2023年第38卷第8期文章目次

2023, 38(8):1.

[摘要](403) [HTML](0) [PDF 2.29 M](306)

摘要:
“30•60”双碳目标下，中国未来40年能源革命是构建新型能源消费体系的重要阶段，涉及各个领域能源结构的优化、调整与转型。电极锅炉与适和的储热系统联用可实现大面积热水、蒸汽供给，是应用潜力巨大的电热转换设备。本文首先介绍了“双碳目标”下电极锅炉的应用与发展现状，就其在工业和生活领域的应用前景进行了相关分析，分析了行业内普遍存在的问题，并指出了当前国内急需攻克的技术难关。结论如下：未来电极锅炉在可再生能源发电消纳、电网调峰、清洁供暖与农村电气化等方面应用前景广阔；我国电极锅炉行业已可以实现自主生产制造，但仍然面临着诸多难题，这些问题主要集中在水质、电极材料、腐蚀与析氢4个方面。针对上述问题提出了电极制造、H2检测、抑制与处理和安全防护系统等技术攻关建议。

2 熔盐泵空间导叶与叶轮的径向安装间隙对泵性能影响研究

夏添，操松林，刘广兵，赵以奎

2023, 38(8):13.

[摘要](31) [HTML](0) [PDF 7.95 M](275)

摘要:
为了探究空间导叶和叶轮之间的径向安装间隙对泵性能影响规律，选择某VS1型太阳能高温熔盐泵首级部分作为研究对象，在其他几何参数不变的前提下，以原导叶和叶轮径向间隙值为基础，通过沿径向逐次改变导叶进口和叶轮之间的相对位置，共设计了6组不同间隙下的导叶-叶轮组合方案，基于CFD方法对6种间隙方案(1.5~6.5 mm)，进行了全流场数值模拟，并试验验证了数值算法的可靠性。研究表明：导叶与叶轮径向安装间隙对泵扬程和效率在不同工况下的影响具有显著差异性，存在较优间隙使泵性能整体最佳，间隙过大、过小时都会致使其性能劣化；与原间隙2.5 mm时相比，合适的间隙可使叶轮出口和腔体间隙处的主频压力脉动幅值分别降低20.6%和36.4%，泵内介质流动稳定性提升；导叶内流道压力梯度和腔体涡核心分布随间隙改变呈不同变化态势，间隙为4.5 mm时，导叶内流道压力梯度变化更为均匀有序，腔体内涡的范围和强度较其它方案削弱明显，泵内流态最优。

3 基于不同启动方式的1 000 MW超超临界汽轮机高温部件低周疲劳损耗研究

崔传涛，刘岩，初希，李国庆

2023, 38(8):21.

[摘要](329) [HTML](0) [PDF 1.27 M](286)

摘要:
为了解汽轮机寿命损耗情况，对汽轮机高温部件寿命影响因素进行分析。基于低周疲劳理论，建立汽轮机高温部件寿命损耗分析模型，采用定量计算方法分析1 000 MW超超临界机组冷态、热态启动方式下高温部件温度偏差变化情况，计算各边界条件下高温部件等效热应力及寿命损耗，并进行敏感性分析。结果表明：汽轮机低周疲劳寿命损耗率对高温部件温度偏差较为敏感，随着温度偏差的升高，汽轮机寿命损耗率大幅升高；相同的温度偏差出现在不同温度区间时，对汽轮机寿命损耗的影响亦不同，高温区间的温度偏差对寿命损耗率影响较大。汽轮机高温部件寿命评估可以为机组启动期间升温速度控制提供技术支持，降低汽轮机寿命损耗，提高机组运行安全性。

4 不同冷气/燃气温比下高温涡轮叶片旋流冷却流固耦合特性研究

杜长河，高银峰，李洪伟，张珂

2023, 38(8):27.

