汽氧化的使用温度上限为600℃，VM12和T122基于蒸汽氧化的使用温度上限为650℃。
    • 动力设备与系统
  • 动力设备与系统
    塔式锅炉炉内烟气流动的非线性特性分析及热偏差控制
    赵晏锋, 杨茉, 王文帅
    2022, 42(7): 612-621. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.004
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    为研究炉内烟气非线性流动的初值依赖特性问题，从具有对称结构的塔式四角切圆锅炉中抽象出一个几何结构和边界条件完全对称的三维简化锅炉模型，采用数值模拟研究了同时启动、对角启动和顺序启动3种启动方式对炉内流场、温度场及炉膛出口处热偏差的影响，并分析了各截面的速度场、温度场、速度分布不均匀系数和温度偏差系数。结果表明：相较于传统的四角同时启动方式，采用顺序启动和对角启动方式能够改善炉内烟气流场和温度场的偏斜情况，并能有效减小炉膛出口处的热偏差。
  • 动力设备与系统
    颗粒沉积和冲蚀损伤对轴流压气机性能影响的研究进展
    蔡柳溪, 贺尧, 李云, 侯燕芳, 王顺森, 毛靖儒
    2022, 42(7): 622-631. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.005
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    针对微细颗粒沉积与冲蚀损伤会造成压气机性能退化甚至设备失效的问题，系统总结了近年来国内外研究机构在颗粒沉积与冲蚀损伤对压气机性能影响方面的研究进展，重点介绍了颗粒沉积和冲蚀损伤造成的压气机性能退化机制、压气机性能退化特性数值模拟方法和实验研究方法以及典型研究成果等。基于当前研究热点和发展趋势，提出了颗粒沉积和冲蚀损伤对轴流压气机性能影响研究下一步应重点开展的方向，即借助于精细化数值模拟及可视化实验技术探索轴流压气机流道非定常流场细节与微细颗粒运动行为之间的相互作用机制，揭示颗粒沉积与冲蚀损伤导致的压气机性能退化机理，建立颗粒沉积、冲蚀损伤与压气机性能退化的定量关系。
  • 动力设备与系统
    集成BEST的700 ℃一次再热超超临界机组回热系统节能优化
    王婧, 段立强, 杨金福, 杨名, 荆雨田, 田李果
    2022, 42(7): 632-641. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.006
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    针对700℃一次再热超超临界机组回热系统抽汽过热度偏高、㶲损较大的问题，在基准机组基础上提出2种方案并进行性能对比研究，方案1采用背压抽汽汽轮机（back pressure extraction steam turbine，BEST）替代基准机组3~6级的回热加热器，方案2采用BEST并加装外置式蒸汽冷却器（outer steam coolers，OSC）。采用单耗分析法分析了不同方案在不同负荷下的能耗分布。结果表明：方案1和方案2均能够有效降低回热抽汽过热度；与基准机组相比，方案1、方案2在较高负荷时具有节能优势，在低负荷时基准机组更有节能优势，因此对于700℃一次再热超超临界机组，BEST更适合较高负荷的机组。
  • 动力设备与系统
    低海水温度模式下核电厂重要厂用水系统运行优化研究
    邢晓峰, 张正楼, 刘林保
    2022, 42(7): 642-646. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.007
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    针对某核电厂运行中发现的一列流道供应两列重要厂用水系统（SEC）时，或两泵切换瞬态过程中，存在设备冷却水系统（RRI）供水温度低于运行限值的情况，基于数学建模方法探求自然海水温度与RRI供水温度的关系，并给出运行调节优化措施。结果表明：模型流量计算值与调试值吻合较好，能够用于系统热态性能预测；热工水力计算发现，通过热水回流档位组合优化来实现运行温度符合准则是可行的，可组合档位随海水温度的升高而增加，提升初始温度或缩短切换时间可有效提升两泵切换过渡过程温度；该研究对于类似系统的数值仿真及热工水力特性分析具有一定参考意义。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    集成ORC的太阳能辅助燃煤碳捕集发电系统全生命周期分析
    董志坚, 叶学民, 宋睿哲, 李春曦
    2022, 42(7): 647-656. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.008
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    基于SimaPro软件，采用ReCiPe Midpoint （H） V1.13方法对传统燃煤机组（方案一）和集成有机朗肯循环（ORC）与太阳能的燃煤碳捕集发电系统（方案二）进行生命周期评价，分析了碳捕集系统再生能耗及碳捕集率对环境影响的敏感性。结果表明：在功能单元所有选定类别的影响得分中，气候变化潜势（CCP）得分最高，臭氧损耗潜势（ODP）得分最低；除CCP外，对于其他影响类别得分，方案二>方案一；对于人体毒性潜势（HTP）得分，煤炭开采和运输阶段贡献最大，而其他影响类别中系统运行阶段的贡献最突出；随着碳捕集率增大，单位电量CCP得分减小，其他环境指标得分增大；随着再生能耗增加，集成系统所有环境影响类别得分均增大。
    • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    基于BP神经网络代理模型的翼型优化及领域自适应研究
    陈晨铭, 郭雪岩, 常林森
    2022, 42(7): 657-663. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.009
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    采用神经网络代理模型和遗传算法相结合的方法对NACA64（3）-618风力机翼型进行了气动优化。针对青藏高原风场条件下某一工况进行优化时，利用拉丁超立方采样生成参数样本集、通过B样条曲线对翼型进行光滑化处理、采用基于深度前馈网络的代理模型预测了升、阻力系数，并结合遗传算法实现了气动优化选型，利用CFD方法验证了优化结果。结果表明：优化翼型的升阻比和升力系数分别提高了4.52%和4.05%，阻力系数降低了0.42%；优化流程能用低维参数表达比较完整的翼型，代理模型能在严苛条件下得到较好的翼型；阻力系数代理模型的精度较高，明显优于升力系数代理模型，而且阻力系数代理模型在领域自适应方面表现良好。
    • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    基于mRMR和MA-RELM的火电厂出口SO2质量浓度预测
    金秀章, 刘岳, 赵文杰, 于静
    2022, 42(7): 664-670. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.010
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    提出一种基于最大相关最小冗余（mRMR）算法和蜉蝣算法优化正则化极限学习机（MA-RELM）的出口SO2质量浓度预测模型。通过机理分析确定初始输入变量，利用改进的时延分析方法对初始输入变量进行时延补偿，采用mRMR算法对各个初始输入变量进行重要性排序，搭建正则化极限学习机（RELM）预测模型，并利用蜉蝣算法确定模型参数。结果表明：与最小二乘支持向量机（LSSVM）、长短期记忆网络（LSTM）和极限学习机（ELM）相比，RELM预测模型的均方根误差分别降低了36%、38%和26%；与粒子群算法（PSO）和灰狼算法（GWO）寻优后的模型相比，MA-RELM预测模型误差最低，该模型能够对出口SO2质量浓度进行准确预测。
  • 绿色低碳
    燃煤烟气污控设备对挥发性有机物和常规污染物的协同控制特性
    向家涛, 黎俊廷, 周晓鸣, 廖新杰, 廖玮, 任少辉, 张雄, 张世红
    2022, 42(7): 671-676. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.011
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    采用气袋-吸附管采样法对实验室流化床燃烧炉尾部各测点的燃煤烟气进行采集，研究了污控设备（APCDs）对烟气中挥发性有机物（VOCs）和常规污染物的协同控制效应。结果表明：在燃煤烟气VOCs中苯的质量浓度最高，苯乙烯次之；APCDs在实现常规污染物高效脱除的同时，对15种VOCs的脱除效率达到92.58%；APCDs对正庚烷、甲苯、环戊酮、苯乙烯、苯甲醚与常规污染物之间的协同控制效应最好，苯和邻二甲苯次之，而对正己烷、异丙醇与常规污染物之间不具有协同控制效应。
    • 综合能源系统
  • 综合能源系统
    地热与生物质直燃耦合的热电联产系统热力学性能分析
    王义函, 王华霆, 卢荻, 陈衡, 徐钢, 雷兢, 刘彤
    2022, 42(7): 677-685. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.012
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    提出不同温度地热水与生物质热电联产机组集成的新耦合系统。该系统将地热能集成到生物质热电联产机组的汽水循环中，取代部分汽轮机抽汽。基于某35 MW生物质热电联产机组对新耦合系统的热力学性能进行评估。结果表明：对于地热水温度为110℃的新耦合系统，抽取的地热水处于较高温度，可以作为驱动热泵的热源，节省了抽汽；新耦合系统发电功率的增加分为3部分，即机组本身改造、新设置的抽引器以及地热辅助；不同地热水温度下新耦合系统的总㶲效率均有较大提升；新耦合系统具有显著的经济优势。
  • 综合能源系统
    夹点温差对sCO2再压缩循环性能及经济性的影响
    吕勇兴, 闫晨帅
    2022, 42(7): 686-692. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.07.013
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    以超临界CO2再压缩布雷顿循环发电系统为对象，研究了低温回热器夹点温差ΔTp，LTR和高温回热器夹点温差ΔTp，HTR对循环性能和经济性的影响，并基于循环系统各部件的热功分布和㶲损分布分析了夹点温差对循环性能和经济性产生影响的原因。结果表明：与ΔTp，HTR变化相比，循环热效率ηth和㶲效率ηexe对ΔTp，LTR的变化更敏感；回热器总换热面积与循环性能对ΔTp，LTR和ΔTp，HTR的敏感性相似；在指定循环热效率下均存在ΔTp，LTR与ΔTp，HTR的最佳匹配，使回热器总换热面积最小。