宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高效CO_(2)输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地,能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显,面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题,调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力,构建了CCUS源汇匹配模型,在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO_(2)运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上,应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法,结合ArcGIS平台和优化求解软件,获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案,并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明,截止2021年,宁夏工业碳排放源107个,碳排放总量2.26亿t/a,以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏,CO_(2)理论地质封存容量151.55亿t,以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好,在源汇直接相连的情况下,区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元,并以捕集成本为主,占比83.65%,单位减排成本402.32元/t,共需建设CO_(2)运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本,优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t,节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业,在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术,打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群,构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

基于改进络合铁法的含硫化氢尾气处理工艺模拟与优化

目的有效处理含硫尾气,确保装置“安、稳、长、满、优”运行。方法采用Aspen Plus V11软件基于Peng-Robinson热力学模型对改进络合铁装置的H_(2)S处理过程进行了全流程模拟,并根据Box-Behnken Design对其进行了响应面设计,得到了最佳H_(2)S脱除率及其对应的优化操作参数。结果此模拟流程能够较好地反映改进络合铁装置的实际运行情况,可以作为后续优化研究的基础模型。当循环溶液温度为47.2℃、循环溶液中Fe^(3+)质量分数为8.4100%、循环溶液体积流量为3.12 m^(3)/h、电解槽电压为0.64 V时,改进络合铁装置的H_(2)S脱除率高达99.999988%。此时,外排气中H_(2)S质量浓度为9.5 mg/m^(3),完全可以满足外排气中H_(2)S质量浓度不大于10 mg/m^(3)的约束条件;t检验结果表明,采用响应面法优化得到的预测值和验证值之间不存在显著差异,其准确度一致。结论该研究结果可为进一步提升含H_(2)S尾气处理水平提供准确、可靠的理论支撑和数据来源。

高炉烟气碳捕集吸收剂性能影响分析

高炉烟气进行碳捕集可有效降低高炉工序的碳排放。采用化学吸收的方式进行高炉烟气碳捕集,对几种主要吸收剂进行高炉烟气碳捕集能力研究。通过自主搭建的模拟碳捕集试验装置,研究氨水、乙醇胺(MEA)等吸收剂对20%CO_(2)含量的高炉烟气的碳捕集情况,分析其碳捕集能力与再生再利用能力。结果表明,氨水的碳捕集能力最强,每千克溶液捕集CO_(2)可达105.4 L,比捕集量最少的MEA溶液高出了71.38%。此外,各吸收剂CO_(2)的解吸率可达92%以上,仅MEA解吸率为68.94%。重复利用的吸收剂碳捕集能力也达原先的90%以上。同时研究发现,高炉烟气中除尘灰会使有机胺吸收剂在升温解吸过程中降解,使碳捕集能力降低20%左右。本文可为后续开发适宜高炉工序的吸收剂与高炉碳捕集工艺奠定理论基础。

W火焰锅炉SCR脱硝超低排放技术及应用

截至2021年底,全国已有超过95%的燃煤火电机组实现了氮氧化物超低排放,剩余均为燃用无烟煤的W火焰锅炉,其产生的氮氧化物质量浓度高达750~1200 mg/m^(3),实现超低排放难度大,是我国实现超低排放政策的“最后一公里”。目前,选择性催化还原(SCR)脱硝流场技术主要有“SCR分区混合动态调平技术”“全烟道断面混合流场技术”“常规精准喷氨技术”等。以某设计脱硝效率需高达95%的W火焰锅炉为例,通过计算流体力学(CFD)模拟的方式对比3种技术的性能指标,“SCR分区混合动态调平技术”的各项指标明显优于其他技术。工程改造后,在脱硝系统入口氮氧化物质量浓度为1000 mg/m^(3),出口低于50 mg/m^(3)时,可实时保持氨逃逸量小于3μL/L,远超常规SCR脱硝系统最高设计效率(93%),为W火焰锅炉氮氧化物超低排放提供了新的技术路线。

