低氧燃烧对炉内石灰脱硫过程影响的实验研究

为了探究流化床锅炉低氧燃烧对炉内石灰脱硫过程的影响,在小型鼓泡流化床实验装置上开展了不同过量空气系数(0.6~1.2)下炉内石灰脱硫实验研究。通过炉内烟气组分变化特性、脱硫灰渣含硫量变化特性和脱硫石灰产物特性的研究,揭示了不同过量空气系数下炉内石灰脱硫特性。实验结果表明:当空气过量系数大于1.0时,含硫烟气主要是SO_(2),灰渣中的硫主要以硫酸盐形式存在,过量空气系数的降低对石灰固硫影响较小。当工况转变为缺氧燃烧时,烟气中的硫主要以H_2S形式存在,灰渣中的硫化物硫的含量最高,有机硫和硫酸盐硫次之,石灰中含硫产物大幅下降。从脱硫剂的利用率上考虑,建议低氧燃烧时空气过量系数宜控制1.0以上但尽可能低。

NaHCO_(3)干法同步脱除垃圾烟气HCl和SO_(2)实验研究

采用NaHCO_(3)干法脱除垃圾烟气中的酸性污染物,针对复杂烟气组分,实验研究了多种关键因素对脱氯和脱硫的影响。结果表明:NaHCO_(3)干法脱酸受温度影响较小,在130~250℃温度范围内,HCl、SO_(2)脱除效率可分别达到95%、90%;增加反应时间可较显著地提升脱酸性能,综合考虑环保及经济性,在碱酸比为1.1时烟道反应段的停留时间控制在1.25 s以上、选择除尘器设计过滤风速为0.60 m/min左右较为合适;烟气含水率小于15%时,水蒸气对SO_(2)的脱除具有较明显的促进作用;在碱酸比≤1.0时,HCl具有明显的优先反应能力;在碱酸比为1.1时,HCl质量浓度每增加100 mg/m^(3),SO_(2)脱除效率约下降1.1%,SO_(2)排放质量浓度约增加4 mg/m^(3),而HCl脱除效率基本不受SO_(2)质量浓度的影响。

基于拉曼光谱的氢气泄漏遥测实验研究

氢气是一种重要的工业原料,也是具有广泛发展前景的清洁能源。然而氢气是一种易燃易爆的气体,在氢气的生产、存储和应用等环节对其浓度进行检测都是十分有必要的。针对加氢站、载氢管道等对氢气检测有大范围、远距离要求的场景,提出了一种基于拉曼光谱的氢气泄漏遥测实验装置,同时测量氢气和空气中氮气的拉曼散射信号,可以在1m的距离处最低检测到浓度为1%的氢气泄漏。

国家重点实验室服务国际化人才培养的探索与实践——以能源清洁利用国家重点实验室为例

在全球化的进程中,构建人类命运共同体的理念已逐渐成为国际共识,对人才培养国际化提出了更高的要求。本文以能源清洁利用国家重点实验室为例,阐述了国家重点实验室为培养国际化人才所提供的科研条件和人才队伍等方面的优势。实验室将自身建设与国际化人才培养紧密结合,以重点实验室为依托,多方位构建国际一流平台,形成了"平台搭建—实践培养—国际交流"的持续动态良性人才培养模式,为实验室在国际化人才培养中发挥作用提供实践参考。

基于Zn/ZnO的新型近零排放洁净煤能源利用系统

以基于Zn/ZnO的两步式煤气化技术为基础构建了一种新型的近零排放洁净煤能源利用系统.在气化反应器中,煤在高温下与ZnO反应,生成CO气体和锌蒸汽,然后经冷凝分离出来的锌被送入水解反应器中生成氢气和固体ZnO;最后ZnO又被回收到气化反应器中.气化反应器的加热系统考虑了3种加热方式(碳内热式、碳外热式以及太阳能加热方式),对这3种系统方案的理论能效和清洁性能进行了评估.结果显示:在不考虑CO2处理能耗的情况下,碳内热式方案可获得最高热电效率,达到65%左右;太阳能加热方案的清洁性能最佳,其单位产电所需处理的CO2量比其余2种方案均降低了一半以上.

