基于燃机余热和地热能的联合发电系统优化设计及热力性能分析

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表明:通过系统参数优化,联合系统实现了余热在2个子系统中的合理分配,加深了燃机余热的进一步利用;当一级闪蒸压力取99.89 kPa、二级闪蒸压力取29.4 kPa、S-CO_(2)质量流量取22.68 kg/s、分流比取0.3085时,联合系统最大净输出功达到6.402 MW,对应余热效率为67.9%;当一级闪蒸压力在90~115 kPa、二级闪蒸压力在25~35 kPa时,联合系统均可实现较高的净输出功,与最佳值的相对偏差在0.8%以内;随着S-CO_(2)流量或分流比逐渐增大,联合系统的净输出功均呈现先增大后减小的规律;联合系统的最大净输出功随S-CO_(2)透平进口压力的增大而增加,随S-CO_(2)透平出口压力和预冷器出口温度的增大而减小。

二次再热燃煤-捕碳-制甲醇系统集成设计与优化

针对碳捕集电厂的高能耗及CO_(2)的后续利用问题,设计了一种二次再热燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统。以某1000 MW超超临界二次再热机组为例,采用动态自适应粒子群优化算法对所提系统参数进行优化计算,分析了碳捕集率和光电制氢成本等因素对系统性能的影响。结果表明:当碳捕集率为90%时,一体化系统的热效率相比燃煤-捕碳机组提高了6.62%,CO_(2)排放强度降低了4.45 g/(kW·h),净收益提高了33.42亿元;当碳捕集率在40%~90%内变化时,一体化系统的热效率能够稳定保持在49%以上;随着未来光电制氢成本的下降,一体化系统的净收益将显著提升。

基于多层感知机的超超临界火电机组煤耗建模

提高燃煤火力发电机组的运行灵活性成为目前消纳新能源入网的可靠手段,然而燃煤机组频繁变负荷、变煤种的特点大大增加了机组运行优化控制的难度,迫切需要研究和开发更智能、更先进的运行优化方法。建立准确的能耗动态模型是实现优化运行的基础,为提高机组运行优化效率,提出了一种基于多层感知机神经网络(MLP)的煤耗建模方法,该方法统筹考虑锅炉侧和汽机侧参数对煤耗的耦合影响关系。以一台660 MW超超临界火电机组为建模对象,选择了54个主要的运行参数作为模型的输入特征,输入特性包含锅炉侧主要运行参数、汽机侧主要运行参数以及电气侧主要运行参数,选取2年的运行数据作为建模数据,数据经预处理后最终确定306234组用于模型的训练与验证,其中80%的数据用于模型训练,剩余20%的数据用于模型验证。模型训练采用EarlyStopping技术监控训练集的均方根误差(MSE),模型训练过程中还需要对网络层数、隐藏层节点数及训练批次数据量大小(batch_size)进行优化,由于神经网络的初始系数随机生成,计算结果可能存在随机性,因此每个参数的调参次数均为5次,并采用其平均数作为最终值,最终确定模型隐藏层数为1,隐藏层节点数为64,激活函数选用relu,每次训练抓取的数据量为256。在训练集和测试集表现效果方面,分别有97.69%和97.67%的煤耗预测值与实际值绝对误差位于±0.325 g/(kW·h),其中分别有62.22%和61.93%的煤耗预测值与实际值绝对误差位于±0.125 g/(kW·h),同时训练集和测试集在不同误差时的出现频率基本相同,说明MPL模型的泛化能力较好。MLP可替代机理模型进行煤耗计算,为实现在线实时优化奠定基础。

空冷机组汽轮机主轴直接驱动给水泵的变工况运行仿真试验

汽轮机主轴直接驱动给水泵技术是一种全新的给水泵驱动方式,目前国内尚无成熟的运行经验。针对采用该技术的某350 MW直接空冷机组进行了系列变工况运行仿真试验。结果表明:对于配置1台100%容量主机泵和1台50%容量备用泵的机组,该技术完全能够满足在机组背压快速变化、负荷变化及给水泵故障等工况下给水流量的需求。

灵活性运行1000MW机组汽轮机高压内缸温度场和应力场的有限元模拟

通过对某1000MW机组汽轮机高压内缸现场三维扫描后建模,调取调峰工况下高压内缸进出口温度和压力参数,有限元模拟计算稳态及变负荷工况下该汽轮机高压内缸缸体的温度场和应力场。结果表明,在满负荷和低负荷稳态运行时,高压内缸温度场和应力场分布均匀,低负荷时的最大应力小于满负荷。随着机组负荷的增加或降低,内缸温度变化不大,但其最大应力相应地增大或减小,可见,汽轮机的启停和变负荷会导致高压内缸应力的周期性变化,从而对内缸的疲劳寿命产生影响。

