动力工程学报

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    动力设备与系统
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    二次再热汽轮机性能试验系统修正计算研究
    赵汶, 杨宇, 刘伟, 韩怀远
    2023, 43(1): 1-6. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.001
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    研究了典型热力系统配置的二次再热汽轮机性能试验的系统修正中各抽汽压力及抽汽焓的求取方法,提出了二次再热汽轮机性能试验的系统修正计算方法。以某660 MW、1 000 MW二次再热汽轮机为例进行算例分析,验证了计算方法的可行性,对比了求取抽汽焓时定缸效率截取法与定级组效率截取法的热力过程膨胀线差异。结果表明:基于试验膨胀线法,结合定缸效率截取进行系统修正计算相对更优。
  • 动力设备与系统
    径流式氨水混合工质透平热力设计和数值模拟
    程梓洋, 王建永, 肖波, 曹越, 吴闯, 王江峰
    2023, 43(1): 7-13. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.002
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    为了更好地研究氨水混合工质透平,提升Kalina循环系统整体性能,对径流式氨水混合工质透平进行了一维热力学设计,并使用BladeGen、TurboGrid和ANSYS CFX软件进行三维数值模拟;将一维和三维建模方法分别与参考文献案例进行对比验证,并比较了透平一维热力计算与三维模型数值模拟的结果。结果表明:径流式氨水混合工质透平的性能通过热力设计模型估算,可大幅降低计算成本;透平一维热力计算与三维模型数值模拟得到的参数基本一致,所得透平等熵效率分别为84.67%和88.75%;工质在透平流道内流动均匀且无明显旋涡。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    1000MW超超临界双切圆混煤燃烧锅炉还原性气氛数值模拟
    任德军, 陈刚, 张寅, 王鑫, 徐俊, 江龙, 向军
    2023, 43(1): 14-23. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.003
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    对某台1 000 MW超超临界双切圆混煤燃烧锅炉的炉膛燃烧过程进行模拟,通过对比计算结果与现场试验结果,综合分析炉膛出口氧体积分数对炉内速度场、温度场、CO和H2S体积分数场的影响。结果表明:随着出口氧体积分数的增加,气流偏转程度减弱,高温气体冲刷水冷壁的可能性减小,煤粉在主燃区内燃烧更充分,温度水平更高,较高的氧量会抑制炉内还原性气氛。还原性气体CO与H2S存在强相关性,CO与H2S的体积分数均随氧体积分数的增加而降低,这与氧化性气氛增强、CO对SO2的还原作用减弱有关。在满负荷条件下,炉膛出口氧体积分数从2.2%增至2.7%,在一定程度上能抑制CO和H2S的生成,当出口氧体积分数增至3.0%以上时,这种抑制作用更明显。为降低锅炉高温腐蚀风险且兼顾NOx排放,在实际运行时应保证炉膛出口氧体积分数不低于3.0%。
  • 新能源与储能
    基于CPFD方法的660MW超临界CFB锅炉循环回路均匀性研究
    陈鸿伟, 黑成浩, 王俊武, 宋杨凡, 赵俊骅, 贾建东, 王稀光
    2023, 43(1): 24-33. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.004
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    采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对某660 MW超临界循环流化床锅炉的炉膛、分离器和下部料腿进行了模拟,分析了锅炉负荷、分离器出口压力、一二次风配风和非均匀二次风对各回路固体流率的影响。结果表明:在稳定性分析中,压力模拟值与锅炉运行数据的平均偏差为9.6%,循环回路固体流率平均值与设计物料流量的平均相对偏差为9.49%;中间循环回路固体流率较高,回料口与中间分离器的非对应布置对左、右半炉的总固体流率影响不大;较高的分离器出口压力对不同回路固体流率的分布影响较大,当出口压力较低时,其影响减少;均匀性最好的配风比为50∶50,在此条件下,分离器固体流率的相对极差为5.97%;当炉膛中部的二次风量减少至24%时,相对极差减小到8.45%。
    • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    线性自抗扰控制器的改进设计及应用
    张永, 王佑, 薛亚丽, 李政
    2023, 43(1): 34-40,55. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.005
