动力工程学报

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    基础研究
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    基于EMMS-1M曳力模型的空气反应器气固流动及化学反应特性数值分析
    李慧君, 王业库, 鲁许鳌, 张久意
    2023, 43(7): 815-822. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.001
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    针对传统曳力模型难以准确预测气固相间曳力的问题，考虑到计算精度和模型通用性，选用经过介尺度修正的EMMS-1M曳力模型耦合双流体模型，模拟了颗粒直径和进口气速对空气反应器冷态流化和热态化学反应的影响。结果表明：颗粒直径减小和进口气速增加，使床层气体压力分布更加均匀，床层轴向颗粒体积分数降低，床层颗粒返混现象减弱，颗粒轴向速度增加，温度升高促进反应正向进行，氧气转化率升高；进口气速增加，使颗粒在床层分布均匀，气固混合彻底，促进了化学反应，但进口气速过高，会携带出大量的颗粒，且在床层的停留时间减少，不利于气固化学反应的发生。
    • 动力设备与系统
  • 动力设备与系统
    循环流化床锅炉布风均匀性判据与均匀性试验方法改进研究
    佟博恒, 李金晶, 程通锐, 赵振宁, 程亮, 吕俊复
    2023, 43(7): 823-828. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.002
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    利用数值模拟方法研究了循环流化床（CFB）锅炉一次风风量偏差对流化均匀性的影响规律，提出了布风均匀性的料层厚度偏差判据，进而提出了循环流化床锅炉布风均匀性改进的试验方法。结果表明：一次风室两侧进口风量偏差超过10%时，床料流化均匀性较差，此时对应布风均匀性的最大许可偏差，即最高、最低床料高度差不宜超过20 cm，床料高度与平均高度最大偏差不超过12 cm。
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    410 t/h燃煤电站高温除尘技术试验研究
    司桐, 王春波, 陈亮, 任育杰, 任福春
    2023, 43(7): 829-834. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.003
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    针对燃煤电站SCR脱硝技术中高浓度飞灰造成的催化剂使用寿命缩短、大量氨逃逸及空气预热器堵灰的问题，将高温除尘器布置在SCR反应器之前。在410 t/h燃煤锅炉上对高温除尘技术进行了工程示范研究，分析了高温除尘器的除尘特性对下游脱硝单元和空气预热器性能的影响。结果表明：在70%和90%锅炉负荷下，高温除尘器出口烟尘平均质量浓度均小于8 mg/m3；90%负荷下，烟气流经高温除尘器的压降仅为500 Pa左右，大幅低于传统布袋除尘器的烟气压降；与典型的超低排放烟气后处理技术相比，应用高温除尘器能实现在相同脱硝效率下显著降低SCR反应器的烟气压降，并能减少相应的气氨消耗量与氨逃逸量；与常规布置布袋除尘器的锅炉环保岛相比，高温除尘器+SCR脱硝单元+空气预热器的模块的烟气压降可降低约500 Pa。
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    梳齿密封直接刚度系数实验识别
    周庆辉, 张万福, 杨兴辰, 潘渤
    2023, 43(7): 835-841. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.004
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    设计并搭建梳齿密封直接刚度系数识别实验装置，研究了不同转速下激振频率和进口压力对密封直接刚度系数的影响，并与DyRoBeS中的Bulk Flow模型理论计算结果进行对比。结果表明：在任意工况下，所测的梳齿密封直接刚度系数均为负值，易出现转子不稳定现象；直接刚度系数随着转速、进口压力和激振频率增大而减小，转速对直接刚度系数的影响较小，且直接刚度系数与高频激振频率相关性较强；DyRoBeS理论计算与实验结果吻合较好。
  • 动力设备与系统
    基于神经网络的燃气轮机燃烧稳定性预测及分析
    王文阳
    2023, 43(7): 842-849. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.005
