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循环流化床大气污染物机理模型及关键状态变量研究

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动力工程学报 2024年第4期44卷 622-631页

作者：蒋海威高明明张开萍张一帆岳光溪华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 清华大学能源与动力工程系北京100084

基于循环流化床机组炉内脱硫、炉内自脱硝和选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术等,对循环流化床锅炉(CFB)机组大气污染物排放进行了研究,建立了CFB机组炉内燃烧模型以及污染物生成、脱除模型,并对影响污染物排放的关键状态变量进行了分析... 详细信息

基于循环流化床机组炉内脱硫、炉内自脱硝和选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术等,对循环流化床锅炉(CFB)机组大气污染物排放进行了研究,建立了CFB机组炉内燃烧模型以及污染物生成、脱除模型,并对影响污染物排放的关键状态变量进行了分析。结果表明:所建立的循环流化床机组SO_(2)和NO_(x)排放模型可以较好地拟合实际运行数据,且具有一定的预测效果和较强的模型通用性;即燃碳的燃烧影响了炉内还原气氛,其会显著影响炉内NO_(x)的还原;活性石灰石量以及炉膛温度是影响SO_(2)与活性石灰石固化反应的主要因素,相对较高的炉膛温度以及较少的活性石灰石存量均会使SO_(2)排放质量浓度升高,但温度越高,NO_(x)的排放水平越低。

关键词：循环流化床氮氧化物二氧化硫即燃碳活性石灰石

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生物质循环流化床机组协调系统模型研究

动力工程学报 2024年第2期44卷 292-300页

作者：高明明刘博通张洪福王亚柯岳光溪华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国家能源集团新能源技术研究院有限公司北京102209 华能新能源股份有限公司北京100036 清华大学能源与动力工程系北京100084

针对生物质循环流化床(CFB)机组,通过机理分析,研究了生物质燃烧的动态过程,建立了生物质CFB锅炉燃料侧燃烧模型。通过能量守恒,确定了生物质CFB机组汽水侧和汽机侧主要参数之间的函数关系,建立了负荷控制系统模型。基于某30 MW生物质CF... 详细信息

针对生物质循环流化床(CFB)机组,通过机理分析,研究了生物质燃烧的动态过程,建立了生物质CFB锅炉燃料侧燃烧模型。通过能量守恒,确定了生物质CFB机组汽水侧和汽机侧主要参数之间的函数关系,建立了负荷控制系统模型。基于某30 MW生物质CFB机组实际运行数据,通过稳态工况推导、回归分析和遗传算法辨识了模型的参数和函数关系,在Simulink软件平台验证了模型的结果并进行了模型阶跃试验。结果表明:模型的输出与实际数据能较好地吻合,主蒸汽压力、负荷的平均相对误差均在4%以内,阶跃响应符合实际经验,证明建立的模型能够反映机组的动态特性。

关键词：生物质循环流化床协调系统动态模型

生物质振动炉排炉燃烧过程建模及动态特性分析

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发电技术 2024年第2期45卷 250-259页

作者：蒋海威高明明李杰于浩洋岳光溪黄中新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 清华大学能源与动力工程系北京市海淀区100084

为探究生物质振动炉排炉的炉内燃烧特性,实现机组燃烧过程的控制优化,通过对生物质燃料特性以及燃烧机理的分析,建立炉排炉燃烧过程的机理模型,研究炉排燃料量的动态变化,并预测炉膛温度、烟气含氧量等关键参数,探讨炉排的周期性振动对... 详细信息

为探究生物质振动炉排炉的炉内燃烧特性,实现机组燃烧过程的控制优化,通过对生物质燃料特性以及燃烧机理的分析,建立炉排炉燃烧过程的机理模型,研究炉排燃料量的动态变化,并预测炉膛温度、烟气含氧量等关键参数,探讨炉排的周期性振动对炉内燃烧状态的影响。结果表明:炉排燃料量与当前给料速度、燃料燃烧速度相关,且燃料在炉排上有较大的存储量,导致燃料着火燃烧与当前给料存在较大的迟延;炉膛温度与烟气含氧量的预测值能较好地跟随实测值的变化,其变化情况与燃烧特性一致;炉排的周期性振动会引起炉内燃烧状态的周期性变化,当炉排振动时,燃料燃烧速度、炉膛温度、炉膛压力都会随之升高,而烟气含氧量则有所降低,随着炉排的停振,这些参数又恢复到稳态水平。

关键词：火力发电生物质直燃发电炉排炉燃烧特性动态特性

基于正交试验的压气机流动特性对转子叶尖关键几何参数敏感性研究

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工程热物理学报 2024年第6期45卷 1703-1712页

