中国电力

2021, 54(4): 0-0.

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直流电缆试验标准体系分析及±535 kV电缆系统试验中关键问题

赵鹏, 欧阳本红, 陈铮铮, 陈鸿, 饶文彬, 赵健康, 张皓

2021, 54(4): 10-18,25. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006164

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直流电缆系统开发过程中材料选型、制造工艺、验证直流电缆系统可靠性的方法等成为国内外关注的焦点问题。在过去10里，高压直流电缆系统的试验方法体系得到全面的发展，已建立的规范或标准包括CIGRE TB 496、GB/T 31489.1和IEC 62895等，均对直流电缆系统在开发过程中的试验鉴定方法做出了明确要求。依据国产化±535kV直流电缆研发试验经验，综述上述3个标准要求制定的背景，着重梳理对比GB/T 31489.1和IEC 62895在条款规定中的差异性，总结研发过程中绝缘材料电性能评价方法和直流电缆系统在低温环境下电性能型式试验经验，提出在标准化工作中的建议，可作为试验方案制定的参考。

不同压力对EPDM中电荷输运的影响

贺逸飞, 吴锴, 吴洋, 汪京昊, 张春阳

2021, 54(4): 19-25. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006016

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三元乙丙橡胶（EPDM）作为一种高质量的绝缘材料，被广泛用于电缆接头的附件中，但其在电缆实际运行中承受较大的压力，这可能会影响绝缘性能。通过计算不同压力下EPDM中电荷输运的关键参数，如载流子迁移率的变化，研究压力对EPDM中电荷迁移的影响。通过设计单极载流子阻挡实验，并结合改进的电声脉冲法（PEA）测量设备，计算0.6~1.2 MPa（间隔0.2 MPa）范围内6种压力下EPDM中电子的迁移率。另外，通过跳跃电导模型对迁移率数据进行深入分析，发现在不同压力下EPDM中的迁移率没有显著变化，并且电子跃迁所需的能量和电子的跃迁距离也没有太大变化。结果表明：在电缆正常运行的工作环境下，压力不会影响EPDM的电气性能。

基于Nuttall自卷积窗的10 kV配电电缆中间接头定位改进方法

徐兴全, 桂媛, 姚玉海, 王智晖, 李蓉, 周凯, 谢敏

2021, 54(4): 26-32. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006152

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为解决现阶段采用离散傅里叶变换（discrete Fourier transform，DFT）分析电缆首端输入阻抗谱时存在频谱泄露和栅栏效应的问题，提出一种基于Nuttall自卷积窗的10kV配电电缆中间接头定位改进方法。首先，应用含有中间接头的电力电缆传输线模型、电缆输入阻抗谱、中间接头定位原理、加窗傅里叶变换（windowed Fourier transform，WFT）简要说明本文所提方法原理。接着，选取窗函数（Hamming窗、Blackman窗、四项三阶Nuttall窗、二阶Nuttall自卷积窗），详细分析窗函数性能。然后，通过对中间接头的定位仿真，分析比较4种窗函数的WFT算法对接头的识别定位效果。最后，对实验室500 m长的10 kV交联聚乙烯电缆（cross-linked polyethylene，XLPE）进行测试来检验所提方法的测试效果。仿真和实验结果表明：相比于Hamming窗、Blackman窗、四项三阶Nuttall窗，二阶Nuttall自卷积窗抑制频谱泄露和栅栏效应的效果最佳，能更高灵敏度地识别和定位中间接头，且定位误差小于0.024%。

高压XLPE电缆缓冲层故障研究现状综述

孟峥峥, 李旭, 于洋, 李志坚, 杜晓雨, 孔晓晓, 李进, 李奇, 杜伯学

2021, 54(4): 33-41,55. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011018