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    针对Ⅰ阶线性自抗扰控制器应用于火电机组大惯性过程控制时响应较慢的问题,提出了一种改进设计方法。基于预估模型信息设计补偿环节,将扩张状态观测器的等效观测对象近似为比例环节,并通过对总和扰动进行补偿,使得闭环系统的动态近似于预期响应,且兼具良好的抗扰能力和鲁棒性。通过分析,明确了该控制器各参数的物理意义及其整定策略,通过仿真验证了控制效果和鲁棒性,并在某二次再热机组高压加热器水位和过热汽温Ⅰ级喷水减温控制回路上对该设计方法进行了组态和测试。结果表明:改进的自抗扰控制器提高了系统的控制性能;该方法的实现和整定较简便,具有良好的工程应用潜力。
  • 数字化与智能化
    ResNet-LSTM并行网络转子故障迁移诊断方法
    向玲, 张兴宇, 胡爱军, 邴汉昆, 杨鑫
    2023, 43(1): 41-47. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.006
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    为提高小样本下的转子故障识别精度,提出了基于残差网络(ResNet)和长短期记忆网络(LSTM)的并行神经网络(RLPN)转子故障迁移诊断方法。首先,使用卷积层和池化层作为模型的前置特征提取器,提取信号的浅层特征;然后,利用ResNet模块提取转子信号的空间特征,利用LSTM模块提取转子信号的时间特征;最后将提取的时间和空间特征融合,对转子的不同工况开展迁移学习,以实现故障诊断。结果表明:该方法能够提升故障的分类性能,有效识别转子故障,诊断结果优于已有的智能故障迁移诊断方法。
    • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    污泥燃烧颗粒物的排放特性及Hg元素在其表面凝结沉积机制
    张柳, 贾里, 王彦霖, 王碧茹, 乔晓磊, 金燕, 向军
    2023, 43(1): 48-55. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.007
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    基于污泥作为低热值燃料在实际应用中的情况,通过热重分析仪得到原污泥、酸洗污泥和脱挥发分污泥的燃烧特性与动力学特性,研究其燃烧后颗粒物的排放特性,并利用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)分析颗粒物成分及Hg在其表面的凝结沉积机制。结果表明:污水污泥(SS)燃烧生成的亚微米颗粒物(PM1)的主要成分是K、Cl、P、S和Fe,生成的超微米颗粒物(PM1~10)的主要成分是Si、Al、Fe和Ca;酸洗处理可降低亚微米颗粒物的排放量,脱挥发分处理可降低超微米颗粒物的排放量;对于SS样品,Hg元素在自由分子区域表现出dp0和dp-1的关系,分别对应均相成核机制和扩散机制;在连续介质区域表现出dp-1的关系,为表面反应控制机制;对于SS-A样品,Hg在连续介质区域表现出dp-2的关系,为扩散机制控制。
    • 综合能源系统
  • 综合能源系统
    集成蒸汽喷射器的热电协同系统全工况性能分析
    刘荣堂, 王宇, 范佩佩, 刘明
    2023, 43(1): 56-64. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.008
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    为实现热电联产机组的热电解耦和深度调峰,提出集成蒸汽喷射器的热电协同系统,并建立了系统全工况分析模型。以某330 MW热电联产机组为例,集成蒸汽喷射器的热电协同系统作为喷射器协同机组,对比分析了2个机组的运行灵活性和经济性。结果表明:当供热量为795 GJ/h时,热电联产机组与喷射器协同机组的电负荷率调节范围分别为45.99%~81.75%和15.78%~100%,喷射器协同机组具有更高的运行灵活性,机组深度调峰能力突出;在特定工况下,喷射器协同机组在峰谷周期内的整体经济优势明显;喷射器引射比越大,电力高峰期锅炉负荷率越高,峰电量与谷电量的上网电价比越大,机组的整体经济优势越明显;随着供热量的增加,系统的经济收益呈先升高后降低的趋势。
    • 能源领域“碳达峰、碳中和”专题
  • 能源领域“碳达峰、碳中和”专题
    太阳能辅助的燃气富氧燃烧脱碳发电系统的热力性能研究
    姜锦涛, 叶学民, 孔梦迪, 宋睿哲, 李春曦
    2023, 43(1): 65-73. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.009
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    提出了燃气富氧燃烧脱碳发电系统(方案1)、耦合余热回收技术的燃气富氧燃烧脱碳发电系统(方案2)和太阳能辅助的燃气富氧燃烧脱碳发电系统(方案3)3种方案,通过研究三者的热经济指标及经济性,确定方案3为最优碳捕集方案,并讨论了方案3的逐时热力性能。结果表明:方案2和方案3在增加机组建设成本前提下,均可改善机组的热力性能;与方案2相比,方案3可使机组每年多发电91 047.06 MW,节省燃料成本3 003万元;随环境温度和太阳能法向直接辐射量的提高,方案3的燃气轮机发电量下降,但集成系统的净发电量和净发电效率大幅提高。
  • 能源领域“碳达峰、碳中和”专题
    基于改进最小二乘支持向量机的一次风机状态预测方法研究
    王帝, 李治, 汪勇, 邓志成, 孙猛, 方超, 丁刚, 肖伯乐
