循环流化床（CFB）锅炉在我国发电行业具有重要地位，然而炉膛燃烧系统具有多参数、多变量、非线性、时变性等强耦合特征，使系统的精确建模和预测困难。机器学习凭借强大的非线性处理能力和预测性能，在CFB领域展现出广阔的应用前景。探讨了机器学习技术在该领域的应用，包括最小流化速度预测、污染物排放预测、床层压力预测、床层温度/热效率预测、颗粒循环流率预测、计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）场的降阶模型、锅炉安全控制系统模型等方面。分析了这些技术在不同场景中的优势和局限，展望了CFB锅炉在大数据时代面临的机遇和挑战，关注模型解释性、泛化能力提升、数据质量多样性、模型结合传统方法、实验验证等是未来研究的重点方向。

在“碳达峰、碳中和”的大背景下，如何安全高效环保利用生物质燃料成为行业研究的热点问题。结合流化床燃烧工程实际经历，介绍了国内、外生物质燃料燃烧技术现状及研究进展，对国内、外生物质流化床燃烧发电技术的工程应用进展进行了系统总结；对比分析了生物质锅炉的特点及存在问题，重点关注循环流化床（CFB）锅炉燃烧利用生物质的研究、应用现状；最后，分析了生物质燃料流化床燃烧时的燃烧特性、NO_x污染物排放控制、氯腐蚀以及碱金属引起的积灰结渣腐蚀问题，探讨了各过程中的反应机理，展望了相关技术问题的未来发展方向。

深度调峰过程中燃煤循环流化床（CFB）锅炉面临CO排放质量浓度高及其与NO_x、SO₂等多种污染物协同减排缺乏理论指导等问题。以某150 t/h燃煤CFB锅炉为研究对象，构建基于长短时记忆（LSTM）神经网络、注意力机制（Attention）与极端梯度提升（XGBoost）算法的锅炉炉膛出口CO、NO_x、SO₂等多种污染物排放质量浓度快速预测模型，并耦合粒子群优化（PSO）算法建立CO在线减排优化策略模型。采用2023年36 298条实际运行数据作为训练样本进行炉膛出口污染物排放相关性分析，筛选出污染物质量浓度预测模型的输入参数，并设定适应度函数和边界函数，通过减排优化模型计算，提出了不同负荷范围CFB锅炉CO、NO_x、SO₂质量浓度在线减排寻优策略，并评估其在实际锅炉在线优化运行应用的可行性。

SO₂与NO_x排放质量浓度的精准预测可以有效指导污染物排放控制，对CFB机组环保运行具有重要意义。以某330 MW CFB机组为研究对象，采用Pearson相关系数实现输入变量筛选，应用四分位距（interquartile range，IQR）方法筛选并替换异常值，同时进行归一化，完成数据预处理；随后，通过卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）提取输入变量的特征，进入门循环单元（gated recurrent unit，GRU）处理时间序列特征，并引入多头自注意力（multi-head attention，MHA）机制捕捉特征之间的重要关系，经训练后反归一化得到模型输出；最后，使用平均绝对误差MAE、平均绝对百分比误差MAPE和决定系数R²评估测试集的结果。结果表明，该CNN-GRU-MHA模型能够较为准确地预测CFB机组的污染物排放质量浓度。消融实验与模型对比证明了该模型的优越性能。该CNN-GRU-MHA模型可以实现CFB机组污染物排放质量浓度的监测与优化指导，从而使电厂及时调整运行参数，确保污染物排放达标。

新能源装机占比的不断提高对包括超临界循环流化床（circulating fluidized bed，CFB）锅炉在内的燃煤发电机组灵活性提出了更高要求。以某350 MWCFB锅炉为对象，采用计算颗粒流体动力学（computational particle fluid dynamics，CPFD）方法，针对变负荷工况下的炉内过程响应特性开展了模拟研究，并探讨了燃烧-循环干预措施对变负荷速率的影响。结果表明：升负荷工况下，低负荷段（30%~50%机组额定负荷）的平均热流密度响应速率比高负荷段（50%以上机组额定负荷）下降约38%；仅看高负荷段，机组降负荷时热流密度响应更快，变化率比升负荷时大31%左右。不同负荷变化幅度下，炉内颗粒悬浮浓度和对流换热强度均可快速响应，而炉内温度的变化略显滞后，说明CFB锅炉更依赖传热系数的变化实现热量传递的快速调节。采用燃烧干预，如将40%的原给煤替换成百微米级的细煤颗粒，能够有效加快炉膛温度的变化，升负荷时高负荷段平均热流密度响应速率提高约43%，低负荷段也提升了近16%。此外，采用循环干预，即在升负荷时额外添加一定量的细床料，可使颗粒悬浮浓度在短时间内快速增加，从而有效提高受热表面传热率的响应速率；若进一步给入热细床料（如通过循环灰热储-回送方式），升负荷时高负荷段炉内平均热流密度响应速率可提高约31%，低负荷段也可提升13%左右。研究结果探明了CFB锅炉变负荷时的炉内响应机制，验证了循环-燃烧干预提高机组变负荷速率的可行性，为深入挖掘超临界CFB锅炉的灵活性潜力、改善其变负荷能力提供了参考。