面向“双碳”需求变革主要碳基能源利用模式的思考

煤炭是我国能源供应的“稳定器”和“压舱石”,各种化石碳基能源的消费则是碳排放的主要来源,占比90%。该文分析我国现存煤炭、天然气、石油的主要利用途径,发现燃料属性与利用途径或领域存在未优化匹配的问题。基于煤炭的能源属性、天然气和石油的碳氢原料属性的原则,从最小化碳排放视角,协同煤炭、天然气、石油对不同工业的利用,提出了煤炭等主要化石碳基能源利用模式的再思考。一是优先实施煤炭热解制富氢燃气/原料气并替代工业燃用天然气;二是坚持煤炭及其热解半焦火力发电满负荷高效运行提供基础电力,联合天然气使用煤热解燃气负责调峰发电;三是工业燃烧最大限度使用煤热解燃气,天然气最大限度用为化工原料和民生燃料;四是区域性规划电力和燃气供给,新建局域煤基工业燃气管网,与现存天然气管网互联,为区域内工业燃烧和调峰发电稳定供给燃气;五是推进工业碳原料和产品的循环利用,拓展石化产业的非化石碳氢原料供给,最大化石化产业的化工产品生产;六是大力发展大型储能,全社会层面强化用能的优化管理措施和途径,以全面推进我国碳基能源资源的高效低碳利用,相对现有模式可潜在每年减少数十亿吨规模的二氧化碳排放。

多元低热值煤混合燃烧特性热重实验研究

为了实现风化煤、煤矸石、煤泥的大规模利用,通过热重分析研究了多元低热值煤在不同升温速率、掺混比例下的着火特性和综合燃烧特性,并采用改良Coats-Redfern方法分析其动力学特性。结果表明:提高升温速率可以改善低热值煤的燃烧特性;煤泥、风化煤比例的增加有利于混煤的燃烧,随着二元混煤中风化煤比例由10%增至90%,混煤综合燃烧特性指数由1.73×10^(-8)增至1.41×10^(-7);随三元混煤中煤泥比例由20%增至80%,混煤综合燃烧特性指数由8.77×10^(-8)增至1.57×10^(-7)。与煤矸石相比,混煤的活化能更低、综合燃烧特性指数更高,具有更好的燃烧特性。研究结果可为多元低热值混煤在循环流化床中的大规模利用及其工业装置的设计与运行提供参考。

废液协同活性炭辅助水电解制氢的实验研究

氢气具有热值高、绿色低碳、应用广泛等优点,是我国实现双碳目标的重要战略选择。目前仍需继续探索低成本、高效率、高纯度的新型制氢技术,碳辅助水电解制氢因其能够有效降低电解电耗而受到关注。对废液协同活性炭辅助水电解制氢的电解特性进行了实验研究,主要讨论了活性炭较现有关注更多的碳源煤的电解特性优势,废液协同电解较单一碳源电解的优势等问题。利用三电极系统通过控制碳源种类、废液种类、温度以及铁催化剂4个单因素变量进行对照电解实验,各组样品的电化学性能由线性电势扫描伏安法测定,并结合实验结果进行了电化学动力学分析。实验结果表明,活性炭作为辅助碳源,表现优于锡盟褐煤和山西平朔烟煤,具有更好的应用潜力。洗气水协同活性炭电解能够进一步提升单一活性炭辅助电解的电流密度。同时,实验也表明了温度是影响辅助电解的重要因素,需要综合实际情况进行选择。电化学动力学分析进一步表明洗气水协同活性炭辅助电解阳极反应更易进行,能改善电解水阳极反应动力学迟缓的问题。

