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中国电机工程学报
2009年 29卷 20期
刊出日期 2009-07-15
热能工程
工程热物理
动力机械与工程
可再生能源发电
 
热能工程
1 杨立军 杜小泽 杨勇平 王利宁
直接空冷系统轴流风机群运行特性分析
掌握直接空冷系统轴流风机群运行特性，对于电站空冷系统的优化设计和高效运行有重要意义。该文在2台风机并联运行的基础上，绘制并联风机的性能曲线，获得叶片安装角对并联风机运行特性的影响。通过引入集群因子，得到轴流风机群的性能曲线、空冷管束的阻力特性及空冷系统的工作点。结果表明，空冷系统风机群每台风机的流量介于风机并联运行和单台风机独立运行之间。风机群性能不仅取决于每台风机的性能，还与风机群的数量和布置方式有关。随空冷系统容量增加，风机群非线性效应增加。在一定程度上揭示出空冷系统传热面积随机组容量非线性放大效应的机理，为空冷系统设计提供了理论依据。
2009 Vol. 29 (20): 1-5 [摘要] ( 751 ) [HTML 1KB] [PDF 251KB] ( 337 )
6 文孝强 徐志明 孙媛媛 孙灵芳
凝汽器故障诊断的模糊交互熵算法
针对凝汽器故障诊断中的复杂性和不确定性，对凝汽器故障征兆集与故障论域进行改进。基于信息论中模糊交互测度(fuzzy cross entropy method，FCEM)的概念，提出一种广义的距离测度，计算凝汽器典型故障模糊模式与未知故障模糊模式之间的差异程度。通过对典型故障集的细化和扩充，提高了故障诊断的准确率。最后，将该方法用于600和300 MW火力发电厂汽轮机组凝汽器故障诊断中，结果表明该方法准确率达95%以上，且易于工程实现，证明了该方法的有效性。
2009 Vol. 29 (20): 6-11 [摘要] ( 627 ) [HTML 1KB] [PDF 307KB] ( 340 )
12 刘福国 董信光 侯凡军 姬中国
超临界直流锅炉蒸发受热面静态数学模型

基于超临界直流锅炉的运行数据，建立了炉膛蒸发受热面的静态数学模型，所给出的动量、能量微分方程和完整的IAPWS-IF97物性工业方程相耦合，并给出物性代数方程、动量和能量微分方程组成的混合方程组的求解方法，得到工质参数沿受热面流程的数值解。模型预测结果和试验数据吻合良好。该模型能够根据蒸发受热面的运行环境预测工作状态，确定工质分相点位置，可用于受热面的运行监测和诊断，指导超临界直流锅炉燃烧和汽温控制。
2009 Vol. 29 (20): 12-17 [摘要] ( 657 ) [HTML 1KB] [PDF 297KB] ( 426 )
18 王政允 孙保民 郭永红 肖海平 刘欣 白涛
330 MW前墙燃烧煤粉锅炉炉内温度场的数值模拟及优化
某电厂330 MW机组锅炉采用双调风旋流燃烧器，前墙布置。该厂实际运行中一次风速与设计值相比相差较大，较大的一次风速造成了燃烧器一次风管磨损严重，同时后墙水冷壁高温腐蚀的可能性增大。该文提出保持原燃烧器一次风管尺寸不变，减小中心风管直径、增大一次风流通面积以减小一次风速的改造方案。为研究改变中心风管直径后的4层燃烧器对炉膛燃烧的影响，采用数值模拟的方法对该型锅炉炉内的温度场进行数值计算，得到5种不同方案下该型锅炉炉内的温度场分布，并分析了中心风管直径的改变对炉内温度场的影响规律，即后墙近壁区温度随着中心风管直径的减小呈现先降低后升高的趋势。通过对5种方案数值模拟结果的比较分析，得到了对炉膛后墙安全性影响最小的方案，为电厂的实际改造提供参考。
2009 Vol. 29 (20): 18-24 [摘要] ( 721 ) [HTML 1KB] [PDF 313KB] ( 502 )
25 徐大懋 储品昌 傅小生
蒸汽循环电站主设备的容量匹配
