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中国电机工程学报
2009年 29卷 23期
刊出日期 2009-08-15
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 陈晓利 吴少华 李振中 庞克亮 王阳 王颖
整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle，IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元，气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率，是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外，氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用，即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式，有利于提高合成气化学能。
2009 Vol. 29 (23): 1-6 [摘要] ( 588 ) [HTML 1KB] [PDF 335KB] ( 428 )
7 陈立军 杨善让 王升龙 卢洪波
压缩和吸收式制冷复合循环电站空冷系统性能评价
针对电站传统空冷技术的种种缺陷，曾提出蒸汽动力循环耦合以氨为制冷剂的正、逆制冷循环的电站空冷系统(以下简称复合循环空冷系统)。复合循环的正制冷循环可根据机组负荷特性和安装地的气象条件选用氨蒸气压缩制冷循环或氨水吸收式制冷循环。为便于设计选型，简要介绍复合循环空冷系统的两制冷循环的构成及工作原理，建立复合循环空冷系统性能评价指标；并根据模拟计算机组安装地的典型年–气温分布进行2种方案的性能评价指标的计算分析及2种方案能级和能耗的对比分析。算例表明：氨水吸收式制冷复合循环空冷系统的性能评价指标和能级和能耗均明显优于氨蒸气压缩式制冷复合循环空冷系统，前者还有望用于高温时段长的南方地区。
2009 Vol. 29 (23): 7-12 [摘要] ( 581 ) [HTML KB] [PDF 301KB] ( 253 )
13 李钧 阎维平 李春燕 梁秀俊 米翠丽
基于数值计算的煤粉锅炉NOx释放规律研究
运用基于TASCFLOW软件平台的四角切圆燃烧煤粉锅炉专用数值模拟计算软件COALFIRE，对某电厂300 MW四角切圆煤粉锅炉NOx排放特性进行数值模拟。讨论煤质、煤粉粒度、锅炉负荷、二次风配风方式的影响，指出炉膛沿程NOx的排放规律，为锅炉的安全经济运行提供参考。模拟结果表明：燃煤挥发分和含氮量高的煤，NOx析出浓度也比较高；较细的煤粉有利于降低NOx的生成；机组负荷下降20%，NOx下降6.74%。机组负荷下降40%，NOx下降到383 mg/m3，下降了约28%；倒宝塔配风有利于降低NOx生成，三次风投运时NOx排放浓度比停运时低11%。
2009 Vol. 29 (23): 13-19 [摘要] ( 540 ) [HTML KB] [PDF 384KB] ( 223 )
20 陈庆文 马晓茜 刘翱
大型电站锅炉混煤掺烧的NOx排放特性预测与运行优化

在某700 MW四角切圆燃煤电站锅炉的NOx排放特性及锅炉效率多工况热态测试的基础上，应用人工神经网络建立大型四角切圆电站锅炉NOx特性及锅炉效率模型并进行预测，检验样本NOx排放浓度和锅炉效率预测值与实测值的平均相对误差分别为3.63%和0.23%，证实模型的可行性。并在此基础上，结合遗传算法对锅炉运行参数进行优化。优化后NOx排放浓度为421.44、255.05和215.40 mg×m-3，分别降低了37.56%、29.43%和30.56%；锅炉效率为94.56%、94.13%和94.80%，分别提高了0.09%、0.42%和0.88%。该模型可在掺烧非设计煤种情况下寻找出最优运行参数，降低锅炉NOx排放浓度并提高锅炉效率；同时随掺混比的增大，NOx排放浓度降低；掺烧D磨和E磨有利于降低NOx。