电极片检测熔盐储罐泄漏的实验研究

提出利用电极片检测熔盐储罐泄漏的方法并实验研究其可行性。结果表明,不同温度的熔盐发生泄漏时,熔盐会使电极片的回路立即形成通路,从而灵敏地检测到熔盐储罐的泄漏。并且,熔盐的运行温度越高、电极片布置位置越靠近地基材料顶部,熔盐泄漏到电极片上时导电性越强,电路中的电流越大,电极片检测熔盐罐泄漏的灵敏性和持续性越好。

原料和热解温度对生物油分子蒸馏分离特性的影响

针对生物油组分复杂,难以直接应用的问题,该研究开展了不同生物油的分子蒸馏馏分分布规律的研究,并考察了不同原料和温度对生物油分子蒸馏分离特性的影响。热解液化试验结果表明,生物油组分以酸、醛、酮、酚、糖为主。随着热解温度的升高,松木生物油中轻质组分产率由21%不断降低至11%,而秸秆生物油中轻质组分产率稳定在20%左右。高温生物油各组分的平均分子自由程两极化程度加强,600℃制备轻质油蒸出比例最高,可以达到92%(松木)和86%(秸秆)。酚类化合物中酚羟基的数量可以影响其分离特性,较高的热解温度促进了酚羟基的产生,从而使酚类物质从蒸出部分(distillation fraction,DF)向残留部分(residual fraction,RF)中转移。分子蒸馏技术能够实现对不同生物油的有效分离,得到的DF中主要包含酸、酮和小分子酚类,RF则以糖和大分子酚为主,除了羟乙醛和苯并呋喃等化合物外,生物油中的大部分化合物的富集程度都可以达到90%以上。该研究可为快速热解生物油的分离及其后续提质研究提供一定的参考。

“双碳”背景下我国低碳电力发展研究

在“十四五”规划中提出的“碳中和”以及“碳达峰”目标对电力行业各方面的发展产生了深层次的影响,电力行业向低碳方向转型已成为主流趋势。通过阐述低碳电力体系中的低碳电厂、低碳电网、低碳能源消费以及相关评价技术,说明了该体系在节能减排、环境保护方面有着高效、清洁、可循环的低碳属性。同时,分析了国际低碳形式变化对我国的影响以及“双碳”政策具体落实过程中的相关问题,为“双碳”战略的执行以及电力行业的低碳转型提供了新的科研思路。

准东煤中碱金属的赋存形式及其在燃烧过程中的迁移规律实验研究

对新疆煤采用三步化学提取实验（蒸馏水洗、醋酸铵洗、稀盐酸洗）以分析其碱金属赋存特性,对水溶的阴离子进行了离子色谱分析.分别检测了在不同温度、不同停留时间下准东煤灰的碱金属量,并用Factsage软件模拟该煤灰中碱金属的析出形式.结果表明,煤中的钠主要是水溶钠,钾主要以不可溶钾存在,水溶碱金属主要以水合离子形式的氯化物存在.准东煤中碱金属在400 ～ 600℃析出最快,主要是水溶态碱金属的释放,碱金属的释放主要发生在燃烧后期.灰中碱金属在高温下会与烟气中的成分发生反应,主要产物是氯化物以及氢氧化物.在700℃钠对准东煤中低温共融物的形成有很大贡献.

臭氧氧化结合湿法喷淋对玻璃窑炉烟气同时脱硫脱硝实验研究

采用臭氧氧化结合湿法喷淋对模拟玻璃窑炉烟气开展了同时脱硫脱硝实验研究。采用不同溶液(NaOH、Na2S)进行了喷淋实验。结果表明,保证溶液pH值在10以上,NaOH浓度对NOx脱除效率无影响,SO2的存在促进了NOx吸收。当O3/NO物质的量比为1.6、溶液NaOH浓度为0.5%时,NOx脱除效率可达70%,SO2脱除效率在99%以上。往喷淋液中添加Na2S,NOx脱除效率随Na2S浓度增加而提高,SO2的存在对NOx脱除效率无影响。当O3/NO物质的量比为1.2、溶液中NaOH浓度为0.5%、添加剂Na2S浓度为0.6%时,NOx脱除效率可达70%,SO2脱除效率在95%以上。60 min长时间运行实验证明,模拟烟气中的NOx经碱液和添加剂吸收后主要以NO-2的形式存在于喷淋液中,且NOx脱除效率不随溶液pH值的变化而变化。

