工程教育背景下化工应用型人才培养模式的探讨

新一轮科技革命和产业变革深入发展的大背景下,专业建设依据工程教育认证标准来进行是工程教育发展的必然趋势。担负着提供化学工程领域高素质应用型人才职责的化学工程与工艺专业,通过工程教育认证,构建以学生为中心的应用型人才培养模式,建立工程教育认证背景下创新创业应用型人才培养课程体系,在培养学生创新意识的同时,加强学生在实践过程中创业能力,发挥培养符合国际工程教育认证标准及新时代发展要求的高素质应用型人才积极作用。

机器学习驱动锅炉燃烧优化技术的现状与展望

伴随可再生能源发电装机容量快速增加,深度调峰过程中负荷多变、燃烧失稳等不稳定工况对火电机组的燃烧优化控制提出了更高要求,快速发展的人工智能技术与深度学习算法为锅炉参数预测建模及优化提供了重要手段。在机器学习算法方面,总结了特征筛选与建模算法的研究现状,提出了传统统计学方法与线性降维方法的科学解释性较差且不能很好地辨识高维数据,结合深度学习算法的特征筛选方法在处理复杂的火电机组数据时优势更明显;对比了多种神经网络在NO_(x)排放浓度建模中的优缺点,其中长短期记忆神经网络与卷积神经网络在处理时序数据时效果更好、集成模型通过组合不同学习器的优势可提高整个模型的泛化能力和鲁棒性。在预测模型的应用方面,通过对SCR脱硝系统建立预测模型可以方便运行人员模拟并修正可调参数,同时作为软测量手段监测燃烧系统运行状态;引入NO_(x)排放浓度预测模型的前馈控制和模型预测控制等先进控制手段可有效改善火电机组传统PID控制效果较差的问题;在多目标优化中NO_(x)脱除效率通常与锅炉效率或脱硝成本共同作为优化目标,以期实现经济效益与社会效益的和谐统一。

基于SDAE的超临界机组协调系统特性建模

为采用预测控制方法改善超临界机组的协调控制品质,采用堆叠降噪自编码器(SDAE)建立了单元机组协调系统特性的数学模型。首先,对600MW火电机组的变工况运行数据进行归一化处理,并运用预处理后的数据完成模型的离线训练。将模型并入仿真机进行单一输入变量阶跃扰动和大幅变负荷实验来验证其动态性能。实验结果表明,上述模型能够很好地描述燃料量、汽轮机调门开度、给水量与主蒸汽压力、负荷间的复杂非线性关系,泛化能力强、精度高,可以满足超临界机组智能控制器的设计要求。

燃气锅炉振动问题探究

本文对燃气锅炉运行期间存在的振动问题进行了研究。对于对冲燃气燃烧器的典型锅炉,在50%负荷以上,前墙单只燃烧器的燃气开度为后墙燃气开度的一半时,振动明显减弱。

基于数据驱动660 MW循环流化床锅炉多目标燃烧优化

为降低某电厂循环流化床锅炉污染物排放,同时提高锅炉燃烧运行经济性,本文采用数据驱动技术实现循环流化床锅炉多目标燃烧优化。基于改进粒子群优化长短期记忆神经网络建立循环流化床锅炉NO_(x)/SO_(2)排放数学模型和锅炉排烟温度数学模型,以相对误差为预测性评估指标以确定最佳网络参数;其次,基于改进粒子群优化长短期记忆神经网络(IPSO-LSTM)、长短期记忆神经网络(LSTM)、广义回归神经网络(GRNN)和反向传播神经网络(BPNN)分别构建NO_(x)/SO_(2)排放数学模型和锅炉排烟温度数学模型,通过比较预测性评估指标,证明本文构建预测模型有效性;最后,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)获取不同运行工况下循环流化床锅炉燃烧优化调整方案,以降低NO_(x)/SO_(2)排放浓度,同时维持排烟温度稳定性。结果表明:相比优化前,优化后NO_(x)排放浓度平均降低了10.58%,SO_(2)排放浓度平均降低了25.81%,最大降低了650 mg/m^(3),且排烟温度平均降低0.14%。

燃气锅炉绝氮燃烧数值模拟分析

本文阐述了数值模拟技术在燃气锅炉绝氮燃烧上的应用,根据燃气锅炉相关设计参数及运行数据,通过燃气锅炉仿真数值模拟,分别在空气燃烧工况、绝氮(CO_(2)+O_(2))燃烧工况、变负荷工况进行流场和温度场数值模拟测试;过量空气系数为1.15与1.1时不同氧气、二氧化碳比例的锅炉燃烧情况;以及变负荷下燃气锅炉的运行燃烧情况。为燃气锅炉绝氮燃烧试验装置奠定坚实的理论基础。