2009 Vol. 29 (23): 20-26 [摘要] ( 514 ) [HTML KB] [PDF 315KB] ( 434 )
27 牛凤仙 蔡小舒 沈嘉祺
电容法测量湿蒸汽湿度的可行性研究
由于在同温度、同压力下，水和水蒸气的相对介电常数存在很大差异，当一定压力的湿蒸汽通过电容传感器时，湿度的变化会引起传感器电容的变化，且相对变化只与湿度有关，与电容器的结构无关。以平板电容器为例，计算湿蒸汽通过时由于湿度变化引起的电容相对变化量，并探讨了含盐量的影响。蒸汽压力小于15 MPa范围内的计算结果显示：在同一湿度下，电容传感器电容量相对于湿度的变化率随着饱和蒸汽压力的增大而增大；在同一压力下，电容传感器电容量相对于湿度的变化率随湿度的增大而增大。根据计算结果并结合湿度测量的具体应用，分析了电容传感器用于测量湿蒸汽湿度的可行性。
2009 Vol. 29 (23): 27-32 [摘要] ( 531 ) [HTML KB] [PDF 393KB] ( 227 )
工程热物理
33 李庆钊 赵长遂 武卫芳 陈晓平 董伟
O2/CO2气氛下燃煤NO排放特性的实验研究
在沉降炉上通过在线烟气分析仪研究了燃烧气氛、CO2浓度、温度及燃料/氧气化学当量比对O2/CO2气氛下燃煤NO排放的影响规律。结果表明，O2/CO2气氛下NO的排放浓度总小于O2/N2气氛下的情况，在无烟气再循环的情况下降幅约为20%~40%。2种气氛下NO的沿程析出均表现出类似的规律，但因煤质而有所不同。随着进气中CO2浓度的增加，NO的排放浓度呈现降低的趋势。与21%O2/ 79%Ar气氛下相比，21%O2/79%CO2气氛下NO排放浓度的降幅在30%~50%。随着温度的增加，2种气氛下NO的排放浓度均增加。随着燃料/氧气化学当量比(f)的增加，NO排放浓度呈现出先增加后降低的趋势，其最大排放浓度均出现在f=0.8左右；在f远大于1的富燃料区，2种气氛下NO的排放浓度基本可以降到一致的水平。
2009 Vol. 29 (23): 33-39 [摘要] ( 576 ) [HTML KB] [PDF 441KB] ( 220 )
40 卢骏营 陈晓平 段伦博 周骛 赵长遂
O2/CO2气氛下痕量元素的赋存和迁移特性
在管式炉中进行徐州烟煤的燃烧实验。通过改变燃烧气氛，用电感耦合质谱分析仪(inductively coupled plasma- mass spectrometry，ICP-MS)研究O2/CO2燃烧方式下O2含量及温度对煤中As、Cr、Pb等痕量元素赋存、迁移特性的影响，并在相同的氧浓度下研究CO2浓度对痕量元素排放的影响。结果表明：痕量元素及其化合物的熔点、沸点等物理性质对元素挥发影响很大；较之常规燃烧方式，O2含量的变化并没有改变As、Cr、Pb、Ni等痕量元素在底灰中的含量随温度升高而降低的总体规律；随着燃烧气氛中O2含量的升高，Cr、Ni在底灰中的含量有所降低，而As、Pb在底灰中明显富集；随着温度升高，燃烧气氛对As在底灰中富集的影响逐渐减弱；此外，在相同的O2含量下，CO2含量越高，As在底灰中的含量越低，因为高浓度的CO2在一定程度上抑制了更易挥发的次氧化物或单质的生成。
2009 Vol. 29 (23): 40-44 [摘要] ( 434 ) [HTML KB] [PDF 220KB] ( 216 )
45 李春雨 蒋旭光 安春国 费振伟 池涌 严建华
农药生产废渣燃烧/热解特性研究
在30 ℃/min升温速率下，利用热重分析方法对农药生产废渣热解和燃烧过程进行了分析，发现农药废渣燃烧过程可以分为两个阶段：150~400 ℃和400~600 ℃。在600 ℃时，农药废渣的燃烧反应程度已经达到了96%。农药废渣热解和燃烧过程的第1个失重阶段基本重合。利用Achar法求得了农药废渣燃烧和热解过程的反应机理函数，以及表观动力学参数。分析发现热解与燃烧第1阶段的反应机理函数相同。利用热重–傅里叶变换红外光谱分析对30 ℃/min升温速率下农药废渣热解和燃烧过程中的气体析出情况进行了分析，发现农药废渣热解过程中，有大量的SO2析出，SO2的析出集中在300~600 ℃区间内，在此区间内，还有少量的CO2和H2O析出，CO的析出主要在高温段发生。对燃烧条件下的FTIR分析表明，氧气的存在使得SO2的析出提前，农药废渣中的N在较低温度下以NH3的形式释放，而在热解条件下，农药废渣中的N的释放主要是高温区生成的HCN。