柑橘果皮在氯化胆碱/羧酸基低共熔溶剂中水热转化制备平台化合物的研究

为了探索果皮废弃物转化制备高价值平台化合物的潜力,文章以柑橘果皮为原料,在氯化胆碱(ChCl)/羧酸基低共熔溶剂(DES)中进行了果皮水热转化制备糠醛(FF)和5-羟甲基糠醛(5-HMF)的实验。通过在木糖和葡萄糖中的实验结果表明:羧酸种类对DES催化效果为乳酸>乙酸>乙醇酸;ChCl与羧酸的最佳物质的量比为1∶2;体系最佳含水率为20%。基于优化后的工况研究了温度和时间对柑橘果皮转化的影响。由于柑橘果皮中的果胶成分在低共熔溶剂中主要转化为5-HMF,所以果皮转化为5-HMF的产率明显高于FF,果皮生成5-HMF的最大质量收率为8.6%(摩尔产率为43.1%),而FF最大质量收率为2.4%(摩尔产率为19.1%)。

塔式太阳能吸热器曲面涂层吸收率测试方法研究

吸热器涂层吸收率的准确测量对吸热器性能评估、优化具有重要意义。目前吸热器涂层吸收率的实验研究大多局限于平面金属基材。以塔式太阳能熔盐吸热器圆柱形吸热管为研究对象,提出蓝丁胶法和漫反射盒法2种广泛适用的测量曲面涂层吸收率测试方法。蓝丁胶法器材准备简单,操作复杂;漫反射盒法器材准备复杂,操作简单。2种方法在测量过程中隔绝环境光线干扰,得到各种涂层附着于平板和圆管表面的测量吸收率,通过不同涂层在平板和圆管上的吸收率对应关系建立拟合曲线,从而修正测量数据得到吸热管涂层吸收率,拟合曲线精确性R^(2)≥0.995;不遮光条件下直接测量2.5cm直径吸热管吸收率,最大相对误差为13.39%,使用蓝丁胶法和漫反射盒法后相对误差分别降为0.27%和0.45%,2种方法各点结果相对误差之差小于0.30%,测量过程中涂层吸收率越大,各因素对测量结果影响越小;在蓝丁胶测试方法中,吸热管直径越大,测得的吸收率越小。

利用热等离子体熔融垃圾焚烧飞灰

为了评价垃圾焚烧飞灰的热等离子体熔融处理效果,研究SiO2和CaO对重金属固化效果和重金属毒性浸出特性的影响.在飞灰中添加一定比例的SiO2和CaO,配置成不同的配灰样品,利用纯氩热等离子体在1 400～1 500℃下,对飞灰及配灰进行熔融玻璃化的实验研究,分别利用X射线能量色散谱仪(EDX)、场发射扫描电子显微镜(FSEM)、X射线衍射仪(XRD)和毒性浸出方法(TCLP)分析飞灰和熔渣的化学组成、微观结构、晶相组成和重金属毒性浸出特性.结果表明,热等离子体熔融所得熔渣为无定形的玻璃体,重金属浸出质量浓度均远低于毒性标准.SiO2和CaO的添加都可以改善重金属固化效果,CaO比SiO2对Cu、Zn、Cd和Pb挥发的抑制效果更好.SiO2的添加可以改善熔渣中重金属的浸出特性,而CaO的作用与之相反.

