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生物质焦反应活性及其与拉曼光谱表征关联性研究进展

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洁净煤技术 2024年第3期30卷 106-123页

作者：包钲言卢志民陈金铮蔡坚锋姚顺春华南理工大学电力学院广东广州510640

生物质能作为目前使用量最大的可再生能源形式,具有储量巨大、零碳排放、可再生及供应稳定等优点。生物质焦作为生物质能利用的重要形式,其反应活性因原料种类不同表现出巨大差异,严重阻碍了生物质能的进一步研究和利用。生物质焦的反... 详细信息

生物质能作为目前使用量最大的可再生能源形式,具有储量巨大、零碳排放、可再生及供应稳定等优点。生物质焦作为生物质能利用的重要形式,其反应活性因原料种类不同表现出巨大差异,严重阻碍了生物质能的进一步研究和利用。生物质焦的反应活性主要受无机元素、织构特性及碳结构的影响。拉曼光谱作为近年来发展迅猛的碳结构表征技术,已广泛应用于生物质焦的物理、化学结构特性研究。从生物质焦拉曼光谱的特征峰位置、特征峰宽、特征峰强度比和特征峰面积等光谱参数出发,综述国内外生物质焦的碳结构,并解析了生物质焦在热化学转化中碳结构的演化规律。拉曼光谱能有效表征生物质焦的碳骨架结构,高度有序的芳香或石墨化结构会降低生物质焦的反应性。目前对生物质焦反应活性与拉曼光谱参数表征的碳骨架结构之间的相关性研究仍较少,且多聚焦在单一种类生物质,其结论普适性仍需验证。也有少量关于多种生物质原料的焦反应活性和拉曼光谱表征研究,但未给出定量的结论。介绍笔者在多种生物质原料的焦反应活性与焦的拉曼光谱指标的关联性方面的研究进展,以期为生物质燃料的反应活性后续研究提供参考。展望未来,生物质焦的拉曼光谱研究发展潜力很大,目前主要研究仍基于一阶拉曼光谱区域分析,二阶拉曼光谱未受到重视;一些前沿的拉曼光谱技术,如表面增强拉曼光谱、针尖增强拉曼光谱、相干反斯托克斯拉曼散射等,也尚未引入生物质焦的碳结构表征和反应活性研究中,未来应重点考虑。

关键词：生物质能生物质焦反应活性碳结构拉曼光谱

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煤粉流等离子体光谱诊断及定量分析研究

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1863-1871页

作者：覃淮青姚顺春喻子彧马维喆卢志民董美蓉陆继东华南理工大学电力学院广州510640 广东省能源高效清洁利用重点实验室广州510640 广东省能源高效低污染转化工程技术研究中心广州510640

激光诱导击穿煤粉流等离子体光谱技术具有系统简洁、制样简单、多元素快速分析、检测代表性好等优点,在煤质在线检测领域具有广阔的应用前景。本文简要介绍了激光诱导击穿光谱技术原理及煤粉流等离子体光谱测量装置,阐述了对煤粉流测量... 详细信息

激光诱导击穿煤粉流等离子体光谱技术具有系统简洁、制样简单、多元素快速分析、检测代表性好等优点,在煤质在线检测领域具有广阔的应用前景。本文简要介绍了激光诱导击穿光谱技术原理及煤粉流等离子体光谱测量装置,阐述了对煤粉流测量的影响因素及优化方法,介绍了基于煤粉流等离子体光谱的煤质定量分析和煤质快速分析仪发展现状,展望了煤粉流等离子体光谱技术的发展趋势,为该技术的发展与应用提供参考。

关键词：煤粉流激光诱导击穿光谱(LIBS) 煤质定量分析

Hybrid classification of coal and biomass by laser-induced breakdown spectroscopy combined with K-means and SVM

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Plasma Science and Technology 2019年第3期21卷 60-68页

作者： Haobin PENG Guohua CHEN Xiaoxuan CHEN Zhimin LU shunchun yao Institute of Safety Science & Engineering South China University of Technology School of Electric Power South China University of Technology Guangdong Province Engineering Research Center of High Efficient and Low Pollution Energy Conversion

Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) is a new technology suitable for classification of various materials. This paper proposes a hybrid classification scheme for coal, municipal sludge and biomass by using LIBS combined with K-means and support vector machine(SVM)algorithm. In the study, 10 samples were classified in 3 groups without supervision by K-means clustering, then a further supervised classification of 6 kinds of biomass samples by SVM was carried out. The results show that the comprehensive accuracy of the hybrid classification model is over 98%. In comparison with the single SVM classification model, the hybrid classification model can save 58.92% of operation time while guaranteeing the accuracy. The results demonstrate that the hybrid classification model is able to make an efficient, fast and accurate classification of coal, municipal sludge and biomass, furthermore, it is precise for the detection of various kinds of biomass fuel.

