动力工程学报

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基础研究

TP347H FG耐热钢超超临界机组服役50 000 h后组织与力学性能研究

傅硕, 鲁金涛, 黄锦阳, 徐雅欣, 党莹樱, 李文亚

2025, 45(4): 489-495. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240040

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为研究TP347H FG管材高温服役安全性,对某600 ℃超超临界火电机组工况环境热暴露50 000 h的TP347H FG管材微观组织、腐蚀产物及力学性能进行了研究。采用金相显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱分析等测试手段,对服役后工件的管壁内外侧晶粒度、腐蚀机制、拉伸性能进行了综合分析。结果表明:相较于未服役工件,服役后工件表层出现晶粒细化层厚度降低现象;向火侧与背火侧氧化层均呈现双层结构,在高温烟气环境下有效增强了材料耐蚀性能;向火侧与背火侧由于晶内细小析出相的析出,其屈服极限相较于未服役管材有所提高,但析出相弱化了晶界的作用,致使工件延伸率大幅降低,并出现局部脆性断裂的特征。

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动力设备与系统

配备碳捕集的电站系统变工况运行性能分析及优化

袁鑫, 李·萨仁高娃, 刘战, 陈衡, 徐钢, 王修彦

2025, 45(4): 496-504. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240037

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为了得到合理的碳捕集电厂调峰方案并研究碳捕集电厂参与电网调节产生的经济和环境效益,对1台660 MW燃煤电厂进行碳捕集改造,对电厂各部分能量损失进行分析,得到机组的能量损失机理,分析了不同碳捕集率下机组的运行情况,并设计了碳捕集电厂的优化运行方案。在MATLAB软件中对西北某地区碳捕集电厂采用优化运行方案前后参与电网调节的情况进行模拟。结果表明:优化运行方案可以提升系统的新能源接纳能力,降低系统的弃风弃光量,其中风电机组的出力占比提升了4.82百分点,光伏机组的出力占比提升了1.62百分点,系统的弃风弃光量降低了30.57百分点;系统的度电成本降低了0.015 3 元/(kW·h),度电碳排放量升高了94.37 g/(kW·h)。

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动力设备与系统

基于机理修正的小型燃气轮机变工况神经网络模型构建方法研究

叶旖茵, 韩巍, 李济超, 马文静, 韩泽鹏, 宋新阳

2025, 45(4): 505-513. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240030

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燃气轮机变工况热力性能具有较强的非线性特点,基于物理模型的方法计算耗时长且计算误差较大,而基于数据驱动的方法对样本数据数量依赖强且计算过程中没有物理机理上的约束。为了克服这两种方法存在的问题,根据小型燃气轮机压缩和膨胀过程的物理机理,提炼出变工况运行的内外部影响参数与发电效率、排烟温度及排烟流量之间存在的约束关系,并结合神经网络基本框架,提出了基于机理修正的小型燃气轮机变工况神经网络模型(即改进模型)。具体算例的结果表明:利用已知的燃气轮机部件性能和部分数据样本,即可建立高精度的燃气轮机变工况神经网络模型;改进模型对关键参数的预测相对误差在0.941%以下,预测平均相对误差为0.583%,其预测平均相对误差为使用相同样本的基于纯数据驱动的神经网络预测误差的70.122%,为基于物理模型的方法计算误差的14.916%。