[摘要](40) [HTML](0) [PDF 17.45 M](282)

摘要:
采用流固耦合方法对燃气轮机高温涡轮叶片旋流冷却结构进行数值模拟分析。探究了不同冷气/燃气温度比条件下旋流冷却的流动与传热特性、叶片前缘区域固体温度、热应力以及热应变分布。研究表明：在进气腔入口雷诺数固定的条件下，随着温度比升高，冷气密度降低，冷气流速逐渐提升，同时湍动能升高，靶面努塞尔数逐渐升高；当温度比较低时冷气的流速较低、单位时间冷气带走的热量较少，当温度比较高时冷气温度较高、单位质量冷气所能吸收的热量有限，靶面处热流密度先升高后降低。受靶面热流密度分布影响，随着温度比升高，叶片前缘固体的温度、热应力以及热应变先降低后升高。

5 基于SPOD方法的压气机转子叶顶区域非定常流动分析

蒋会明，潘鸿海，闫寒，袁静

2023, 38(8):34.

[摘要](360) [HTML](0) [PDF 15.19 M](391)

摘要:
为了研究叶顶区域非定常流动特性，对跨声速轴流压气机转子NASA Rotor37在多工况下进行了三维非定常数值模拟，采用谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition，SPOD）方法从叶顶区域流场中提取出时空耦合的单频相干结构进行分析。研究结果表明：相比于常规分析方法，SPOD方法能够高效地从非定常流场中识别出流动特征，有助于揭示叶顶区域流动规律；在“小流量”工况下叶顶区域流动呈现出强的非定常性，且随着质量流率的减小叶顶区域非定常流动增强、波动范围增加、波动频率呈现出“阶跃式”下降；造成叶顶区域流场非定常周期性波动的主要原因是叶顶间隙泄漏涡破碎区的扰动以及叶顶间隙泄漏涡破碎后与主流相互作用所形成的叶尖二次涡的波动。

6 基于模态分析的非定常气膜冷却数值研究

王子超，王维，田海平，王宇清

2023, 38(8):44.

[摘要](41) [HTML](0) [PDF 17.74 M](252)

摘要:
为了研究非定常气膜冷却的强化冷却机理，利用大涡模拟对非定常圆孔气膜冷却进行数值模拟，研究了4种不同脉动频率下（St=0，0.2，0.3，0.5）的涡结构与气膜冷却效率，并利用动态模态分解对计算结果进行分析，研究流场与换热的耦合机理。结果表明：脉动频率对非定常射流气膜冷却效率的影响较大，当St=0.2时气膜冷却效率与稳态射流相似，当St=0.3时气膜冷却效率比稳态高，而当St=0.5时气膜冷却效率反而会降低；当St=0.3时非定常射流能抑制下游发卡涡的生成并加速其破碎，从而提高气膜冷却效率；射流脉动产生了很多次生涡结构，这些涡结构促进了在流向方向上射流与主流的掺混，但是抑制了展向上的射流与主流掺混。

7 热等静压处理对铸造高温合金涡轮叶片的影响

吕成林，桑梓晗，曲劲宇，董凯鑫

2023, 38(8):53.

[摘要](298) [HTML](0) [PDF 3.43 M](259)

摘要:
为解决铸造高温合金涡轮叶片由于工艺固有特性而在内部产生的疏松、气孔及残余共晶等冶金缺陷的问题，采用标准热处理和热等静压处理（HIP）+标准热处理两种工艺对铸造涡轮叶片及其同炉试样进行试验，并对试样进行了差热分析、密度测试、力学性能测试及X射线三维成像，对比分析不同工艺的处理效果。结果表明：相比标准热处理，热等静压处理+标准热处理试样的屈服强度上升3%，抗拉强度上升1.4%，延伸率和断面收缩率分别上升28.1%和51.5%，持久寿命上升16.6%，内部显微疏松和气孔等缺陷的闭合程度达99.8%；铸造涡轮叶片增加热等静压处理可有效闭合铸件内部疏松，提高合金致密度、力学性能，进而提高铸件合格率。

8 回热型SCO2布雷顿循环及压气机设计

屈彬，罗千千，杜巍，罗磊

2023, 38(8):58.

