动力工程学报

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    动力设备与系统
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    烟气再循环对超临界二氧化碳燃煤锅炉传热性能的影响
    袁峰, 陈亮, 王春波, 戴文浩
    2022, 42(10): 889-896. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.001
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    针对某1 000 MW超临界二氧化碳(S-CO2)锅炉,通过建立锅侧燃烧与传热耦合模型,并对冷却壁壁温进行计算分析,提出采用烟气再循环的方案来降低冷却壁壁温,研究了烟气再循环对冷却壁壁温、炉膛出口烟温、排烟温度以及过热器、再热器出口工质温度的影响。针对仅采用烟气再循环方案,会出现炉膛出口烟温降低和排烟温度升高等问题,对S-CO2锅炉进行了优化改造。结果表明:烟气再循环率为20%时,冷却壁壁温最高值从690 ℃降低至640 ℃;采用20%烟气再循环方案时,改造后锅炉的排烟温度由143 ℃降低至123 ℃,锅炉效率由92.8%提高至94%,壁面区域H2S摩尔分数和CO摩尔分数降低,高温腐蚀速率减少,优化改造后的锅炉采用烟气再循环方案可降低冷却壁壁温。
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    湿式冷却塔填料结垢的微观结构特征与组分分析
    宋卷达, 孙奉仲, 孙清航, 刘天文, 王睿
    2022, 42(10): 897-903. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.002
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    为了研究自然通风冷却塔中填料污垢的组分,探索清理污垢的有效手段,提取某电厂冷却塔中填料污垢作为试验试样,通过利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱技术(EDS)、X射线荧光光谱分析(XRF)以及红外光谱分析(FTIR)等仪器对填料污垢试样进行组分分析。结果表明:填料污垢的主要元素有O、Si、Ca和Al等,其中O元素质量分数较高,达50%,Si元素和Al元素占比均约20%;填料污垢的主要物质有SiO2、Al2O3、Fe2O3、Mg(OH)2、硅酸盐、碳酸盐(主要为碳酸钙)、磷酸盐和硫酸盐等。
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    330 MW三源抽汽供热汽轮机通流综合提效研究
    黄思林, 梁占伟, 乔加飞
    2022, 42(10): 904-911. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.003
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    为提升火电机组整体运行效率和降低供电煤耗,对三源抽汽工业供汽汽轮机通流优化升级关键技术进行了研究,提出了适于三源抽汽汽轮机通流优化升级方案,对比了不同方案的可行性和经济性,得到了适用于三源抽汽汽轮机通流优化升级的最佳方案。结果表明:原参数通流提效方案技术成熟可靠,相对改造前提高了缸效率,降低了机组热耗率,造价合理,投资回收期短;升参数通流提效方案改造范围大,投资较高,回收年限较长;原参数通流提效方案的热耗率验收工况(THA工况)热耗率及供电标准煤耗分别降低222 kJ/(kW·h)和8.79 g/(kW·h),额定供热工况热耗率及供电标准煤耗分别降低232 kJ/(kW·h)和9.19 g/(kW·h),投资回收期为6.6 a,具有较好的经济效益。
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    某型号F级燃气轮机混氢燃烧的性能分析
    李立新, 张昭昭
    2022, 42(10): 912-918. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.004
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    为降低碳排放、提高燃气轮机电厂的运行灵活性,对某型号F级重型燃气轮机热电联供机组进行了混氢改造,使其具备15%~30%混氢燃烧的能力。对混氢燃烧的关键技术难点进行了分析,提出了燃气轮机本体改造和卸氢混氢的方案,并对改造后的燃气轮机性能、锅炉与汽轮机的适应性进行了分析。结果表明:燃气轮机燃烧稳定,输出功率稳定,NOx排放合格,气体燃料系统混氢过程平稳、控制精度高;混氢15%~30%预计可降低CO2年排放量1.1×104~2.84×104 t;改造达到了预期效果。