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在分析缓冲层材料特性的基础上，论述国内外有关缓冲层故障的研究现状，并为未来研究提供改进建议。综述性研究表明：放电是引起缓冲层烧蚀故障的直接原因，而电缆受潮是此类故障发生的必要条件。长期受潮会加速白粉的形成，并导致缓冲层电阻率升高。当铝护套与绝缘屏蔽层间存在气隙时，缓冲层电阻率升高、白粉的形成与过电压的冲击会使气隙内局部场强超过击穿场强，最终导致放电烧蚀。全文综述结果总结缓冲层故障成因，并在此基础上提出相应的调整建议，可以为缓冲层故障防范提供参考。

挤包绝缘高压直流电缆应用现状与研究展望

胡明, 刘淑军, 杨建军, 谢书鸿, 张洪亮, 闫志雨

2021, 54(4): 42-55. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006273

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挤包绝缘高压直流电缆已成为远距离、大容量输电线路建设的主要装备之一，现阶段广泛应用的挤包绝缘直流电缆以交联聚乙烯(XLPE)绝缘为主。针对XLPE绝缘高压直流电缆研发和应用中的绝缘空间电荷特性、副产物脱气等主要问题进行全面综述，指出在工业化生产方式下，超纯净体系XLPE绝缘材料是目前用来缓解空间电荷问题和实现电缆批量化生产更为可行的技术方案，对于副产物脱气问题的研究需结合小样测试结果，向长距离批量化电缆生产的脱气工艺控制进行扩展。结合现有国内外已投运和正在规划的挤包绝缘高压直流电缆典型工程，指出未来应侧重于在提高绝缘材料电气绝缘水平的基础上，使挤包绝缘直流电缆向更高电压等级发展，并同时通过提高电缆最高允许运行温度实现更大的传输容量。此外，从提高生产效率和利于回收利用的角度考虑，可加强热塑性绝缘材料在挤包绝缘高压直流电缆中的应用研究。

直流预压对针板电极下XLPE中空间电荷及电树枝的影响

徐晓彬, 刘爱静, 乐彦杰, 刘贺晨, 郭展鹏, 刘云鹏

2021, 54(4): 56-62,71. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006270

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空间电荷是影响高压直流电缆绝缘电树枝特性的主要原因之一。基于双极性载流子输运模型，对±20 kV、±22.5 kV和±25 kV直流预压下3 600 s内二维针板电极模型空间电荷分布进行仿真分析，并对比分析空间电荷分布与直流接地电树枝引发特性。结果表明：空间电荷浓度及注入深度随预压幅值及时间的增加而增大；直流接地电树枝引发长度随预压时间及幅值的增加而增加。空间电荷注入深度与电树枝引发长度两者之间高度相似。接地电树枝引发特性存在差异的主要原因是针尖附近空间电荷的分布特性。

挤包绝缘高压直流电缆制造与应用中的径向梯度效应

李飞, 钟力生, 李文鹏, 高景晖, 任海洋, 张翀

2021, 54(4): 63-71. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006208

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挤包绝缘高压直流电缆在直流输电工程中应用广泛，但制造与应用中的梯度效应显著影响其直流电气性能。以500 kV交联聚乙烯直流电缆为研究对象，首先，通过仿真计算理想均匀绝缘电缆中的场强分布；然后，计算交联和脱气过程中绝缘层的温度分布，并对电缆绝缘切片取样，测量不同径向位置绝缘的相态结构和直流电气性能；最后，根据实测电导率对电缆绝缘中场强分布进行仿真。结果显示：电缆绝缘在交联和脱气过程中存在温度梯度，绝缘的相态结构和直流电气性能在径向上分布不均匀，绝缘电导率在径向上的梯度分布导致电缆绝缘中场强均呈现出内低外高的分布规律，且最外侧绝缘的场强大于均匀绝缘中的最高场强。

