半球向全发射率测量实验教学系统设计与开发

针对传统半球向全发射率测量教学实验装置测试精度不高、温度量程低的问题,该文基于稳态量热方法设计了高温半球向全发射率测量实验教学系统,进行了样品测试区域热量损失的校准,该系统具有方法原理简单、测试精度高等特点。通过测量获得不同温度下的材料半球向全发射率,便于同学们理解半球向全发射率与材料热辐射能力的相关性、光谱发射率与不同温度下的半球向全发射率的关联关系,实验测试结果可靠,满足热工系列课程研究型实验教学的需求。

兼顾高/低温环境性能的动力电池热管理系统设计

热特性对电动汽车的性能有着重要的影响。低温环境严重影响锂电池的容量和寿命,而高温环境则可能导致热失控。为了保证锂电池在高低温环境下的安全高效运行,本研究提出一种兼顾高低温的热管理系统,通过保温材料和相变材料组合成的蓄热模块的灵活拆卸,实现对高低温天气下电池的散热和保温。使用Star CCM+软件进行建模和仿真。研究结果表明:动力电池在不同倍率放电后静置维持在0℃以上的时间最高达17 h,低温下静置与无热管理的情况下相比保温时长增加了约8倍,比单纯使用相变材料保温时长增加了近3倍,且验证了添加隔热层的必要性。在实际应用中表明停车后可直接启动,避免电动汽车频繁的预加热。在高温条件下拆掉蓄热模块使用风冷散热既节省了能源又进一步加强了该系统散热能力。以1C~3C倍率放电后,与未添加散热措施的电池组对比,添加热管理散热系统后电池组最高温度分别降低了34%、42%和48%,添加翅片后对电池的降温效果有明显作用,1C~3C放电倍率下最高温度比未添加翅片的电池组最高温度分别降低4.8%、5.4%、6.7%,放电倍率越高添加翅片的散热效果越明显。

煤焦与水蒸气的气化实验及表观反应动力学分析

在Thermax500型热重分析仪上对褐煤煤焦与水蒸气的气化反应进行了实验研究,并采用n级速率方程和Langmuir-Hinshelwood(L-H)速率方程考察了反应气体分压的影响。实验系统压力为0.1和0.6MPa,其中0.1MPa下水蒸气浓度分别为5%,10%和20%,0.6MPa下的水蒸气浓度为20%。气化反应在恒温条件下进行,温度分别为850、875、900、925、950和1000℃。实验发现,反应速率随温度和压力的增大而加快,900℃以下为化学反应控制区,不同压力下的表观活化能数值接近,而900℃以上由于受到扩散阻力的作用,表观活化能不同程度降低。采用n级速率方程计算得到褐煤煤焦与水蒸气的反应级数n为0.34,活化能E为153.7kJ·mol-1,采用L-H方程得到活化能为207.1kJ·mol-1,其速率方程可更精确地描述水蒸气压力的影响。

能源动力仿真实验教学系统设计与应用

简要介绍了清华大学热能工程系建立的能源动力仿真实验教学系统，以及该系统在学生实践教学环节的作用。以仿真实验系统为媒介的教学实践环节，不仅帮助学生了解了实际工程知识和动手操作能力，而且还极大地促进了学生对专业的了解和热爱，培养了团队协作精神，对学生综合素质的培养和学习理论课知识起到了重要作用。

基于组织措施和技术措施的高校实验室气瓶安全管理

提出了从组织措施和技术措施作为切入点进行高校实验室气瓶管理的新思路。校级职能部门重点在组织措施建设,包括供应商资质审核、采购平台建设、培训和准入体系建设;二级机构实验室在落实组织措施的基础上,在气瓶的储存和使用环节根据不同种类的气体采取技术措施,形成一种建立在组织措施基础上,以技术措施为保障的具有可操作性的综合管理体系,促进高校实验室气瓶管理,杜绝气瓶事故发生。

工科专业实验室“人性化、精细化”管理实践

针对高校从事能源领域科学研究和辅助教学的专业实验室的管理问题,提出了＂人性化、精细化＂的管理理念与模式,着重在人力资源的深度挖掘和优化配置、对外开放与功能拓展、支撑实验教学和人才培养、精细化与人性化管理等方面,开展了积极探索。通过实践,为实验室的科学管理和持续发展积累了宝贵经验。

