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中国电机工程学报
2009年 29卷 35期
刊出日期 2009-12-15
热能工程
工程热物理
动力机械与工程
热工自动控制
可再生能源发电
 
可再生能源发电
1 李蓓 郭剑波 惠东 陈继忠
液流储能电池在电网运行中的效率分析

借助实验手段及理论分析，结合电网运行对储能电池的不同需求，开展了全钒液流电池的运行特性研究。明确了影响液流电池储能系统效率的因素，定性、定量地分析了影响电池储能系统效率的内因和外因，包括过电势、支路电流、充放电应用模式、自放电等，指出规模化应用液流电池储能系统时，高电流密度充放电条件下的过电势对系统能量效率的影响极大；在热备用工况下，支路电流与自放电损耗是系统库仑效率的主要影响因素；充放电模式的恰当选择有利于提高储能系统的整体工作效率。该研究为电池储能技术的理论研究及工程示范提供了数据基础及参考依据。
2009 Vol. 29 (35): 1-6 [摘要] ( 448 ) [HTML 1KB] [PDF 382KB] ( 428 )
7 徐莹 孙锐 栾积毅 吴少华
生物质热解气及其成分气再燃还原NO的数值模拟与机制分析

采用Chemkin4.1化学动力学软件，基于详细反应机制的柱塞流反应模型对生物质热解气及其成分气再燃还原NO反应过程进行机制分析和数值模拟研究。给出再燃燃料不同成分气CH4、CO、H2反应还原NO的特性和主要反应，得出CH4具有NO最佳还原效率，并给出最佳反应温度。由于秸秆更高的气相产率和热解气中更多的CH4含量，一定反应条件下，秸秆的热解气脱硝率比稻壳高。入口烟气中的氧气含量对脱硝率具有重要影响，氧量较高时对NO还原影响大的反应活化基团将大量被氧化而减少，使脱硝率降低。计算结果表明，热解气成分中对再燃还原NO起主要作用的是CH4，而CO和H2等成分影响较弱。通过敏感性分析得出：生物质热解气反应中，O和OH为诱导反应发生的主要自由基，CHi+NO和HCCO+NO为消耗NO的主要途径。
2009 Vol. 29 (35): 7-14 [摘要] ( 383 ) [HTML 1KB] [PDF 350KB] ( 347 )
热工自动控制
15 韩忠旭 周传心 朱泽磊
考虑回热系统影响的汽包炉单元机组协调控制对象数学模型

针对汽包炉单元机组协调控制对象的数学模型研究工作中需要解决的现实问题，通过将回热系统纳入机组热平衡进行的数学分析，在汽包炉单元机组全局热平衡的物理概念下，给出一种新型的考虑回热系统影响的汽包炉单元机组实用仿真数学模型。其特点为：物理概念明确；表示方法多样化；模型的具体参数完整并具有客观性；突出受控对象整体的运行机制。同时通过仿真试验进行验证，建立了一个较为客观的控制系统仿真对象，为机炉协调控制系统的评估提供一个方便实用且更加接近客观实际的试验平台和工具。
2009 Vol. 29 (35): 15-21 [摘要] ( 422 ) [HTML 1KB] [PDF 294KB] ( 332 )
22 程启明 程尹曼 郑勇 汪明媚
基于模糊径向基函数神经网络的 PID算法球磨机控制系统研究