  • 动力设备与系统
    动量通量比对轴向分级再燃喷嘴燃烧特性的影响
    贾玉良, 李昱泽, 金明, 朱旭彤, 葛冰, 臧述升
    2022, 42(10): 919-924. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.005
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    针对轴向分级再燃喷嘴,运用冷态粒子图像速度分析仪和火焰自发光CH基拍摄等试验研究方法,探究动量通量比变化时,横流与射流掺混、射流火焰以及污染物排放的变化规律。结果表明:动量通量比的变化对横流与射流的掺混和火焰位置影响较大;掺混强度和射流速度共同作用导致CO体积分数随动量通量比的增大呈现先降低后上升的趋势;动量通量比的增大会导致回流强度和射流火焰主要反应区位置发生变化,进而导致NO体积分数呈现增加的趋势;对于特定的再燃喷嘴燃烧,存在恰当的动量通量比,使得燃烧室壁面不受火焰冲刷,且污染物排放维持在较低水平。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    基于绿氢和生物质富氧燃烧技术的零碳甲醇合成系统
    徐钢, 张钟, 吴志聪, 薛小军, 陈衡
    2022, 42(10): 925-932. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.006
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    为解决目前氢能不易储运的问题,提出了一种基于绿氢和生物质富氧燃烧技术的零碳甲醇合成系统。该系统利用光伏和风电等绿色电力,通过碱性电解槽技术制取氢气,再利用生物质富氧燃烧电厂产生的富含二氧化碳的尾气与氢气合成甲醇,实现了整个系统碳的近零排放,并对该系统进行了能量分析和经济性分析。结果表明:零碳甲醇合成系统的系统综合能量效率为47.3%;当电价为0.2元/(kW·h)时,该系统的动态回收周期为4.24 a,净现值为9 685.39万元。
  • 新能源与储能
    漂浮式风力机平台局部系泊蠕变模式下动态响应分析
    孙康, 金江涛, 李春, 李蜀军, 许子非, 肖俊青
    2022, 42(10): 933-943. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.007
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    针对漂浮式风力机平台长期受风、浪及海流作用下系泊发生蠕变加快腐蚀,造成系泊失效的问题,基于深度学习与混沌理论对局部系泊失效下的风力机平台进行了动态响应分析,重点研究系泊是否发生蠕变以及蠕变系泊位置。以美国国家可再生能源实验室开发的5 MW漂浮式风力机为研究对象,基于Barge平台验证所提方法的有效性。结果表明:系泊失效后各自由度响应急剧增大,但在蠕变阶段,响应变化极小,艏摇响应更为敏感;采用卷积神经网络及混沌可有效识别系泊状态与蠕变系泊位置,对预防系泊失效,保证风力机正常运行具有重要意义。
  • 新能源与储能
    小型变桨风力机启动性能研究
    吴胜胜, 包道日娜, 王天博, 刘智峰, 刘恒鑫, 刘东
    2022, 42(10): 944-950. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.008
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    为研究某小型水平轴变桨风力机的启动性能,通过搭建风力机风洞试验台,分析不同桨距角对风力机静态扭矩、转速以及启动风速的影响,同时通过数值模拟仿真结果结合理论分析,研究风力机启动时桨距角变化过程中的相关气动性能。结果表明:风速分别保持在3~6 m/s不变时,随着桨距角的增加,风轮静态扭矩值呈先增大后减小的趋势,50°桨距角下的静态扭矩约为10°桨距角下静态扭矩的2.2倍;风轮静止时表现出与高速旋转状态下截然相反的气动性能,叶片叶根区域为启动扭矩主要动力产生区域;桨距角越小,叶根区域流动分离现象越明显,且分离点越靠近前缘,气动性能越差;40°桨距角时,可兼顾最小的启动风速和较大的旋转速度,测得最低启动风速为3.7 m/s。
    • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    基于优化变分模态分解与混沌分形融合的
    孙康, 金江涛, 李春, 许子非
    2022, 42(10): 951-959. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.009