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    针对燃烧调整过程中易发生燃烧失稳且难以及时干预的问题，根据某型燃气轮机燃烧调整过程特征，利用改进的粒子群算法（PSO）优化Elman神经网络，将影响机组运行状态的参数作为输入变量，表征燃烧稳定性的参数作为输出变量，进而建立改进PSO-Elman神经网络模型。结果表明：值班气质量流量、压气机进口导叶及压气机第1级可调静叶的开度对燃烧稳定性影响较大；与Elman神经网络相比，改进PSO-Elman神经网络模型可靠性更好；所提出的神经网络模型可以很好地跟踪燃烧调整过程的参数变化特性，可先行预测燃烧调整过程中可能出现的燃烧失稳情况，解决试验过程中限制因素多、灵活性差的技术问题。
  • 动力设备与系统
    喷水预冷特性对蒸发冷却性能影响的数值模拟
    李恒凡, 李玉龙, 韩中合
    2023, 43(7): 850-857. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.006
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    为改善间接空冷塔在夏季高温环境下的冷却性能，提高火电厂整体效率，基于计算流体力学建立了空冷单元喷水预冷系统的数学模型，分析了喷水预冷特性对空冷塔某一扇区的影响，分别计算了环境特性和喷嘴特征等因素对冷却效率、有效冷却区域的温降和面积的影响。结果表明：随着流动距离的增加，冷却效率逐渐提高；环境风速和空气相对湿度降低以及风温、张角、喷嘴质量流量和喷嘴间距增大均会使冷却效率提高；液滴随空气流动逐渐蒸发，有效冷却区域的面积沿流动方向逐渐增大；有效温降沿着流动方向先因液滴的蒸发而增加，而后因冷却空气与周围空气的传热传质而减小。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    太阳能辅助垃圾焚烧发电系统及其性能研究
    吴芸芸, 王义函, 陈衡, 郝勇
    2023, 43(7): 858-868. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.007
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    为了促进太阳能热能技术和生活垃圾能源转化技术的发展，提出了一种太阳能辅助的垃圾焚烧发电系统。该系统由槽式集热器收集的太阳能提供外热源，利用该热源对垃圾焚烧电站的蒸汽进行再热，以提高蒸汽参数。以某垃圾处理量550 t/d、净发电功率8.97 MW的垃圾焚烧电站作为案例机组，耦合5.91 MW太阳能辅助再热系统，并进行热力学分析和敏感性分析，评价了系统在不同太阳辐射条件下的性能表现，揭示了其性能提升机理。结果表明：新系统在设计点工况下，理论循环效率相比于案例机组提高了0.96个百分点，净发电功率增加了1.36 MW，光电效率可达22.91%；太阳能辅助垃圾焚烧发电系统在全年大部分时间表现良好，其年均光电效率可达17.45%，度电成本为0.757元/（kW·h），具备经济可行性。
  • 新能源与储能
    CAES释能过程多工况动态仿真及效率分析
    陈辉, 李文, 盛勇, 王星, 陈海生, 朱阳历
    2023, 43(7): 869-876. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.008
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    研究了CAES释能过程各部件的数学模型及控制逻辑，基于MATLAB/Simulink平台建立了CAES释能过程的动态仿真模型。利用该模型对启动过程、准同期并网过程、变工况过程进行仿真。在此基础上，分析了多种工况下运行参数及效率的变化规律。结果表明：在200~300 kW功率范围内，膨胀机等熵效率变化范围为75%~88%，[XC5A8KT.TIF]效率变化范围区间为73%~84%。
  • 新能源与储能
    辅助核电机组一次调频的飞轮储能阵列容量配置方法
    武鑫, 杨威鹏, 熊星宇, 马志勇, 张爽, 罗海荣
    2023, 43(7): 877-884. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.009
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    针对核电机组一次调频能力不足的问题，采用飞轮储能阵列来辅助核电机组进行一次调频。首先，建立额定功率为1 MW、储存电量为250 kW·h的飞轮储能单元模型和额定功率4 MW、储存电量1 MW·h飞轮储能阵列，并分析其充放电特性；其次，基于粒子滤波方法，以提升核电机组一次调频积分电量贡献指数2倍为目标，提出了一种飞轮储能阵列容量配置方法；最后，根据某装机容量为1 250 MW的核电机组历史运行数据，通过仿真验证所提出的飞轮储能阵列容量配置方法。结果表明：与采用集合经验模态分解（EEMD）方法的飞轮储能阵列容量配置方法相比，基于粒子滤波方法的飞轮储能阵列容量配置方法具有更好的调频效果。
    • 数字化与智能化
  • 数字化与智能化
    基于变分贝叶斯推断的DPGMM风电机组异常数据识别研究
    甘雨, 郭鹏, 林立栋
    2023, 43(7): 885-892. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.010