针对球磨机制粉系统的多变量、强耦合、非线性和时变性等特点，提出应用于球磨机对象控制的基于模糊径向基函数神经网络的PID控制算法。在这种控制系统中，PID控制器的控制参数采用模糊径向基函数神经网络进行自适应整定，系统控制参数采用混合优化算法，即首先采用混沌粒子群优化(particle swarm optimization，PSO)算法进行离线粗调，再采用BP算法进行在线细调，从而快速全局收敛得到最佳的PID控制参数。Matlab仿真结果表明，该控制系统有效地解决了球磨机这种复杂对象的控制问题，该系统控制参数的优化算法收敛快、不易陷入局部极小点，系统控制跟踪快、超调小、解耦好、鲁棒性和适应性强，控制品质优于传统PID解耦控制方法。
2009 Vol. 29 (35): 22-28 [摘要] ( 435 ) [HTML 1KB] [PDF 395KB] ( 403 )
29 牛成林 刘吉臻 马永光 李建强
基于增量数据挖掘的氧量最优值确定
氧量是锅炉运行的重要参数，氧量最优值的合理确定是提高机组运行水平的重要措施。该文提出了基于增量数据挖掘的氧量最优值确定新方法。在机组实际运行数据的基础上采用模糊数值型关联规则挖掘算法挖掘机组的最优氧量及其所有频繁项集，同时将增量挖掘引入到关联规则挖掘过程中，提出改进的增量式模糊数值型关联规则挖掘算法，解决机组运行状态发生改变后的最优值增量更新问题，提高了挖掘的效率。通过对某300 MW机组运行数据的分析表明，该方法确定的氧量最优值可以降低机组供电煤耗率，提高运行经济性，可用于指导机组优化运行。
2009 Vol. 29 (35): 29-34 [摘要] ( 451 ) [HTML 1KB] [PDF 270KB] ( 332 )
热能工程
35 张彦军 杨春 程乐鸣 施正伦 王勤辉 骆仲泱
循环流化床锅炉炉内屏式过热器蠕变破裂预测

针对循环流化床锅炉炉膛悬吊受热面的超温爆管问题，采用屏式过热器温度预测模型分析金属管蠕变破裂时间随进口联箱布置形式、工质流量、运行风速以及耐火材料层高的变化。根据计算结果，当屏工质流量降为额定工况下工质流量的60%~70%时，屏各管出口处金属蠕变破裂时间都减少到3 000 h以下；运行风速从4 m/s提高到6.5 m/s，各种联箱布置形式蠕变破裂时间减少幅度都在50%左右；而耐火材料层敷设高度的增加和表征耐火材料层厚度的折算系数的减少都能够大大提高各管的蠕变破裂时间，工质出口温度降低值因折算系数不同而不同，但原本工质温度越高的屏管，敷设耐火材料层后工质出口温度降低值越大。
2009 Vol. 29 (35): 35-40 [摘要] ( 455 ) [HTML 1KB] [PDF 305KB] ( 342 )
41 刘爱虢 翁一武
不同控制方式对熔融碳酸盐燃料电池/ 微型燃气轮机混合动力系统运行特性的影响

对不同控制方式下熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机(molten carbonate fuel cell/micro-gas turbine，MCFC/MGT)混合动力系统非设计工况下的运行特性进行了分析。为使混合动力系统在部分负荷时有好的运行特性，提出了不同的控制方式，并将系统和部件在不同控制方式下的运行特性进行了比较。结果表明，在不同的控制方式下系统的特性会发生明显的变化。其中，变转速控制使系统有较好的性能，但这种控制方式会导致压气机在低转速下发生喘振。对燃气轮机的分析结果表明，由于压损的增大以及压气机和透平效率的下降，最终导致燃气轮机的输出功下降。
2009 Vol. 29 (35): 41-47 [摘要] ( 404 ) [HTML 1KB] [PDF 308KB] ( 294 )
48 阎维平 李春燕 米翠丽 梁秀俊
近临界压力区传热恶化对超临界锅炉水冷壁温度场的影响

采用双线性四边形法对螺旋管圈水冷壁和鳍片进行了剖分。将螺旋管圈水冷壁在平面上展开并划分为7个区段，采用分区段热力计算的方法确定各区段平均热负荷，通过对焓增值的计算确定各管工质在各个区段入口和出口的压力和温度。在螺旋管圈出口位置布置了温度测点，计算了在70%锅炉最大连续蒸发量(boiler maximum continuous rating，BMCR)、65%BMCR、60%BMCR 3种工况下的各段校核水冷壁壁面温度，通过螺旋管圈出口处计算值与测量值的比较验证了计算模型的合理性。采用传热恶化试验关联式，预测了超临界锅炉运行在近临界压力区发生传热恶化后的最高管壁温度，为锅炉的安全运行提供了比较可靠的参考数据。
2009 Vol. 29 (35): 48-53 [摘要] ( 424 ) [HTML 1KB] [PDF 275KB] ( 465 )
54 胡琳 李占斌 何晓嫒
空冷机组设计中典型气象年的选取