电站主设备的容量匹配是电站建设之重要议题，涉及到经济性、节能减排等一系列综合性能。从我国国情和大局出发，提出了容量匹配的原则；对火电和核电的容量匹配进行了分析和讨论，建议燃煤火电采用5%裕量的容量匹配，核电采用零裕量容量匹配。建议的匹配方案不仅符合所提出的原则，而且可促进制造厂和电厂的科技进步和管理水平。由于容量匹配的模式不同，火电和核电的额定工况、VWO工况等含意也不相同，该文均有论述。
2009 Vol. 29 (20): 25-29 [摘要] ( 515 ) [HTML 1KB] [PDF 212KB] ( 330 )
30 孙佰仲 刘洪鹏 刘秀 王擎 李少华
电磁感应高温空气加热特性试验研究
将电磁感应加热技术应用到空气加热领域，研制新型高温空气加热装置。在电磁感应磁场中依靠加热装置内部感应加热件所产生的感应热对空气进行加热。在高温空气加热试验装置上，进行加热功率、空气流量、加热件初始温度对空气加热特性的影响规律的试验研究。结果表明：电磁感应高温空气加热装置能够快速方便地产生高温空气，空气终温可达900℃以上；通过改变电源功率或进入加热装置的空气流量，可以产生不同终温的高温空气。
2009 Vol. 29 (20): 30-34 [摘要] ( 615 ) [HTML 1KB] [PDF 352KB] ( 434 )
工程热物理
35 张成 曹娜 邱建荣 陈刚
煤燃烧前温和热解汞和硫的释放特性研究
以2种贵州典型的高汞高硫煤为研究对象，对煤中汞和硫的含量及其赋存形态进行了研究。并利用水平管式炉试验台，在惰性气体气氛和微氧化性气氛下对煤样进行燃烧前温和热解试验，研究煤样在温和热解过程中汞的释放规律及其汞硫联合脱除特性。研究表明2种实验煤样在350~400 ℃温度下脱汞率最大分别达到89.5%和82.8%，煤中汞的释放率在热解15 min左右达到极限值；同时还发现在微氧化性气氛下温和热解煤中硫铁矿硫的脱除效率有明显提高，而对煤中有机硫的脱除没有明显效果。
2009 Vol. 29 (20): 35-40 [摘要] ( 562 ) [HTML 1KB] [PDF 281KB] ( 344 )
41 李庆钊 赵长遂 武卫芳 陈晓平 董伟
O2/CO2气氛下燃煤SO2排放特性的实验研究
在沉降炉实验台上通过在线烟气分析仪考查了燃煤烟气的组成以及燃烧气氛、CO2浓度、温度和燃料/氧气化学当量比对SO2的排放规律。结果表明，相同操作条件下O2/CO2燃烧可获得高达80%左右的CO2浓度，但烟气中CO含量明显高于O2/N2气氛下燃烧时的情况。高浓度CO2的存在使得SO2的排放较常规燃烧方式下有所降低，并且随着气氛中CO2浓度的增加呈递减趋势，但随着燃烧温度的升高，煤粉燃尽程度的增加以及其余含硫物相向SO2的转化使得其排放浓度逐步增加。在2种气氛下，SO2的释放浓度在贫燃料区随燃料/氧气化学当量比f的增加而增加，而在f大于1.2的富燃料区随燃料/氧气化学当量比的增加而降低。
2009 Vol. 29 (20): 41-46 [摘要] ( 559 ) [HTML 1KB] [PDF 554KB] ( 430 )
47 韩奎华 路春美 牛胜利 高攀
气体先进再燃脱硝试验研究
选用天然气和液化石油气作再燃燃料，氨水和尿素作还原剂，碳酸钠和乙醇作添加剂，采用锅炉燃烧模拟装置研究了多种形式先进再燃的脱硝性能。结果表明：先进再燃比基本再燃脱硝效率明显提高。在典型条件：再燃比为15%，再燃温度为1 273 K，氨氮摩尔比为1.5时，天然气和液化石油气先进再燃脱硝效率分别达到82%~88%和82%~ 92%，而氨的有效利用率比SNCR中的低。碳酸钠能有效拓宽还原剂脱硝温度窗口，乙醇则对还原剂脱硝有一定的抑制作用。还原剂远离燃尽风喷入燃尽区下游适宜温度范围内，可获得更高的脱硝效率和还原剂利用率。先进再燃与SNCR复合脱硝效率可达90%以上，是一种高效的脱硝方法。