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    为了准确识别和剔除风电机组在实际运行过程中产生的异常数据，以便为功率预测等工作提供有效的数据支持，通过分析风电机组运行数据散点在风速-功率（v-P）坐标系中的分布特征，提出了基于变分贝叶斯推断的狄利克雷过程高斯混合模型异常数据识别方法。将试验机组E17实测数据散点沿水平功率方向以一定间隔划分区间，采用能自适应确定最佳分量个数的狄利克雷过程高斯混合模型对每一个功率区间内的数据散点进行聚类，结合各高斯分量置信椭圆参数及数据散点在v-P坐标系中的分布特征，对试验机组E17各功率区间内的高斯分量及其聚类散点进行异常标识。结果表明：该模型克服了传统高斯混合模型需要人为确定分量个数的缺点，能够对风电机组异常数据进行准确识别。
  • 数字化与智能化
    SCR脱硝系统的改进线性自抗扰优化控制研究
    杨超杰, 刘长良, 王梓齐, 韩超
    2023, 43(7): 893-900. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.011
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    针对SCR脱硝系统大惯性、大迟延、多扰动问题，提出一种模型辅助迟延线性自抗扰控制（MDLADRC）。首先，利用模型信息，将高阶纯迟延系统补偿为一阶惯性环节；然后，根据闭环系统二自由度表达式，推导最优参数量化公式，简化参数调节，并通过参数遍历实验验证控制器参数与响应指标的关系；最后，将MDLADRC应用于选择性催化还原（SCR）脱硝控制系统，并与多种控制器性能进行比较。结果表明：对于SCR脱硝系统这类高阶大惯性大迟延系统，MDLADRC的定值跟随以及抗干扰能力更优；蒙特卡洛实验和多工况实验进一步说明MDLADRC的鲁棒性较优；此外，MDLADRC参数调节简单，更适用于工程实际。
    • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    基于阶梯型碳交易机制的综合能源系统低碳经济调度
    陈彦奇, 刘康祥, 赵鑫, 徐钢, 陈衡, 刘文毅
    2023, 43(7): 901-909. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.012
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    为实现综合能源系统的经济低碳运行，提出了计及阶梯型碳交易机制的综合能源系统优化模型，首先以系统全年运行维护成本和投资成本最小为目标，建立了考虑多元负荷需求的综合能源系统容量优化模型，其次基于k-means聚类方法及平均值法选取典型日冷热负荷，最后以系统运行维护成本以及碳交易成本最小为目标，分析不同基准碳价对系统运行方式、碳排放量以及经济性的影响，并以典型日进行详细分析。结果表明：将阶梯型碳交易机制引入综合能源系统可以有效降低碳排放量并提高系统的经济性，尤其对于供热季，能以较低基准碳价对系统产生显著影响。
  • 绿色低碳
    基于贝叶斯优化-随机森林回归的燃煤锅炉NOx预测模型
    孙胡彬, 杨建国, 金宏伟, 屠海彪, 周晓亮, 赵虹
    2023, 43(7): 910-916. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.013
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    根据某超超临界1 050 MW燃煤机组实际运行数据，采用随机森林（RF）算法建立燃煤锅炉炉膛出口烟气中NOx质量浓度预测模型，并利用贝叶斯优化（BO）进行超参数寻优，将BO-RF模型与网格搜索优化的RF模型（GSO-RF）进行对比。为了更好地评价预测模型，以平均绝对百分比误差δMAPE和决定系数R2作为评价指标，将所建立的BO-RF模型与目前常见的基于贝叶斯优化的BP神经网络（BO-BPNN）模型、最小二乘支持向量机（BO-LSSVM）模型进行比较。结果表明：BO-RF模型比GSO-RF模型的预测精度更高，且BO-RF模型的δMAPE为1.478%，R2为0.916 2，均优于BO-BPNN模型和BO-LSSVM模型的预测结果，证明BO-RF模型具有更高的预测精度和更优的泛化性能。
  • 绿色低碳
    火电厂氨逃逸的预测研究
    谭增强, 牛拥军, 李元昊, 曲飞雨
    2023, 43(7): 917-922. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.014
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    为了实现机组超低排放并能够安全稳定运行，基于脱硝系统入口烟气温度、入口O2体积浓度、入口和出口NOx质量浓度、喷氨量和空气预热器差压等分散控制系统（DCS）数据，分别构建了用于预测氨逃逸的长短期记忆网络（LSTM）模型和支持向量回归（SVR）模型。根据现场测试的SCR系统入口和出口NOx质量浓度和氨逃逸量，计算得到宏观的脱硝装置潜能，结合同时间段内的DCS数据计算氨逃逸量，并作为真实值与LSTM模型和SVR模型的预测值进行对比。结果表明：SVR模型对氨逃逸的预测有较高的准确度和泛化能力，SVR模型对测试样本的均方根误差δMRE=0.007 1 μL/L，平均绝对误差δMAE=0.002 4 μL/L；LSTM模型对测试样本的预测误差δMRE=0.047 0 μL/L，δMAE=0.019 0 μL/L。