60 t/h煤粉预热燃烧锅炉宽负荷运行特性研究

为满足国家“双碳”目标下煤炭清洁高效利用领域的迫切需求,在工业锅炉、电站锅炉等领域开发了煤粉预热燃烧技术。煤粉先进入流态化预热燃烧器中高温改性,再进入锅炉炉膛分级配风燃烧,从而实现了煤高效、低氮燃烧,并在1台60 t/h煤粉锅炉上进行了技术验证。锅炉侧墙对冲布置了2只预热燃烧器,单只预热燃烧器设计热功率为26 MW,以烟煤为原料,在10%~100%负荷范围开展了6个不同负荷的锅炉运行特性和NOx排放特性试验研究,结果表明:该锅炉在各负荷下运行状态稳定、良好,无助燃条件下实现了10%超低负荷稳定运行;预热燃烧器各参数合理、循环状态稳定,满足锅炉宽负荷的运行要求;负荷下锅炉燃烧效率均在97%以上,10%、20%负荷下锅炉热效率大于85%,30%及以上负荷锅炉热效率均在90%以上;通过调整配风,锅炉各负荷下NO_(x)原始排放均低于50mg/m^(3)(φ(O2)=9%)。60 t/h煤粉预热燃烧锅炉的成功示范,为煤粉高效清洁灵活燃烧技术的发展和应用提供了重要支撑。

新型光煤互补发电系统热力性能及技术经济性研究

为了减弱太阳能波动对光煤互补发电系统性能的影响,提出了新型光煤互补发电系统,建立了关键设备模型及子系统模型并进行验证,对新型光煤互补发电系统的热力性能及技术经济性进行了研究。结果表明:系统热力性能随运行负荷的下降而下降,随太阳辐照强度增加而先升高后下降;系统年均输出功率为699 MW,年均节煤率为7.506 g/(kW·h),年均光电效率为10.82%;储热时长为10 h时系统技术经济性最优,此时全寿命周期内净现值为4.18×10^(4)万元,内部收益率为11.81%,动态投资回收期为12.6 a,平均度电成本为0.402元/(kW·h),盈利能力较强。

计及低碳经济运行的含风电微网群源储协同日前优化调度

海陆风电的大规模开发并网给电网的稳定带来挑战,微电网是解决分布式发电系统优化运行问题的有效途径。综合考虑微电网群的系统运行经济性和碳排放环境效益,提出了基于分布式共享储能的交互型微网群低碳日前调度模型。首先考虑风电的不确定性,基于传统实时电价提出跟随微网净负荷的定价策略;随后根据微网群用户的负荷特点定义了价格型和激励型需求响应用户满意度;然后通过生命周期评价方法划分系统运行环节的碳排放链,引入阶梯碳交易机制构建碳排放成本模型;最后基于微网群的交互运行,利用分布式储能资源进行日前优化调度。仿真算例表明:对比独立型微网群,所提出的交互型调度模型消除了原有的弃风情况,碳排放量减少32.14 t、系统运行总成本缩减15.05%。

富氧双侧吹铜熔池熔炼炉上升烟道结渣的矿物学分析

富氧双侧吹铜熔池熔炼炉上升烟道烟尘结渣严重,阻塞烟道,是制约熔炼炉长周期高负荷高作业率生产的关键因素。分别利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪,研究富氧双侧吹铜熔池熔炼炉上升烟道结渣烟尘的化学成分、物相组成及微观形貌。结果表明,上升烟道烟尘的主要元素为Fe、Cu、Pb、Zn和O,主要物相是(Cu, Zn, Fe)Fe_(2)O_(4)和Fe_(3)O_(4),表面微观形貌呈致密无孔洞。结合生产过程工况条件,对烟道结渣原因进行分析,认为富氧双侧吹铜熔池熔炼炉生产过程中,富氧空气通过喷嘴鼓入炉内,强烈搅动熔体,熔体中的气泡破裂逸出,喷溅形成的小颗粒熔渣与冰铜被热气流带入上升烟道,熔渣与冰铜被氧化为高熔点的(Cu, Zn, Fe)Fe_(2)O_(4)和Fe_(3)O_(4),在烟道壁面遇冷凝结形成结渣;同时,熔炼炉负压运行,入炉原料水分低,铜精矿等未反应的粉料被烟气带入到上升烟道高温段,在氧化气氛下反应生成黏结结渣;此外,原料中Pb、Zn、As等易挥发性物质进入烟道,被氧化为低熔点化合物后与高熔点的(Cu, Zn, Fe)Fe_(2)O_(4)和Fe_(3)O_(4)黏结在一起,形成致密的结渣烟尘。因此,在冶炼生产中,建议通过控制入炉原料水分和杂质含量,减少粉料入炉;控制渣型和熔炼温度,减少熔体喷溅;使用喷嘴燃烧重油,烧熔结渣烟尘,保证生产正常稳定运行。

