2022年第37卷第7期文章目次

2022, 37(7):1.

[摘要](530) [HTML](0) [PDF 1.56 M](193)

摘要:
低压缸零出力技术可有效实现热电联产机组热电解耦，提升机组供热能力和调峰能力。对某350 MW机组低压缸零出力试验方案和试验过程进行了详细分析。试验研究显示,在280 t/h供热抽汽流量下，低压缸零出力技术可降低机组负荷52 MW。受试验条件限制，为获取全负荷范围内低压缸零出力工况下机组性能，采用Ebsilon软件对低压缸零出力工况进行仿真计算。结果表明：与抽凝工况相比，低压缸零出力运行方式下，热网抽汽量可提高90 t/h，相同供热量下机组负荷可降低29%，最小电负荷率可降至28.5%，在176 MW供热负荷下供电煤耗可降低51.2 g/(kW·h)。

2 斯特林循环内等容回热过程中换热器换热能力分析

吴腾马，周巧根，汤启升，樊凯

2022, 37(7):10.

[摘要](26) [HTML](0) [PDF 1.51 M](198)

摘要:
为进一步研究斯特林循环内回热器换热过程对系统性能的影响，建立气缸的等温换热过程模型，以容积为1 L、初始压力为500 kPa的理想气体为工质，计算分析了循环内工质经等容回热过程对系统内参数和各部件的影响。结果表明，在工质从303 K等容吸热升温至973 K的过程中，系统压力升高，压缩腔内工质密度从5.75 g/m3增加至18.5 g/m3，膨胀腔内工质密度从1.75 g/m3增加至5.75 g/m3，压缩腔与膨胀腔需对外释放的热量分别为364和824 J;回热器在工质等容吸热前后的换热量为工质的焓差，而不是工质的内能差。

3 回热型SCO2循环基本性能分析与优化

金晴龙，夏少军，吴志祥

2022, 37(7):15.

[摘要](165) [HTML](0) [PDF 2.32 M](180)

摘要:
考虑有限温差传热、不可逆压缩过程和不可逆膨胀过程等不可逆因素,应用有限时间热力学理论建立了变温热源条件下的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型。首先，分析了工质质量流率、压比、透平效率和压缩机效率对循环净输出功率、热效率和循环最高温度的影响；然后,在总热导率一定的条件下分别以输出功率最大和热效率最大为目标，对加热器、冷却器和回热器热导率分配比进行优化。结果表明：回热型SCO2布雷顿循环功率-效率特性曲线呈过原点的扭叶型，存在相应的压比使得输出净功率与热效率分别达到最大；相比于初始设计参数计算的循环性能，优化后循环净输出功率可提高27.3%，最大比功可提高46.9%，最大热效率可提高17.78%。

4 火电机组多能级系统泄漏智能在线监测系统的应用研究

刘建东，丁启磊，张勇

2022, 37(7):27.

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 1.03 M](173)

摘要:
针对当前火电机组热力系统间泄漏状况主要依靠人工监测，隐蔽泄漏不易被发现，易导致机组能耗无谓升高，影响机组运行的安全性及经济性的情况，提出基于模糊C均值聚类算法对系统运行数据进行挖掘，并将相关数据划分为正常状态或泄漏状态两类区域；再通过加动量误差反向传播（BP，back propagation）神经网络对系统实时表征参数进行分类。设计了火电机组多能级系统泄漏智能在线监测系统，在实际应用中该监测系统所监测火电机组热力系统的范围包含锅炉疏放水系统、高低压旁路系统等，涉及隔离界面150个以上。统计结果显示：监测成功率达81.8%,监测结果更加可靠。

5 特斯拉涡轮结构参数影响分析及应用前景

李永国，郑丁健，杜杰，覃灿

2022, 37(7):34.

[摘要](545) [HTML](0) [PDF 5.24 M](179)

摘要:
相比于传统涡轮，特斯拉涡轮具有结构简易、制造公差要求低和密封性能突出等优点，能适应各种复杂的工作环境，但其能量转换效率相对较低，若能有针对性地解决能量损失问题，特斯拉涡轮的利用效率会有大幅提高。本文综述了特斯拉涡轮的发展现状，对涡轮喷嘴数量和结构、工作流体类型、圆盘间隙及厚度、出口半径等影响涡轮效率的因素进行了总结，分析发现以R245ca为工作流体、圆盘厚度为1 mm、盘间间隙为0.9 mm时特斯拉涡轮工作效率最高。同时，针对涡轮结构特点及其应用场景，探究了其应用于海洋能发电系统的可行性。

6 燃气-蒸汽联合循环机组中燃气轮机空气冷却器的应用

宋嘉梁，宋澜波，耿永丰，陈永东

2022, 37(7):43.