Fe/Co/Ni基催化剂制备及氨分解制氢性能

氢能因具有高效、清洁、可持续等优点,被认为是最具发展潜力的化石燃料替代能源。氨气作为一种储氢材料,具有高储氢密度、易液化等优点,因此氨分解制氢是一种理想的氢气制备方法。开发中低温下高选择性、高活性、廉价的氨分解催化剂具有重要意义。Ru基催化剂是氨分解活性最高的单金属催化剂,但成本较高,Fe、Co、Ni等过渡金属是Ru的合适替代品。与此同时,催化剂载体的选择是制备高效催化剂的关键因素。采用浸渍法制备了以γ-Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、MgO、TiO_(2)为载体,Fe、Co、Ni为活性组分的系列氨分解催化剂,在氨催化裂解反应平台开展了反应温度400~700℃、空速比18000 h^(-1)条件下的催化剂活性评估试验,并在此基础上对合成的催化剂进行了XRD、BET、SEM、TEM等表征分析,探究不同活性组合、载体种类、反应温度等因素对氨催化裂解的影响。结果表明,Ni/Al_(2)O_(3)催化剂活性最高,空速为18000 h^(-1)、600℃时的氨分解率达91.67%,650℃时可基本实现氨的完全分解。除SiO_(2)载体外,Ni基催化剂的活性整体高于Fe和Co基催化剂。表征发现在Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化剂存在NiO与γ-Al_(2)O_(3)形成的复合氧化物结构,同时γ-Al_(2)O_(3)载体更大的比表面积和孔体积有利于提高氨分解转化率。

基于机器学习算法的生物质水热炭特性的预测与评价

文章利用从文献中收集的305组水热炭的基础特性数据,采用决策树、随机森林、梯度提升树3种机器学习算法建立水热炭基础特性的单任务和多任务预测模型,并利用SHAP法研究输入特征参数对水热炭基础特性影响的差异。结果表明:在3种机器学习算法中,梯度提升树模型在水热炭基础特性的多任务和单任务预测过程中,均体现出最高的准确性,测试集的平均相关系数分别为0.89和0.87,均方根误差分别为0.34和0.37;通过SHAP法对梯度提升树模型的输入特征参数进行评价,发现水热反应温度和原料中C元素含量是影响水热炭产率、高位热值和C元素含量的最主要参数。通过构建水热炭基础特性的预测模型,有利于优化水热炭制备工艺,降低实验成本,提高水热炭制备工艺的经济效益。

煤液化残渣与褐煤混煤燃烧特性的实验研究

The combustion performance of the blend of lignite and residue from Shenhua coal liquefaction was studied.It is found that the DTG plot for the combustion of residue of coal liquefaction has three characteristic peaks,while the DTG plot of lignite combustion has one characteristic peak.With the decreasing of the blending ratio of coal liquefaction residue to lignite the three characteristic peaks become faintness.The combustion activation energies of blended coals are calculated.Compared with the blended coals,the coal liquefaction residue has the biggest activation energy,but the lignite has the lowest one.With the blending ratio decreasing the activation energy and ignite temperature of blends decrease slightly.The maximum weight loss rate DTGmax for coal liquefaction residue is bigger than that for lignite.

利用可调谐激光吸收光谱技术对光路上气体温度分布的测量

利用可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS),扫描多条吸收谱线以实现气体温度分布的测量。文章给出了温度分布测量的原理和方程离散化的方法,在气体浓度和压力均匀时,利用带约束最小二乘法计算得到温度分布。根据HITRAN中6330cm-1附近的4条CO谱线的参数,建立了温度在300和600K时,路径长度均为55cm的两段温度分布模型,模拟了测量误差与温度区间长度约束条件的影响。结果表明随着测量误差的增大和约束条件的减弱,计算结果误差相应增大。在5%的测量误差下,计算结果的最大误差为11%,平均误差为2.2%。以管式炉中的高温段和室温下的低温段作为两段温度分布模型进行试验。利用6 330cm-1处的垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)扫描得到的4条CO谱线,通过背景信号的三次多项式拟合得到基线,求出温度分布计算所需的光谱吸收率积分值。在四种情况下,计算温度分布结果与模型误差分别为7.3%,6.5%,4.7%和2.7%。