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动力设备与系统

两级低速轴流压气机内周向总压畸变特征变化

成文韬, 刘永文

2025, 45(4): 514-521. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240023

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轴流压气机在实际运行过程中面临复杂的进气畸变情况,其中周向总压畸变能够严重地降低其性能和气动稳定性。为此,以某台带进口导叶的两级低速轴流压气机为对象,依据国内关于轴流压气机总压畸变试验的规范,使用畸变挡板制造总压畸变,通过试验和数值模拟计算了总压畸变对压气机性能的影响。针对压气机内周向压力分布受叶片扰动影响的特点,提出用傅里叶分析的方法量化描述周向畸变特征,分析了周向总压畸变在压气机内沿轴向的发展情况,包括畸变的强度、相位、范围和径向位置等。结果表明:在远离失速工况时,畸变强度在经过各级叶珊后均大幅下降,但在近失速时没有明显的下降;畸变区域在经过两级动叶的做功后会沿着转动方向偏转一定角度;越往下游,畸变强度最大的区域越靠近叶尖部位;在近失速工况,畸变强度最大的区域出现在叶尖部位,且在第一级叶尖处观察到严重的不稳定流动现象,如叶顶泄漏流和二次流动,这加剧了畸变的程度。

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动力设备与系统

气体燃料控制阀模化试验及数值模拟研究

陈良奇, 王楠, 娄聚伟, 张嘉耕, 王江峰, 戴义平

2025, 45(4): 522-527. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240029

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气体燃料控制阀作为控制燃气轮机燃料通流的核心部件,直接影响燃气轮机运行的稳定性和安全性。采用低压空气代替燃气,对气体燃料控制阀进行模化设计和试验,对比验证了数值模拟计算的准确性,并对原型参数的气体燃料控制阀进行了数值模拟和流动损失分析。结果表明:在几何相似、压比和马赫数相同以及雷诺数处于自模化区的前提下,模化试验可以较好地反映原型阀门的通流和损失特性,质量流量模拟值与试验值的均方根误差为3.26%;随着阀门开度的增大,阀门扩张段产生的激波减小了阀门前后的压力损失,随着气体燃料控制阀压比的减小,阀门喉部高速区逐渐扩大,流速缓慢减小。

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新能源与储能

基于类龙骨仿生结构的风力机塔架设计及力学性能研究

唐宏铭, 闫阳天, 岳敏楠, 缪维跑, 李春

2025, 45(4): 528-536. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240022

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为改进海上风力机在风浪载荷下的动力学响应特性,提出了新型类龙骨仿生内肋塔架。通过考虑湍流风、波浪载荷和非线性土-构耦合作用的有限元方法模拟塔架动态响应和屈曲特性。结果表明:在风浪载荷作用下,相较于传统塔架,仿生塔架塔顶位移较小,可有效抑制风浪载荷的影响,且应力分布更加合理,高刚度内肋结构可保证塔架的稳定性,但一定程度上会导致局部应力增加;相较于传统塔架,仿生塔架屈曲模态位移相对较小,表明仿生塔架可有效提升塔架的抗失稳能力。

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新能源与储能

风力机偏航三维动态尾流特性及现场实验验证

高晓霞, 吕陶, 马万里, 朱霄珣, 王瑜, 赵飞

2025, 45(4): 537-543. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240015

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对三维偏航全尾流模型进行了改进,考虑偏航风力机尾流的动态时延特性并进一步考虑其对尾流场空间分布的影响,提出一种风力机偏航三维动态全尾流模型,即Y-3DJGF-T模型。在某陆上风电场使用2台垂直式激光雷达进行现场实验,并结合数据采集与监视控制(SCADA)系统数据分析了偏航状态下尾流延迟时间及速度变化,以验证Y-3DJGF-T模型在尾流中心线和垂直剖面风速的预测准确性。结果表明:Y-3DJGF-T模型计算值与实测值的平均相对误差为2.51%。

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新能源与储能

多源数据驱动的风电机组偏航稳态误差校准方法及现场应用测试

曲晨志, 林忠伟, 刘吉臻, 谢镇, 陈佩, 陈振宇, 陈玲

2025, 45(4): 544-553. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240025

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提出了一种数据驱动的偏航稳态误差校准方法,在不经过大规模硬件改装的条件下,达到改善发电效率的目的。以2 MW水平轴风电机组为研究对象,建立了基于数据采集与监视控制系统(SCADA)数据驱动的稳态误差计算方法,给出量化的误差校准参考;在目标机组上安装了机舱式激光雷达,通过对比多源风向数据,建立了雷达参与稳态误差校准的策略。在综合考虑SCADA和雷达2种数据源计算的误差校准参考情况下,对商用机组进行了工程现场应用及性能评估。结果表明:校准后机组的偏航控制精度和发电效率显著改善,所提方法可用于风电机组增功提效的技术改造。