火电机组热力系统汽水分布通用矩阵方程

通过严密的推导论证 ,首次给出了火电机组热力系统汽水分布的通用矩阵方程。该方程全面反映了主系统及各种辅助系统的影响 ,构造容易 ,各项含义明确。不仅可以简化传统的火电机组热力系统的计算 ,为编制通用的热力系统计算程序提供了依据 ,而且为火电机组热力系统节能分析特别是为进行局部的定量分析提供了新的理论基础。

蒸汽管道方(矩)形补偿器的设计与选用

[目的]通过详细的分析和比较,探讨不同类型的蒸汽管道补偿器对管道热应力及其相关参数的影响,以优化电厂项目中的蒸汽管道设计,为未来类似项目中补偿器的选择和设计提供科学依据和参考。[方法]通过构建不同类型(方形和矩形)补偿器的管道模型,进行热应力模拟,分析不同臂长的多种补偿器配置情况,以评估这些因素对管道的最大一次应力、最大二次热应力、热位移以及固定点约束反力的影响。[结果]不同类型的补偿器对管道的热应力表现出显著的影响。优化补偿器的选择和配置能够显著提高管道系统的整体稳定性和可靠性。[结论]研究结果不仅能够指导类似项目的补偿器选型,还为提高管道系统的安全性和经济性提供了理论依据和实践经验。

强制流动蒸发系统水动力特性的数值分析方法及应用

本文从基本物理方程出发，利用作者提出的流体微元追踪计算方法建立了描述蒸发系统热力过程的数学模型，并利用该模型对直流锅炉蒸发系统的水动力不稳定性进行了全面的数值分析与综合。文中的有关结论对于蒸汽发生系统的设计、运行以及水动力不稳定性试验方案的优化等均有一定的参考阶值。

超超临界机组采用MC系统的变工况性能研究

基于常规超超临界机组热力系统(常规系统),提出了取消中压缸抽汽,引入回热式小汽轮机抽汽的主循环(MC)系统的设计方案。以某超超临界1 000MW机组为例,利用EBSILION软件对常规系统和MC系统进行机组变工况下热力学计算分析和比较。结果表明:采用MC系统的机组,在设计工况下,机组发电效率比常规系统提高0.15%,发电煤耗降低0.92g/(kW·h);在30%负荷下,机组发电效率比常规系统提高0.24%,发电煤耗降低1.61g/(kW·h)。因此,采用MC系统的超超临界机组具有良好的变负荷特性,且更适合于低负荷工况下的高效经济运行。

煤耗与辅助汽水流量的通用微分关系式

根据火电机组热力系统汽水分布通用矩阵方程、比内功方程、循环吸热量方程及发电标准煤耗率的计算公式 ,首次导出了凝汽式火电机组发电标准煤耗率与辅助汽水流量的通用微分关系式 ,利用这一关系式 ,可以方便地计算辅助汽水流量的变化对发电标准煤耗率的影响 ,克服了用传统方法计算这一问题时的繁杂、易错的弊病。特别是 ,在这一关系式的基础上 ,可获得辅助汽水流量对发电标准煤耗率影响的强度矩阵 ,通过强度矩阵可以方便的分析各股辅助汽水流量的变化对煤耗率的影响程度。这为火电机组节能降耗的分析工作提供了一种新的工具 ,具有重要的实际意义。

用于控制系统研究的300MW机组锅炉动态模型

依据系统机理推导了300MW机组锅炉的动态模型。模型的输入为给水阀开度、汽机调门开度、燃料量、给水温度;输出为汽包压力、汽包水位、蒸汽流量。模型中各系数与运行工况有关,可根据当前的汽包压力、锅炉物理结构数据及水蒸汽性质得到。该模型反映了实际系统的时变性及非线性,可用于基于模型的锅炉控制算法的研究,也可用于火电站实时仿真机上。

1000MW超超临界二次再热机组外置式蒸汽冷却器布置方式研究

以某1 000 MW超超临界二次再热机组为例,利用单耗分析方法,计算了单级串联、双级串联、双级并联3种外置式蒸汽冷却器的布置方式对机组能耗的影响,得到了外置式蒸汽冷却器的最佳布置方式和热力系统中各设备单耗的变化规律,并分析了最佳布置方式下机组单耗随负荷的变化趋势.结果表明:外置式蒸汽冷却器可以提高给水温度,减少锅炉的不可逆损失,这是机组单耗降低的主要原因;采用单级时,布置于第2级的效果最佳,可使机组单耗降低0.632g/(kW·h);采用双级时,布置于第2、第4级的串联方式效果最佳,可使机组单耗降低1.122g/(kW·h);随着负荷的降低,双级串联外置式蒸汽冷却器的降耗效应略有下降.