2009 Vol. 29 (23): 45-50 [摘要] ( 447 ) [HTML KB] [PDF 354KB] ( 195 )
51 刘敬勇 孙水裕 龙来寿 陈涛 陈敏婷
金属化合物对工业污水污泥燃烧的催化作用及机制

用热重法研究了不同金属化合物对含工业污水污泥的助燃作用，计算了添加不同金属化合物前后污泥燃烧的特征指数和燃烧反应动力学参数，并以酸洗污泥作为对比，对不同金属化合物的助燃效果和催化机制进行了分析。结果表明，含工业污水污泥中挥发分的析出和燃烧制约着整个燃烧过程，并且污泥在低温段和高温段的燃烧特性不同。污泥添加不同金属化合物K2CO3、NaCl和Al2O3后，其着火点有一定的下降，对污泥的燃烧有促进作用；不同金属元素化合物的加入对污泥燃烧性能有一定的改善，并且在燃烧的不同阶段金属化合物表现出不同的催化能力，其中K2CO3的催化性能强于NaCl和Al2O3。污泥经过酸洗后，燃烧反应速率有明显的提高，活化能降低，综合燃烧性指数提高。不同金属化合物对污泥燃烧的催化机制不同，对污泥着火性能的催化主要表现在金属促进了污泥中挥发性有机物的释放。金属对污泥燃烧催化的机理是金属充当氧的载体，加快氧气扩散速度，促进了氧的转移。
2009 Vol. 29 (23): 51-60 [摘要] ( 486 ) [HTML 1KB] [PDF 621KB] ( 372 )
61 徐晓光 李水清 熊刚 李庚达 宋蔷 姚强
烟气中钾含量对锯屑燃烧过程积灰的影响
基于高温一维下行炉，以锯屑为燃料开展燃烧过程积灰实验研究。通过水洗处理和喷加雾化溶液的方式控制烟气中钾的含量，采用自动控温采样枪收集积灰样品。通过积灰量计算出积灰的采集效率，进而分析烟气中钾浓度与采集效率的相关性。结果显示，烟气中钾含量是影响积灰倾向的关键因素，积灰倾向随烟气中钾浓度的增加显著提高。扫描电子显微镜X射线能谱(scanning electron microcopy, energy- dispersive X-ray，SEM/EDX)微观分析发现，烟气中的钾促进积灰形成的途径主要是：钾与硅铝酸盐结合形成的低熔点化合物促进了飞灰颗粒间的烧结；钾在飞灰表面冷凝增加了飞灰的表面黏性。
2009 Vol. 29 (23): 61-67 [摘要] ( 466 ) [HTML KB] [PDF 762KB] ( 214 )
68 周科 徐明厚 于敦喜 姚洪 温昶
黄铁矿燃烧时亚微米颗粒物的生成特性
将纯黄铁矿在O2/N2与O2/CO2条件下进行沉降炉燃烧实验，采用低压撞击器(dekati low pressure impactor，DLPI)收集燃烧生成的亚微米颗粒物(PM1)，并获得质量粒径分布。利用X射线荧光能谱仪(X-ray fluorescence，XRF)和配备了能谱仪的环境扫描电子显微镜(scanning electron microscope equipped with energy dispersive X-ray spectrometer，SEM- EDS)对PM1的物化特性进行深入表征，研究黄铁矿在不同燃烧气氛下所生成的PM1的质量粒径分布、浓度、元素组成、形貌和成分特性。研究结果表明，黄铁矿燃烧对PM1的生成具有重要贡献。相同O2浓度时，相比于O2/N2燃烧条件，O2/CO2燃烧条件下黄铁矿燃烧过程中PM1的生成量与峰值粒径均减小。在O2/N2或O2/CO2燃烧条件下，随着O2浓度的增加，PM1的生成量与峰值粒径呈增大趋势。PM1的组成主要以S元素为主。在O2/N2燃烧条件下，O2浓度对不同含S化合物的分布具有重要影响，在低O2浓度下，PM1中的S元素主要以S单质的形式存在，而在高O2浓度下，PM1中的S元素主要以硫酸或硫酸盐的形式存在。
2009 Vol. 29 (23): 68-72 [摘要] ( 523 ) [HTML KB] [PDF 376KB] ( 177 )
73 陈国艳 张忠孝 代百乾 王婧 何翔 黄凤豹 陆成
