绝热压缩空气储能系统的热力性能与经济性分析

绝热压缩空气储能技术(A-CAES)可用于可再生能源电力的调峰、调频,是实现“双碳”目标的有效手段。为研究级数、上端差、节流阀后压力等关键参数对系统热力学效率与经济性的影响,实现最低度电成本,构建了基于MATLAB的A-CAES模型,并进行计算。结果表明:在模拟工况范围内,效率随级数、上端差的增加而降低,随节流阀后压力的增加而增加,效率最高可达70%以上;二级压缩、二级膨胀的度电成本最低,为0.0413~0.0450美元/(kW·h);度电成本随节流阀后压力的增大而减小;当上端差大于2.5 K时,度电成本随上端差的增大而增大。因此,A-CAES可实现高效、低成本储能。

塔式太阳能吸热器曲面涂层吸收率测试方法研究

吸热器涂层吸收率的准确测量对吸热器性能评估、优化具有重要意义。目前吸热器涂层吸收率的实验研究大多局限于平面金属基材。以塔式太阳能熔盐吸热器圆柱形吸热管为研究对象,提出蓝丁胶法和漫反射盒法2种广泛适用的测量曲面涂层吸收率测试方法。蓝丁胶法器材准备简单,操作复杂;漫反射盒法器材准备复杂,操作简单。2种方法在测量过程中隔绝环境光线干扰,得到各种涂层附着于平板和圆管表面的测量吸收率,通过不同涂层在平板和圆管上的吸收率对应关系建立拟合曲线,从而修正测量数据得到吸热管涂层吸收率,拟合曲线精确性R^(2)≥0.995;不遮光条件下直接测量2.5cm直径吸热管吸收率,最大相对误差为13.39%,使用蓝丁胶法和漫反射盒法后相对误差分别降为0.27%和0.45%,2种方法各点结果相对误差之差小于0.30%,测量过程中涂层吸收率越大,各因素对测量结果影响越小;在蓝丁胶测试方法中,吸热管直径越大,测得的吸收率越小。

适用于下一代太阳能热发电的集热颗粒磨损特性研究

以铝矾土惰性颗粒为研究对象,使用三腔磨损试验台获取颗粒耐磨性能和粒径分布变化规律,颗粒120 h磨损率约2.5%,粒径分布演变模型中转化比例符合正态分布(σ=1/2,d_(s)=4d)时模拟效果最好。提出磨损转换系数,通过引入磨损耗散能量作为中间量,将磨损测试设备中获取的颗粒磨损特性推广到实际太阳能热发电系统中。以100 kW太阳能热发电系统为例,计算得铝矾土惰性颗粒在系统各设备间循环一次的磨损相当于在三腔磨损试验台中运行0.0114 h,从而获得系统补料策略。

铜铝锌复合金属氧化物导热系数和储热特性研究

铜铝复合金属氧化物储热材料导热系数低,该文通过复合导热相氧化锌提高导热系数,对其导热提升机理和改善后的储热特性进行研究。结果表明:铜铝锌复合金属氧化物Cu_(9)Al_(1)Zn_(3)固体介质连续性提高/孔隙率降低/导热系数提高71%;同时其氧化还原基本可逆,还原/氧化反应时间从Cu_(9)Al_(1)的1.45 min/4.48 min降到1.16 min/2.82 min,循环稳定性高,在200次循环内能够保持98.3%的还原特性和94.2%的氧化特性;成型模块储热试验中Cu_(9)Al_(1)Zn_(3)模块还原/氧化反应时间从Cu_(9)Al_(1)的30.4 min/24.5 min降到20.5 min/22.9 min,反应速率加快,反应时间缩短,能够更快完成储放热响应。

基于PNGV模型与自适应卡尔曼滤波的铅炭电池荷电状态评估

储能电池应用广泛,准确估计储能电池的荷电状态(state of charge,SOC)对提高电池健康状态有重要意义。铅炭电池作为一种高性能、低成本、高安全性的新型储能电池,在储能电站等场景受到广泛关注,而目前尚缺少铅炭电池SOC估计相关研究。本工作首先通过静流间歇滴定技术探究铅炭电池的荷电状态与开路电压关系,后通过混合脉冲功率性能试验得到铅炭电池的伏安特征数据,建立一阶Thevenin和一阶PNGV等效电路模型,利用基于代理模型和灵敏度分析的随机算法(surrogate optimization algorithm,SOA)对两种等效电路模型进行参数辨识。在此基础上,利用扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF)估计铅炭电池SOC,估算过程考虑噪声干扰。另外,在铅炭电池SOC初值未知的情况下,EKF算法不能准确估计铅炭电池SOC。因此,本工作提出采用自适应扩展卡尔曼滤波算法(adaptive extended Kalman filter,AEKF)对铅炭电池进行状态估计,来弥补EKF的不足。结果表明,在存在噪声且SOC初值未知的情况下,AEKF算法较EKF算法和安时积分法更能准确估计铅炭电池SOC,在给定SOC初值为0.9时,误差最小,为3.91%,验证了算法的有效性与适用性,提高了铅炭电池荷电状态估计的准确性和可靠性。