集中供气系统在提升高校理工类实验室本质安全中的应用

作为一种提升理工类实验室本质安全的措施,对比了集中供气和气瓶分散供气的优缺点,论述了集中供气解决方案中面临的各种技术问题,包括气体站的建设,管材和附件的选择与安装,以及终端控制面板的设置,提出了集中供气系统安全运行所需的管理措施。

基于正交实验的准格尔煤水煤浆性能优化

准格尔煤燃烧后灰渣中氧化铝含量高,采用循环流化床燃烧准格尔煤水煤浆可进一步提高灰渣中氧化铝的提取效率和氧化铝活性,具有极高的技术潜力。采用三因素六水平正交实验法研究了粗粒级和超细粒级煤粉质量比、细粒级煤粉质量分数及分散剂亚甲基双萘磺酸钠(NNO)添加量对准格尔煤水煤浆定浓黏度(浆体浓度60%)的影响,对比分析了不同制浆方案下浆体的最大成浆浓度(浆体表观黏度为1200 mPa·s)、流动性、稳定性和流变特性。结果表明,影响准格尔煤水煤浆定浓黏度的因素由主到次依次为粗粒级和超细粒级煤粉质量比、分散剂NNO添加量、细粒级煤粉质量分数;正交实验得到的最佳工艺条件为,粗粒级和超细粒级煤粉质量比4∶1、细粒级煤粉质量分数40%、NNO添加量0.35%,此时浆体的定浓黏度为479 mPa·s,最大成浆浓度为63.5%,流动性为12.3 cm,稳定性为15 d;三峰级配方式下,准格尔煤水煤浆可获得更好的浆体性能,其最大成浆浓度相较于双峰级配方式提升超过了2%,是更适用于制备准格尔煤水煤浆的级配方式。

饱和蒸汽温压特性及超临界现象实验教学设备研发与应用

为提升工程热力学实验教学水平,加深学生对饱和气体温压特性和超临界流体概念的理解,该文研制了“饱和蒸汽压力-温度特性及超临界现象”实验教学设备。该设备由蒸汽发生系统和数据采集系统组成,配备直径60 mm的大视窗和自动控制程序,具备较好的可视性、安全性和操作性。教学过程以4种不同性质的制冷剂作为研究对象,开设“饱和蒸汽的压力-温度特性研究”和“临界乳光现象演示”教学项目。学生通过该实验课程,可增强对压力、温度微观意义和饱和状态下气液平衡概念的理解,掌握常见的测压和测温方法及特点,了解常用的数据处理和误差分析方法。同时,学生可通过观察亚临界流体与超临界流体的相互转变过程,加深对物质相的认识。

MILD粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已相对成熟,而关于煤粉和生物质等固体燃料的MILD燃烧机制和实现条件的研究仍相对缺乏。基于高动量氧化剂射流来实现内部再循环,不再需要外部高温预热来建立MILD燃烧,极大拓宽了MILD燃烧的应用范围。从颗粒弥散、受热、着火、燃烧、污染物等方面概述了MILD粉体燃料燃烧的基础特性,由于颗粒的不均匀弥散和反应,煤粉等碳基固体燃料的MILD燃烧进程较气体燃料更复杂。高速射流MILD燃烧在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区,需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统研究。介绍了固体燃料MILD燃烧理论设计和装备研发领域所取得的研究成果,建议通过高精度数值模拟,改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD燃烧模式,增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率,提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。基于互联能源系统的整体方法,推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究,尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究,助力能源转型。探究粉体MILD燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD燃烧理解的关键,涉及多变量分析和高精度模拟,是未来研究的重点和难点。

电厂湿法脱硫系统对烟气中细颗粒物脱除作用的实验研究

采用Andersen8级撞击器对某300MW燃煤电厂湿法烟气脱硫(wet flue gas desulphurization,WFGD)系统前后的飞灰颗粒物进行采集,获得了烟气中飞灰颗粒物的质量浓度和粒径分布特性。采样工况分别为100%和70%锅炉负荷。使用场发射扫描电镜-能谱分析,X射线荧光分析和电感耦合等离子体-原子发射光谱分析法对颗粒物进行了形貌分析和主、次量元素含量的检测。结果表明,WFGD系统入口飞灰质量粒径呈典型的双峰分布,峰值分别在1和3μm处,颗粒多呈规则球形,PM2.5与PM10质量比为0.434,飞灰总浓度约为85mg/m3标准状态;出口处飞灰质量粒径分布也呈现双峰性,其中细颗粒比例增大,PM2.5与PM10质量比为0.764,细颗粒间相互聚集粘连形成不规则的块状结构,飞灰总浓度在23mg/m3(标准状态)以下,总飞灰的脱除效率为74.5%,分级脱除效率随粒径减小而明显下降。经过WFGD系统后,细颗粒上S和Ca元素含量增大,而Al,Ba,Fe,Mn和Si元素的含量降低。计算表明,WFGD出口烟气中新增的石灰石与石膏颗粒分别占颗粒物质量的47.5%和7.9%。

