全国重点实验室开放基金课题管理探索与实践

全国重点实验室是我国发展战略科技力量的强力支撑,开放基金课题是推动实验室基础研究与发展、人才合作交流的重要抓手。该文介绍了某全国重点实验室在开放基金课题申请评审与考核管理等方面的探索和创新,以及在课题申请数量、学术交流质量、科技合作成果等方面取得的成效,并从课题的全过程精细化管理、经费灵活性管理、信息化管理等方面开展对策分析,建议扩大课题辐射范围,以期为今后全国重点实验室开放基金课题的管理提供参考,促进实验室开放交流和科研发展。

浙江省碳捕集利用与封存技术研究进展

[目的]能源安全前提下的绿色低碳转型与工业结构调整是浙江省“碳达峰碳中和”工作面临的严峻挑战。由于浙江省煤电发电量占比较高,碳捕集利用与封存技术(CCUS)有望在浙江省能源与工业等领域的双碳技术体系中扮演重要角色,是实现化石能源大规模低碳利用的重要技术选择。[方法]从CO_(2)捕集、输送、利用与封存方面综述了浙江省CCUS技术的研究进展,介绍了浙江省CCUS工程示范项目的开展情况;总结了CCUS全链条各环节主要技术的特点,简要分析了当前CCUS技术发展的问题;展望了CCUS技术在浙江省的发展前景,并提出了发展建议。[结果]浙江省在CCUS各环节,特别是CO_(2)捕集方面拥有良好的技术储备。省内全流程示范项目工艺路线多样,捕集侧包括燃烧前和燃烧后捕集,利用与封存侧涵盖生物、矿化、化工利用及地质封存,各环节技术成熟度差异化较明显。项目规模较小,初投资和运行成本普遍较高,空间分布分散,不利于形成产业集群。[结论]需准确把握浙江省重点领域CCUS潜力和源汇条件,因地制宜推广CCUS集成项目,持续开展技术研发,并在激励机制、政策法规、商业模式等方面予以保障。

废烟气脱硝催化剂中TiO_(2)资源化回收实验研究

采用高温碱浸和酸洗的方法对废选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂进行处理,研究碱浸和酸洗对催化剂各组分的浸出效果,考察温度对催化剂浸出行为的影响规律。结果表明,碱浸温度的提高促进V和W的浸出,210℃时V和W的浸出率分别为82.38%和74.92%。经高温碱浸和酸洗处理后,Al、Ca、Na等杂质的最高浸出率均可达98%以上,回收TiO_(2)的纯度较高,可用于生产新催化剂。高温碱浸会破坏催化剂的结构,有利于后续HCl处理对杂质的去除,除杂效果优于直接酸洗处理。高温碱浸过程中会生成Na_(2)TiO_(3),经HCl反应并水解后会形成新的TiO_(2)颗粒,形成更多的小孔,比表面积增大。

粉煤灰建材化增值利用:最新技术与未来展望

粉煤灰是燃煤电厂产生的大宗固体残余物,其产量巨大且逐年增加。大量的粉煤灰不加以处理,则会对生态环境造成危害,也是一种资源的浪费。粉煤灰建材化利用技术可提高资源利用效率、减低环境风险,符合大宗固废高效低碳资源化利用的需求,助力实现国家“双碳”战略目标。利用粉煤灰生产绿色建筑材料,通过优化生产工艺与开发高新技术,可提高其建材化利用效率,进而实现粉煤灰的规模化与高值化利用。总结了粉煤灰的生产概况与物理化学特性,在此基础上,系统地介绍了近年来我国主要粉煤灰建材化利用技术类型,包括用作水泥生产原料、混凝土掺合料、粉煤灰砖、人造骨料、玻璃陶瓷材料、耐火保温材料和新型智能建筑材料等。进一步重点阐述粉煤灰在建材领域资源化利用的研究现状,分析了现阶段不同技术的适用性,总结粉煤灰基绿色建材制备最新技术及未来研究面临的挑战,详细介绍了粉煤灰应用在建筑材料中的作用机理,针对粉煤灰在建材化利用中存在的问题提出思考。最后,对粉煤灰基绿色建材的研发和应用前景进行展望,提出粉煤灰“传统建材化工艺的大规模消纳”与“新型建材化技术的高值化利用”并行研究,理论研究与工程实践互为支撑,为粉煤灰建材化利用研究提供参考。