低负荷下CFB锅炉二次风优化对NO_(x)排放影响的数值模拟

为控制循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉低负荷下NO_(x)的原始排放,以某350 MW超临界CFB锅炉为研究对象,基于计算颗粒流体力学(computational particle fluid dynamics,CPFD)方法对40%负荷下燃烧过程进行数值模拟。分析了不同二次风角度、新增二次风量对NO_(x)排放的影响。结果表明:随着射流角度的减小,炉膛出口NO浓度逐渐降低,CO浓度无明显增加。部分二次风上移后炉膛密相区氧浓度降低,不完全燃烧增加,还原性氛围增强,抑制了NO的生成。当新增风量从10%增加到30%时,NO排放浓度降低了17.2%。但随着比例的进一步提高,炉膛密相区的缺氧环境造成燃烧效率下降,温度大幅降低。因此,在不影响燃烧的前提下可以通过提高新增二次风比例来降低NO的原始排放浓度。

前置暖风器电站锅炉烟气余热回收系统多参数设计与变工况运行策略

针对前置暖风器烟气余热回收系统,建立了多参数设计优化与变工况特性计算模型,开展了系统的多参数优化,并提出了运行参数控制策略。结果表明:多参数优化后系统在设计工况下的节煤率为3.67 g/(kW·h);多参数优化后的系统在变工况下虽能保持较高的节煤率,但系统的安全性受到环境温度和负荷的严重制约;采用所提出的控制策略可使系统在100%额定负荷下,安全运行的环境温度下限从24℃扩展至-3℃,显著提高了系统优化的综合效果。

基于过程拆分的半闭式超临界CO_(2)循环热力学分析及流程优化

面对日益紧迫的减碳降耗需求,发展高效低碳的先进热力循环愈发重要。提出了一种基于天然气的零碳排放的半闭式超临界CO_(2)循环,并通过工质拆分,将半闭式循环拆解为开式循环和闭式循环,以阐明循环热功转化的过程;进一步采用循环拆分法将复杂重构循环拆解为若干简单循环,建立不同流程重构措施的热力学评价模型,直观地揭示不同循环构型的节能机理;通过参数敏感性分析获得各个流程改良措施关键参数的最优点。结果表明:再热、分流再压缩、中间冷却、部分冷却等多种循环流程改良措施均可有效提高循环效率,其效率增益为1.79~5.59个百分点;多种流程改良措施集成优化后,系统净发电效率较基础循环提高10.18个百分点。

化学链燃烧中载氧体结构设计对抗磨性的影响研究

在化学链反应过程中,载氧体作为氧和热量的载体起着至关重要的作用,载氧体设计一直是化学链技术研究的重点和难点。化学链燃烧通常发生在流化床反应器中,由于化学反应带来的化学应力对载氧体磨损贡献率最大,导致载氧体寿命大大缩短,有效成分流失。从载氧体结构设计角度出发,定性评价了不同复合载氧体的抗磨损机理:核壳结构抑制了活性组分的相分离现象,避免了由于活性组分表面磨损带来的载氧体失活;添加Al_(2)O_(3)纤维和“铆钉”抑制了裂纹扩展,减缓了材料的磨损;添加燃料灰改善了复合载氧体的骨架强度,提高了载氧体抗磨性和抗结渣团聚性;利用复合载氧体的协同增效提高了反应活性,减缓了烧结团聚现象。从磨损动力学和使用寿命角度出发,定量比较了不同载氧体的磨损情况:通过对数拟合Gwyn磨损动力学方程,求出不同载氧体拟合参数K和n,可以反映磨损机制和磨损变化规律。

循环流化床锅炉屏式受热面变形原因分析及治理策略

为了掌握循环流化床(CFB)锅炉屏式受热面变形原因和治理因其导致的受热面爆管泄漏等问题,在探讨分析设备结构特征、工质流动特性、传热效果影响等基础上,结合国内现役CFB锅炉存在的屏式受热面变形问题,得到了工质流量不均匀、工质流量与热负荷不匹配、传热效果差异等是导致屏式受热面产生较大热偏差的主要原因,由此进一步诱发屏式受热面出现应力偏差造成了管屏变形现象,而屏式受热面竖直方向膨胀受阻也会导致不可逆的管屏变形。提出了屏式受热面“割管+分屏+扩径”管屏改造措施以减小管屏热偏差,“双吊架+密封改进”膨胀改造措施以实现管屏自由膨胀;从运行管理角度提出了CFB锅炉启动阶段运行控制技术措施,以减小该阶段屏式受热面的壁温偏差和热应力等。治理措施已取得良好实践改造效果,能有效解决屏式受热面的变形严重问题,具有普遍推广性。