以府谷清水川电厂为例，对空冷机组典型气象年(typical meteorological year，TMY)的选取进行探讨，根据影响空冷机组设计及运行的气象因素，确定平均温度、最高温度、最低温度、平均风速和最大风速等5个气象参数作为因子，利用Finkelstein-Schafer(FS)统计方法选取TMY，并与传统的典型代表年(typical reference year，TRY)进行设计气温、满发气温等几方面的对比分析。结果表明，TMY较TRY更能反映建设项目所在地气温变化的长期规律，适应机组夏季满发的“多发电量”性质要求，且TMY所选设计气温更有利于机组经济运行，因此可以得出FS方法选择TMY是切实可行的，且明显优于TRY，对空冷系统的设计更具应用价值，同时总结典型年选取的步骤，首先确定资料统计时段，然后选取典型月(typical meteorological month，TMM)组成一个“虚拟”气象年。
2009 Vol. 29 (35): 54-58 [摘要] ( 381 ) [HTML 1KB] [PDF 246KB] ( 325 )
工程热物理
59 魏砾宏 齐弟 李润东 杨天华
超细干污泥与煤粉的着火特性分析

利用热天平研究沈阳市3个污水处理厂超细化干污泥与超细煤粉的着火特性，讨论了氧气浓度、污泥掺混比例对污泥着火特性的影响，并对燃烧反应低温段进行了反应动力学分析。结果表明，当升温速率为20 ℃/min，氧气体积浓度为20%时，污泥样品的着火温度低于铁法煤粉约50~60 ℃，主要原因是污泥挥发分含量(49.3%)远高于煤粉(30.3%)；挥发分含量(x)和着火温度(y)呈指数关系y=215.043 3+ 2382.723e-x/12.135 5；厌氧消化污泥与生物膜法腐殖污泥具有相近的挥发分含量及着火温度，由于二者的挥发分含量低于活性污泥法的剩余污泥，二者的着火温度相对较高；随着氧气浓度和挥发分含量的增加，超细化干污泥和煤粉的着火温度降低，但挥发分含量对着火温度的影响远大于氧气浓度的影响。污泥掺混比例大于40%时，污泥与煤掺混样品的着火温度明显下降。
2009 Vol. 29 (35): 59-64 [摘要] ( 432 ) [HTML 1KB] [PDF 265KB] ( 279 )
65 丁峰 张军营 赵永椿 郑楚光
天然矿物材料吸附剂脱除烟气中单质汞的实验研究
为了揭示天然矿物材料吸附剂的脱汞机理，在固定床反应器上研究了凹凸棒石、丝光沸石、膨润土和蛭石4种硅酸盐矿物吸附剂对模拟烟气中单质汞的脱除能力。利用X射线衍射仪和比表面积与孔径测定仪对4种吸附剂进行了表征，采用VM3000 在线测汞仪(CEMS)对单质汞的进出口浓度进行实时检测并利用QM201型原子荧光测汞仪对实验后样品中的汞含量进行了消解测定。分别探讨热活化和吸附温度的影响，对比4种吸附剂的吸附效率。结果表明热活化未提高4种吸附剂对单质汞的脱除能力；提高吸附温度有利于对单质汞的脱除；4种吸附剂对汞的吸附并不是单纯的物理吸附；在30 min内膨润土的吸附率为1029 ng/g，是凹凸棒石的近2倍，在120℃时丝光沸石表现出对单质汞的氧化能力，而其本身吸附效果不明显。
2009 Vol. 29 (35): 65-70 [摘要] ( 408 ) [HTML 1KB] [PDF 322KB] ( 318 )
71 任建莉 罗誉娅 陈俊杰 何胜 徐璋
汞吸附过程中载银活性炭纤维的表面特征

用4种浓度不同的硝酸银溶液浸渍活性炭纤维制备载银活性炭纤维样品(ACF-1、ACF-2、ACF-3和ACF-4)。电镜扫描结果表明纤维表面附着的银颗粒直径随硝酸银浓度的升高而增大，结晶点位数量随浓度的升高而增多，且较多地分布在微孔边缘和交界处。电感耦合等离子体质谱仪分析表明各炭纤维载银量随浓度的升高而增大，并呈近似线性关系。汞吸附实验表明炭纤维负载银后对汞的吸附性能均得到提高，其提升程度与纤维表面的载银量有显著关联，其中ACF-4的单位汞吸附量约为原始活性炭纤维的33倍。X射线光电子能谱分析表明由于载银过程中纤维表面的氧(—O)物种增多，产生Ag—O—C配位键，增强了银粒子与纤维基体的相互作用，因而提高了纤维表面对汞的吸附势能和吸附容量。
2009 Vol. 29 (35): 71-76 [摘要] ( 487 ) [HTML 1KB] [PDF 624KB] ( 319 )
77 罗锦英 罗津晶 黄华伟 陈进生
改性活性炭吸附气态汞的试验研究