[摘要](482) [HTML](0) [PDF 14.18 M](349)

摘要:
燃气轮机空气冷却器（TCA）是燃气轮机透平冷却系统的关键核心装备。本文阐述了TCA在国内冶金和天然气发电领域燃气-蒸汽联合循环（CCPP）的应用及研究现状，阐明了冷却原理，对比分析了各型冷却器的技术参数。依托某电厂透平冷却系统优化项目，开展了TCA的国产化研发工作，开发了高效、安全相协同的TCA设计技术，提高了TCA的设计温度与压力并降低了压降，同时提升了设备的抗振能力。应用结果表明：透平冷却系统运行稳定，〖JP2〗单台TCA的最大回收热量超过2 MW，最大总传热系数可达290 W/(m2·K)。

7 降低冒烟数燃烧室火焰筒头部改进设计研究

于小兵，王智华，林宇震，杨阳

2022, 37(7):49.

[摘要](539) [HTML](0) [PDF 7.73 M](172)

摘要:
为了解决某型航空发动机燃烧室冒烟数较大的问题，通过分析航空煤油的燃烧化学反应过程和燃烧室内油气掺混燃烧过程，确认了炭烟的产生主要发生在初级反应阶段火焰筒的头部区域。因此提出改进措施，将火焰筒头部的单级旋流器更换为旋流杯，并对旋流杯的结构参数进行调整。采用数值模拟及扇形试验对改进前后的火焰筒性能进行对比分析。研究表明：相对于单级旋流器，旋流杯使燃烧室头部流场由单涡结构变为双涡结构，燃油分布更加均匀，在头部高温的环境中降低了局部富油程度，从而减少了头部炭烟的生成；改进后，燃烧室冒烟数大幅降低，总压恢复系数变化不大，贫油熄火油气比达到了0.004 6，能够满足发动机使用要求。

8 汽轮机低压末级叶片动频试验研究

葛存飞，庄达明，隋永枫，刘庆龙

2022, 37(7):56.

[摘要](436) [HTML](0) [PDF 4.52 M](195)

摘要:
新开发的低压末级叶片采用自带冠式整圈自锁阻尼围带、自带凸台式阻尼拉筋的叶片结构形式，为验证并调整叶片的共振频率，使其在考核转速范围内不存在规定节径数的三重点共振，须对其进行动频试验研究。开发了基于WiFi通信的动态应变遥测方法和基于单喷嘴压缩空气射流激振方法的汽轮机叶片动频试验系统。考虑叶片静频和周向均布等因素，在整圈叶片中挑选总数10%的叶片作为被测对象，对应变片采用掩膜定位，对导线采用封胶、蒙皮等工艺，保证测量精度和测点完好率。试验表明：被测叶片三重点共振频率在转速较低时分散度较大，随着转速升高分散度减小；围带切削减薄，降低了围带刚度，改善了接触状况，有利于减小动频分散度。

9 掺混孔结构对燃烧室性能影响研究

刘凯，王峻宁，曾文，孙丽艳

2022, 37(7):64.

[摘要](61) [HTML](0) [PDF 7.59 M](195)

摘要:
针对燃气轮机NOx排放较高的问题，试验研究了某型燃气轮机火焰筒掺混孔前移后，点火、熄火、污染物排放及出口温度场等燃烧性能。研究结果表明：将火焰筒掺混孔前移20 mm至第2道冷却气膜后，贫油点火油气比由0.023 35~0.033 02增加到0.024 46~0.036 33；熄火油气比由0.005 18~0.006 88增加到0.005 90~0.007 17；污染物排放中CO由969.54增加到1 090.45 mg/m3；UHC（未燃碳氢）由116.93增加到145.91 mg/m3；NOx由163.85降低到87.0 mg/m3；出口温度分布系数由0.225 5增加到0.244 9。通过调整掺混孔孔径比，温度分布系数降低至0.229 2，接近原型水平，可以实现较低NOx排放。

10 不同功率下绝热段长度对重力热管性能的影响

李广尧，张瑞晨，宗佩莹，苟湘

2022, 37(7):70.