[摘要](22) [HTML](0) [PDF 9.65 M](301)

摘要:
为了解决船舶、飞行器等动力装置的持续供电问题，选定超临界二氧化碳（SCO2）布雷顿循环作为动力来源。用Aspen plus软件对简单型、回热型和再压缩型SCO2布雷顿循环进行分析，根据设计工况下循环的热效率和功率以及循环系统的重量，最终选择回热型SCO2布雷顿循环作为动力装置的供电循环。对回热循环进行分析，分析结果表明：在回热循环中随着压气机、涡轮效率增大，循环的热效率和循环功率也增大。压气机出口压力对循环热效率的影响可以近似为线性，涡轮入口温度对循环热效率几乎没有影响。换热器温度对效率的影响大于压力对效率的影响并且换热器对循环功率几乎没有影响。在确定回热循环压气机工况参数后，利用Concepts NREC COMPAL软件和CFX软件分别对回热循环的压气机进行了一维设计和三维计算，设计出了等熵效率能够达到90.53%的单级离心压气机。

9 多能源发电控制模式下多机组负荷分配优化

吴燕玲，任庆，徐家豪，钟崴

2023, 38(8):68.

[摘要](337) [HTML](0) [PDF 2.22 M](265)

摘要:
以东北地区某1 100 MW电厂进行示范验证，研究了新型电网调度模式下的电厂负荷分配问题。基于机组特性和电网调峰补贴政策建立了全厂的经济性收益评估模型，并结合热力系统映射模型和智能优化算法，形成面向多能源发电协同控制模式的多机组热电负荷分配实时优化方案和日前优化方案。研究结果表明：基于实时优化方法获得的负荷分配方案在7种历史工况下可以实现11.56%～33.94%的经济性提升；日前优化方法相比于实时优化可以进一步提升电厂的经济性，在所选取典型日场景中可提升28.07%；有效解决新型电网调度模式下电厂内负荷分配的难题，为运维人员的决策提供指导。

10 燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷态预暖控制策略优化与应用

吴青云，高奎，蔺奕存，谭祥帅

2023, 38(8):76.

[摘要](187) [HTML](0) [PDF 3.70 M](270)

摘要:
为了缩短冷态启动过程中联合循环同轴机组汽轮机的启动时间，通过启动锅炉蒸汽对汽轮机提前预暖，解决了机组无法快速响应电网调峰的问题。根据汽轮机冷态预暖系统及机组启动方式，结合机组冷态启动历史过程及数据，进行冷态预暖系统运行特性分析试验、优化后试验及温态启动顺控试验，通过对现有控制逻辑的优化，提出了一种全新的冷态预暖控制策略。结果表明：该策略避免了机组在预暖启动过程中由于预暖管道过热度低，造成热应力准则、紧急切断阀（Emergency Shutoff Valve，ESV）无法满足启动条件、高排逆止阀自动打开以及静止变频启动装置（Static Frequency Convertor，SFC）在燃气轮机与汽轮机啮合过程中自动退出等问题；优化后机组的冷态预暖启动运行过程表明，实现机组全过程无断点的预暖及自启动控制，可有效缩短同轴联合循环机组冷态启动时间约2 h，使机组具备快速灵活的启动方式和应急调峰的能力。

11 竖直矩形窄通道内流动沸腾局部换热特性实验研究

顾晟杰，陶乐仁，金程，黄理浩

2023, 38(8):87.

[摘要](323) [HTML](0) [PDF 2.98 M](283)

摘要:
为了明确竖直矩形窄通道内各阶段流动沸腾的换热特性，优化换热器性能，以去离子水为工质，对尺寸为720 mm×250 mm×3.5 mm的单面电加热竖直矩形窄通道内的流动沸腾换热进行实验研究，分析了质流密度、进口温度、热流密度对流动沸腾局部换热特性的影响。并在已有流动沸腾传热关联式的基础上，对实验数据进行非线性回归分析，得到适用于实验工况下的新流动沸腾传热关联式。结果表明：质流密度增大对流动沸腾段换热特性有强化作用，对核态沸腾段换热特性有削弱作用；热流密度对核态沸腾影响剧烈，但对流动沸腾的影响不明显；入口温度越高，流体会越早进入过冷沸腾阶段，但对局部传热系数的影响不明显；新流动沸腾传热关联式与实验值的平均相对误差为23.87%，其中74.19%的预测值在±25%内，83.87%的预测值在±50%以内，能很好地预测本实验工况下矩形窄通道内流动沸腾的局部传热系数。

12 超超临界燃准东煤机组吹灰系统优化研究

孟强，胡丽娜，程泽宁，杨志龙

2023, 38(8):95.