在小型固定床实验台上对中孔分子筛(SBA–15)、煤基活性炭(BPL)、不同含水量活性炭、苯酚和苯甲酸改性活性炭进行气态汞的吸附实验。结果表明：相对于中孔而言，微孔更有利于气态汞的吸附。负载羧基样品对气态汞的吸附能力与原始活性炭相比有很大提高。当羧基负载量为 28.89 mg羧基/g活性炭时，样品对气态汞的吸附性能达到最佳；经酚羟基改性样品，其对气态汞的吸附能力显著降低，当达到吸附饱和时，原始活性炭的吸附量为306.55 μg/g，而酚羟基改性样品最大吸附容量为133.1 μg/g，且负载量与气态汞吸附量呈负相关，由此推测酚羟基对气态汞的吸附没有促进作用，而羧基有利于气态汞的吸附。活性炭表面存在适量水分有利于气态汞的吸附，当样品表面含水率为14.49%时，样品的吸附性能达到最佳。
2009 Vol. 29 (35): 77-82 [摘要] ( 482 ) [HTML 1KB] [PDF 337KB] ( 402 )
83 孙剑峰 刘建忠 王洁 周俊虎 胡亚轩 岑可法
超声浸渍法制备高温煤气脱硫剂及其表征和活性研究

应用超声浸渍法和普通浸渍法分别制备Fe、Mn、Cu、Ce、Ca和Zn 6种金属物系的高温煤气脱硫剂，并采用等离子体发射光谱、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对脱硫剂进行表征，在固定床上进行脱硫剂的活性测试。研究结果表明，超声浸渍促进活性成分的负载，丰富脱硫剂的孔隙结构，并具有细化和均化颗粒的效果。SEM结果显示，超声浸渍制备得到的脱硫剂颗粒较小而且分布均匀，烧结程度较轻。XRD分析表明超声浸渍对脱硫剂的晶粒分布状态有影响。活性测试结果表明，超声浸渍制备得到的脱硫剂活性有大幅度的提高，特别是铁系脱硫剂。几种物系脱硫剂在相同超声条件下制备得到的脱硫剂的活性比较结果为：Fe> Mn>Cu>Ce>Ca>Zn。
2009 Vol. 29 (35): 83-88 [摘要] ( 407 ) [HTML 1KB] [PDF 511KB] ( 328 )
89 雷达 金保升
电站选择性催化还原系统速度场测量方法
用皮托管或热线风速计等传统测速工具，直接测量电站选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)系统中催化剂层入口速度场，效果不能令人满意。提出一种将催化剂层置于氨氮摩尔比大于1的环境中，测出催化剂层入口、出口NO浓度场，再由浓度场算出催化剂层入口速度场的新方法。研究新方法的2个要点：催化剂层入口、出口NO浓度场与催化剂层入口速度场之间关系；测量时催化剂层入口氨氮比的设定。根据研究结果制订测量方案。结合电站SCR系统实例，用传统方法与新方法，分别试验测出催化剂层入口速度场。通过计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)模型对测量结果进行分析。分析结果显示：该方法是可行、有效的；相对于传统测量方法，新方法减轻了测量位置的偏差对测量结果的影响。
2009 Vol. 29 (35): 89-95 [摘要] ( 441 ) [HTML 1KB] [PDF 425KB] ( 350 )
96 梁秀进 仲兆平
基于FLUENT软件的有限速率模型对选择性非催化还原工艺的模拟