作者：崔伟伟王兴鲁王晓楠孙清典刘玉峰常国璋王翠苹岳光溪山东科技大学土木工程与建筑学院青岛266590 山东科技大学清洁能源试验室青岛2266590

本文选取NASA Rotor37叶尖基元级的沿程曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、尾缘半径三个关键几何参数,采用正交试验方法设计了9组方案,详细分析各几何参数对压气机性能的影响程度和作用机制。结果表明,三种几何因素对转子等熵效... 详细信息

本文选取NASA Rotor37叶尖基元级的沿程曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、尾缘半径三个关键几何参数,采用正交试验方法设计了9组方案,详细分析各几何参数对压气机性能的影响程度和作用机制。结果表明,三种几何因素对转子等熵效率和总压比的影响不大,但对工作裕度的影响较为显著,且按照影响程度排序依次为:叶尖曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、叶尖尾缘半径。其中转子叶尖曲率分布特征的变化通过改变其叶尖流向载荷分布规律进而显著影响叶尖流场特性和工作裕度。结合叶尖基元级曲率分布和吸力面最大厚度点相对位置的变化带来的气动收益,形成了相对较优的叶型优化方案,实现了跨音转子工作裕度和等熵效率5.9%和0.32%的提升。

关键词：敏感性分析叶尖几何参数正交试验工作裕度通道激波

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小流量条件下低压缸末级流动特性研究

动力工程学报 2022年第2期42卷 109-114页

作者：石红晖张攀曹蓉秀岳光溪王兴国家能源集团科学技术研究院有限公司南京210046 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

采用数值方法研究了小流量条件下汽轮机低压缸末五级的气动性能及流动特性。分析了6种工况下低压缸末级气动参数和流场结构的变化规律,得到低压缸末五级的效率、焓降分配、子午面流线,以及末级流动结构、气流角和温度的分布规律。结果表... 详细信息

采用数值方法研究了小流量条件下汽轮机低压缸末五级的气动性能及流动特性。分析了6种工况下低压缸末级气动参数和流场结构的变化规律,得到低压缸末五级的效率、焓降分配、子午面流线,以及末级流动结构、气流角和温度的分布规律。结果表明:减小相对质量流量会导致低压缸末五级总-总等熵效率和输出功率降低,在5.6%相对质量流量时,末五级总-总等熵效率、输出功率相对于设计工况分别下降23.5%和89.9%;随着相对质量流量的减小,末级动叶进口相对气流角逐渐增大,压力面近前缘处因负攻角发生流动分离,吸力面近尾缘处因逆压梯度产生流动分离,末级叶片温度显著上升;在小流量条件下,低压缸出口出现回流,末级动叶叶顶出现环形涡流;在14.2%相对质量流量下,末级动叶回流区沿径向发展至60%相对叶高处;在5.6%相对质量流量下,回流区从末级扩展至次末级。

关键词：低压缸末级变工况流动汽轮机

300MW深度调峰循环流化床机组负荷响应特性研究

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动力工程学报 2023年第9期43卷 1116-1122页

作者：张洪福高明明于浩洋岳光溪华北电力大学控制与计算机工程学院新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国家能源集团新能源技术研究院有限公司北京102209 清华大学能源与动力工程系北京100084

当下循环流化床(CFB)机组需参与深度调峰、快速变负荷运行,机组变负荷初期的负荷响应速率主要由其汽水侧蓄热特性决定,因此提出了一种亚临界CFB机组汽水侧蓄热定量计算方法。以某电厂300 MW深度调峰CFB机组为例,根据工质特性对该锅炉汽... 详细信息

当下循环流化床(CFB)机组需参与深度调峰、快速变负荷运行,机组变负荷初期的负荷响应速率主要由其汽水侧蓄热特性决定,因此提出了一种亚临界CFB机组汽水侧蓄热定量计算方法。以某电厂300 MW深度调峰CFB机组为例,根据工质特性对该锅炉汽水流程进行分段,结合锅炉设计数据与实际运行参数,分别计算了不同负荷(30%~100%)工况下各段的工质蓄热系数和金属蓄热系数,并考虑汽轮机热效率变化的影响,分析了CFB锅炉汽水侧蓄热利用可持续时间与机组负荷响应特性。结果表明:该机组汽水侧蓄热系数随着负荷的降低而增大,在50%负荷以下的变化较大;考虑机组运行稳定裕度差异后,汽水侧蓄热利用可持续时间随着负荷的降低而减小,机组负荷响应能力显著降低。