二氧化碳捕集技术研究和工程示范进展

捕集、封存(CCS)/捕集、利用和封存(CCUS)技术是缓解日趋严重气候问题的有效措施,其中CO_(2)捕集是CCS/CCUS技术中的关键环节。经过多年发展,以乙醇胺为代表以及在此基础上发展起来的多氨基胺、位阻胺、离子液体等化学胺吸收碳捕集技术逐渐成熟,此类技术已开展或正在进行大型试验或工业示范。科研机构已经完成了技术评审(TR)的关键节点验证,积累了丰富的经验。本文结合具体案例简要介绍了包括燃烧前、富氧燃烧、化学链燃烧和燃烧后捕集技术的进展情况,分析了各类技术目前存在的主要问题,并提出了影响CO_(2)捕集技术大范围推广的关键因素。捕集能耗高、设备投资和维护成本高、产生的废弃物量大是影响捕集成本的主要因素。此外,捕集的CO_(2)主要还是用于驱油和埋存,尚不成熟的CO_(2)化工转化技术生产的产品竞争力比较弱。

双区与单区电除尘器内部流场电场对比研究

电除尘器内部电场和流场特性对除尘器的除尘性能有重要影响。该文使用Fluent模拟软件对相同比尘集面积的单区与双区电除尘器进行数值模拟,对比单区和双区电除尘器的电场强度、电流密度分布和不同电场风速下的内部流场变化,以此分析电除尘器对不同粒径颗粒除尘效率的影响和双区电除尘器能够高效率捕集高比电阻粉尘的原因。结果表明,双区电除尘器荷电区电流密度与电场强度和单区电除尘器分布相似,单区电除尘器的平均板电流密度为0.56 mA/m^(2),平均电场强度为2.20 kV/cm,双区电除尘器荷电区的平均板电流密度为0.51 mA/m^(2),平均电场强度为2.40 kV/cm。但双区电除尘器收尘区的电场与流场特性和单区电除尘器差别较大,双区电除尘器收尘区平均板电流密度为0.0036 mA/m^(2),只为单区电除尘器的0.6%,而平均电场强度为4.0 kV/cm,是单区电除尘器场强的1.8倍,且双区电除尘收尘区流场分布较均匀,受离子风影响小。收尘区内低电流密度,高电场强度,较少的离子风扰动是双区电除尘器有效捕集高比电阻粉尘,避免反电晕发生的主要原因。

宝钢高炉热风炉烟气超低排放治理工艺技术选择及应用示范

基于宝钢高炉热风炉烟气在治理前的排放情况,分析了不同治理工艺技术的优缺点,最终选用了从目前看最为安全、适应高炉热风炉工况的钙基固定床烟气治理工艺技术。介绍了该工艺技术在宝钢4号高炉一年的运行实绩,从安全、脱硫效果、运行维护及成本等多方面,再次验证了其安全性、稳定性、适应性及经济性,从而为宝武集团内及国内外其他厂家提供可借鉴的应用示范,进而助力我国高炉的绿色低碳生产与技术进步。

湿法脱硫“无梁网架式”喷淋系统分析及应用

本文利用有限元分析软件,对某电厂1000MW机组湿法脱硫喷淋塔“无梁网架式”喷淋系统喷淋模组进行建模,准确分析喷淋模组的应变、强度比和挠度情况。实测排放结果表明,烟尘和二氧化硫排放指标均超过了预期设计值,实现了超低排放,验证了“无梁网架式”喷淋系统的先进性和可靠性。

基于捣固焦化项目的SCR脱硝装置流场分析

利用CFD软件对烟道和单侧SCR(Selective Catalytic Reduction,选择性催化还原法)反应器结构进行建模仿真,设置烟气在反应器中流动特性的物理模型为湍流模型,在反应器结构不同位置放置导流板从而提高流场的均匀性。利用多孔介质模型模拟催化剂首层,分析流场通过首层催化剂的分布情况。通过对初始设计方案的SCR脱硝装置结构进行CFD数值模拟优化,确定最终优化方案符合SCR脱硝流场相关技术指标,为捣固焦化项目设计、脱硝反应器运行管理提供了参考。

钢铁行业烧结机烟气内循环节能环保技术应用

烧结烟气内循环是烧结机最有效、最简洁的污染物降排手段,同时将大烟道高温废气引回烧结料面进行烟气循环烧结也是最有效的余热回收方式,随着环保标准的提升,通过烧结自身烟气内循环实现污染物总量减排和降碳,将进行全面推广。