为评估世界首台燃褐煤700 MW高效超超临界CFB锅炉中部全隔墙的振动安全性，建立了锅炉三维非定常流体动力学模型，模拟了炉膛内的气固流场分布，求解了炉内气固流动作用于中部全隔墙表面的压力分布及其波动规律。同时，实测了炉型结构相似的某超临界350 MW CFB锅炉炉墙的振动信号，并进行了频谱分析，以评估炉内压力波动频率。最后，以模拟计算和试验测试获取的炉内压力波动作为激励，计算了中部全隔墙在炉内波动压力作用下的动应力。结果表明，中部全隔墙的动应力水平低于材料的强度极限，中部全隔墙安全。

随着我国新能源发电装机规模的快速增长，煤电调峰能力不足的问题日益凸显。为了挖掘超临界循环流化床（circulating fluidized bed，CFB）燃煤发电机组的启停调峰能力，以某350 MW超临界CFB机组为研究对象，开展了压火热备与快速启停的试验研究。试验结果表明，超临界CFB机组在压火时能够快速达到近零负荷（平均负荷变化率接近10%Pe/min），之后维持热备状态达108 min。压火后，锅炉迅速转入湿态运行，主蒸汽压力以0.13 MPa/min的速度快速下降。通过合理控制给水流量，水冷壁和水冷屏工质温度及壁温均保持稳定。残炭燃烧释放热量使压火期间床温下降缓慢，同时为扬火提供了有利条件。在扬火阶段，机组能够迅速启动，NO_x排放质量浓度瞬时峰值达101 mg/m³，但小时均值稳定在50 mg/m³以下。在整个试验期间，SO₂排放质量浓度始终低于35 mg/m³，污染物满足超低排放要求。汽轮机和发电机在压火热备及启停期间的各项参数均处于正常范围内。主蒸汽压力下降速度过快和主蒸汽温度过热度较低是限制本次试验压火时长的主要因素。研究结果为更高参数的超（超）临界CFB机组启停调峰提供了借鉴。

基于计算颗粒流体力学数值模拟方法，以山西平朔超临界660 MW CFB锅炉为研究对象，建立炉膛全回路模型并进行数值模拟，以实际炉膛中的参数为基础，研究6个旋风分离器的物料分配特性，并通过改变一、二次风配比，一次风均匀性和二次风均匀性，分析运行参数变化对炉内气固流场以及旋风分离器入口物料分配的影响。结果表明：炉内颗粒的分布特性导致旋风分离器入口颗粒质量流量呈“两边高、中间低”的分配特点；总风量一定时，较大的一、二次风配比可减小旋风分离器入口颗粒质量流量的偏差；炉膛一、二次风的布风均匀性也会对旋风分离器入口的颗粒质量流量分配产生影响，6个旋风分离器入口的颗粒质量流量偏差分别在中间布风板的风速偏差为10%时和中间二次风量的偏差为5%时达到最小。