2009 Vol. 29 (20): 47-51 [摘要] ( 593 ) [HTML 1KB] [PDF 284KB] ( 368 )
52 赵然 刘豪 胡翰 闫志强 孔凡海 吴辉 邱建荣
O2/CO2气氛下甲烷火焰中NO均相反应机理研究
氧燃烧方式下由于高浓度CO2介质的存在对煤中氮的析出以及氮氧化物的多相转化有重要影响。该文基于化学动力学分析软件CHEMKIN对O2/CO2及O2/N2气氛下甲烷燃烧均相反应体系中NO的转化行为进行模拟计算，探讨了温度、过氧系数 、CO2浓度、O2浓度、初始含N污染物组分等因素对NO形成及其还原的影响规律，采用生成率分析和敏感性分析工具分析了不同气氛富燃及贫燃条件下NO的反应机理。结果表明，2种气氛富燃及贫燃条件下NO的还原率变化规律相反，与空气气氛相比，富燃条件下O2/CO2气氛不利于NO的还原，而贫燃条件下O2/CO2气氛有利于NO还原。生成率分析表明高浓度CO2气氛能够促进NO还原并对NO的生成具有一定的抑制作用。敏感性分析表明2种不同气氛下NO的反应历程区别不大，但所发生的重要反应有明显差别；在富燃及贫燃条件下，NO反应历程有明显区别，富燃条件下NO的主要反应历程为NO->HNO->NH->N2，贫燃条件下NO的主要反应历程为NO->N->N2。
2009 Vol. 29 (20): 52-59 [摘要] ( 529 ) [HTML 1KB] [PDF 334KB] ( 372 )
60 王智化 吕钰 何沛 杨卫娟 周俊虎 岑可法
410 t/h燃煤锅炉选择性非催化还原气液混合特性的数值研究
基于Fluent平台，对410 t/h燃煤锅炉选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction，SNCR)系统喷射的尿素溶液液滴与烟气的混合过程进行数值模拟研究，同时探讨这一混合特性对脱硝率的影响。研究发现液滴穿透距离对于大空间的气液混合和烟气脱硝有重要影响，而对于给定的喷嘴它由溶液流量和液滴粒径确定；但是由于沿喷射方向存在较大的温度梯度，所以脱硝率还决定于液滴分布的当地温度。模拟结果表明在固定氨氮摩尔比下，喷射流量增大82%，脱硝率可提高8.8%，而随液滴粒径增大则先提高后降低；漏氨量随二者的增大均呈现降低趋势。另外，还将计算结果与实验测量数据进行了对比，以保证数值研究结论的可靠性。
2009 Vol. 29 (20): 60-65 [摘要] ( 611 ) [HTML 1KB] [PDF 699KB] ( 394 )
66 孟素丽 段钰锋 黄治军 王运军 杨立国
烟气成分对燃煤飞灰汞吸附的影响
在小型固定床试验台上开展了烟气成分对燃煤飞灰汞吸附影响的试验研究。结果表明：在CO2-O2-N2的体系中，单独加入SO2，飞灰的汞吸附能力表现出与SO2的浓度有密切的关系；单独加入0~100′10-6 HCl，随着HCl浓度的增加，飞灰的汞吸附能力逐渐增加，在50′10-6左右达到最佳吸附效果，而后飞灰的汞吸附能力有所降低，但影响不大；单独加入NO，大大促进了飞灰对汞的吸附。HCl和SO2共同作用时，飞灰对汞的吸附效果要好于SO2单独存在时，但比HCl单独存在时要差一些；再加入NO后飞灰的汞吸附效率与吸附量都得到很大的提高。飞灰对Hg0的吸附是物理吸附与化学吸附双重作用的结果。
2009 Vol. 29 (20): 66-73 [摘要] ( 586 ) [HTML 1KB] [PDF 355KB] ( 319 )
74 赵健植 鲁端峰
用响应曲面法研究高梯度磁场下燃煤PM10的捕集效率

建立高梯度磁场捕集燃煤PM10实验台，采用电气低压冲击器测量颗粒浓度的变化，利用响应曲面法对PM10捕集效率进行实验研究，得到捕集效率的预测模型。计算结果表明通过该预测模型可以很好地描述捕集效率与颗粒浓度、磁场强度、气体流速和磁介质填充率等重要操作参数之间的关系。因素分析表明磁场强度对捕集效率的影响最大，同时颗粒浓度与磁场强度、磁场强度与气体流速以及磁场强度与磁介质填充率的交互作用均对捕集效率有重要的影响。