大截面高压电缆金具电磁-结构瞬态耦合分析

孙娜, 刘胜春, 许爱斌, 司佳钧

2021, 54(4): 72-79. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006263

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电缆金具对电缆起着固定和支撑作用，电网短路时，电缆金具将承受巨大的电动力，其机械性能劣化，会对电网的稳定运行构成严重威胁。采用载荷传递的顺序耦合方法，建立电缆金具系统的电磁-结构有限元模型，以虚位移法和麦克斯韦电磁理论为基础，对电缆金具系统进行瞬态电磁场分析，得到其短路电动力和磁场分布情况，将电动力作为激励源对电缆金具进行结构瞬态动力学分析，研究其力学特性。结果表明：电缆所受瞬态电动力呈周期性变化，周期与工频周期有关，随周期增加，每个周期的瞬态电动力峰值逐步衰减；中间相电缆夹具应力水平最大，在夹具底座安装板拐角处出现了塑性变形；相对于电缆支架，电缆夹具的应力水平受静力、动力分析方法影响较小，若只对电缆夹具的应力水平做定性分析，可以采用静力分析方法，若想准确、定量分析电缆夹具的应力水平，建议采用瞬态动力学方法。电缆支架的应力水平受静力、动力分析方法影响较大，当电缆夹具采用水平“一”字形布置时，宜采用瞬态动力学分析方法。

海底电缆用阻水型线导体设计方法及试验研究

王文超, 薛驰, 胡明, 赵囿林, 谢书鸿, 王海洋, 叶成, 聂影

2021, 54(4): 80-86. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009090

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阻水导体的设计制造是海底电缆领域内的关键课题之一。提出一种等截面梯形型线阻水导体结构的理论设计方法，通用性强，可编程性高，适用于50~3 500 mm²阻水导体的设计和生产制造，可解决阻水型线导体设计和制造困难、尺寸不合理等问题，导体填充系数可达到0.96以上；然后，通过阻水、机械、电气性能试验，验证所述理论设计方法和工艺制造的合理性，导体结构对海缆的整体性能无不良影响，且阻水胶型线导体结构优于阻水带结构；最后，根据理论计算，所述方法设计的中压海缆型线导体外径比紧压圆形导体小3.9%~7.0%，最大可降低1.1%的制造成本。导体截面越大，型线导体结构优化越显著，验证了型线结构海缆的经济性。

高压交流电缆用交联聚乙烯绝缘料性能对比实验研究

欧阳本红, 刘松华, 王诗航, 李建英, 李盛涛

2021, 54(4): 87-93. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006176

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中国高电压等级交流电缆用交联聚乙烯（XPLE）绝缘料研发较晚，目前国产220 kV电压等级绝缘料暂未获得工程应用。以3种国内外高压电缆XLPE绝缘料为研究对象，对比分析绝缘料热压试样的工频击穿场强、介电常数、介质损耗正切、熔融和结晶性能、拉伸强度、断裂伸长率、微观形貌和交联度等参数。实验测试结果表明：国产XLPE绝缘料的宏观性能参数已经和进口XLPE绝缘料相差不大，甚至国产绝缘料试样的击穿场强和力学性能参数优于进口X1#试样，但同时也能够发现国产绝缘料的不足之处，例如击穿场强的稳定性较差、介质损耗角正切值偏大等。研究结论可为国产电缆绝缘料的研发与性能提升提供数据支撑。

特约主编寄语

2021, 54(4): 94-94.

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综合能源系统控制自由度指标及其对经济调度的影响

郑涛, 戴则梅, 姚家豪, 曹敬, 吴烁民, 张凯锋

2021, 54(4): 95-106,118. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007033

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综合能源系统通过多能流耦合转化，向用户提供多样化的能源供给服务。相比传统的独立供能系统，综合能源系统具有更大的控制自由度。针对如何衡量系统的控制自由度这一问题，首先提出了表征多能流相互转换能力的可转换性指标，以及表征用户侧选择能源空间的可替代性指标，并给出了这两个指标的计算方法。其次，考虑控制自由度对于综合能源系统优化运行的影响，建立了冷-热-电-气综合能源系统的经济调度模型。最后对算例进行仿真分析，结果证明提高综合能源系统的可转换性和可替代性两个控制自由度指标可以降低系统的经济调度成本。

