文献
光纤布拉格光栅原位监测揭示硬壳电池应变、温度演变机理研究
黄丹茹;葛筱渔;张怡;裴非;黄桥生;王建豪;牟申周;徐星;【目的】硬壳电池在充放电过程中由于电极内部晶格结构变化和电化学反应，会产生应变和温度变化，对电池的充放电状态、安全性能以及使用寿命等关键指标具有重要影响。【方法】为了更准确地监测和分析应变与温度变化，采用光纤布拉格光栅（fiber bragg grating,FBG）技术对磷酸铁锂（lithium iron phosphate,LFP）与石墨构成的硬壳电池进行了深入研究，包括FBG在电池监测中的最优应用方式、监测单电极应变变化并与电极材料的晶体结构变化进行关联分析、将FBG技术应用于储能电站中电池模组进行温度监测。【结果】研究表明：在电池侧面使用光纤应变片或通过夹具间接监测电池正面应变这两种方式能够稳定捕获电池在充放电循环中的应变变化，电池正面在循环过程中的应变约为500με，电池侧面约为50με；电池在充放电过程中由于锂离子嵌入和脱出引起的晶格体积变化是导致电池应变变化的根本原因；电池模组中电池侧面积热最严重，与电极相比，电池侧面在快速循环过程中温度约高3℃；FBG光纤在测温精度方面的表现与热电偶相当但复用性优于热电偶，可使用1根光纤蚀刻2个FBG监测2个电池的温度变化。【结论】FBG技术可揭示硬壳电池循环过程中应变、温度演变机理，在电池监测领域具有广阔的应用前景。
基于液态金属冷却的电池液冷方案设计及参数多目标优化
杨利伟;马凯伦;周小明;【目的】针对锂电池高倍率放电产热问题，设计一种基于液态金属冷却的高效液冷方案，并通过多目标优化提升散热性能与系统稳定性。【方法】采用镓基液态金属作为冷却剂，设计单入口双出口液冷回路；利用Fluent软件进行数值模拟，分析冷却剂流速、管道高度、分支递增宽度及倾角对散热性能的影响；结合正交实验法筛选关键参数，并基于NSGA-II多目标遗传算法优化参数组合。【结果】优化后最优参数组合为冷却剂流速0.42 m/s、分支递增宽度0.13 mm、倾角87.38°、管道高度5.76 mm，系统最大温度312.66 K，温差11.66 K，压降0.712 kPa。与初始方案相比，最大温度降低0.53%，温差降低8.04%，压降略有增加。【结论】液态金属冷却显著提升散热效率，流速与管道高度对温度控制影响最大；NSGA-II算法可实现散热性能与压降的均衡优化，为高倍率电池热管理提供有效解决方案。
专栏执行主编寄语 “双碳”背景下燃煤锅炉绿色低碳关键技术
牛艳青;杨富鑫;朱一铭;<正>在能源格局深度变革的当下，锅炉技术作为能源转换与高效利用的核心环节，正处于创新发展的关键节点。锅炉设备广泛应用于工业生产、电力供应以及民用供暖等诸多领域，其性能优劣直接关乎能源消耗与环境影响。国家发展改革委等多部门联合制定并印发的《锅炉绿色低碳高质量发展行动方案》，对工业和电站锅炉系统能效、碳排放和污染物排放控制水平等提出了更高的要求，持续挖掘锅炉节能降碳减污改造潜力。随着传统的燃煤锅炉发展至多元化燃料兼容的新型锅炉，锅炉技术的迭代升级始终聚焦于效率提升和污染物减排，学术界和工业界为此付出了巨大努力。迄今为止，我国在锅炉产业规模、技术应用上已取得显著进展，众多先进技术的推广应用大幅提升了能源利用效率，并持续降低着氮氧化物、二氧化硫、颗粒物等污染物排放，为节能减排事业做出了突出贡献。在“双碳”目标引领下，锅炉行业既面临着前所未有的转型压力，同时也伴随着巨大的发展契机，未来将在能源清洁化、系统智能化等方向持续迈进。
空气对流耦合耐火砖蓄热传热特性研究