太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出波动策略研究

为研究太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出功率波动性策略问题,建立了光伏-光热-蓄电池联合发电系统,以光伏为主要出力,太阳能空气布雷顿循环和蓄电池为辅稳定光伏输出功率波动,并根据微燃机高效运行方式及联合发电系统变负荷方式提出了4种运行策略。结果表明:4种策略均能在一定程度上降低光伏输出功率波动性,且在相同蓄电池容量下,策略二光伏输出功率波动性最小,策略三蓄电池最大充电功率最小;随着蓄电池容量的增加,4种策略光伏输出功率波动性均在减少,并且策略二和策略一在平抑输出功率波动性能力上不断接近;在储热与储电容量比例为3∶4时,策略一~策略四相对仅光伏运行时的输出功率波动性分别减少了80.7%、88.3%、50.5%和55.1%。

矿热炉塌料过程中烟尘扩散的数值模拟

以铁合金生产车间为研究对象,利用Fluent软件对车间内矿热炉生产过程中塌料事故的烟尘扩散规律进行非稳态的数值模拟。对连续相和离散相,分别采用标准k～ε模型和DPM模型,分析不同风速和风向的烟尘扩散规律。研究结果表明:当风速在2 m/s以下时,南风能更有效地排除烟尘,并且风速越大,清洁作用越明显;当塌料事故结束时,不论何种风速或风向,车间内烟尘污染面积达到最大;在300 s且无风时最大烟尘质量浓度是风速为4 m/s时的36.6倍;车间内的死角是烟尘最难排出的地方,北风风速为0.2 m/s的最大停留时间长达4 800 s。

煤灰酸浸渣碳分法制备纳米白炭黑的试验研究

煤灰渣是我国目前排量最大的工业废渣之一,如何综合利用煤灰渣,实现其资源化利用具有重要意义。以黑龙江某热电厂煤灰为原料,硫酸酸浸提铝后得到高硅残渣,此高硅渣与碳酸钠高温焙烧后水溶制备Na2SiO3溶液,再采用碳分法制备纳米白炭黑。通过单因素试验得到反应的优化条件为:反应温度75℃,通气速率v=1min-1,通气终点pH=8。反应过程中加入的表面活性剂以质量分数2%的聚乙二醇10000效果最佳,制备的SiO2粒子尺寸小,分布均匀且团聚体较小。分散剂以质量分数1%的NaCl制备的产品分散性最佳。得到白炭黑沉淀后再经陈化、过滤洗涤以及正丁醇共沸,最后干燥得粒径20nm左右的疏松纳米白炭黑产品。

煤灰渣酸浸提铝试验

为实现煤炭资源化分级利用,对东北某热电厂循环流化床锅炉灰渣进行提铝研究。用硫酸在不同的反应条件下酸浸,以获得较高的铝浸出率和合适的酸浸条件,产品为富含硫酸铝的酸浸液和高硅提铝残渣。酸浸实验结果表明,较为合适的酸浸条件为：5mol/L的硫酸、105～110℃的酸浸温度、2h的反应时间和1∶3的固液比,此时铝浸出率为91.5%,提铝残渣中Si O2含量高达87.6%。X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜（SEM）分析表明,原始煤灰渣中的铝元素主要以非晶态的化合物形式存在,而非晶态物质具有较高的化学反应活性,促成了较高的铝浸出率。因此,这种循环流化床锅炉的灰渣酸浸提铝提硅较为合适。

煤灰酸浸渣烧结反应试验

为了实现煤炭资源化分级利用,以东北某热电厂循环流化床锅炉灰渣硫酸酸浸提铝后的酸浸渣为原料,研究以碳酸钠为助剂烧结过程中可能发生的化学反应.基于热力学计算结果,研究酸浸渣-碳酸钠体系的焙烧配比、焙烧时间和焙烧温度对二氧化硅溶出率的影响.实验结果表明:当焙烧温度为1 153 K、焙烧时间为1.5h、酸浸渣∶碳酸钠质量比为2∶3时,酸浸渣中二氧化硅的溶出率达到86%.对酸浸渣热分解过程的动力学研究结果表明,该过程符合Crank-Ginstling-Braunshtein方程,由实验结果计算可得,表观活化能为156.46kJ/mol.