2009 Vol. 29 (20): 74-78 [摘要] ( 460 ) [HTML 1KB] [PDF 277KB] ( 297 )
79 李慧君
滴形管凝结换热性能的实验研究
采用特殊的管子形状和表面是最为常用、有效的强化换热手段。该文以滴形管凝结换热作为研究对象，阐述了烟气中水蒸气凝结换热过程的特点及强化换热的条件。对液滴在圆管和滴管不同位置处的受力进行分析，说明不同管形对液膜层厚度的影响程度。通过回收天然气锅炉排烟余热实验，研究滴形管的凝结换热性能，分析影响换热性能的因素，并与圆形管进行比较。结果表明：烟气通过滴形换热管的压损小于圆管，温差大于圆管，冷却水温升高于圆管，换热系数高于圆管。采用滴形管对于强化凝结换热是一种行之有效的方法。
2009 Vol. 29 (20): 79-84 [摘要] ( 472 ) [HTML 1KB] [PDF 339KB] ( 316 )
85 翟明 董芃 王希影 丁伟玲 夏新林
圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟，通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型，并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52；脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大；速度与温度分布呈周期性变化；压力振幅越大，速度和温度波动范围就越大，频率越大，速度和温度的波动范围则越小；壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小，随着频率的增加而增大；壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大，随频率的增加而减小。
2009 Vol. 29 (20): 85-91 [摘要] ( 548 ) [HTML 1KB] [PDF 359KB] ( 461 )
92 安春国 蒋旭光 李春雨 费振伟 金余其 严建华 俞凯 潘金华 施政 沈逍江
医用玻璃的熔融特性研究

医疗废物中有许多低熔点的医用玻璃。医疗废物在回转窑焚烧炉内燃烧时，炉内的高温会将医用玻璃熔化，熔融的玻璃会导致回转窑炉的结渣。用分析纯来代替玻璃组分，研究医用玻璃的熔融特性。实验结果显示，不同化学组分对熔融温度有不同的影响，SiO2能够提高医用玻璃的熔融温度，B2O3和碱金属氧化物(Na2O、K2O)会大幅降低医用玻璃的熔融温度，而碱土金属氧化物(CaO、BaO)和Al2O3会使医用玻璃的软化温度升高，却能使流动温度降低。简化Taylor公式，得出了医用玻璃熔融温度的预测函数。计算结果显示，熔融温度的预测值和实验值吻合较好。
2009 Vol. 29 (20): 92-98 [摘要] ( 559 ) [HTML 1KB] [PDF 395KB] ( 322 )
动力机械与工程
99 刘志坚 束洪春 于继来 刘可真
一种满意控制的水轮机调速系统参数优化方法

水轮机调速器比例积分微分(proportion-integration- differentiation，PID)参数优化是经久不衰的研究课题，目前研究较多的是基于最优化理论的参数设计。提出一种基于水轮机转速性能指标满意度参数优化的新方法，该方法直接计算系统响应的上升时间、超调量、调整时间、稳态误差和反调量等性能指标，籍此得到各性能指标的满意度函数，并以系统总体满意度作为适应度函数，利用遗传算法进行参数优化，得到总体满意度符合设计要求的PID参数。该方法设计目标更实际、具体，尽管参数不一定最优，但能满足系统响应要求，且代价较小，更具实用性。应用至刚性水击模型和弹性刚性水击模型水力系统的PID参数优化设计，仿真结果表明满意度控制方法在水轮机调速系统参数优化中的有效性和实用性。