关键词： laser-induced breakdown spectroscopy hybrid classification model biomass K-means support vector machine

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大口径管道烟气流量测量方法综述

热力发电 2024年第4期53卷 112-124页

作者：谢子立卢志民姚顺春刘泽明黄泳如莫爵徽叶建威林玥华南理工大学电力学院广东广州510641 佛山华谱测智能科技有限公司广东佛山528313

2021年全国碳市场开启,为了提高碳交易的准确性,需要做到碳排放数据的可测量、可报告、可核查。在这种背景下,烟气在线监测系统作为一种碳排放量化方法得到了重视。其有效工作的基础是烟气流量的准确测量。但电厂烟囱尺寸大,内部烟气流... 详细信息

2021年全国碳市场开启,为了提高碳交易的准确性,需要做到碳排放数据的可测量、可报告、可核查。在这种背景下,烟气在线监测系统作为一种碳排放量化方法得到了重视。其有效工作的基础是烟气流量的准确测量。但电厂烟囱尺寸大,内部烟气流动特性复杂,烟气流量难以准确测量。重点分析了皮托管流量计和气体超声波流量计在大口径管道流量测量中的研究现状,详细介绍了大口径管道气体流量测量技术。此外,还介绍了一种独立的流量测量方法—示踪气体稀释法,探讨其发展现状及作为一种流量标定方法的潜力。

关键词：大口径管道流量测量烟气流场示踪气体稀释法

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LIBS测量飞灰含碳量的研究现状及展望

量子电子学报 2024年第3期41卷 421-436页

作者：杨先茂喻子彧马维喆覃淮青杨淇李承峻谭淑雯冯思捷姚顺春华南理工大学电力学院广东广州510641 广东省能源高效清洁利用重点实验室广东广州510641 广东省能源高效低污染转化与工程技术研究中心广东广州510641

飞灰含碳量是评价燃煤锅炉燃烧效率的重要参数之一,实现其在线测量对于提高燃煤机组节能水平与智能化发展具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种具有竞争力的在线快速测量技术,在飞灰含碳量测量方面的应用已取得了较大进步。本... 详细信息

飞灰含碳量是评价燃煤锅炉燃烧效率的重要参数之一,实现其在线测量对于提高燃煤机组节能水平与智能化发展具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种具有竞争力的在线快速测量技术,在飞灰含碳量测量方面的应用已取得了较大进步。本文综述了LIBS测量燃煤飞灰含碳量的基础研究进展,根据测量时飞灰样品形态差异,梳理了LIBS在不同测量模式下的测量参数优化方法;总结了目前LIBS测量飞灰含碳量的光谱数据处理方法和定量分析算法的发展趋势;回顾了在实际工业中LIBS测量飞灰含碳量的应用现状,并对未来研究方向进行了展望。

关键词：光谱学飞灰含碳量测量激光诱导击穿光谱能源高效利用应用开发

基于初始氨覆盖率寻优的燃煤电站SCR脱硝系统机理建模

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锅炉技术 2024年第4期55卷 7-12页

作者：陈达李德波李峥辉危由兴李龙千陈姜宏卢志民姚顺春华南理工大学电力学院广东广州510640 广东省能源高效清洁利用重点实验室广东广州510640 南方电网电力科技股份有限公司广东广州510080 华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640

随着新能源发电大规模并网,燃煤机组工况快速变化,选择性催化还原(SCR)反应器入口氮氧化物(NO_(x))浓度剧烈波动。传统PID控制已无法满足NO_(x)的超低排放标准,需要建立准确的模型对出口NO_(x)浓度进行预测,以实现快速准确的喷氨量控制... 详细信息