宋艳梅;杨豫森;王欣然;杜藏宝;杨晓峰;陈伟雄;孙林;【目的】为优化燃气联合循环机组的调峰性能，解决机组日开夜停模式下的夜间工业蒸汽供应问题，并实现能源梯级利用与热电联产。【方法】本文设计一种新型空气对流耦合耐火砖固体蓄热系统，通过建立空气对流耦合耐火砖蓄热的数值仿真模型，分析预热段、蒸发段和过热段的相变换热、对流传热及导热特性；采用计算流体动力学模拟结合实验验证，探究蓄热体在蓄/放热过程中热扩散的变化趋势与差异，并利用网格无关性验证确保模拟精度。【结果】研究表明，蓄热系统单元在4 h内储热和放热量均达到80%以上，最大平均储热速率和放热速率分别为15.9 kW/m~3与22.0 kW/m~3；能够快速高效地储存蒸汽热量和将热量释放给蒸汽，实验与模拟结果吻合良好，验证了技术可行性。释能阶段的传热温压显著高于储能阶段，表明系统释能效率更高。【结论】该装置可高效存储和释放蒸汽热量，提升燃气机组调峰能力，减少对燃气锅炉的依赖，同时通过储热实现深度调峰与热能稳定供应，可有效的解决负荷过低对机组运行安全性的影响，具有显著的经济效益与应用价值。
600 MW超临界燃煤锅炉尾部受热面磨损模拟研究
杨帮敏;杨威;柯永省;吴剑波;陈双照;张海丹;张光学;【目的】为精确模拟燃煤锅炉尾部低温再热器和省煤器的受热面磨损情况，延长锅炉寿命，提高锅炉的安全运行水平，【方法】本文以某600 MW超临界燃煤锅炉为研究对象，提出一种锅炉本体热态燃烧模拟与尾部受热面磨损模拟进行单向耦合，前者作为后者的计算边界条件，旨在模拟锅炉尾部受热面磨损情况的新型数值计算方法。【结果】研究表明，低温再热器的平均磨损率为3.05×10~(-8) kg/（m~2·s），然而局部最大磨损率为1.54×10~(-6) kg/（m~2·s）；省煤器的磨损率更高，平均值可达6.65×10~(-8) kg/（m~2·s），局部最大磨损率为3.93×10~(-6) kg/（m~2·s）；低温再热器和省煤器的第一排的迎风面磨损较为严重，且分布均匀，第2~4排换热管的磨损最轻微，第5排之后换热管侧面产生了点状分布的不规律磨损现象，局部磨损率超过了第1排，以切削磨损为主。当锅炉负荷增加时，烟气速度增加，受热面的磨损率呈现指数增大趋势。当负荷降低至50%时，磨损率仅为满负荷时的1/10左右。当煤质灰分含量由10%提高至20%时，磨损率呈线性增加趋势，但灰含量进一步增加时，磨损率增加的速度变缓。煤粉颗粒越粗，燃烧产生的飞灰粒径越大，对管壁的冲击磨损越大。【结论】建议对锅炉尾部受热面第一排换热管进行重点防护。当煤质灰份含量较高时，应避免锅炉长期高负荷运行，并适当提高煤粉细度。
基于多元目标的储能政策综合评估
沈昊天;张华良;徐玉杰;苏旭;门静婧;王尧;陈海生;【目的】储能政策体系较为复杂，对储能政策进行科学全面的评估是促进储能产业发展的有效手段。【方法】本文采用熵权Topsis(technique for order preference by similarity to ideal solution)方法以及层次分析法开展不同省份储能政策的综合评估，体现各省份政策对于储能项目的促进水平。考虑政策落地效果并结合储能电站实际应用场景，建立了涵盖经济指标、技术指标以及环境指标等七个指标的多目标综合评估体系。选取青海、浙江、内蒙古及河南四省代表性政策，计算多指标场景分析结果并采用熵权Topsis方法进行客观排序。对于主观评估存在的多目标各有侧重的特点，以层次分析法分别对不同目标下的储能政策进行综合评估。【结果】结果表明，熵权Topsis综合评估方法下浙江省储能政策最优，体现了浙江省政策支持下储能电站运营效益的相对最大化。在分别考虑经济性、技术性以及环境性目标的主观意图下，浙江、河南和浙江储能政策最优，反映了不同省份对于不同目标的支持力度。【结论】对于政策的主观评估需要建立目标优先次序，为后续储能政策评估提供依据。
超临界燃煤锅炉低负荷水冷壁水动力特性研究
谢军;侍述成;王磊;王兴;史鹏飞;姚力;顾俊彦;汪瑾;【目的】为研究燃煤锅炉参与深度调峰情况下，锅炉处于低负荷工况容易导致的燃烧不稳及水动力改变后的特性，提高锅炉运行安全性，【方法】本文以某670 MW超临界锅炉为研究对象，对锅炉内部燃烧状况进行数值模拟，同时结合基于部件压力法的水动力特性计算，分析了锅炉在100%锅炉最大连续蒸发量工况及低负荷40%热耗率验收工况下的水冷壁水动力特性。【结果】研究表明，两种工况下的锅炉上部垂直水冷壁各回路质量流速分配趋势相近，均呈现负流量响应特性；100%锅炉最大连续蒸发量工况下，垂直水冷壁各回路最高温度为392.75℃，最大温差为8.75℃，汽温偏差不大，水冷壁运行安全；而低负荷40%热耗率验收工况下水冷壁出口工质处于两相区，各回路温度均为对应压力下的饱和温度330.55℃，无超温现象，水冷壁可安全运行。【结论】针对负流量工况特性，建议采用更加精细的流量控制方式或优化锅炉水冷壁管道布局；对于后墙质量流量较小的情况，需在运行中特别关注后墙冷却效果。