介绍了利用FLUNET软件中有限速率模型对氨作还原剂的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction，SNCR)脱硝的模拟方法，对模拟结果进行了分析。引入简化后的SNCR工艺化学反应机理并对所采用机理进行了Chemkin软件的模拟修正，使模拟结果与实验结果拟合良好。通过对试验的不同工况的FLUENT模拟及分析可知，修正后的简化模型可以正确反映温度、氨氮比及泄漏氨对工艺效果的影响。由于简化模型的引入，避免了SNCR工艺FLUENT模拟中大量基元反应造成的计算量过大的问题，这使得对大型锅炉的SNCR工艺的NOx脱除模拟变得可行。
2009 Vol. 29 (35): 96-101 [摘要] ( 374 ) [HTML 1KB] [PDF 280KB] ( 432 )
102 耿凡 袁竹林 王宏生 李斌 徐大勇
流化床中细长柔性颗粒分布特性的数值研究

细长柔性颗粒的循环流化在工业生产中应用广泛，其流化特性比球形颗粒和细长杆状颗粒复杂。该文采用离散元方法，根据多刚体动力学理论及动量守恒定理，引入细长链结构描述细长柔性颗粒的运动，建立了考虑其碰撞冲击和铰约束以及摩擦作用的颗粒运动数学模型，并根据所建立的模型，对一实际冷态提升管内气固两相流进行了数值模拟以研究细长柔性颗粒的分布特性。结果发现，提升管内细长柔性颗粒分布不均匀：通常管内底部区域颗粒较多，上部区域颗粒相对较少。且细长柔性颗粒在近壁区域分布较为密集，流化过程有颗粒结团现象，与工程试验结果一致。
2009 Vol. 29 (35): 102-108 [摘要] ( 368 ) [HTML 1KB] [PDF 387KB] ( 296 )
动力机械与工程
109 谢永慧 汪勇 陈建辉 张荻
液固高速撞击下材料损伤机制的数值和实验研究
为了进一步掌握液固高速撞击造成材料损伤的机制，从数值分析和实验两方面进行了研究。对国内外液固高速撞击的研究状况进行综述，建立有限元与光滑粒子动力学耦合数值模型，并且搭建了液固高速撞击试验装置。数值分析有机玻璃和钢材在液滴打击下的状况，获得了液滴撞击下材料内部的应力应变过程；试验中利用高速数码摄影系统得到了撞击时的射流速度，采用三维超景深数码显微系统对高达600 m/s的射流撞击钢材时产生的表面损伤进行了研究，得到三维凹坑深度及尺寸数据，对比表明数值分析得到的凹坑深度与实验数据吻合较好，证明了数值模型的可行性和精确性。
2009 Vol. 29 (35): 109-118 [摘要] ( 410 ) [HTML 1KB] [PDF 1301KB] ( 549 )
119 苏奕儒 何立东 汪振威 常健
单盘刚性转子双平面液压主动平衡技术研究
提出一种双平面液压主动平衡方法对单盘刚性转子的不平衡振动进行在线消除。在分析双平面液压主动平衡原理的基础上，建立了一套带有单圆盘的转子实验台，制定了双平面的2种安装方案。利用有限元法建立了该实验台的转子模型，分析了2种安装方案的平衡效果，并确定了各个平衡方案下的最佳控制方法。在实验台上对2种安装方案的平衡效果进行了实验验证。有限元分析和实验结果均表明，不同的安装方案需要采用的控制方法各不相同，采用最佳控制方法的双平面主动平衡技术可以有效地消除单盘转子的不平衡振动。
2009 Vol. 29 (35): 119-124 [摘要] ( 366 ) [HTML 1KB] [PDF 434KB] ( 318 )
125 王智 安连锁 韩中合
叶栅形状变化对自发凝结影响的数值研究
对汽轮机叶栅中的自发凝结两相流动进行了数值模拟，气相采用N-S方程，液相凝结过程采用积分方法求解构造的多阶参数。计算结果显示，与过热蒸汽流动相比，湿蒸汽流动会在叶栅吸力面产生明显的边界层分离现象，所产生的损失不应被忽略。液相参数分布对叶型吸力面型线敏感。型线变化直接影响成核区分布，并通过影响尾迹强度决定下游主流的不平衡状态。分析了叶型变化对成核过程、边界层分离和尾迹涡强度的影响。通过数值研究，提供了减少因凝结产生的各种损失、设计高效湿蒸汽级的方法。
2009 Vol. 29 (35): 125-130 [摘要] ( 387 ) [HTML 1KB] [PDF 546KB] ( 362 )
 
 
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