    • 综合能源系统专题
  • 综合能源系统专题
    基于穷举搜索法的城市建筑CCHP系统优化配置
    韩旭, 周峻毅, 王小东, 吴迪, 李鹏, 韩中合
    2023, 43(7): 923-929. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.015
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    冷-热-电三联供系统可实现能量的高效梯级利用，有利于实现"碳达峰、碳中和"。基于穷举搜索法构建了一套包含燃气热电联产系统、燃气锅炉、电制冷机、吸收式制冷机和水-水换热器的楼宇级冷-热-电三联供系统，并以北京3种典型的楼宇建筑为研究对象，研究了冷-热-电三联供系统在不同类型负荷下的容量配置、系统运行参数、经济性和减排情况并进行相应敏感性分析。结果表明：与分产系统相比，商业建筑、办公建筑、居住建筑的成本节约率分别为21.76%、16.72%和9.17%，二氧化碳减排率分别为15.80%、10.42%和4.41%，系统能源价格分别下降39.85%、49.04%和41.29%；研究结果可为冷-热-电三联供系统优化提供参考。
  • 综合能源系统专题
    含光伏与储能的冷热电联供系统混合时间尺度滚动优化运行研究
    王智, 蔡文奎, 孟金祥, 吴雨筱, 吴迪
    2023, 43(7): 930-940. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.016
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    为解决冷热电联供系统源荷供需能量匹配性差异显著的问题，提出三阶段混合时间尺度滚动优化方法。日前阶段以日运行成本最低为优化目标，综合考虑CO2、SO2和NOx的处理成本，制定逐时计划；日内阶段根据冷热电相关设备的响应差异，建立了冷热和电能分时间尺度的双层优化模型；实时电反馈优化以电设备功率调整量最小为目标；最终得到各设备的最佳出力计划。结果表明：三阶段混合时间尺度滚动优化方法能够有效平抑负荷和可再生能源出力波动，各设备功率波动率均处于较低水平；不同典型日下的日运行成本比日前成本均有所降低，冬季、过渡季和夏季典型日的成本节约率分别为0.99%、1.10%和2.01%。
  • 综合能源系统专题
    用于热电联产的蒸汽引射器结构优化研究
    庞敬帅, 熊念, 张尤俊, 戈志华, 杜小泽
    2023, 43(7): 941-950. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.017
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    为提升热电联产系统中蒸汽引射器性能，对引射器不同结构参数进行优化研究。以某典型2×350 MW热电联产机组为例，确定引射器设计参数并建立数值模型，采用单参数结构优化分析混合腔直径、喉嘴距和入口倾角等结构参数对引射性能的影响，通过正交试验进行多参数结构优化，得到各结构的敏感性分析结果和引射性能相对最优的结构组合，在此基础上分析热电联产机组变工况条件下引射器适用性及运行策略。结果表明：多参数结构优化可进一步提升引射系数至0.945，较初始设计引射器增幅达18.7%，引射性能明显提升；热电联产机组变工况下引射器动力蒸汽压力和出口背压需控制在合理范围以维持较高引射系数，实际运行中通过增大吸入蒸汽压力提升引射器性能的效果不明显。
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    热电联产机组耦合吸收式热泵运行特性的研究
    李蔚, 杨存辉, 吴国林, 王海鸿, 梅传颂, 赵永良, 盛德仁
    2023, 43(7): 951-958. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2023.07.018
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    为提升耦合吸收式热泵热电联产机组的经济性，基于Ebsilon搭建机组热力模型，采用控制变量法，分析热泵内外部参数对热泵效率和机组热经济性的影响，结合某2×350 MW热电联产机组实际运行数据进行研究。结果表明：在额定采暖工况下，耦合吸收式热泵比只采用热网加热器可节省约18%的抽汽量，机组热效率提高1.2%；热网回水温度升高10 K，热泵性能系数COP下降约0.1%，机组的热经济性下降约4%，可通过提高热泵供热负荷，减小机组热经济性下降的幅度；提高低温循环水温度，热泵COP和机组热经济性均增大，当热网回水温度与其差异小于10 K时，供热性能提高效果不明显；热泵发生器出口蒸汽温度升高10 K，热泵COP增大18.9%，机组供热耗汽量增加约1%；通过调整热泵运行参数，可提取更多循环冷却水余热，降低热网加热器出力，减少机组的冷端损失。