300 MW煤粉锅炉氨燃料掺烧对锅炉烟气特性的影响分析
王翔;王雪;侯宗余;陈国庆;【目的】氨掺烧对推动能源结构清洁低碳转型具有重要意义。为进一步研究掺氨比例变化对锅炉燃烧状况的具体影响，【方法】本文以能量平衡为基础建立300 MW煤粉锅炉热力计算模型，通过锅炉热力计算考察了不同氨掺烧比例下燃料消耗量、锅炉效率及烟气特性随氨燃料掺烧比例的变化规律；进一步分析了炉膛辐射减弱系数和黑度随氨掺烧比例的变化规律。【结果】研究表明：掺烧比例从0增大到40%，排烟热损失增加5.3%，锅炉效率下降0.21%；烟气量增加6.2%，烟气中水含量增加64.2%,3原子气体含量降低41.4%；水露点提高了11.9%，酸露点在掺烧比例为40%时达到最大值135℃；理论燃烧温度降低46℃，炉膛出口温度提高8℃；火焰辐射减弱系数、火焰辐射吸收率、火焰黑度和炉膛黑度均随氨掺烧量增大而逐渐降低；当燃煤发电机组的氨掺烧量为43%时，碳排放量与同等容量的燃气发电机组碳排放量一致。【结论】研究结果可为氨煤混烧技术开发、锅炉受热面结构设计及污染物控制设备运行参数选取提供重要支撑。
超细水煤浆燃烧特性的数值模拟研究
原铎;王雨果;甄鹏;闫淑君;蔡晋;黄中;【目的】煤炭资源清洁高效利用，是构建中国新型能源体系的需要。水煤浆作为洁净煤技术重要组成部分，对煤炭清洁利用具有重要的作用。【方法】针对超细水煤浆燃烧特性开展了数值模拟研究，建立三维模型，确定湍流、辐射、燃烧、离散相模型，分析了燃料浓度、燃料粒径、雾化角度、总风量以及一、二次风比例等操作参数变化对燃烧试验台温度场、速度场的影响规律。【结果】结果表明，随着燃料浓度的增加，炉膛内温度上升，燃烧更快，导致着火点提前火焰变短；粒径的改变对燃烧过程几乎不产生影响；随着雾化角度的增加，内部高温区聚合明显，呈现一定的分散趋势；随着总风量的增加，火焰着火范围逐渐扩展，着火点推迟；随着一、二次风比例的增加，炉膛内部火焰方向发生明显偏斜。由此说明燃料浓度和总风量的增加显著提升了燃烧效率，而雾化角度和一、二次风配比的适当调整有助于优化燃烧过程的稳定性和效率。模拟验证，最佳燃烧工况宜选燃料浓度为50%、燃料粒径为30μm、雾化角度为30°、总风量为0.316 kg/s、一二次风比例为3∶7。【结论】研究对于提高燃烧效率，推动超细水煤浆的工业化应用具有重要意义。
循环流化床锅炉炉内脱硫技术研究进展
韩铠泽;刘方;张光学;【目的】循环流化床（circulating fluidized bed,CFB）锅炉可通过往炉内投放钙基脱硫剂，实现燃烧中脱硫，炉膛出口处SO_2原始排放浓度较低。然而，面对日趋严格的火电厂大气污染物排放标准，如何优化炉内脱硫工艺、巩固CFB锅炉低成本污染物排放控制优势，是工程上十分关心的问题，需要对CFB锅炉的SO_2生成和炉内脱硫特性开展更加深入的研究。【方法】本文通过梳理近年CFB锅炉炉内脱硫的相关研究，总结各设计或运行参数对炉内脱硫效率的影响规律，提出针对性的炉内脱硫控制措施。【结果】研究表明，在给定脱硫剂和锅炉负荷下，提高分离器效率、改善物料循环系统性能，采用与高效分离器相匹配的超细石灰石，合理设计及调控炉膛温度（800~850℃）和氧量，确定合适的石灰石给入位置，适当增大钙硫比但不高于3.3，可以有效提高炉内脱硫效率，甚至在特定工况下不依靠尾部烟气脱硫系统便可直接满足SO_2超低排放标准。然而，炉内脱硫通常会导致NO_x排放升高，当钙硫比超过2时，锅炉热损失增加使锅炉效率有所降低，另外飞灰中CaO及脱硫产物增加对尾部除尘性能也有一定的影响。【结论】CFB锅炉炉内需要在优化脱硫性能的同时，注重从锅炉整体运行经济性等方面进行综合考虑。