生物质热解转化与产物低碳利用研究进展

生物质热解转化可制备炭、气、油等高品位能源产品,具有高效可控、多产物利用等优势。然而,生物质直接热解所得产物品质不高,无法实现高附加值利用,亟需对生物质热解反应进行调控与优化。本文从热解反应的优化策略出发,系统概述了原料选择及预处理、热解参数与反应器类型、催化剂及辅助热解技术的引入对热解转化过程的影响,全面总结了热解反应优化与产物调控方法。从富氢合成气定向制备、烃类液体燃料选择调控、炭结构调变与高值利用三部分综述了热解产物的定向调控,以期实现生物质的绿色、低碳和增值利用。最后总结了生物质热解转化的挑战与发展前景,同时对机器学习方法的引入加速热解领域的发展进行了展望,为生物质高效热解转化提供一定的参考价值。

纳米颗粒强化船舶烟气CO_(2)吸收解吸性能实验

利用鼓泡吸收和解吸实验装置研究TiO_(2)和SiO_(2)纳米颗粒对质量分数为30%的单乙醇胺(monoethanolamine,MEA)溶液CO_(2)吸收-解吸性能的影响。结果表明,质量分数为0.10%的TiO_(2)-MEA吸收剂的吸收增强因子最佳,可以达到1.095。吸收前后纳米颗粒的粒径分布和Zeta电位基本保持不变,具有较好的稳定性。在解吸过程中,相较质量分数为30%的MEA吸收剂,质量分数为0.10%的TiO_(2)-MEA和质量分数为0.10%的SiO_(2)-MEA吸收剂相对热损耗分别降低7.1%和7.0%,解吸容量分别提升7.69%和7.53%。此外,纳米颗粒对其他有机胺吸收剂也具有一定作用,在解吸过程中,显著提高有机胺吸收剂解吸速率的峰值,缩短达到解吸速率峰值的时间,提高解吸效率。

机器学习加速能源环境催化材料的创新研究

“双碳”背景下,加快研发高效的能源与环境催化材料有助于推进能源清洁利用和环境污染治理。传统催化材料研发模式主要依赖实验试错方法,难以满足能源与环境领域对高效催化材料的研发需求。快速发展的机器学习等数据科学技术为催化材料研发带来范式变革的契机。基于机器学习、实验数据和计算数据的有机结合,可对催化材料进行快速筛选,突破传统试错法的局限性,有利于解决催化剂研发效率低、成本高等难题。本文从催化材料的位点预测、配方筛选、构型设计以及反应路径优化等角度讨论了机器学习方法加快能源与环境催化材料创新的研究进展,分析了不同训练数据获取途径对应的机器学习方法构建及其在催化材料开发中的应用,展望了机器学习加快催化材料研究方法创新的发展趋势,以期为促进其在能源与环境领域的应用提供启示。

能源低碳转型风险及其应对策略——基于新型能源安全观的研究

能源低碳转型已成为世界各国应对气候危机和推动可持续发展的重要途径。然而,已有的研究大多是基于能源供给或者需求安全等相对单一的维度对能源低碳转型的风险与挑战展开分析,这将导致转型风险识别不够全面。鉴于此,本文在梳理能源安全观内涵演进的基础上,构建了涵盖供需安全、技术安全、信息安全、市场安全和人才安全的新型能源安全观“五维”分析框架,系统阐述我国能源低碳转型面临的风险,进而提出应对策略,包括保障能源供给,强化供需安全;发挥煤电优势,提升技术安全;维护数据系统,保障信息安全;完善市场机制,维护市场安全;加大人才建设,重视人才安全。本文认为,以新型能源安全观引领能源低碳转型,对于推动我国“双碳”目标实现和高质量发展具有重大意义。

循环流化床锅炉节能减碳运行调控及工程验证

构建基于烟气中氧气体积分数及炉膛出口压力的锅炉运行协同控制模型,可以实时、准确地预测烟气中氧气体积分数的变化趋势,提前给定锅炉二次风机和引风机控制指令,显著减小了不同负荷条件下锅炉烟气中氧气体积分数、负压等关键运行参数的波动.在300 t/h循环流化床锅炉上的工业验证结果表明:利用协同控制模型可以提高锅炉运行控制的品质,锅炉变负荷工况条件下烟气中氧气体积分数控制在目标值±0.25%范围内,炉膛出口压力控制在目标值±45 Pa范围内的统计概率为99%.运行一周的统计结果表明,相比于原有控制,协同控制模型投运后单位产汽量耗煤可以减小1.508%,单位产汽量风机耗电可以减少1.886%.