1000MW凝汽器的非均匀管束间距布置方式数值模拟研究

为了克服多孔介质模型的不足,开发了用户自定义函数模型来研究含非凝性气体的蒸汽在1000MW机组电站冷凝器内的流动和传热。该模型通过用户自定义函数模拟混合气在冷凝管表面的冷凝和对流过程,可以考虑不同管束布置方式的影响。研究了两种不同管束排列布置,即非均匀管束间距布置和均匀管束间距布置对流动和冷凝过程的影响。结果表明,含有不凝结气体的蒸汽在凝汽器内部流动时,空气都集中在空冷区,管束区域汽阻较大,严重影响冷凝器的性能。相比于均匀管束间距布置,非均匀管束间距布置的进出口压降较小,但换热性能较差。

气凝胶绝热毡用于火电厂高温管道保温的设计研究

提出了气凝胶绝热毡新型保温材料的两种保温方案,并将其与常规保温方案对比,研究了不同方案的保温厚度、散热损失和经济性。结果表明,气凝胶绝热毡新型保温材料用于电厂高温管道保温时,可显著减小保温厚度和散热损失。对于鄂州电厂2×1 000 MW主蒸汽管道而言,保温厚度由300 mm降低到200 mm,散热损失发电功率减少约15 kW。经济性分析表明:当前气凝胶绝热毡市场价格条件下,可适当考虑采用气凝胶绝热毡和岩棉组合的保温结构(方案B);当气凝胶材料价格下降到1×104元/m3时,方案B内部收益率超过8%。

塔槽耦合光热系统镜场效率研究

太阳能光热发电技术能量输出稳定,可用于电网调峰,是太阳能高效利用的重要方式。其中,塔式光热发电技术的集热储热温度高,系统发电效率高,具有很大的发展潜力。但由于余弦效率的影响,当塔式镜场容量超过一定限值时,镜场效率会随着镜场容量增大而降低,而槽式光热发电技术不受余弦效率影响且几乎与容量无关。因此,提出塔槽耦合的集热方案,并利用MATLAB软件对100 MW塔槽耦合光热发电系统进行光学效率仿真研究。结果表明:在总集热量不变的情况下,塔槽耦合光热系统年均光学效率达到50.65%,比单纯塔式镜场提高3.04百分点;当塔高为260 m时镜场效率比180 m时提高2.52百分点,同时塔与槽的镜场面积比从2.35降低至2.22;针对不同纬度和容量的塔槽耦合系统,提出了塔槽耦合镜场的适用范围,以期为新型太阳能光热发电系统的设计提供参考。

预制直埋供热管道优化配置分析

根据水力计算选择的供热管道管径通常是一个范围值,为进一步优化供热管道管径配置,可以从技术经济的角度进行深入研究和分析。研究表明:预制直埋供热管道初投资成本随着管径的增大而逐步变大;而年运行费用随着管径的增大而逐步变小,故合理的预制直埋供热管道选型是保证总费用最低。文章以某热电厂给周边城市供热设计为例,分析预制直埋供热管道优化配置,从财务分析的角度提出年均总费用的概念,介绍各个参数的计算方法。结果表明,利率取8%时,计算可得年均总费用最小对应管径为φ1120*16。

应用于火电机组深度调峰的百兆瓦级熔盐储能技术

为提高电力系统灵活性电源占比,解决新能源消纳问题,本研究提出百兆瓦级熔盐储能技术,在火电机组热力系统中的“锅炉-汽机”之间,嵌入大容量高温熔盐储热系统,实现热电解耦。研究表明,百兆瓦级熔盐储能技术,可使汽机按照最低出力运行,同时保证锅炉安全运行且不停炉,大幅度增加火电机组深度调峰能力。在保证锅炉安全性和盐水换热器制造能力条件下,储热系统设计较高的主蒸汽压力和较高的过冷高压水温度,能有效提高熔盐储热过程热熔盐温度和减少熔盐使用量,达到降低熔盐储能初投资的目的。对百兆瓦级熔盐储能技术各模块进行理论计算,结果表明,系统综合效率高达77.8%,在大规模储能领域具有广泛的应用前景。