基于改性粉煤灰材料的双滤筒VOCs吸附装置开发

针对挥发性有机物(VOCs)污染,基于改性粉煤灰材料的理化性质设计了一种新型VOCs高效吸附装置。采用改性粉煤灰为吸附剂,其成本低廉且再生操作简单;内外双滤桶设计大大增加了被处理气体和吸附剂的接触面积;旋转上升的气流设计使气压分配均匀,避免沟流的出现,减小死层厚度,提高吸附剂的利用率;设有再生装置,吸附剂可与滤筒整体更换,避免散料运输时造成二次污染。本装置贴近工业生产气体处理实际,是一种可实现VOCs高效捕集及回收、吸附剂反复利用的VOCs处理新工艺。

工程机械国Ⅳ尾气处理技术措施与故障分析

为了提高工程机械尾气防治水平,根椐我国最新颁布的非道路移动机械国Ⅳ尾气排放标准,分析了工程机械柴油机尾气技术的处理措施、工作原理、控制策略等,并通过案例进行论证,为提高我国非道路机械柴油机尾气排放处治水平提供参考。

压力、温度和成分对气体放电特性的影响

为深入准确掌握气体特征参数对其放电特性的影响,分别对线-管式及线-板式电场下气体压力、温度和成分对放电特性的影响进行了试验分析。结果表明气体压力增大,伏安特性曲线右移,在气体压力较低(<0.08 MPa)时,击穿电压与气体压力近似呈线性关系,气体压力>0.08 MPa后基本呈对数关系或指数关系。由常压升至0.24 MPa,线-管式电场击穿电压提升30%~40%,击穿电流下降约60%;而线-板式电场击穿电压上升50%左右,击穿电流变化不大。气体温度升高,伏安特性曲线左移。气体成分对电压的影响相较电流更显著,影响程度与其中电负性气体占比有关。

气体液体相变传质过程的模拟与控制研究

文章采用数值模拟和实验模拟相结合的方法,对气体液体相变传质过程进行了全面分析。研究结果表明,通过精确控制流速、温度和压力等参数,可以实现对气泡尺寸和分布的有效调控,从而优化传质效率。在微通道反应器中,弹状流和泡状流的不同流型选择可适应不同的反应需求,提升了反应速度与调控进度,进一步证实了工业过程中控制策略的有效性。通过持续优化和创新,有望推动工业过程的高效、安全和可持续发展。

基于分数阶PID的火电厂烟气脱硝控制系统

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝控制对象具有大迟延、大惯性的动态特性,采用常规的PID控制器经常不能实现及时和准确的喷氨控制。设计了基于分数阶PIλDμ控制器的火电厂烟气脱硝控制系统,并对人群搜索算法(SOA)的种群进行动态排序和随机变异而提出改进人群搜索算法,采用改进SOA算法对分数阶PIλDμ控制器的参数进行优化。仿真表明,分数阶PIλDμ烟气脱硝串级系统可以在保证控制精确度的前提下有效减少喷氨控制的调节时间,提高控制的稳定性,实现更加稳定和及时的喷氨控制。

废低温脱硝催化剂热处理除硫铵盐研究

废低温脱硝催化剂表面被硫酸氢铵覆盖,会严重影响脱硝催化剂的使用活性,而且在再生水洗过程中,硫酸氢铵会影响废脱硝催化剂的物理强度。由此,本文研究了在水洗前增加高温煅烧工艺,去除废低温脱硝催化剂中的部分硫酸氢铵,以保证废低温脱硝催化剂再生的顺利进行。