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新能源与储能

可用及不可用时段风能太阳能互补性评估方法研究

任国瑞, 闫旭辰, 王玮, 万杰

2025, 45(4): 554-562. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240065

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定义风能与太阳能出力波动幅度比,对相关系数进行改进来量化可用时段的互补性,并基于一种新能源出力不可用时长及对应时段另一新能源的出力幅度来定义不可用时段风能与太阳能的互补性评估指标。将所提出的指标用于评估黑龙江省风能与太阳能的互补性,同时分析了风能与太阳能装机容量比对互补性的影响。结果表明:相比黑龙江西部地区,东部地区风能与太阳能可用及不可用时段都表现出较大的互补性;在一年中,4月份风能与太阳能可用时段互补性较小,而不可用时段互补性在6月、7月和8月最小。

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新能源与储能

耦合热泵的压缩空气储能系统性能分析

刘旭, 史志杰, 刘健, 张倩

2025, 45(4): 563-570. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240064

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为解决先进绝热压缩空气储能末级膨胀机排气余热浪费问题并提高系统效率,提出一种耦合热泵的压缩空气储能系统。选用某120 MW先进绝热压缩空气储能项目为研究对象,基于THERMOFLEX软件进行仿真模拟,对新型耦合系统进行了能量分析和分析,随后研究了环境温度和导热油初温对耦合系统性能的影响。结果表明:通过热泵系统可以充分利用压缩空气储能系统末级膨胀机排气余热,同时为热用户提供热水;与原系统相比,耦合系统的能量效率提高了3.75个百分点,效率提高了2.38个百分点;损失明显较大的部件是油气换热器1和油气换热器2;低环境温度及低导热油初温有利于系统储能性能的提高。

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数字化与智能化

基于通道注意力机制与多尺度减法轻量化网络的滚动轴承故障诊断

章力, 邓艾东, 王敏, 卞文彬, 张宇剑

2025, 45(4): 571-581. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240071

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针对传统多尺度卷积神经网络模型存在的特征定位不精确、训练时间长、抗噪性能差等问题,提出了一种基于通道注意力机制与多尺度减法轻量化网络的滚动轴承故障诊断模型。首先,将滚动轴承的一维振动信号转换为二维灰度图作为输入,丰富特征信息;同时,构建多尺度减法神经网络模型,关注层级差异;其次,引入轻量化模块,减少内存访问;然后,结合通道注意力机制,调整特征权重;最后,将故障样本输入到网络模型中,实现精确分类。利用风电机组传动系统模拟实验台采集的样本数据进行诊断任务。结果表明:该故障诊断模型能够有效克服传统多尺度卷积神经网络模型网络层数多、参数量大所带来的弊端,能够充分关注各层级之间的差异信息,减少冗余信息的提取,精确定位故障特征,缩短模型训练时间,在恒定工况、变工况和强噪声工况下都具有较高的诊断精度。

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数字化与智能化

核能水电联产系统的变负荷动态特性与灵活运行控制策略优化研究

吴青阳, 李根, 刘明, 韩小渠, 张玉峰, 严俊杰

2025, 45(4): 582-591. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240261

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为消纳大规模并网发电的可再生能源,核电机组参与调峰成为大势所趋,但频繁调节反应堆功率影响核电机组的运行安全性和经济性。提出通过水电联产和功率控制策略优化提升核电机组的运行灵活性。结合案例核电机组,动态模拟了1%~5%FP/min(FP,额定负荷)不同变负荷速率的变负荷性能,定量分析了变负荷过程中燃料棒中心温度变化偏差。结果表明:所提出的耦合控制策略可实现核电机组在65%FP到90%FP的变负荷区间能灵活调节,提高了核能水电联产集成系统的运行灵活性,且在变负荷过程中可维持反应堆满负荷运行,提高了核能利用率,同时减少了控制棒的频繁移动,提升了反应堆的运行安全性;耦合控制策略相比原控制策略,变负荷过程燃料棒中心温度降低了41.24%~45.28%,降低了包壳承受的交变应力,进而延长了燃料棒包壳寿命以及提升了核电机组的运行安全性和稳定性。