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    为精确识别滚动轴承故障类型,针对强非线性及非平稳性信号,分析其混沌特性,结合Lyapunov指数提出优化变分模态分解(OLVMD)方法,利用该方法实现降噪并选取敏感分量重构故障信号。引入分形理论,采用拟合偏差平方和方法对传统的关联维数计算方法进行改进,计算轴承不同状态下的混沌关联维数,并分析了损伤轴承实验数据。结果表明:OLVMD方法可有效剔除无关分量,消除冗余影响;不同状态轴承的关联维数具有显著差异,关联维数可作为轴承工作状态监测与诊断的依据,且该方法有良好的鲁棒性和泛化性。
  • 数字化与智能化
    基于深度学习与热辐射成像耦合的炉内温度场在线测量
    唐广通, 许烨烽, 闫慧博, 汪潮洋, 刘志强, 娄春
    2022, 42(10): 960-966. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.010
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    利用热辐射成像模型计算训练数据,基于多层感知器(MLP)神经网络重建炉膛温度场,以某300 MW锅炉为例进行在线测量实验,并通过机组调峰分析了燃料量和风量对温度的影响。结果表明:MLP神经网络对不同温度场重建结果的最大相对误差小于2%,添加噪声后最大相对误差也小于4%,其具有较好的泛化能力、预测能力和抗噪能力;炉内温度的升高趋势明显快于负荷,且风量对机组负荷的影响更大;所提出的耦合深度学习与热辐射成像的炉内温度场在线测量系统在提升煤电机组的灵活调峰能力方面具有较好的应用潜力。
    • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    陶瓷膜法电厂烟气水热回收系统技术经济分析
    杜紫薇, 陈海平, 黄吉光, 赵春昊, 张衡
    2022, 42(10): 967-976. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.011
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    采用多孔陶瓷膜回收烟气中的水分和余热,将回收的热量并入电厂热力系统,从全厂热经济性的角度评价膜法烟气水热回收系统的节水和节能潜力。以某330 MW燃煤发电机组为例,在脱硫塔后尾部烟道安装膜面积为1 300 m2的陶瓷膜组件,结合热泵技术,将回收的烟气余热用于加热热网回水,回收的水汇入冷却塔作为电厂补水,建立了耦合膜法烟气水热回收系统的全厂热力系统模型,并对系统进行了技术经济性分析。结果表明:冷却水的体积流量增加和进口温度降低会增加系统水回收量和热回收量,但并不能增加节煤率;系统最高水回收量为35.74 kg/(m2·h),最大节煤率为1.37 g/(kW·h);全年可实现节煤677.84 t、节水 233 254.04 t,投资回收周期约为5.2 a。
  • 绿色低碳
    燃煤烟气冷凝节水及余热回收热力学分析
    白涛, 靳智平
    2022, 42(10): 977-985. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.012
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    针对燃煤电站锅炉采用湿法烟气脱硫技术后,如直接将饱和湿烟气排向环境会产生湿烟羽的问题,建立湿烟羽数学模型,分析了烟气降温冷凝过程对脱硫塔进出口烟气余热以及水量回收的影响。结果表明:采用低温省煤器回收脱硫塔进口部分余热,当烟温由130 ℃降至90 ℃,可回收热量21.477 MW;采用烟气冷凝消白,当环境相对湿度为10%,环境温度为-20 ℃时,可回收冷凝水量144.215 t/h,回收烟气余热109.603 MW,且随环境温度的升高,回收冷凝水量和烟气余热量逐渐减少;不同煤质对烟气冷凝节水及余热回收影响不同。
  • 绿色低碳
    富氧燃烧方式下NO对SO3生成的影响研究
    桂本, 郭俊哲, 胡玉清, 陈牧, 刘瑜, 周子健, 刘小伟
    2022, 42(10): 986-992. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2022.10.013
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    为了探究NO对SO3生成的影响机理,在富氧燃烧条件下进行均相和异相实验,利用Chemkin-PRO软件平台进行敏感性仿真分析。结果表明:均相和异相实验中,NO均对SO3的生成起促进作用;均相实验中,随着NO体积分数的升高,SO3体积分数升高,且其升高速率逐渐放缓;反应敏感性分析结果表明,NO通过增加O自由基、消耗HO2和H自由基促进了SO3的生成;异相反应中,SO3体积分数随NO体积分数的升高先升高后下降,过高的NO体积分数会对SO3的生成表现出抑制作用,这可能是由NO氧化与SO2氧化竞争O自由基导致的,也可能是高NO体积分数下,煤粉燃尽率降低,煤粉中S元素释放不完全所致。