基于高温熔盐储热的火电机组灵活性改造技术及其应用前景分析

[目的]在分析常规火电机组灵活性改造方案存在问题的基础上,提出了一种新型的灵活性改造技术方案,即在传统的“锅炉-汽机”热力系统中嵌入大容量高温熔盐储热系统,削弱原本刚性联系的“炉机耦合”,实现火电机组深度调峰和灵活运行。[方法]根据汽、水和熔盐的不同热力特性,利用热力平衡原理,建立了“锅炉-高温储热-汽机”一体化热力系统。[结果]研究表明:火电机组进行高温熔盐储热改造,将极大地提高其深度调峰能力,且能解决常规改造方案存在的问题;同时,机组改造后对外提供高参数工业供汽的能力将得到大幅度提高,这将有效提高电厂经济效益,弥补调峰补偿机制的不足;高温熔盐储热技术也可以应用于火电机组延寿改造,不仅增加系统灵活调峰电源,还可以使老旧电厂企业资产继续发挥效益。[结论]在系统中选择一批火电机组进行大规模高温储热技术改造,可以在不增加煤炭总消费量的基础上,为系统提供大量灵活调峰电源,有效缓解新能源电力消纳问题;同时汽轮发电机组的容量被保留,可为电力系统提供备用容量和转动惯量,保障电力供应和系统安全稳定。该技术的推广,将有力促进火电厂转型升级,助力实现“碳达峰、碳中和”目标。

漏空气量对凝汽器壳侧流场影响的数值模拟研究

为研究漏空气量对大型凝汽器壳侧流场的影响,采用特定蒸汽管束冷凝模型进行数值计算研究。该模型综合考虑直接建模与多孔介质模拟的优点,详细研究了含不凝结性气体的蒸汽在凝汽器壳侧的流动特性和换热特性。结果表明:当漏空气量达到8×10^(-5)时,凝汽器壳侧流体的冷凝率为99.25%,凝汽器壳侧流体进出口压降为288.53 Pa。相对于纯蒸汽,其冷凝率更低,进出口压降更大。漏空气量对凝汽器冷凝效果影响较大,冷凝效果是凝汽器进出口压降的主要影响因素。

云母型含钒石煤灰渣空白焙烧提钒试验研究

为探究云母型含钒石煤空白焙烧提钒工艺的可行性,以西北某地云母型含钒石煤为研究对象,对石煤进行循环流化床燃烧利用其热能后,通过细磨技术对石煤灰渣进行预处理,同时,针对灰渣粒度、焙烧温度、焙烧时间、空气流量等焙烧因素对钒转浸率的影响作用,对细磨处理后的灰渣进行了空白焙烧的相关试验研究。研究结果表明:焙烧温度对钒转浸率的提高有显著影响,焙烧过程中,较低的焙烧温度不能有效破坏钒云母晶格结构,当焙烧温度足以有效破坏云母晶格结构时,若低价钒不能被氧化成高价态含钒化合物,钒也难以浸出;焙烧过程中,氧化性气氛的存在一方面将释放出来的低价钒氧化成高价态含钒化合物,同时有助于促进含钒云母晶格中钒的释放;经细磨预处理的石煤灰渣进行高温空白焙烧后,在常温(20℃)、低酸(0.54 mol·L-1H2SO4)、无助浸剂、静置2 h等酸浸条件下进行酸浸,钒转浸率可达83.81%,这表明对云母型含钒石煤进行空白焙烧提钒是可行的。

高碳石煤循环流化床焙烧灰渣酸浸提钒试验研究

以西北某省高碳石煤为研究对象,通过石煤循环流化床焙烧,灰渣直接酸浸提钒实现碳、钒资源的综合利用。在对石煤中钒的赋存状态进行分析的基础上,考察高碳石煤循环流化床的焙烧特性,同时针对硫酸浓度、酸浸温度、酸浸时间、液固比等因素对钒浸出率的影响,进行了灰渣酸浸提钒的试验研究。研究结果表明:钒主要赋存于钒云母和铁铝氧化物中,分别占总钒含量的73.89%和14.78%;循环流化床焙烧温度为850℃时,燃烧效率可达69.17%,高碳石煤热能得到了有效利用,同时,焙烧脱碳也有利于钒的富集,对灰渣酸浸提钒过程中钒浸出率的提高亦有正面影响作用;赋存于不同矿物中的钒浸取难度不同,游离氧化物中的钒最易浸出,铁铝氧化物中的钒较易浸出,钒云母矿物中的钒最难以浸出;硫酸浓度、酸浸温度、酸浸时间、液固比等对钒的浸出均有影响,而硫酸浓度和酸浸温度的影响更为显著。较适宜的酸浸条件为:硫酸浓度6 mol·L-1,酸浸温度110℃,酸浸时间2 h,液固比2.5∶1.0。在此条件下,钒浸出率可达88.61%。

生物质再燃减少燃煤锅炉NOx排放的研究及应用

简述了生物质再燃技术的原理与应用现状,包括直接再燃和气化再燃,还提出将生物质热解多联产技术应用到再燃技术上。生物质用于燃煤锅炉再燃,既可以合理利用生物质,又能有效降低燃煤锅炉的NOx排放,理论减排率可达40%~90%,具有广阔的推广和应用前景。