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。

基于响应曲面法优化氮掺杂活性炭的制备和CO_(2)吸附性能研究

氮掺杂活性炭制备过程中影响其性能的因素极其复杂,单一因素的定性分析无法满足对制备条件的准确调控,而多因素耦合量化分析可以弥补不足。以煤焦油沥青为原料,采用KOH活化法,与尿素共热解制备氮掺杂活性炭,通过响应曲面法(RSM)进行建模,以量化分析多因素耦合作用对活性炭产率和不同温度下(25℃,50℃和75℃)对CO_(2)吸附性能的影响,同时优化制备工艺参数,并且在此实验设计基础上利用线性拟合方法预测不同温度下CO_(2)吸附量的相关性。结果表明:对活性炭产率的影响由大到小的单因素依次为掺氮比(尿素与煤沥青的质量比)、活化温度、碱碳比(KOH与煤沥青的质量比)、活化时间,活化温度和活化时间的耦合作用影响最显著,碱碳比是影响活性炭CO_(2)吸附量最为关键的因素,但随吸附温度升高其他因素影响显著性增强;不同温度下CO_(2)吸附量可以进行相互预测,且相邻温度下CO_(2)吸附量之间的预测效果更好;得到的最佳制备条件为活化温度650℃、活化时间1.25 h、碱碳比2.5、掺氮比0.3,相应的活性炭产率可达59.316%,在25℃,50℃和75℃下CO_(2)吸附量分别为3.474 mmol/g,2.355 mmol/g,1.358 mmol/g。

阴离子交换膜电解水制氢技术的研究进展

氢能是我国2060年“碳中和”的关键支撑,氢气制备又是氢能产业链“制、储、输、用”四大环节中的首要环节,绿色高效地制取氢气是氢能发展的基础。阴离子交换膜电解水(AEMWE)作为新兴的“绿氢”技术,充分结合了碱性水电解技术与质子交换膜电解技术的优势,有望成为最具发展潜力的可再生能源制氢技术。对AEMWE的原理与研究现状做了简要分析,详细论述阴离子交换膜(AEM)水电解槽关键部件的研究进展与发展方向,包括阴离子交换膜、阳极、阴极催化剂、双功能催化剂、离聚物、膜电极、多孔传输层、双极板及电解液。最后结合研究现状,展望了AEMWE制氢技术的研究方向。

功率型电化学储能技术研究进展

功率型储能器件具有功率密度高和充放电速度快等显著优点,适用于需要大功率输出和短时间内快速响应的应用场景,如电网调频、军用装甲车辆应急启动和港口起重装备能量回收等。围绕主流的功率型储能器件——超级电容器、功率型金属离子电池、金属离子混合电容,介绍了各类功率型电化学储能技术的基本工作原理,系统性地总结了国内外学者在功率型电化学储能器件电极材料和电解液方面的改性策略和研究进展,最后对功率型电化学储能技术未来研究方向和应用趋势进行了合理展望。

风电场功率预测的研究进展及发展趋势

风电场功率预测可以有效地帮助平衡系统电力供应和负荷需求,从而降低风电功率波动性和不确定性对电力系统稳定性的影响.随着风电接入电力系统比例的增加,如何准确地预测风电场发电功率成为一大难点,将影响风电场并网运行.由此,系统总结了近些年来国内外学者在风电场功率预测方面的研究进展.首先,以预测时间尺度、预测物理量、预测原理、预测特点为分类标准,对多种风电场功率预测方法进行了分类梳理,总结了各类预测方法的研究情况,阐述了其特点及应用场景,为预测模型的选择提供了参考.之后,从单点预测、概率预测、预测曲线的角度总结了预测效果的评价指标,并就评价指标的选择给出建议.最后,总结了当前风电场功率预测全过程遇到的影响预测准确性、实用性的关键因素,提出了未来风电场功率预测可能的发展趋势,为准确预测风电场功率及电网的稳定并网运行提供了参考.