[摘要](263) [HTML](0) [PDF 2.43 M](164)

摘要:
为了研究热管绝热段长度和位置的变化对其性能产生的影响，搭建实验台测试了碳钢-水重力热管在不同功率与绝热段长度下的稳态与非稳态性能，分析热阻、传热量和等效对流换热系数的变化及间歇沸腾对热管运行的影响。结果表明：实验范围内，随着功率的增大，启动时间缩短，启动温度升高；绝热段长度的增加有利于启动性能的增强；传热性能与功率呈正相关、与绝热段长度呈负相关，当绝热段长度为零、功率为300 W时性能最佳，此时等效对流传热系数为1 253.12 W/(m2·K)，传热量为275.04 W，热阻为0.034 K/W；功率的增大加快了间歇沸腾频率，绝热段长度的增加进一步推动这一过程，促进内部达到平衡。

11 超临界CO2锅炉气冷壁壁温及炉内烟温分布

苏宏亮，王婷，黄莺，杜谦

2022, 37(7):77.

[摘要](440) [HTML](0) [PDF 1.89 M](173)

摘要:
为了从超临界CO2锅炉实验数据中挖掘出更多的参数信息，应用固体导热计算、工质管路分配计算、炉膛辐射传热仿真等研究方法对气冷壁及其内、外部热边界进行求解，基于DO模型、支持向量机提出了一种气冷壁壁温和炉内烟温预测模型，并根据实验数据进行了计算。该算法的数据源为运行监测数据，可以实现炉内烟气温度分布、壁温及热负荷等物理量的在线求解。研究结果表明：气冷壁导热计算获得的管壁特定点温度与工质温度温差拟合公式准确性高，相关性在0.99以上；气冷壁壁温与外部热边界求解计算中获得热负荷波动情况一致；烟温预测模型的有效性在传热数据库测试中得到验证，其最大相对误差不超过8.5%。

12 燃煤机组直接掺烧污泥能耗特性试验研究

李源，杜学森，毛睿，岑可法

2022, 37(7):84.

[摘要](362) [HTML](0) [PDF 1.51 M](197)

摘要:
针对某1 000 MW燃煤机组开展污泥掺烧性能试验研究，分析机组负荷、污泥含水率、掺烧比例等对机组能耗的影响。为核算入炉燃煤的消耗率，定义了燃煤耦合污泥发电机组的燃煤耗率。结果表明：机组掺烧污泥使得混合燃料品质下降，导致锅炉效率降低且厂用电率上升，从而造成机组供电燃料耗率增加，其中，排烟热损失和固体未完全燃烧热损失增加是造成锅炉效率降低的主要原因，风机系统和脱硫系统电耗上升则是造成厂用电率上升的主导因素；随着机组负荷的降低、污泥含水率的增加和污泥掺烧比例的增加，机组供电燃煤耗率变化量呈现明显增加趋势，当机组掺烧污泥含水率为40%、掺烧比例为4%时机组供电燃煤耗率降低0.921 g/(kW·h)，当机组掺烧污泥含水率≥60%时机组供电燃煤耗率呈现增加趋势。

13 管壳式相变蓄热器热性能分析及结构优化

陈久林

2022, 37(7):93.

[摘要](34) [HTML](0) [PDF 14.10 M](221)

摘要:
针对管壳式相变蓄热器换热速率较慢的问题，建立多管束大空间相变蓄热器模型数值模拟的研究换热管排列方式及翅片参数对换热效果的影响。通过观察温度和速度场、固液相界面、Nu及液相分数与时间的关系，分析蓄/放热传热过程。研究结果表明：采用正三角排列可增强换热管间热扰的影响，提高相变材料（phase change material,PCM）熔化速率；蓄热过程中传热以自然对流为主，放热过程中传热以导热为主；合理调整不同位置换热管节距，可改善蓄热器温度分布均匀性；适当增加翅片数量及高度有利于提高PCM换热速率，蓄热器最佳翅片数量为8组，高度为25 mm。

14 空气预热器转子隔板热变形数值模拟

木巴来克·都尕买提，衣宝葵，刘永阳，辛公明

2022, 37(7):102.

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 8.30 M](194)

摘要:
为了解决空气预热器漏风过大问题，以某电厂660 MW锅炉机组回转式空气预热器为研究对象，对其内部温度场和转子隔板的热变形进行了数值模拟研究，分析转子内部温度分布情况及转子隔板热变形特征。结果表明:不同工况下，转子高温端和低温端温差大小不同，转子隔板的热变形量随着温差的增大而增大；不同工况下，转子隔板最大热变形都发生在二次风侧，最小变形量发生在烟气侧；减少径向漏风量的有效途径是避免在扇形板区域出现较大温差。

15 新疆高碱煤旋风燃烧火焰中气相碱金属的检测与分析

徐志强，李东阳，刘玺璞，周强

2022, 37(7):111.