    2023, 43(1): 74-82. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.010
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    在“双碳”目标下,针对一次风机工况复杂且多变量强耦合特点,提出一种基于改进天牛须搜索算法(IBAS)优化的最小二乘支持向量机(LSSVM)一次风机状态预测模型。首先,基于“系统+部件”的思想多维度构建了原始特征体系,采用皮尔逊相关系数对各维度数据进行降维处理;其次,应用IBAS对LSSVM模型中的超参数进行寻优计算,建立了完整的一次风机状态预测模型;最后,采用国内某电厂的一次风机实测数据进行算例分析。结果表明:所提出的一次风机状态预测方法在精度和收敛速度上具有一定的优越性,其平均绝对百分比误差为2.53%,低于其他模型,可满足风机状态预测的工程实践需求。
  • 能源领域“碳达峰、碳中和”专题
    叶片尾缘偏转对升力型垂直轴水轮机性能的影响
    李凯迪, 周东海, 孙晓晶
    2023, 43(1): 83-91,101. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.011
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    提出通过叶片尾缘自主偏转,提高传统升力型垂直轴水轮机水能利用效率的新思路。采用计算流体力学(CFD)方法,结合动网格和重叠网格技术对垂直轴水轮机的水动力性能进行二维非稳态数值模拟计算提出了尾缘始终向压力面偏转(OSO)和尾缘以恒定的角速度进行连续偏转(CD)的2种尾缘偏转控制策略,探究了尾缘偏转长度和偏转角度对垂直轴水轮机获能特性的影响规律。结果表明:在低叶尖速比下,采用OSO型偏转形式对水轮机性能的提升效果更好,当叶尖速比为1.00时,在尾缘偏转角度幅值为15°与偏转长度为0.1倍弦长的尾缘偏转参数组合下,水轮机的平均获能效率可提高约17.1%;在中高叶尖速比下,采用CD型偏转形式可有效提升垂直轴水轮机的平均获能效率,当叶尖速比为3.00时,与原始水轮机相比,水轮机的平均获能效率最大可提升约15.39%;在实际运用中,可以将2种控制策略结合起来灵活实施,使得水轮机在全工况范围内保持高效的获能特性,使之具备工程化应用价值和潜力。
  • 能源领域“碳达峰、碳中和”专题
    海上漂浮式风电场高比例并网一次调频控制策略研究
    宋子秋, 余照国, 胡阳, 刘吉臻
    2023, 43(1): 92-101. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.012
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    为了缓解电力系统因漂浮式风电场高比例并网而造成频率波动加剧的问题,建立了含漂浮式风电场的混合电力系统一次调频模型,并基于电池储能设计了一次调频协调控制策略。对负荷基准为1 000 MW的漂浮式风力机区域进行数值模拟,区域内含100台5 MW的漂浮式风力机,每台配备1 500 kW×60 s电池储能系统,分析对比了转子动能与超速减载联合一次调频控制策略与电池储能参与一次调频控制策略下混合电力系统的频率响应。结果表明:在负荷阶跃变化和随机变化的场景下,电池储能参与一次调频可以降低电力系统频率偏差和稳态误差,加快调频响应速度,使漂浮式风电机组的输出功率更加均匀,有效提高了风电机组运行的稳定性和经济性,改善了电力系统的调频性能。
  • 能源领域“碳达峰、碳中和”专题
    基于富氧燃烧的CO2液化提纯工艺优化分析
    江蓉, 甘爽, 李小姗, 倪宏伟, 赖勇杰, 李亮
    2023, 43(1): 102-108. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.013
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    针对烟气S/N/Hg一体化压缩净化工艺,对典型的富氧燃烧CO2烟气的液化提纯工艺进行分析并提出了新工艺,通过建构CO2液化提纯系统模型,对新工艺在各运行工况下的相关物质、能量流动进行了模拟,并结合(火用)分析对工艺参数进行了优化研究。结果表明:当净化后烟气中CO2体积分数为76.6%,压力为3 MPa时,可得到体积分数为99.99%的CO2液体产品,CO2收率可达90%,此时压缩液化提纯系统最低单位能耗为158 (kW·h)/t。
  • 能源领域“碳达峰、碳中和”专题
    基于氨分解的SOFC-GT系统建模及分析
    马壮, 秦江, 李成杰, 王聪, 王紫璇
    2023, 43(1): 109-116. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.01.014
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    为了实现热电联产系统低碳排放的目标,提出了一种以氨为燃料的燃料电池燃气轮机混合动力系统,通过建立混合动力系统模型,对系统进行了性能分析和㶲分析,并将本系统的效率与以液化天然气为燃料的混合动力系统进行了比较。结果表明:系统效率在燃料利用率与空气过量系数可选范围内最高可以达到72%,且系统在设计点处具有很高的㶲效率,㶲损主要出现在燃料电池和空气换热器处;在相同燃料流量的情况下,所提系统效率比以液化天然气为燃料的混合动力系统效率更高。