随着新能源发电大规模并网,燃煤机组工况快速变化,选择性催化还原(SCR)反应器入口氮氧化物(NO_(x))浓度剧烈波动。传统PID控制已无法满足NO_(x)的超低排放标准,需要建立准确的模型对出口NO_(x)浓度进行预测,以实现快速准确的喷氨量控制。然而,在机理建模的过程中,氨覆盖率这一关键数据因无法测量而缺失,直接影响模型精度。为了解决氨覆盖率缺失的问题,提出了一种名为初始氨覆盖率寻优的方法。采用改进的粒子群优化(IPSO)方法,通过燃煤电厂运行数据对机理模型反应常数和初始氨覆盖率进行校准。结果表明:经过初始氨覆盖率寻优,机理模型预测的出口NO_(x)浓度精度得到了显著提升,典型工况下,测试集平均绝对百分比误差下降了17.1%。

关键词：燃煤电站氮氧化物选择性催化还原改进的粒子群算法初始氨覆盖率寻优

基于TD—PLS模型预测前馈的垃圾焚烧锅炉脱酸自动控制策略研究与应用

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锅炉技术 2024年第1期55卷 23-28,49页

作者：李志东陈达刘学迅张燕星易刚叶育生刘岸青李文鹏王领姚顺春广州环投从化环保能源有限公司广东广州510900 华南理工大学电力学院广东广州510641

针对垃圾焚烧锅炉半干法脱酸系统自动控制投运率低、控制效果差的问题,在分析脱酸系统运行特性的基础上,设计了一种以PID控制和模型预测前馈相结合的HCl-SO_(2)协同控制策略。采用以HCl排放浓度作为主要控制目标,SO_(2)排放浓度作为次... 详细信息

针对垃圾焚烧锅炉半干法脱酸系统自动控制投运率低、控制效果差的问题,在分析脱酸系统运行特性的基础上,设计了一种以PID控制和模型预测前馈相结合的HCl-SO_(2)协同控制策略。采用以HCl排放浓度作为主要控制目标,SO_(2)排放浓度作为次要目标的串级PID协同控制策略。在串级PID控制的基础上,基于时间差分偏最小二乘法(TD—PLS)建立HCl排放浓度预测模型作为控制前馈。该控制策略应用于某500 t/d垃圾焚烧机组脱酸系统,实际应用效果表明:脱酸控制投入前,HCl排放浓度波动变化较大,小时排放均值范围20~40 mg/m^(3),小时排放均值浓度相对标准偏差(RSD)为15.95%。脱酸自动控制投入后,HCl小时排放均值范围在25~30 mg/m^(3),小时排放均值浓度RSD为6.22%。在协同控制作用下,HCl小时排放均值波动显著减小,单位锅炉蒸发量的石灰浆液消耗量由0.034 m^(3)/t降低到0.027 m^(3)/t,相比投运前降低了21%,在保证出口HCl和SO_(2)浓度符合标准的情况下,提高了脱酸系统运行的稳定性和经济性。

关键词：垃圾焚烧锅炉半干法脱酸自动控制关键变量模型前馈协同控制

软测量技术赋能燃煤电厂碳排放计量的研究进展

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洁净煤技术 2024年第8期30卷 18-31页

作者：姚顺春刘泽明卢志民郭松杰谢子立李峥辉黄泳如李龙千卢伟业陈小玄华南理工大学电力学院广东广州510640 广东省能源高效清洁利用重点实验室广东广州510640 广东省特种设备检测研究院顺德检测院广东佛山528300

火力发电企业作为我国能源结构的重要组成部分,长期以来是我国碳排放的主要来源,在我国和全球加速推动低碳经济发展的宏观环境下,火电企业积极响应国家“能耗双控”向“碳排放双控”转变的战略部署。在此背景下,精确计量燃煤电厂的碳排... 详细信息