[摘要](16) [HTML](0) [PDF 1.08 M](161)

摘要:
新疆高碱煤中富含的碱金属易挥发进入气相，准确测量火焰中气相碱金属浓度是调控新疆高碱煤燃烧的重要基础。本文采用光谱分析方法对准东高碱煤旋风燃烧火焰中气相Na、K离子体积分数进行了测量。结果表明：在可见光波段，Na的特征谱线为589 nm，K的特征谱线为765.9和769.3 nm，Na、K离子特征谱线辐射强度与气相Na、K离子体积分数成正比例关系；旋风燃烧温度下，煤中绝大部分水溶性的Na离子和全部的K离子会释放进入气相，该过程不受配风方式和氧体积分数的影响；在旋风炉尾部，气态Na、K离子体积分数降低，碱金属由气相向固相迁移。

16 考虑气固两相流的球阀冲蚀磨损失效研究

施宇恒，李春，王春生，闫阳天

2022, 37(7):116.

[摘要](489) [HTML](0) [PDF 12.90 M](190)

摘要:
针对管道气体携带杂质对球阀冲蚀磨损导致其失效的问题，采用欧拉-拉格朗日流体描述方法，运用Comsol Multiphysics软件对气固两相流球阀冲蚀磨损进行数值模拟计算，研究球阀流场特征、冲蚀磨损分布、不同参数对冲蚀磨损影响及冲蚀率随参数变化趋势，并把模拟结果与工程现场冲蚀球阀对比，验证模拟的准确性。结果表明：球阀内流速在一定范围内改变，产生的二次流漩涡是导致冲蚀的主要因素；球阀冲蚀磨损随开度减小，随流速、粒径和质量流率增大而增加，呈非线性正相关。

17 不同风载及地震载荷下单桩及三桩式海上风力机动力学响应差异性研究

牛凯伦，闫阳天，李春，薛世成

2022, 37(7):125.

[摘要](124) [HTML](0) [PDF 6.92 M](208)

摘要:
为探究单桩及三桩式海上风力机在不同风载荷及地震载荷作用下动力学响应的差异，以DTU 10 MW风力机为研究对象，考虑湍流风及地震载荷作用，基于p-y曲线法及Winkler土-构相互作用理论，构建土-构耦合模型，开展单桩及三桩式海上风力机动力学响应比较研究。结果表明：在湍流风作用下，三桩式风力机较单桩式塔顶位移峰值响应较小，结构更稳定；单桩式风力机呈局部小应力、整体大应力现象；而三桩式风力机呈局部大应力，整体小应力现象。在湍流风与地震载荷联合作用下，三桩式风力机相较于单桩式位移峰值受地震载荷影响波动较大，但其在不同风速及不同强度地震作用下峰值节点位移总体仍小于单桩式。

18 面向碳中和的多源异质全可再生能源系统优化规划方法研究

王相宇，任洪波，吴琼，李琦芬

2022, 37(7):136.

[摘要](91) [HTML](0) [PDF 2.02 M](178)

摘要:
为有效应对气候变化与能源危机，早日实现碳达峰与碳中和目标，提出多源异质全可再生能源热电气储耦合系统，在供能侧实现100%全可再生能源。首先，构建了全可再生能源系统的物理架构，并对系统内典型设备进行建模；然后，以系统年总经济成本最小为目标函数，构建了可实现系统结构、设备配置与运行策略协同优化的混合整数线性规划模型；最后，通过具体算例分析，验证了所提优化模型的正确性和可行性，确立了所提出的多源异质全可再生能源热电气储耦合系统在降低碳排放、实现全额消纳可再生能源等方面的有效性。

19 基于卡尔曼滤波算法的固体氧化物燃料电池的状态预估研究

林厚飞，顾吉鹏，施亦治，冯昌森

2022, 37(7):146.