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绿色低碳

基于变量选择和POA-NARX的SNCR脱硝系统出口NO_x浓度动态软测量模型

赵征, 梁磊, 刘赛恒

2025, 45(4): 592-601. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240018

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针对垃圾焚烧炉选择性非催化还原(SNCR)脱硝系统内部工况不稳定、影响出口NO_x浓度因素多以及无法及时准确测量出口NO_x浓度等问题,提出了一种基于变量选择和鹈鹕优化算法-非线性自回归(POA-NARX)的SNCR脱硝系统出口NO_x浓度动态软测量模型。通过机理分析SNCR脱硝系统出口NO_x浓度的影响因素,初筛特征变量;利用改进的快速相关过滤(FCBF)算法选择高相关变量,去除强冗余的变量;再利用数据趋势分析法和互信息算法进行迟延估计;最后利用鹈鹕优化算法确定最佳系统变量阶次,建立SNCR脱硝系统出口NO_x浓度动态软测量模型。实验结果表明:经过变量筛选和时滞分析的NARX动态模型准确性显著提升; POA-NARX模型的预测效果明显优于其他他软测量模型。

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绿色低碳

FeCeLaO/粉煤灰基SiO₂-Al₂O₃中低温烟气脱砷及抗硫性能

王凯, 张凯华, 张锴

2025, 45(4): 602-611. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240039

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采用碱熔-酸洗法对粉煤灰表面进行改性,制备活性Si-Al载体,同时以Fe、Ce、La复合氧化物为活性组分,采用共沉淀法制备FeCeLaO/活性Si-Al载体复合吸附剂,通过X射线荧光光谱、比表面积测定、X射线衍射图谱等对吸附剂进行表征,进而研究温度、Si/Al质量分数比、FeCeLaO负载率对复合吸附剂脱砷和抗硫中毒能力的影响。结果表明:活性Si-Al载体的脱砷能力随Si/Al质量分数比的增大和吸附温度的升高均先升高后降低,最佳Si/Al质量分数比为1.85,此时脱砷效率最高为78.7%,为原灰的2.8倍;最佳吸附温度位于高温段600 ℃,此时脱砷效率为84.8%;而FeCeLaO/活性Si-Al载体复合吸附剂最佳吸附温度位于中低温段400 ℃,脱砷效率高达96.9%,活性组分最佳负载率为1∶1。活性Si-Al载体的抗硫中毒能力随Si/Al质量分数比的增大而增强;引入FeCeLaO活性组分,有利于增强吸附剂的抗硫中毒能力,且负载率越高,抗硫中毒能力越强;FeCeLaO/活性Si-Al氧化物抗硫中毒能力强的原因主要是SiO₂的表面酸性和Ce元素对Fe、La、Al等活性组分的保护效应。

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绿色低碳

脱硫废水旋转喷雾蒸发产物特性及其对粉煤灰资源化利用的影响

孙宗康, 郑锁祺, 詹凌霄, 杨林军

2025, 45(4): 612-618. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240053

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在脱硫废水旋转喷雾干燥中试平台上开展了喷雾蒸发试验,对喷雾干燥产物颗粒特性的形貌、组分以及流动性等进行了表征,并探讨了脱硫废水旋转喷雾蒸发对电除尘器运行和粉煤灰资源化利用的影响。结果表明:废水蒸发析出盐分多为大片状结构,部分粉煤灰颗粒通过晶桥连接,出现明显团聚;干燥产物晶型包括MgSO₄、CaSO₄·0.5H₂O、SiO₂和NaCl等;废水喷雾蒸发对飞灰颗粒有一定团聚作用,有利于提升电除尘器对细颗粒物的捕集效率;塔底蒸发产物流动性整体介于可出流粉体和具有内聚力粉体之间,随着塔底蒸发产物含水率升高,流动性变差;实验工况下,脱硫废水中约90%的氯元素进入蒸发产物并进入主烟道,主烟道飞灰氯含量略有上升,但仍能满足粉煤灰资源化利用相关的国家和行业标准。