基于电动汽车分群的“风-网-车”联合消纳调度策略

陈岩, 靳伟, 王文宾, 李会彬, 韩胜峰, 王一鸣, 钟嘉庆

2021, 54(4): 107-118. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005103

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为解决电动汽车的大规模实时优化调度问题，在建立电动汽车状态矩阵的基础上，提出电动汽车状态集群划分新方法。定义功率满意度及时间满意度，加权和为用户满意度，并以经济收益与满意度最大为目标，构造基于电动汽车分群的“风-网-车”实时联合消纳调度模型。针对并网运行的风电场出力与电动汽车负荷不确定性问题，研究可信性理论与模糊机会约束的融合，引入可信性测度指标，对模糊机会约束条件进行清晰化等价处理。最后，采用考虑外点罚函数法并带收缩因子的粒子群优化算法对调度模型进行优化求解，通过算例验证该模型及调度策略的优越性。

考虑可再生能源不确定性的热-电耦合微能源系统多目标鲁棒规划方法

张敏, 王金浩, 常潇, 杨超颖, 李冉, 孙昌雯, 樊瑞

2021, 54(4): 119-129,140. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010037

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由于可再生能源出力具有高度随机性和间歇性，其大规模并网会严重影响电力系统的安全稳定运行。为促进可再生能源消纳，可通过大力发展热-电耦合微能源系统解决此问题。为此，提出一种考虑风电不确定性的热-电耦合微能源系统多目标鲁棒规划方法。以投资运行成本最小及系统峰谷波动最小为目标，构建热-电耦合微型综合能源系统多目标鲁棒规划模型。采用NSGA-II和TOPSIS相结合的求解算法实现多目标问题求解。仿真结果表明，该方法可以提高风电利用率和系统经济性，对于工程应用有一定的参考价值。

基于电能替代的园区综合能源规划评价方法

赵璞, 周满, 高建宇, 潘乐真, 刘自发, 谢浩铠

2021, 54(4): 130-140. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006250

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针对综合能源园区多能耦合的特点，对其建设效果的影响因素进行分析，考虑电能替代工作的积极影响，以社会效益、能源利用效率、可靠性、经济性和环保性为准则构建综合评价指标体系和指标量化计算模型，并介绍指标计算方法。提出了一种采用组合赋权法优化物元可拓模型的综合评价方法，该方法采用基于“权重偏差向量最小”的组合赋权法集成主、客观权重，并将求得的期望组合权重用于物元可拓模型以求解园区建设方案评定等级。通过算例分析验证评价模型和方法的科学性和合理性，并证明电能替代设备对园区建设效果的推进作用。

计及需求响应的区域综合能源系统双层优化调度策略

张海静, 杨雍琦, 赵昕, 徐楠, 李晨辉, 薛万磊

2021, 54(4): 141-150. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012014

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需求响应聚合商通过需求响应聚合用户的可转移负荷和可削减负荷，提高区域综合能源系统运行的灵活性和经济性。考虑综合能源系统运营商和需求响应聚合商之间的交互博弈关系，建立了计及需求响应的区域综合能源系统双层优化调度模型。上下层分别以区域综合能源系统运营商和需求响应聚合商经济收益最大为目标，利用KKT条件和线性化方法将双层模型转化为单层混合整数线性优化模型进行求解。结果显示，通过分时电价和需求响应补偿价格引导用户调整用能计划，可在提高综合能源系统运营商和需求响应聚合商的利润的同时实现削峰填谷，减少对电网安全稳定运行造成的影响。

园区综合能源服务利益方运营关系和经营战略

徐文涛, 李明轩

2021, 54(4): 151-157. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006014

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作为综合能源服务领域当前最具落地条件的领域，园区综合能源服务已受到工业、学术界越来越多的关注。园区综合能源服务相关利益方之间存在复杂的业务和利益耦合，亟须通过研究梳理利益方运营关系，指导园区综合能源服务的健康有序发展。通过分析园区综合能源服务的能量流、信息流与资金流，得出利益方运营关系。基于此，以电网企业为例，提出了开展园区综合能源服务发展的经营管理战略，即按照“以点带线、以点带面”的市场开拓思路，以示范项目为引领，拓展综合能源服务项目落地。