循环流化床（circulating fluidized bed，CFB）锅炉具有热惯性大、蓄热能力强的特点，可以实现近零出力的压火调峰。然而，目前业内对于大型CFB机组压火调峰相关试验研究较少，缺乏压火调峰期间关键参数变化和相关控制策略的研究。对此，以某350 MW超临界CFB锅炉为对象，完成了压火调峰试验，研究了机组压火期间重要参数变化规律，提出了锅炉给水流量和汽轮机综合阀位控制策略优化方案，旨在保障机组运行安全性的前提下最大化压火调峰时间。试验结果表明：优化后超临界CFB机组可以实现85 min机组负荷5~ 8 MW的压火调峰；试验期间锅炉全程维持干态运行，主、再热蒸汽温度从566.0、553.0 ℃下降至482.0、472.0 ℃，平均下降速率为0.99、0.95 ℃/min；锅炉平均床温从875.8 ℃下降至730.9 ℃，平均下降速率为1.70 ℃/min；试验过程中，高压缸排汽温度最高为380.0 ℃，调节级蒸汽温度高于内缸内壁温度，锅炉水冷壁及水冷中隔墙出口壁温偏差随压火时间逐渐减小，最高为97.5 ℃。研究结果证明了超临界CFB机组小时级压火调峰的可行性，可为同类型机组的工程实践提供参考。

随着新能源并网比例的增加，电力系统频率安全问题凸显，掌握机组调节能力的重要性日益突出。目前电力系统仿真中，适用于机电暂态和中长期动态的火电机组模型主要采用IEEE推荐的汽包锅炉简化模型和单再热器汽轮机模型。如果对直流锅炉机组也采用该模型，则会因为蓄热系数的动态和控制系统的偏差，机组主蒸汽压力的仿真结果大幅偏离实际，进而错估机组调节能力。基于此，采用热力学的建模方法，建立了一种适用于多时间尺度动态仿真的超临界直流锅炉火电机组模型。通过建立水冷壁的移动边界模型和过热器的动态热量流模型，更准确地反映直流锅炉的蓄热能力；通过加入给水控制和过热度控制，使得控制系统更符合实际机组。利用电厂运行数据验证了该模型具有较高的仿真精度。相较于现有电力仿真模型，该模型对主蒸汽压力的仿真精度大幅提升。所提出的模型能够更准确地描述超临界直流锅炉机组在一、二次调频及调峰中的动态过程，有助于电力系统频率过程仿真。

新型电力系统“双高”特性使其频率稳定性面临巨大挑战，储能辅助火电机组调频技术已成为保障新型电力系统稳定运行的关键核心技术。该技术所采用的主流储能形式——锂电池储能，在使用中存在寿命短和安全性差的问题，超级电容储能自身高功率、长循环寿命、高安全性的特性极其契合火储调频对储能的要求，但对连续单向指令响应效果较差，需要探索混合储能技术路线实现2种储能优势互补。针对超级电容-锂电池混合储能容量配置问题进行研究，考虑功率型储能器件和能量型储能器件特性，设计了基于实际自动发电控制（AGC）调频指令的储能容量配置方法，对比了3种典型容量配置方案的调频性能和经济性，确定了最优方案并进行了工程验证。实际运行数据表明，超级电容混合储能系统可提升机组调频性能59.77%，延长锂电池使用寿命至3.6倍，提升系统经济性。

随着“双碳”目标的提出，电力系统低碳转型步伐进一步加快，烟气余热利用系统在火电机组得到了广泛应用。烟气冷却器作为烟气余热利用系统的核心设备，受布置空间、烟尘浓度高、硫酸氢铵沉积等因素的影响，实际运行中故障率较高，不仅造成回收烟气余热量减少，而且增加系统阻力导致风机耗电率升高，甚至影响机组带负荷能力和环保达标排放。基于对火电行业250余套烟气冷却器投运情况的广泛调研，梳理出烟气冷却器普遍存在的泄漏、本体积灰、烟道底部积灰和低温烟气腐蚀等典型故障，深入分析以上典型故障的原因及其耦合关系，并提出针对性防范对策，为烟气冷却器改造、运维提供指导。

蝶阀在工业领域应用广泛，在某些工况，蝶阀内会产生较强的不稳定流动并引发管路系统振动。以某600 MW供热机组中低压连通管为研究对象，通过电厂实测与定常数值模拟相结合的方法揭示蝶阀内产生不稳定流动并导致连通管振动的机理。在此基础上，基于流型优化，设计了一种阀板加导流结构的新型蝶阀，并对原蝶阀和优化蝶阀进行振动最大工况的非定常数值模拟。结果表明，阀板加装导流结构后使大部分蒸汽主流沿低压缸进汽管中部流动，可有效减弱不稳定流动产生的激励力，抑制连通管振动。提出的新型蝶阀可应用于抑制存在蝶阀小开度工况管路系统的振动。