火电机组回热系统的通用物理模型及其汽水分布方程的解

在总结各种不同回热系统的特点及不同汽水分布方程的基础上,提出了结构简明的回热系统通用物理模型.在此基础上建立了回热系统汽水分布方程,并进而获得了该汽水分布方程的递推解.该递推解形式简单,可适应于各种不同的回热系统.通用物理模型及所得各级抽汽量的递推解为火电机组的热经济性分析和耗差分析提供了新的分析方法.

基于粒子群算法的压水堆核电机组回热系统优化

针对核电机组二回路系统的特点,经过推导构造了通用型核电机组热经济性计算框架。据此,选择循环热效率作为优化目标,抽汽压力作为优化变量,建立了通用型核电机组回热系统优化模型。以某压水堆核电900MW机组为例,将自适应权重粒子群(AWPSO)算法应用于核电二回路给水回热分配优化。计算结果表明,该算法具有良好的收敛性和搜索性,其优化结果优于传统方法和原设计方案,为压水堆核电机组二回路回热系统优化设计提供了一种便捷的方法。

基于过程系统工程理论的热力系统性能模拟

在介绍了过程系统工程理论的基础上 ,采用过程系统工程理论的序贯模块法建立了电站汽轮机热力系统的过程单元模拟和系统模型 ,并采用回路断裂与收敛策略对热力系统进行了性能拟 ,验证了模型精度 ,最后分析了过程系统工程理论在电站过程系统性能模拟、分析。

工业管道保温结构的优化设计及节能分析

目前，工业管道广泛采用等厚度保温结构：针对某运行管道进行现场测温，并应用Fluent软件对测试数据进行分析，发现管道表面温度具有“上高下低”的分布规律，因此，工业管道采用等厚度保温结构设计并不合理。在环境有风和无风条件下，分别对管道外表面温度分布规律进行了分析，并利用换热网络法，以管道表面散热损失最小和经济效益最大为优化目标，建立了管道保温结构优化设计模型，并提出了工业管道非等厚度保温结构设计的新方法。研究结果表明，在管道内部介质参数相同条件下，以国标允许的散热损失值进行保温结构设计时．与等厚度保温结构设计相比，采用非等厚度保温层结构可减少保温材料体积3％～4％，降低保温工程费用3％～4％.

基于G1-GRA的火电厂综合性能评价模型研究

我国燃煤电厂是电力重要供应商,也是最大的煤炭和水资源消耗企业,因此造成巨大的SO2,NO x和CO2排放量。在当前低碳可持续发展的大背景下,为燃煤电厂建立一套科学、合理、可行的综合评价体系,以衡量其热经济性和环境的协调发展就变得尤为重要。提出了基于G1-GRA的组合评价模型,在确立燃煤电厂综合性能评价指标基础上,采用G1法确定指标权重,再根据灰色关联(GRA)评价方法对燃煤电厂600 MW机组的综合性能进行评价。结果对于复杂能源利用系统的综合性能评价和系统在资源、经济、环境因素下的优化和决策问题有一定的指导作用。

10CrMo910钢薄壁主汽管θ法寿命评估及其应用研究

从实验、理论及应用三方面研究了θ法修正方程在 １０ＣｒＭｏ９１０钢蠕变寿命评估中的应用。研究结果表明，用θ法修正方程对１０ＣｒＭｏ９１０钢蠕变断裂性能数据进行处理效果较好；热力学理论研究阐述了θ法修正方程中三参数与应力及激活能的关系，指出可用短时高应力下的蠕变试验数据来确定低应力下的长期蠕变曲线；运用该方法对发电厂主汽管道的剩余寿命进行评估，实践证明其结果与传统法结果及管道实际蠕胀状况相吻合。此外，通过该方法还可描述管道在实际运行状态下的变形量与时间的关系曲线，从而为管道蠕胀测量工作提供了理论依据。

基于径向基概率神经网络的高压加热器故障诊断

应用径向基概率神经网络实现高压加热器的故障诊断。介绍了RBPNN网络的结构和学习算法;总结了高加的故障集、征兆集和故障特征数据。在Matlab环境下给出了高加故障诊断的具体实例,表明该方法是一种可行有效的高加故障诊断方法。

基于自适应粒子群算法的燃煤-捕碳机组热力系统优化设计

以某1 000 MW超超临界燃煤机组为例,提出了一种新型燃煤-捕碳机组热力系统设计方案,建立了该方案下机组的热经济性计算框架及回热系统参数优化模型,并引入自适应粒子群算法进行优化计算.结果表明:新设计燃煤-捕碳机组的热经济性显著改善,循环热效率比捕碳改造机组相对提高10.7%;自适应粒子群算法收敛快、稳定性好,其优化结果明显优于其他方法,能够适用于燃煤-捕碳机组的热力系统优化设计.