采空区碳封存条件下CO_(2)-水界面特性及溶解传质规律

采空区CO_(2)封存作为解决煤炭行业碳排放难题的重要负碳技术储备,在采空区废弃资源二次利用、CO_(2)封存等方面具有广泛的应用前景。利用原位界面张力测定仪开展了不同温压、地层水矿化度及阳离子溶液类型对CO_(2)地层水系统的界面张力(IFT)影响规律实验,明晰了CO_(2)注入含水碎胀煤岩体中的气液界面扩散效应,并将基于统计缔合理论结合兰纳−琼斯势能模型的状态方程(SAFT-LJ状态方程)与密度梯度理论(DGT)结合预测了IFT理论值;利用自主研发的地质封存地化反应模拟实验平台对相同条件下的CO_(2)溶解性进行了探究实验,得到了采空区储层环境下CO_(2)溶解度变化特征,采用D-S模型计算了对应CO_(2)溶解度理论值。实验结果表明:环境温度一定时,采空区储层压力与IFT呈线性负相关关系,储层温度升高,IFT相应增加,但变化幅度较小;温压条件一定时,矿化度与IFT存在正相关性,且在本实验范围内,低压、高温、高矿化度会促使IFT升高;CO_(2)−盐溶液之间的IFT呈现出随着阳离子价态升高而增大的现象(K^(+)<Na^(+)<Ca^(2+)<Mg^(2+));采空区储层压力与CO_(2)溶解度呈正相关关系,当温度为25℃、纯水条件下,压力由0.5 MPa增至2.5 MPa,对应CO_(2)溶解度由0.1627 mol/kg升至0.7141 mol/kg;CO_(2)溶解度随着温度与矿化度的升高而降低;相同质量分数下,一价阳离子溶液(NaCl、KCl)比二价阳离子溶液(CaCl_(2)、MgCl_(2))可溶解更多的CO_(2)。注入采空区中的游离相CO_(2)克服界面张力通过扩散溶解传质作用打破了采空区地层的地球化学平衡,通过明确环境温压条件、采空区水环境对IFT及CO_(2)溶解度的影响规律,阐明CO_(2)地层水气液界面效应及溶解传质机理,以期为采空区CO_(2)封存安全性及封存量评估提供理论基础。

含整体煤气化燃料电池-碳捕集电厂的风火储系统分布鲁棒调度方法

整体煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)是与碳捕集技术高度适配的清洁、高效、稳定的绿色煤电技术,有望克服传统碳捕集技术在低浓度CO_(2)环境下产生的高成本、高能耗问题。该文构建含IGFC碳捕集电厂的风火储发电系统。研究IGFC碳捕集电厂的运行机理,对IGFC内部各环节建立数学模型,提出工况匹配时燃烧利用率和阴极空气利用率需要满足的运行条件,并针对该型碳捕集电厂的电碳特性进行分析。为计及风电出力的不确定性,构建风火储系统的两阶段分布鲁棒经济调度模型,引入k阶适应性理论,提出基于正交支撑子集策略的求解方法来获得鲁棒对等式。最后,在改进IEEE-30节点系统中进行算例分析,结果表明,该型碳捕集电厂可利用阳极碳富集的优势,实现系统低碳经济调度的目标,并验证所提优化方法能为可行解提供可解释性。

汽车漆渣挥发性有机物释放特性及动力学研究

汽车油漆废渣(PS)是汽车制造喷漆环节产生的危险废物,由于存在挥发性有机物(VOCs)、重金属含量高和燃点低等危险特性,PS具有很高的环境污染风险.然而,PS在储存过程中释放的VOCs的环境风险尚未被探究.本文通过环境试验箱,考察了4种典型PS中VOCs的释放特性,并研究PS中VOCs的释放动力学.结果表明:PS的内扩散阶段在整个释放期间占主导地位,释放的VOCs中含氧化合物比芳香烃化合物更容易从PS中扩散到空气中,油基湿式油漆废渣(OBWPS)具有较高的总挥发性有机物(TVOC)和较长的释放时间.PS中个体以及TVOC的累积释放通量符合一级动力学方程,并且相关系数R^(2)>99%.

碳捕集、利用和封存(CCUS)技术发展现状及应用展望

梳理了碳捕集、利用和封存(CCUS)技术各关键环节的发展概况,阐述了全球和我国现阶段CCUS技术应用进展和挑战.结果表明,在当前的经济技术水平下,CCUS项目难以实现成本效益的平衡,因此必须转变思路,将CO_(2)视为一种基础工业原料,加快CO_(2)资源化利用布局.基于此,提出CO_(2)转化利用金字塔模型,通过优化组合高附加值碳基材料、化工利用、生物合成等CO_(2)转化利用路径,形成兼具减排和商业价值的新型碳经济.最后,根据我国未来在能源领域的领先性和电网的灵活度的实际需要,提出了加快我国CCUS技术布局和应用的政策建议,以期助力CCUS技术产业化落地与可持续发展.