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绿色低碳

钒钛催化剂表面硫酸氢铵的演化及对催化活性的影响

黄林滨, 何陆灿, 陈国庆, 谭锐, 高行龙, 张海峰, 张萼松, 于洁

2025, 45(4): 619-625. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240171

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探讨了钒钛催化剂表面硫酸氢铵(ABS)的演化特性及其对催化剂活性的影响。基于X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)和热重分析仪(TGA)等对催化剂负载ABS前后物理化学性质进行了表征,以期获得ABS对催化剂活性的影响;基于密度泛函理论(DFT)计算,对催化剂不同活性位点的作用机制进行了理论研究;对负载ABS的催化剂开展了脱硝台架实验研究。结果表明:ABS的沉积会导致催化剂比表面积降低;ABS含量低时,催化剂表面含硫基团主要以SO^2-₄形式存在;随着ABS含量增加,生成了HSO^-₄官能团;催化剂中主要反应活性位是钒氧化物的Lewis酸位点,催化剂内部ABS分解生成的硫化物具有的Brønsted酸位点能够起到储存NH₃的作用,对催化剂活性有一定的提升作用。负载ABS的催化剂在更高温下的脱硝活性更强,与DFT计算结果一致。从微观层面角度,微量ABS会提高催化剂活性。

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综合能源系统

热电联产机组灵活性提升方法研究综述

孙健, 吴宝钢, 王国顺, 秦宇, 杨勇平

2025, 45(4): 626-634. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240048

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2022年,我国火力发电量占全年总发电量的58.4%,其中火电机组中超过40%为热电联产机组;而可再生能源在我国的发电占比逐年上升,其波动性对热电联产机组的灵活性提出了更高的要求。目前对灵活性的改造技术主要分为运行方式、系统结构及设备改造,对其中高中压旁路改造、储热改造、热泵改造和低压缸零出力方案等改造方案及应用进行了分析。结果表明:多种灵活性改造方案联用相比于单一改造方案的整体能源利用率高,更易实现深度调峰;后续应对多种改造方案联用的运行策略进行优化研究,进而提升热电机组灵活性以实现低碳化和灵活性的双重目标。

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综合能源系统

基于蜣螂优化算法的ORC发电系统工质筛选及综合性能评价

彭斌, 徐建委

2025, 45(4): 635-644. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2025.240058

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基于有机朗肯循环(ORC)发电系统工质的筛选存在评价指标不一、不能全面反映系统综合性能等问题,在150 ℃热源温度下,依据工质选取原则对工质进行初步筛选,通过MATLAB联立REFPROP9.0建立ORC系统的热力学、热经济和环境模型,采用热效率和效率作为热力学性能指标,单位输出功所需换热面积为热经济性能指标,当量二氧化碳排放量为环保性能指标,对不同工质对系统的热力学性能、热经济性能和环保性能影响进行研究,并通过对比蜣螂优化算法与其余4种常用算法进行工质筛选。结果表明:蒸发温度和冷凝温度对系统的影响较大,蒸发温度升高有利于系统热力学性能的提升,冷凝温度的升高不利于系统的热力学性能和环保性能,过热度只对系统效率影响较大,对环保性能指标影响较小;蒸发温度在100 ℃、冷凝温度在30 ℃时,系统单位输出功所需换热面积最小;R245fa的综合评价函数值远大于其他工质,其综合性能最优。

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