[摘要](181) [HTML](0) [PDF 2.75 M](277)

摘要:
吹灰是清除受热面积灰结渣的一种有效手段。目前电厂吹灰的频率和时机通常是依靠经验判断，效率低且经济成本高。为改善吹灰方式，以新疆准东地区某台660 MW超超临界燃煤电站锅炉为研究对象，基于电厂分布式控制系统(DCS)中的运行数据、受热面管束排布方式及入炉煤的煤质特性，运用热平衡法求出受热面上的灰污系数，并构建在线监测模型，利用该模型优化原有的吹灰系统。结果表明：优化后1天内吹灰频率减少4次，可为电厂节省约76.26 t煤，说明此优化模型经济效益十分明显。

13 基于MI-GA-LSTM的锅炉NOx排放快速预测模型

郭浩楠，钱进，朱道兴，肖安海

2023, 38(8):103.

[摘要](264) [HTML](0) [PDF 3.26 M](269)

摘要:
针对电站锅炉在实际运行过程中存在燃烧优化调整不及时以及烟气脱硝成本较高的问题，提出了基于MI-GA-LSTM的炉膛出口NOx排放快速预测模型。根据燃煤锅炉实际运行数据，利用互信息（MI）进行特征相关性分析，将所得最优特征子集作为长短时记忆神经网络（LSTM）的输入，并利用遗传算法(GA)对模型关键参数进行寻优，得到炉膛出口NOx原始生成质量浓度预测的MI-GA-LSTM模型，并与LSTM、门控神经网络(GRU)、循环神经网络(RNN)在同一测试集上进行预测效果对比。结果表明：该模型在训练集和测试集上都能够对运行数据进行精准地预测，可以很好地完成多变量非线性拟合；该模型在测试集上的3项指标均优于其他模型，具有更高的预测精度和泛化能力；该模型可作为炉膛出口NOx排放质量浓度传感器的补充，提前准确感知炉膛出口NOx原始生成质量浓度的变化。

14 燃煤电厂掺烧生活污泥燃烧及环保特性现场试验研究

李德波，阙正斌，苗建杰，冯永新

2023, 38(8):110.

[摘要](24) [HTML](0) [PDF 1.28 M](237)

摘要:
为了得到燃煤电厂掺烧生活污泥燃烧及环保特性规律，基于国内某电厂的330 MW亚临界四角切圆燃煤锅炉，针对6个工况开展现场试验研究。结果表明：燃煤、污泥与混合后的燃料在成分含量上区别较大；掺烧污泥会导致锅炉燃烧温度与热效率降低，最大的降幅分别为28℃和0.19%，总体降幅较小；掺烧污泥后，飞灰与炉渣中重金属含量及氯含量稍微上升，不会明显提高结渣风险；掺烧污泥后，现有的净化工艺仍能确保常规烟气污染物的排放浓度能满足燃煤烟气超低排放要求；随着掺烧比例的提高，NOx的排放量呈现先增加后降低的趋势，SO2的排放量逐渐降低，粉尘颗粒的排放量稍微提高；掺烧污泥不会对二噁英类和重金属及其化合物等非常规烟气污染物造成明显影响，排放情况能够满足燃煤电厂限制要求；风烟系统各级风机用电量普遍随着掺烧污泥量增加而提升，最大的提升幅度为5.4A，适当调整后均能够正常运行。

15 竖直矩形窄通道内饱和沸腾起始点的研究

金程，陶乐仁，黄理浩

2023, 38(8):118.