2009 Vol. 29 (20): 99-105 [摘要] ( 643 ) [HTML 1KB] [PDF 292KB] ( 394 )
106 琚亚平 张楚华
基于人工神经网络与遗传算法的风力机翼型优化设计方法
开发风力机专用翼型是风电技术中的一个关键问题，高升阻比翼型的优化设计方法是目前风力机空气动力学的重要研究课题。该文建立了多运行工况下升阻比最高的风力机翼型优化设计方法，运用Bezier函数建立了翼型的数字化参数表征方法，根据完全析因试验设计方法选取了翼型族的设计空间，利用计算流体力学方法获得了每个翼型样本的气动性能参数，采用人工神经网络和遗传算法相结合的现代优化方法数值求解了优化命题。基于上述模型对FX 63–167翼型进行优化改进，重点研究风力机翼型在3种运行工况点下的气动优化设计命题及其求解方法。计算表明优化后翼型具有更佳的气动特性，各工况点下的升阻比均有所提高，验证了该优化方法的合理性、可行性。
2009 Vol. 29 (20): 106-111 [摘要] ( 651 ) [HTML 1KB] [PDF 293KB] ( 515 )
可再生能源发电
112 高杨 肖军 沈来宏
生物质气化–熔融碳酸盐燃料电池联合循环发电系统性能研究
将生物质气化与熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell，MCFC)构建为新型的生物质能高效清洁利用联合循环发电技术，气化产生的富氢气体作为MCFC的燃料，通过燃烧半焦以及MCFC中未利用的燃料为气化反应提供热量，进行生物质气化–MCFC联合循环发电系统的模拟研究。运用Aspen Plus软件搭建系统模型并计算，研究了燃料电池内重整及系统工作压力对系统性能的影响。结果表明：生物质气化–MCFC联合循环发电技术具有较高的系统发电效率，可达50%，比常规生物质气化驱动燃气轮机技术高出10个百分点；对于常压系统无需采用内重整，而对于增压系统，采用内重整对系统性能有较大改善；提高系统工作压力可改善其整体性能，最佳工作压力在0.8~1.2 MPa。
2009 Vol. 29 (20): 112-118 [摘要] ( 634 ) [HTML 1KB] [PDF 302KB] ( 363 )
119 李奇 陈维荣 刘述奎 林川 贾俊波
基于自适应聚焦粒子群算法的质子交换膜燃料电池机理建模

自适应聚焦粒子群算法(adaptive focusing particle swarm optimization，AFPSO)是根据粒子群(particle swarm optimization，PSO)算法的全局搜索与局部搜索平衡特性，改进得到的一种具有较好全局搜索能力和寻优速度的自适应群体智能优化算法。根据质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)模型的建模原理，利用AFPSO算法进行参数估计，得到一组机理模型的最优参数。通过仿真结果与实验结果的对比分析，证明AFPSO算法能够使仿真结果和实验测试数据之间达到很高的拟合精度，对于模型参数估计具有明显的优越性。因此，AFPSO算法对于改善PEMFC机理模型的输出性能将起到重要的作用，并有望成为模型参数优化领域的一种新的有效工具。
2009 Vol. 29 (20): 119-124 [摘要] ( 582 ) [HTML 1KB] [PDF 375KB] ( 341 )
 
 
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