考虑系统灵活性的储能-输电线路扩展联合规划

李佳明, 李文启, 鲁宗相, 乔颖, 高东学, 刘韶林

2021, 54(4): 158-167. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007062

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强随机波动性的高比例风光电源接入及输送网络规划需要兼顾电力电量平衡和灵活性平衡，经典的输电线路扩展难以满足要求，储能-输电联合规划成为新的解决方案。建立基于灵活性定量评估的储能与输电线路扩展联合优化规划方法。首先，从灵活性角度分析“储-输”联合规划在兼顾电力电量平衡和灵活调节能力上的技术特点和优势；然后，建立考虑灵活性的“储-输”联合规划模型，并提出启发式与数学规划相结合的求解方法；最后，基于改进的Garver-6算例系统进行算法验证，结果表明：在高比例可再生能源场景下，“储-输”联合规划具备更好的经济性；储能有效改善了系统的上调灵活性，但成本是制约其规划容量扩大的重要因素。

柔性直流换流阀监视系统关键技术及工程化应用

杨岳峰, 王晓晗, 王玮, 施秀萍, 赵彩萍

2021, 54(4): 168-174. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006024

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随着对柔性直流输电工程换流阀及阀控设备可靠性要求的提升，为了更加全面、直观、及时地监视换流阀及阀控设备运行状态，提高换流阀运行安全性，柔性直流换流阀监视系统的作用愈加重要。结合实际工程项目需求，兼顾现场分系统调试、换流阀检修、正常运行维护等不同使用场景，研发了双网双冗余架构的柔性直流换流阀监视系统。采用页面自动布局和参数自动匹配技术并且加以优化，采用“内存＋文件”相结合的数据缓存机制有效解决海量数据量的处理。该系统具备海量数据高速处理、遥信遥测报文显示存储、高频采样故障录波及波形处理功能，能够以微秒级精度实时记录事件，同时具备远程控制、换流阀及阀控设备状态和关键参数的修改功能。该系统已成功应用于张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程，其性能完全满足该工程柔性直流换流阀和阀控设备状态在线监视以及系统调试等需求。

综合能源背景下的配电网多场景规划

胡源, 薛松, 杨素, 唐程辉, 梁才, 熊天军

2021, 54(4): 175-184. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202002031

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随着能源利用设备的发展，综合能源系统成为能源供应的一个重要发展方向。与单一形式的能源供应相比，综合能源供应系统可以为用户提供更加经济、高效、多样化的能源供应。其中，包含冷热电联产机组(CCHP)、电制冷等设备的配电网是综合能源系统的主要物理载体。基于此，提出考虑新能源、电、热、冷负荷不确定性的综合能源系统设备和配电网变电站容量协同规划的多场景规划方法，实现电、气、热能源的高效、可靠供应。首先，根据CCHP机组、电制冷装置、燃气热水锅炉的物理特性，建立相应能量转化的数学模型。考虑综合能源系统中诸多元件对配电网节点电压的影响，采用Distflow模型建立交流潮流模型。其次，针对新能源出力和电、气、热负荷需求的不确定性对规划结果的影响，采用典型场景来描述电、气、热负荷的季节特性和新能源出力的波动性，进而建立基于多场景的综合能源系统和配电网协同规划模型。对改造的IEEE 33节点配电网系统进行规划计算，算例结果验证了所提规划方法的有效性及合理性。

椭圆环布置的垂直型直流接地极的溢流特性

谌阳

2021, 54(4): 185-191. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202009120

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椭圆环布置的垂直型直流接地极占地面积小，地形适应能力强，具有推广应用价值，但椭圆环布置带来的溢流不均匀特性值得深入研究。分析并对比接地极外形尺寸对溢流特性的影响，外形参数包括椭圆率、极环周长、电极长度、电极间距、电极数量。研究表明，椭圆率越大、电极长度越长、电极间距越小、电极数量越少，则电极之间的不均匀程度也越高；且影响程度最大的是椭圆率，其次是电极长度和电极间距，再次是电极数量。采用椭圆环布置垂直接地极时，需要考虑电极之间和单个电极本身的两类溢流不均匀特性的叠加，以控制任一点上的最大溢流密度偏差系数。