38m/54m高循环流化床床内流体动力特性研究

利用白马电厂300MW循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉现有的结构和设备,搭建提升管内径240mm,高度分别为38和54m的循环流化床冷态实验台,研究提升管高度、系统物料量及流化风速对物料浓度分布的影响。实验结果表明,当风速大于临界风速时,上部气固流动达到饱和携带状态,炉膛高度及床料量不会改变上部气固浓度和循环流率的大小。但高度增加后达到饱和空隙率的临界床料量增加。对于正在研发中的炉膛高度为54m的600MW超临界循环流化床锅炉,该结果表明只需要适当增加系统床料量,就可以得到足够高的循环流率,满足炉膛上部和循环回路中受热面布置得要求。

循环流率对循环流化床回路压降影响的实验研究

对于布置有流动密封阀的循环流化床反应器,其系统压力满足自平衡的特性,固体颗粒循环流率Gs和循环回路的压力平衡具有直接的联系。该文在冷态循环流化床实验台上研究了循环流率对系统各部件压降的影响:在流化风速一定时,随着流动密封阀回料风量升高,回料阀流动阻力下降,循环流率升高;提升管内床压降较高时,炉膛内物料体积份额增大。当Gs超过一定值时,提升管内进入"S"型分布的快速流态化,顶部达到饱和携带状态;分离器压降随着颗粒携带浓度Cs的增加先降低后升高,其转捩点约为3.2kg/m3;立管内负压差移动床的流动状态可以通过改变孔隙率和压差梯度,利用较低的料封实现较高的压头,自动吸收其他部件的压降波动,维持系统平衡。

可解释的变负荷下燃煤机组SCR反应器入口NO_(x)质量浓度预测模型

燃煤电厂灵活调峰过程NO_(x)测量往往存在滞后现象,导致选择性催化还原(selective satalytic reduction,SCR)脱硝喷氨控制系统响应不及时,易造成喷氨量过高或过低,从而造成SCR反应器出口NO_(x)质量浓度波动剧烈和氨逃逸率增大。为实现喷氨阀门的提前快速调节并考虑影响燃煤锅炉NO_(x)排放量的因素存在耦合性,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络混合模型的SCR反应器入口NO_(x)预测模型。利用一台330 MW燃煤电站锅炉的运行参数,通过Pearson系数法计算特征变量之间的相关性,筛选出相关性较大的特征,并定义模型的输入矩阵和输出矩阵,采用随机搜索算法进行优化,以提高预测性能。进一步利用SHAP算法对黑箱模型进行解释,并通过Simulink仿真验证了带有NO_(x)预测的控制效果。结果表明:CNN-LSTM预测模型在调峰负荷变化时,能够以较高的精度预测SCR反应器入口NO_(x)质量浓度的变化,并能提前25s为喷氨控制系统提供反馈;优化后的喷氨控制策略降低了出口NO_(x)质量浓度与设定值间的标准差(降低28%),并提升了NH_(3)/NO_(x)的响应速度,减小最大氨逃逸量22%。该研究结果可为灵活调峰机组的智慧SCR脱硝技术及燃烧优化提出有效的指导。

非碳基改性吸附剂汞脱除性能实验研究

使用固定床反应器对6种非碳基载体担载多种活性物质后在N2气氛下140℃时的汞吸附性能进行了研究。非碳基载体本身具有较差的汞物理吸附性能,但经改性后部分吸附剂的汞脱除率高于美国商用活性炭NoritDarcoLH的汞脱除率。非碳基改性吸附剂的汞吸附性能是载体和活性物质共同作用的结果,其中经NaI、CuCl2、CuBr2和FeCl3改性后的吸附剂具有较高的汞脱除率。皂土载体具有较好的离子交换性和层间吸附性能,使大部分皂土改性吸附剂具有一定的汞脱除率。氧化铝载体在担载CuCl2和CuBr2后达到了接近100%的汞脱除率,具有较好的应用前景。