煤粉富氧燃烧CO_(2)富集特性与NO_(x)生成量模拟预测研究

分析了富氧下的煤粉燃烧特性、CO_(2)富集特性和NO_(x)生成特性,并模拟了CO_(2)富集和NO_(x)生成量的协同控制趋势。结果表明:与空气燃烧相比,富氧燃烧条件下CO_(2)富集分布与NO_(x)体积分数分布是负协同效应;不同O_(2)/CO_(2)体积分数比的富氧下,随着O_(2)体积分数的增加,炉膛出口的CO_(2)体积分数和NO_(x)体积分数都先上升到最大值后稍微下降,呈正协同效应,但出现拐点的O_(2)体积分数不同;CO_(2)富集到一定程度时,能有效抑制NO_(x)的生成量;在富氧条件下,可实现炉膛出口的高CO_(2)富集与低NO_(x)生成量的协同控制技术。

微小间隙内润滑油剪切流动引发的不稳定振动现象分析

针对微小间隙内润滑油剪切流动引发的不稳定振动现象,建立轴颈截面温差、转子热弯曲和转子振动求解模型。以2台发电机组的周期性振动波动为对象,分析润滑油温和不平衡力对汽轮发电机振动的影响。结果表明:轴承微小间隙内润滑油剪切流动带来的热弯曲效应在一定条件下有可能引发机组不稳定振动;适当增大进油温度、增加密封瓦间隙可以减小转子热弯曲变形,降低振动波动;不平衡力会激发起较大的涡动轨迹,通过动平衡方法可以减小轴承最大与最小油膜厚度差值,降低轴颈截面温差,稳定振动状态。

H_(2)S在线监测装置研发及在锅炉水冷壁高温腐蚀防治中的应用

锅炉水冷壁高温腐蚀问题一直是影响锅炉安全运行的难题。为解决锅炉水冷壁高温腐蚀的主要媒介H_(2)S需要连续测量,但当前行业内缺乏能长期运行的H_(2)S在线监测装置问题,研发了基于可调谐二极管吸收光谱TDLAS原理测量锅炉水冷壁H_(2)S的监测装置,并使用装置在某300 MW等级电站锅炉上进行了示范应用,跟踪评估了该装置的性能。结果显示,基于TDLAS原理所研发的仪器在现场投运12个月以来保持稳定运行,装置在线监测结果显示炉内H_(2)S呈现脉冲式波动特点,H_(2)S浓度高时超过1600μL/L。监测中发现,炉内H_(2)S浓度与运行调整存在较密切的关系,在升负荷过程中,由2台磨转为3台磨运行时,前后墙23.60 m平台测点处H_(2)S浓度急剧增加,从46μL/L增至822μL/L,H_(2)S与脱硫塔入口SO_(2)没有显著的关联性。H_(2)S在线监测装置的成功研发可以实现锅炉主燃烧器区域关键参数的在线监测,并作为运行人员调整锅炉运行参数的主要依据,这对于锅炉高温腐蚀监测和锅炉数字化建设具有积极意义。

流化床锅炉多源废弃物耦合利用技术现状

循环流化床锅炉优良的燃烧特性适于多源废弃物的耦合燃烧利用,为便于流化床锅炉用户选择工艺路线,避免浪费时间及资源,本文对多源废弃物在循环流化床中耦合利用技术现状进行归纳整理。笔者将多源废弃物耦合燃烧利用以固态、气态、液态三大类进行了归纳总结,并对多源废弃物耦合燃烧利用技术关键点进行了说明。建议用户耦合燃烧利用废弃物时保持科学、谨慎的态度,充分调查研究,避免造成人力、物力浪费及经济损失。

水泥窑纯低温余热锅炉常见问题及应对措施

随着水泥工业的飞速发展,水泥窑纯低温余热发电技术被广泛应用于水泥工业中。该技术利用窑头(AQC)和窑尾(SP)排出的废热烟气热量加热余热锅炉水,经过一系列转换后将锅炉水转变为过热蒸汽,进而推动汽轮机组发电。该技术的应用显著提高水泥制造企业的能源利用率,降低大气污染,是企业降本增效、节能减排的重要举措。该文主要介绍水泥窑纯低温余热锅炉的工作原理及其在运行过程中的常见问题,分析问题的形成原因,并提出相应的解决措施,以期为水泥窑纯低温余热锅炉的安全经济运行,维护保养、检修及定期检验提供科学指导。