美国得州2·15大停电事故分析及对中国电力发展的启示

张玥, 谢光龙, 张全, 韩新阳, 朱瑞, 张钧

2021, 54(4): 192-198,206. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202103037

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受极寒天气影响，2021年2月15日—19日美国得克萨斯州发生大停电事故，最多影响人口达450万人，得州电网进入三级紧急状态，最大切负荷2 000万kW，实时市场价格超过9 000美元/(MW·h)。依据得州电力可靠性委员会等机构的公开报告和数据，梳理事故过程，在提出的停电原因分析体系基础上，剖析该事故原因，并总结对中国电力发展的启示。应坚持发挥统一规划、统一调度、统一管理的体制优势，重视极端场景电力应急保障问题，构建适应高比例可再生能源和高比例电力电子装备电力系统的多元供给体系，筑牢能源电力安全物理基础，探索具有中国特色的电力市场模式。

陶瓷膜法的烟气水分及余热回收中试研究

米大斌, 郭江龙, 张衡

2021, 54(4): 199-206. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010086

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为研究陶瓷膜在火电厂烟气水分及余热回收应用中的动态性能，在河北某330 MW燃煤电站采用40根微滤膜制作陶瓷膜组件，搭建中试装置，研究烟气流量和冷却水入口温度对水分和热量回收性能、潜热和显热释放情况的影响规律。研究结果表明，烟气流量为9 715 m³/h、冷却水入口温度为18.7 ℃时，膜组件的回收水量和热量分别可以达到43.65 kg/(m²·h)和106.31 MJ/(m²·h)。膜组件在真实的工业生产环境中展现出了良好的回收性能和极好的工业化应用潜力。

某330 MW燃煤机组冷凝-再热烟羽治理系统运行测评

梁秀进, 魏宏鸽, 张彭, 王丰吉, 朱跃

2021, 54(4): 207-212. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012011

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针对某330 MW机组的冷凝-再热烟羽治理系统进行测试和核算，评价该烟羽治理系统的运行水平和对非常规污染物的减排效果。测试结果表明，该系统投运后烟气系统各项参数均达到了设计目标值。烟气冷凝器回收烟气凝结水23.93 t/h，凝结水含溶解性固体93 mg/L，烟气凝结水水质优良，可以直接引入化学水车间超滤工艺前进行后续处理，降低了水处理成本。根据冷凝器后烟气液态水中溶解性固体总排放量为4.47 kg/h和烟气凝结水中溶解性固体总含量为2.00 kg/h计算，烟气冷凝器对烟气溶解性固体的去除率为30.97%。研究结果表明，对燃煤硫分较低且已实现超低排放的机组，烟气中溶解性固体的含量较低，烟气冷凝器对溶解性固体的减排潜力有限。根据成分分析，溶解性固体的去除率与其溶解度有很大关系，水溶性越强，去除率越高。

旋转雾化蒸发技术对脱硫废水和烟气的适应性研究

李飞

2021, 54(4): 213-220. DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011080

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开展了脱硫废水旋转雾化蒸发实验，研究了该技术对废水水质和烟气参数的适应性，分析了优化废水蒸发效果的方法。结果表明，旋转雾化蒸发技术对废水盐含量（TDS）、悬浮物含量（SS）、烟气温度和烟气粉尘含量等有很强的适应性。在适当的实验条件下，当废水含盐量高达200000 mg/L，悬浮物含量高达6%，烟气温度≥300 ℃，或烟气粉尘含量高达30 g/m³时，蒸发塔出口和底部灰分的含水率均低于2%，废水蒸发效果良好。此外，增加气液比或提高雾化器转速可有效降低蒸发塔出口和底部灰分的含水率，可用于对废水蒸发进行优化。

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