[摘要](78) [HTML](0) [PDF 2.97 M](264)

摘要:
以去离子水为工质，对尺寸为720 mm×250 mm×3.5 mm的单面电加热竖直矩形窄通道内饱和沸腾起始点进行实验研究。分析了加热热流密度、工质进口温度和质量流量对饱和沸腾起始点位置及饱和沸腾起始点处壁面过热度的影响。在已有饱和沸腾起始点预测关联式的基础上，对实验数据进行非线性回归分析，得到适用于单面加热矩形窄通道饱和沸腾起始点的新关联式。结果表明：新拟合的关联式预测值与实验值的平均相对误差为17.63%，能很好的预测常压、低加热热流密度与低流速条件下的饱和沸腾起始点处壁面过热度与热流密度的关系。

16 考虑冲刷的单桩式海上风力机动力响应研究

綦元敏，闫康昊，黄丹，姜冬菊

2023, 38(8):125.

[摘要](294) [HTML](0) [PDF 3.51 M](271)

摘要:
为了研究复杂海洋环境下桩周冲刷对海上风力机动力响应的影响，以美国可再生能源实验室5 MW海上风力机为研究对象，建立风力机塔架-单桩-土体有限元模型，计入风浪和地震荷载对冲刷情况下的单桩式海上风力机进行动力响应研究。对比分析不同冲刷深度以及冲刷坡角对风力机系统固有频率和动力响应的影响。研究表明：当冲刷深度增加到二倍桩径时，风力机一阶固有频率降低至转子1P频率附近，容易引起共振；在风浪荷载以及风浪、地震联合荷载作用下，冲刷坡角不变，风力机最大位移与弯矩随着冲刷深度增加而增大，疏松土质条件下的增量大于紧密土；保持冲刷深度不变，冲刷坡角的变化对风力机动力响应影响较小。

17 全向导叶作用下叶片实度对垂直轴风力机气动特性的影响

李仙东，叶舟，李春，张强

2023, 38(8):133.

[摘要](217) [HTML](0) [PDF 12.40 M](291)

摘要:
为研究全向导叶作用下不同实度对垂直轴风力机气动性能的影响，通过改变叶片数及弦长调整实度并分析其对全向导叶垂直轴风力机气动性能的作用。结果表明：全向导叶使垂直轴风力机周围流体提速效果显著，最大风能利用率和力矩系数较原始垂直轴风力机分别提高41.6%和25%；随实度增大时，全向导叶垂直轴风力机最佳尖速比降低；改变弦长时，风能利用率峰值随弦长增大呈现先增后减的趋势，且在小尖速比工况下，高实度全向导叶垂直轴风力机力矩系数较高，最大可达0.192；改变叶片数时，风能利用率峰值随叶片数增多而降低，且大尖速比下的低实度全向导叶垂直轴风力机力矩系数较大，但不同实度的全向导叶垂直轴风力机最大力矩系数相差较小。

18 相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统参数优化

于静梅，赵广，常云，刘耀鸿

2023, 38(8):141.

[摘要](123) [HTML](0) [PDF 3.03 M](343)

摘要:
为解决相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统关键参数的设计问题，设计了基于TRNSYS软件的相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统模型。利用GENOPT软件调用HookeJeeves算法，以费用年值为优化函数，针对集热器面积、空气源热泵制热量、集热器倾角、集热器方位角、相变储能箱体积以及体积因子等关键参数进行优化分析，并以单位体积下相变储能箱蓄/放热量、集热器逐月平均效率及系统性能系数COPS为优化前后评价指标。结果表明：集热器面积取187 m2、空气源热泵制热量取40.5 kW、集热器倾角取44.1°、集热器方位角取-1°、相变储能箱体积取4 m3、体积因子取0.1时得最小费用年值，费用年值同比降低21%；优化后单位体积下，相变储能箱年放热量提升了15.1%，年蓄热量提升了16.5%；以系统性能系数COPS为评价指标，优化后系统整体性能受环境因素影响下降，系统更趋于稳定运行。

19 相变能与能源塔耦合热泵系统典型气温条件下的能耗分析

刘长清，吴荣华，于灏，杨玉娟

2023, 38(8):151.