气流床固态排渣实验研究

煤气化技术由于其高煤炭利用率和低污染排放，近年来得到快速发展。为扩大该技术对高灰熔点煤种的适应性，在0.5 kg/h规模的常压富氧气流床气化实验系统上，对我国高、低灰熔点煤在固态排渣温度范围内进行了煤粉富氧气化特性实验研究。研究结果表明：随着温度的升高，有效气浓度增大，碳转化率增大，冷煤气效率增大，灰渣熔融程度增强；随着氧碳比的升高，有效气浓度降低，碳转化率升高；随着停留时间的增大，有效气浓度、碳转化率和冷煤气效率都升高，灰熔融特性更加显著。不同煤种在相同条件下，灰熔融特性也不相同，低灰熔点褐煤在1300 ℃、停留时间为1.5 s时，灰熔融特性比高灰熔点烟煤明显。
2009 Vol. 29 (23): 73-79 [摘要] ( 488 ) [HTML KB] [PDF 648KB] ( 256 )
80 姚顺春 陆继东 潘圣华 蒋梅城 谢承利 李捷 李娉
激光诱导击穿光谱测量未燃碳的煤种适应性分析

将激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)应用于粉煤灰未燃碳的分析。通过快速灰化法制取不同含碳量的粉煤灰样品。利用脉冲激光在大气常压环境下激发样品，探测等离子体发射信号，得到未燃碳的光谱信息。由一种煤样制得的6组灰样构建未燃碳定标曲线，分析另外2种不同煤种的灰样未燃碳含量，以验证激光诱导击穿光谱技术分析粉煤灰未燃碳的煤种适应性能力。研究结果表明，通过采用适当的数据处理方法，由一种煤样制取的粉煤灰建立定标曲线，可分析不同煤种的粉煤灰样品，并能得到良好的定量分析结果。分析信号重复测量值的相对标准偏差小于8.08%，未燃碳定量分析的相对误差小于2.27%。证明了激光诱导击穿光谱技术适用于粉煤灰未燃碳的快速测量，并具有良好的煤种适应性能力。
2009 Vol. 29 (23): 80-83 [摘要] ( 405 ) [HTML 1KB] [PDF 252KB] ( 360 )
动力机械与工程
84 刘占生 崔亚辉 叶建槐 王永亮
非线性油膜力和啮合力作用下齿轮系统的振动特性研究

同时考虑非线性齿轮啮合力和非线性油膜力的影响，建立齿轮–转子–滑动轴承系统的动力学模型。研究2种强非线性因素的共同作用下，系统的非线性动态响应。研究结果表明：转速相对较低时，非线性啮合力对系统振动的影响较大；随着转速的升高，非线性油膜力对振动的影响逐渐增大，并出现“半频涡动”现象，而非线性啮合力的作用相对减小；在一定的转速范围内，“半频涡动”引起的频率成分的振幅甚至超过不平衡质量引起的1倍频的振幅。这是考虑非线性油膜力和非线性啮合力作用时得到的新的结论，这些结论是过去采用线性油膜力模型时难以得到的。
2009 Vol. 29 (23): 84-91 [摘要] ( 471 ) [HTML 1KB] [PDF 1888KB] ( 364 )
可再生能源发电
92 崔映红 陈娟 杨阳 杨勇平
太阳能辅助燃煤热发电系统性能研究
以C50–8.83/0.294型供热机组为例，利用LS–3型直接蒸汽发电抛物面槽式集热器收集太阳能热量，提出几种不同的太阳能与燃煤机组集成发电方案。在对不同的集成系统进行热力性能建模并对其中的太阳能集热器场设计研究的基础上，利用热经济学结构理论进行不同系统的热经济学分析。结果表明，给出的所有集成方案中，取代1段抽汽方案可用的太阳能热量最大；在太阳能集热器场面积相同的情况下，取代1段抽汽方案的经济性能也最好，但仍低于单纯燃煤机组。如不考虑原小容量燃煤机组发电部分的投资成本，取代1段抽汽方案的单位热经济学成本为43.73×10-6元/kJ，小于单纯燃煤机组的69.50×10-6元/kJ，为太阳能辅助燃煤热发电(solar aided coal-fired electricity generation，SACEG) 系统的应用提供科学依据。
2009 Vol. 29 (23): 92-98 [摘要] ( 530 ) [HTML KB] [PDF 378KB] ( 256 )
 
 
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