低质量流率垂直管圈超临界煤粉锅炉的水动力特性分析

为研究超临界条件下低质量流率垂直管圈锅炉的水动力特性,建立了超临界锅炉上升管水冷壁内工质的流动和传热模型,对采用低质量流率垂直管圈的600 MW超临界煤粉锅炉的水动力安全性进行计算,分析全负荷条件下不同质量流率的垂直光管和垂直内螺纹管水冷壁管内工质的流动、传热及压降变化,对2种布置方案的优缺点进行比较。此外,还考虑了加装节流圈和中间混合集箱对垂直布置的水冷壁水动力特性的影响。综合计算结果,给出安全的垂直水冷壁布置型式,为锅炉设计提供参考.

孔板对复合电袋除尘器静电区除尘性能影响的实验研究

建立了电袋复合除尘实验系统,选用7种开孔率、开孔形式以及布孔方式不同的孔板,研究电袋复合除尘器中多孔极板对颗粒物的收集特性。实验结果表明,开孔率、开孔形式与布孔方式对多孔极板的伏安特性基本没有影响,但对除尘效率和极板上的颗粒分布有影响。孔板存在最佳开孔率,并且随过滤风速而增加。开孔形状和布孔方式对静电区除尘效率基本没影响,但影响孔板正反面颗粒沉积质量比。开孔率、开孔形式与布孔方式的变化改变了除尘系统内电场和流场分布,因而影响了颗粒在多孔极板上的沉积分布,颗粒在多孔极板正反面的沉积具有补偿效应。

SO_2对碳捕集过程影响的实验研究

采用新型混合有机胺CO2吸收剂,在捕集CO2中试实验台上进行长期稳定运行实验,研究SO2对碳捕集过程的影响。实验结果表明,SO2、胺吸收剂的氧化和热降解导致CO2脱除效率随着循环反应时间的增加而逐步降低,其中SO2是主要影响因素。在O2存在的条件下,SO2浓度越高,CO2脱除效率下降越快。随着SO2不断地被胺吸收剂吸收,一方面促进了热稳定性盐的生成,另一方面使吸收剂溶液的pH值逐步降低,最终使得CO2脱除效率越来越低。与此同时,越来越多的SO42-和SO32-占据了胺吸收剂的反应位,使其与CO2的吸收反应形成竞争关系,致使CO2负载量逐步降低,以至于影响到吸收解吸过程的稳定性。采用有效的方法适时的清除SO2导致的热稳定性盐,有利于碳捕集系统吸收解吸性能的提高。

水分对垃圾焚烧影响的实验研究

以层燃–流化复合垃圾焚烧为研究背景,利用实验方法,从垃圾干燥、层燃、流化燃烧3个方面研究了水分对垃圾焚烧过程的影响。垃圾中的过多水分导致垃圾的干燥过程延长,阻碍了垃圾的起燃,吸水性强的垃圾携带较多水分比吸水性弱的垃圾更能阻碍燃烧。在低温层燃状态下,因水煤气反应等作用,CO生成量随着含水率的增加而增加,高温下由于H2O能促进CO的氧化反应,CO随着含水率的增加而降低。高挥发分PVC、PS、木屑等燃料在层燃状态下可产生较高的CO。随着H2O的增加,N向NO、H向CH4的转化率多呈增加的趋势。而在流化燃烧状态下,随着水分的增加,CO降低,NO降低,表明H2O分子在流化床内对燃烧在机理上有强化作用。

几种金属催化褐煤焦水蒸气气化的实验研究

在固定床反应器中研究了碱金属K、碱土金属Ca、过渡金属Ni和Fe对褐煤焦水蒸气气化的催化效果,测定了各种焦样的基碳转化率随时间的变化关系。实验结果表明,K和Ca金属使气化温度分别降低110℃和70℃;Ni和Fe对焦的水蒸气气化具有一定的催化作用,但其催化活性低于煤灰中所含金属的综合催化活性。褐煤原煤中内在的矿物质对其焦水蒸气气化具有催化作用。在化学反应控制区域内,添加K金属的焦样和脱灰煤焦水蒸气气化的气化速率在整个转化率范围内保持不变,气化反应级数为0。添加Fe的焦样和原煤焦样水蒸气气化动力学符合均相反应模型。对于添加Ca和Ni的焦样,其气化动力学可由缩核模型来描述。