[摘要](145) [HTML](0) [PDF 8.36 M](270)

摘要:
针对能源塔热泵系统低温工况下的性能下降问题，提出了一种相变能与能源塔耦合的热泵系统，模拟分析了该系统在几种典型气温下的COP及单日总能耗。结果表明：对于青岛地区400 kW的供热项目，当控制工况点为2.63 ℃时，能源塔热泵与相变能热泵的热负荷配比约为6∶5；随着典型气温升高，耦合系统较〖JP2〗单一能源塔热泵系统的日最低COP依次可提高0.81%，1.88%，3.19%和5.23%；耦合系统在日最高、最低气温为9.96 ℃，-1.73 ℃和3.68 ℃，-4.89 ℃时，其单日总能耗较能源塔热泵系统分别可减少137.06和195.19 kW〖DK〗•h。

20 基于EEMD-LSTM的汽轮机转子碰磨故障诊断模型及其工程应用

陈尚年，李录平，张世海，王颖

2023, 38(8):159.

[摘要](264) [HTML](0) [PDF 8.12 M](272)

摘要:
汽轮机转子与静子间的碰磨严重影响着机组的安全运行。为了解决汽轮机转子发生在早期和中期的碰磨故障难以通过基于振动信号检测诊断方法进行有效识别的问题，本文提出一种基于EEMDLSTM的汽轮机转子碰磨故障诊断方法。首先，该方法通过声发射技术监测汽轮机转子的碰磨故障信号；然后，利用EEMD信号分解方法处理获取的声发射信号，并提取能量特征参数和相关的时域特征参数，从而获得碰磨故障特征数据集；最后，利用划分的数据集对LSTM神经网络进行训练与测试，从而获得碰磨故障诊断模型。工程应用结果表明，本文提出的方法能够有效识别机组在不同转速时期的早期碰磨故障，且故障诊断的准确率较高。

21 高低压旁路供热改造对机组调峰能力的影响分析

董伟，司派友，王维萌，张鹏

2023, 38(8):169.

[摘要](178) [HTML](0) [PDF 1.08 M](287)

摘要:
针对现阶段热电联产机组供热期调峰能力不足的问题，以某350 MW超临界燃煤机组为案例，介绍了其高低压旁路供热改造方案，并以改造后机组的实际运行数据为基础，对改造前后机组的运行特性和调峰能力进行了详细的对比分析。结果表明：案例机组进行高低压旁路供热改造后，在保证机组供热期热负荷和热段再热蒸汽流速不超限的情况下，机组电负荷调峰下限可由原来的230.9 MW降至161.4 MW，降低30.1%；当案例机组两个中压调节汽门关至42%时，机组电负荷调峰下限可进一步降至140.8 MW；旁路供热蒸汽量占比可由原来的56.3%提高至61.9%，提高5.6%，机组的调峰能力得到进一步提高

22 基于改进HAC和MSET的给水泵故障预警方法

蔡吉磊，茅大钧，李玉珍

2023, 38(8):176.

[摘要](330) [HTML](0) [PDF 1.50 M](260)

摘要:
汽动给水泵是火电厂汽水系统重要的辅机设备，但给水泵运行环境恶劣，且故障种类多，导致给水泵故障频发，对电厂的经济性和安全性造成了影响。对此，提出了一种基于改进的层次凝聚聚类（Hierarchical Agglomerative Clustering，HAC）和多元状态估计（Multivariate State Estimation，MSET）的给水泵故障预警方法，首先选取与给水泵故障相关测点的历史数据，使这些数据可以涵盖给水泵正常运行时所有动态变化情况；通过主元分析法（Principal Component Analysis，PCA）和改进的小波去噪对数据进行预处理，实现数据的降噪和降维，再采用层次凝聚聚类算法构建记忆矩阵D，并引入了距离检测的方法对HAC进行改进，以此构建MSET预警模型，最后通过滑动窗口法分析残差，实现故障预警，并和最小二乘支持向量机（LSSVM）预警模型比较分析，经验证该模型可以准确高效地实现给水泵的早期预警。

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