火力发电企业作为我国能源结构的重要组成部分,长期以来是我国碳排放的主要来源,在我国和全球加速推动低碳经济发展的宏观环境下,火电企业积极响应国家“能耗双控”向“碳排放双控”转变的战略部署。在此背景下,精确计量燃煤电厂的碳排放量变得至关重要。在燃煤电厂碳计量中,烟气流量影响燃煤发电中在线监测法的精度,而燃煤消耗量、燃煤元素碳含量以及飞灰碳含量共同决定核算法的可靠性。目前,大多数燃煤发电企业只对流量和燃煤消耗量进行实时监测,在现场恶劣的环境中对燃煤元素碳含量以及飞灰碳含量进行短周期、高频次的直接监测需要花费较大的人力以及物力,流量监测设备也易受烟道环境影响。而软测量技术以其高效和低成本的特点,可为传统碳排放计量过程中关键参数的监测提供一种替代方法。鉴于此,首先阐述了软测量模型的建立过程,包含数据预处理、辅助变量选择、软测量模型建立以及模型校正。数据预处理能够确保数据质量,提高建模效率;辅助变量选择是从大量潜在的变量中筛选出对目标变量的辅助变量,进一步提高建模效率;软测量模型建立主要是基于机理建模和数据驱动建模,是实现目标变量预测的核心;模型校正通过实际的离线或在线数据,对模型进行进一步优化,提高模型的预测精度。其次,针对碳计量相关参数,分析了烟气流量、燃煤消耗量、燃煤元素碳含量和飞灰碳含量监测存在的问题,论述了软测量技术在上述碳计量关键参数的国内外研究进展和应用,评估了机理建模和数据驱动建模技术的有效性、准确性和实用性。其中,机理分析建模主要基于电厂锅炉进出口的能量平衡以及烟风质量守恒等原理,有着确定的数学物理关系式,具有高度可解释性和稳定性,但是建模过程复杂,预测精度较低;数据驱动建模主要是利用各种机器学习方法,基于电厂分布式控制系统(Distributed control system,DCS)丰富的运行数据,对碳计量关键参数进行“黑箱建模”,克服了机理分析建模复杂的过程分析,精度相对较高,但是建模过程不明确,且模型对于不同机组的泛化能力较差。最后,对于软测量技术在碳排放计量领域的发展应用进行了总结与展望。对电厂各参数之间的时序结构、电厂自身计算能力的限制以及机理分析融合数据驱动方法的发展提出相关建议,并对国外二氧化碳预测性排放系统结合软测量技术在国内外燃煤电厂的应用进行展望。

关键词：燃煤电厂碳排放计量软测量技术在线监测法核算法

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燃煤电厂SCR脱硝系统喷氨优化模拟

华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第8期51卷 62-70页

作者：卢志民李博航唐雯陈咏城吴康洛姚顺春华南理工大学电力学院广东广州510640 广东红海湾发电有限公司广东汕尾516623

为提高某660 MW机组SCR(选择性催化还原)脱硝反应器出口NO_(x)质量浓度分布均匀性,文中以SCR出口NO_(x)质量浓度分布相对标准偏差最小为优化目标,提出了一种基于动力学模型的最优喷氨策略。将现场实测数据作为入口边界条件,耦合反应器... 详细信息

为提高某660 MW机组SCR(选择性催化还原)脱硝反应器出口NO_(x)质量浓度分布均匀性,文中以SCR出口NO_(x)质量浓度分布相对标准偏差最小为优化目标,提出了一种基于动力学模型的最优喷氨策略。将现场实测数据作为入口边界条件,耦合反应器内的湍流流动、组分输运和化学反应,进行了CFD数值模拟计算。对氨流动特性进行可视化分析,并定义喷氨格栅分区/喷嘴的流动影响系数,结合基于SCR反应动力学模型建立的出口NO_(x)浓度分布与入口NH3浓度的数学关系,直接求解优化矩阵方程,可得到喷氨格栅不同分区或不同喷嘴的最优可控喷氨流量。模拟结果表明:均匀喷氨方式下,不同分区氨氮浓度混合匹配度不高,SCR反应器出口NO_(x)质量浓度相对标准偏差达到40.1%,分布均匀性较差;按文中提出的方法进行喷氨优化后,出口NO_(x)质量浓度相对标准偏差下降至6.8%,出口均匀性大幅提高,既能实现NO_(x)压线排放满足环保要求,又可避免出现脱硝效率过高和过低的区域。文中通过数值模拟的方式将流场可视化,通过定量求解各阀门喷氨量进行喷氨优化,可以为实际电厂喷氨优化调试提供理论参考,降低调整的盲目性。

关键词： SCR脱硝反应数值模拟喷氨优化 NO_(x)浓度场动力学模型