关键词：循环流化床机组深度调峰汽水蓄热负荷响应

典型宁东煤热解阶段硫迁移路径的分子动力学模拟

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煤炭转化 2022年第1期45卷 20-28页

作者：梁文政王凤印王坤王翠苹岳光溪山东科技大学土木工程与建筑学院清洁能源实验室山东青岛266590 青岛大学机电工程学院山东青岛266071 清华大学能源与动力工程系北京100084

以典型宁东煤为研究对象,采用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和^(13)C固体核磁共振(^(13)C-NMR)等手段研究了煤样的元素组成、原子比、官能团类型及含量等分子结构特征,构建了含硫原子的宁东煤有机化学结构。通过反应力... 详细信息

以典型宁东煤为研究对象,采用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和^(13)C固体核磁共振(^(13)C-NMR)等手段研究了煤样的元素组成、原子比、官能团类型及含量等分子结构特征,构建了含硫原子的宁东煤有机化学结构。通过反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟,考察了热解温度和升温速率对典型宁东煤热解产物的影响,结果表明:热解温度低于1500 K时,热解产物中气体组分较少,重质焦油较多;随着热解温度升高(1500 K~2500 K),大分子化合物和活性自由基均会发生二次反应产生小分子碎片,气体产物快速增加;增大升温速率会减少C1~C4有机气体的生成,促进重质焦油的产生;16 K/ps和2500 K分别是合适的模拟升温速率和热解温度。污染性元素S的迁移路径分析结果表明:宁东煤热解过程中S原子容易迁移到相对分子质量小的有机碎片中,最终将以硫氢根的形式与H自由基结合生成H_(2)S参与后续燃烧反应。

关键词：典型宁东煤化学结构分子动力学热解硫元素迁移

掺氢天然气在燃气锅炉和灶具中的回火风险分析

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力学与实践 2022年第3期44卷 543-553页

作者：王天天张海张扬周托岳光溪清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 二氧化碳资源利用与减排技术北京市重点实验室北京100084

掺氢天然气随已有管网输送到用户燃烧利用,是低成本大规模利用氢能的方式之一。掺氢比变化会影响燃烧设备运行参数,使设备回火特性发生变化。因此,本文定义参数β定量比较预混气体未燃侧流速和火焰传播速度的变化幅度大小,以表征设备回... 详细信息

掺氢天然气随已有管网输送到用户燃烧利用,是低成本大规模利用氢能的方式之一。掺氢比变化会影响燃烧设备运行参数,使设备回火特性发生变化。因此,本文定义参数β定量比较预混气体未燃侧流速和火焰传播速度的变化幅度大小,以表征设备回火风险。通过实验数据校核,当β <0.6时,实际燃烧设备发生回火的风险显著增加;掺氢后燃气灶具(0.2 <β <1)相比于预混的燃气锅炉(0.95 <β <1.4)更容易发生回火,维持其安全运行所耐受的掺氢比更低。

关键词：掺氢天然气锅炉灶具回火风险

300 MW亚临界循环流化床机组NO_(x)排放建模

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洁净煤技术 2023年第8期29卷 109-115页

作者：刘春高明明张洪福张国华岳光溪新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 清华大学能源与动力工程系北京100084

随着污染物排放标准日益严格,SNCR已成为一种广泛应用于循环流化床(CFB)机组降低NO_(x)排放的新技术,然而循环流化床机组变负荷时NO_(x)排放浓度波动较大,加大SNCR控制难度。由于变负荷NO_(x)动态排放模型研究较少,为实现变负荷过程循... 详细信息

随着污染物排放标准日益严格,SNCR已成为一种广泛应用于循环流化床(CFB)机组降低NO_(x)排放的新技术,然而循环流化床机组变负荷时NO_(x)排放浓度波动较大,加大SNCR控制难度。由于变负荷NO_(x)动态排放模型研究较少,为实现变负荷过程循环流化床机组NO_(x)的动态预测,对炉内NO_(x)生成机理与SNCR反应机理进行分析,以给煤量、风量、喷氨量、床温等参数作为输入,结合数学建模方法,建立NO_(x)动态排放模型。结合某300 MW亚临界循环流化床机组实际运行数据进行不同负荷动态仿真,结果表明,该模型在动态过程中能较好拟合NO_(x)排放趋势,300 MW与150 MW典型负荷工况及变负荷工况下模型计算值与真实值平均绝对误差分别为3.5、1.2、5.7 mg/m^(3),精度较高,可实现CFB机组NO_(x)排放实时预测,预测时间为4~5 min。开展了不同工况给煤量、送风量、尿素流量及多变量的开环阶跃试验,结果表明,模型能较好反映NO_(x)排放过程的动态特性。研究结果可为CFB机组超低排放控制优化提供参考。

关键词：循环流化床变负荷 NO_(x)排放 SNCR 预测模型