[摘要](752) [HTML](0) [PDF 2.60 M](156)

摘要:
固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种多输入多输出、强耦合和强非线性的新型发电装置，对其内部状态变量的预估将有助于了解实际SOFC的运行过程和实现高效控制器的设计。本文采用卡尔曼滤波算法对SOFC的状态进行预估。通过对SOFC发电原理的深入分析，建立其离散时间的状态空间模型；采用卡尔曼滤波算法对SOFC的各气体进气侧压力值进行预估，并将预估值带入输出电压方程，对SOFC下一时刻的电压进行预估。MATLAB/Simulink仿真结果表明，氢气、氧气和水蒸气压力的估计值与真实值的误差分别为0.425×105，0.141×105和0.364×105 Pa，远小于各气体压力测量值与真实值的误差1.479×105，1.165×105和1.155×105 Pa，同时SOFC输出电压的估计值较为符合真实值的变化，验证了卡尔曼滤波算法在SOFC状态预估中的有效性和实时性。

20 利用剩余风电的感应储能供暖控制系统研究

田海，杨曼柔，霍禹同

2022, 37(7):155.

[摘要](481) [HTML](0) [PDF 1.97 M](155)

摘要:
为了解决我国北方地区风电的弃风问题，改进剩余风电供暖系统的直接消纳储能技术，改善电蓄热供暖控制系统中存在换能装置电热转化效率低下的问题，经过方案对比提出采用电热转换效率高、安全可靠性好的电磁感应加热装置作为供暖系统的换能装置。为优化储能水箱加热供暖系统的控制策略，针对系统给定的控制需求，采取前级附加给定温度模糊控制器串联后级感应加热模糊PID控制器的复合控制策略，使闭环加热系统的给定温度随室外温度的变化而调整；同时为了节约不可再生能源，降低损耗，采用与后级模糊PID控制器的输出构成闭环比值随动控制系统的加热循环流量协调控制策略。利用Matlab/Simulink软件进行仿真实验，结果表明：模糊PID控制特性明显优于传统PID控制，系统的超调量显著减少，动态调节速度明显加快；实现模糊控制和模糊PID控制复合与协调智能控制策略的网络化，提高了系统控制的实时性和可靠性，使系统控制性能大为提升。

21 不同桩-土耦合效应对风浪联合作用下风力机动力学响应及结构损伤影响分析

李志昊，岳敏楠，李春，闫阳天

2022, 37(7):164.

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 4.96 M](186)

摘要:
以近海DTU 10 MW大型单桩式风力机为研究对象，利用Kaimal风谱模型与P-M谱分别建立湍流风场并定义波浪分布，基于绕射理论计算波浪载荷。选用东海某风电场土壤参数建立桩-土耦合效应模型，对比分析风浪载荷下基于不同桩-土耦合效应的风力机动力学响应、疲劳寿命及稳定性。结果表明：桩-土耦合效应对风浪载荷下风力机动力学响应起阻尼作用，将大幅降低其动力学响应，在抗风浪研究中，桩-土耦合效应不可忽略，否则将过度估计动力学响应；基于线性桩-土耦合效应与非线性桩-土耦合效应的风力机动力学响应、疲劳损伤及1阶屈曲因子相差较小，而较之于非线性桩-土耦合效应，风浪联合作用下多土层桩-土耦合效应风力机动力学响应略剧烈，疲劳寿命及1阶屈曲因子略小。

22 带有SSS离合器汽轮发电机组轴系振动分析与处理

宋亚军，司派友，郝向中，刘双白

2022, 37(7):171.

[摘要](422) [HTML](0) [PDF 4.80 M](218)

摘要:
针对某厂带有SSS离合器的300 MW级“凝汽-抽汽-背压”（NCB）式汽轮机纯凝运行模式下的轴系振动故障，进行了振动矢量计算、轴瓦温度分析和可倾瓦工作原理分析。计算与分析发现，振动是由高中压转子残余不平衡量、轴瓦载荷较轻、轴瓦瓦块调节性能差等多因素导致。提出提高轴瓦载荷、更换轴瓦瓦块并进行现场轴系动平衡的振动处理方案。运行结果表明：与振动处理前相比，高中压转子高压排汽侧支撑瓦的振动波动现象消失；在汽轮机空负荷工况下，高中压转子高压排汽侧支撑瓦X向通频振动由118 μm降低至20 μm。

23 火电机组过热汽温前馈控制及在线修正方法

吴恒刚，石家魁，徐书德，高展羽

2022, 37(7):177.

[摘要](320) [HTML](0) [PDF 943.06 K](160)

摘要:
过热蒸汽温度的稳定控制是火电机组安全、经济运行的重要指标。本文分析了1 000 MW火电机组负荷变化对过热汽温的影响机理，指出了传统过热串级控制方法的局限性，设计了串级与精确前馈相结合的控制策略，并给出了前馈控制器的工程整定及其在线修正方法。工程应用效果显示：与单纯串级控制方法相比，串级与精确前馈相结合的控制策略对过热器控制效果更具有效性。

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