工业生产及城市居民生活产生大量污水污泥，污泥的填埋严重破坏生态环境。为大规模消纳市政污泥，变废为宝，将其制备成低碳低成本储热材料，提出添加碳化硅、氮化硼和膨胀石墨为导热增强剂，以强化污泥焚烧灰渣/硝酸钾复合相变储热材料（50%污泥焚烧炉渣+50%硝酸钾）导热性能的思路。通过制备复合相变储热材料，研究导热增强剂对复合相变储热材料热性能的影响。结果表明：膨胀石墨不适合作为污泥焚烧灰渣/硝酸钾复合相变储热材料的导热增强剂；添加质量分数为2%的导热增强剂在熔化潜热改善方面是最优的，且添加氮化硼优于添加碳化硅；添加质量分数为2%氮化硼的样品的导热系数提升最为显著，在100~400 ℃时分别比样品SC3（不加导热增强剂）升高65%、93%、117%、203%；经历1 000次加热/冷却循环后，氮化硼质量分数为2%的样品潜热为35.29 J/g，储热密度为292.1 J/g，碳化硅质量分数为2%的样品潜热为40.90 J/g，储热密度为334.9 J/g；碳化硅质量分数为2%的样品、氮化硼质量分数为2%的样品传热速率分别为0.16、0.17 ℃/s。研究结果初步证明碳化硅和氮化硼作为污泥焚烧灰渣/硝酸钾复合相变储热材料的导热增强剂是可行的。

提高液态铅铋合金（LBE）与超临界二氧化碳（S-CO₂）之间的换热效率对于推动先进核能系统的发展具有重要意义。通过数值模拟方法，研究了直型、翼型、S型、Z型4种几何模型流道结构印刷电路板式换热器（printed circuit heat exchanger，PCHE）的换热性能。结果表明，换热器冷侧热阻明显高于热侧热阻，直通道PCHE的热侧传热系数平均为冷侧的26.2倍。在固定热侧流道结构的条件下，重点探讨了不同冷侧流道结构对PCHE换热性能的影响。结果表明，与直型流道相比，Z型流道、S型流道和翼型流道的换热量分别提高了23.3%、22.2%和10.6%，等泵功指标分别提高了1.48倍、1.68倍和1.44倍。此外，对比了当冷侧流量提升20%时不同PCHE的动态性能，其中直通道的重新平衡时间最短，相比换热量的提升，流体压降损失更显著。研究结果为优化LBE/S-CO₂换热器设计提供了理论依据，并对提高下一代核能系统的热效率具有指导意义。

为实现蒸汽能量的梯级利用，提高蒸汽发电能力，提出了一种集成有机朗肯循环系统与风冷式燃煤发电系统的新型发电系统。该系统基于有机朗肯循环系统在中低温阶段的热电高效转换特性，抽取燃煤机组中膨胀到一定程度的蒸汽驱动有机朗肯循环系统进一步提高输出功率。该耦合方案可以实现燃煤电厂提高输出功率、回收排汽余热和在冬季防止空冷器结冰的多重目的。针对某600 MW燃煤电厂进行了热力学性能分析，结果显示，当抽汽流量为160 kg/s时，系统在50%THA、75%THA和100%THA负荷下的热效率分别提高了3.48百分点、1.72百分点和1.08百分点，㶲效率分别提高了3.38百分点、1.68百分点和1.05百分点，煤耗率分别降低了27.72、12.88、7.92 g/(kW·h)，余热回收率达到64.57%、25.64%和15.40%。该方案不仅提升了现有风冷式燃煤电厂的性能，而且降低了煤耗，研究成果为提高电厂整体性能提供了新的思路。

利用着火炉及一维炉试验平台对宝清高水分褐煤及其不同水分干燥褐煤的着火、燃尽及结渣性能进行试验研究。结果表明：宝清高水分褐煤的着火温度415 ℃，极易着火；相对于水分对着火温度的影响，细度对着火温度的影响更加显著；在低负荷下，水及水蒸气在燃烧初期对焦炭的消耗速率影响大；宝清高水分褐煤由于水分高，燃烧初期反应剧烈，飞灰可燃物质量分数迅速降低，结渣趋势也更强，但过高的水分不利于燃烧后期焦炭的燃尽；随着煤粉细度R₉₀升高，煤粉燃尽率下降。但总体说来，宝清高水分褐煤及干燥煤的燃尽率均在99%以上，属于极易燃尽；氧量对燃尽率的影响效果不明显。