准东煤在液态排渣锅炉中的结渣特性和元素迁移规律

高碱煤的清洁高效转化及资源化利用对实现双碳目标具有重要战略意义,液态排渣锅炉在燃用高碱煤方面存在较大优势,但目前尚缺乏全烧高碱煤的灰沉积和元素迁移特性相关研究。研究了准东煤在20 MW卧式液态排渣炉上燃烧时的积灰结渣特性和元素迁移规律。通过在捕渣屏前后设置灰沉积探针1和2,研究了换热器表面灰沉积对传热效率的影响。结果表明,初始层形成阶段通过探针表面的热流密度迅速下降,随沉积物的生长热流密度缓慢下降,沉积物生长趋于稳定时,热流密度也会在一定范围内波动。按照探针表面的热流密度变化速率,可将灰沉积的形成过程分为3个阶段,分别为快速下降阶段、缓慢下降阶段和稳定阶段。探针1和2最终稳定的相对热流密度分别为0.75和0.83。此外,通过分析炉膛不同位置灰渣和沉积物的外观形貌、矿物组成和化学成分,探究了元素迁移对积灰结渣的影响。灰沉积的微观表征表明,Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SiO_(2)等氧化物在高温区渣样中富集,而CaO、MgO、Na_(2)O、SO_(3)则主要出现在低温区域的沉积物中。换热器表面沉积初始层的形成与碱金属及其硫酸盐的冷凝密切相关,高温和低温区域样品中的平均Na_(2)O质量分数分别为1.38%和4.70%。铁元素会在渣中富集并充当助溶剂的作用,与硅-钙-镁-铝体系形成低温共熔体,从而导致灰熔融温度降低。

热化学硫碘制氢系统中硫酸分解反应器的换热性能

硫酸分解反应器作为热化学硫碘制氢系统中的重要设备,其换热需要匹配系统的产氢量换热需求。为研究硫酸分解反应器不同结构对换热的影响,使反应器的换热满足系统需求,同时满足制造工艺的限制。通过试验对硫酸分解反应进行反应动力学参数标定并建立反应动力学模型,用gPROMS软件对反应器进行仿真,得到反应器内的压力、温度、流量和各组分浓度等参数。结果表明:反应器总长度不变,调整预热段和反应段长度比或提高填充颗粒热导率无法提升总转化率。反应器增加预热段长度可显著增加总转化率,关键原因是预热段长度决定了反应器内温度能否达到SO3分解反应所需最佳温度850℃。减小反应器直径并不能增加总转化率,虽然反应器的直径减小有利于传热,但由于整体入口流量不变,流体流速显著提高,减少了反应物的停留时间,同时还会显著增加反应器流阻。采用套筒环腔内、外加热结构作为反应器预热段可有效提高总转化率。采用内外同时加热时,增加了换热面积,有利于缩短预热段长度,预热段长度仅需900 mm左右反应器出口温度即可达到850℃,得到了符合要求的反应器结构设计。

低能耗CO_(2)混合胺吸收剂复配筛选与工业验证

在如今温室效应日益严重背景下,化学吸收法作为当前最具应用前景的燃煤烟气脱碳技术,受国内外广泛关注,开发低再生能耗、高稳定、易工程化应用的吸收剂是目前研究热点。提出了以高容量、低能耗三级胺为吸收剂主剂,高动力学一级胺和高稳定环状胺为辅剂吸收剂方案;并形成了从实验室配方遴选、百标方时中试工艺匹配到每年万吨级规模工业装置运行优化的工程化开发体系。通过鼓泡吸收试验与吸收-再生循环试验对吸收剂进行快速筛选,初筛获得一种性能好的吸收剂配方,通过200 m^(3)/h中试与万吨级工业装置测试优化运行参数并完成工业验证。测试结果表明,开发的CEU型吸收剂CO_(2)脱除率达90%,最优再生热耗达2.42 GJ/t CO_(2),在工业装置上完成了>700 h稳定运行。

左心室辅助设备入口套管处的血栓形成数值模拟

目的心脏衰竭是心脏无法有效泵血导致身体器官无法得到足够氧气和营养的疾病。近年来,用于治疗心脏衰竭的左心室辅助设备使用率大幅上升,而泵血栓、出血和脑卒中等与血液相容性相关的并发症广泛存在,可能损害器官功能甚至危及生命。虽然目前第三代左心室辅助设备抑制了泵血栓的形成,但患者术后出血或脑卒中等不良事件的发生率仍较高。左心室辅助设备入口套管周围的血栓形成及脱落被认为是脑卒中事件发生的可能原因。本研究旨在探究生理学和血流动力学机制对血栓形成的影响,以期提供更深入的理解和未来改进左心室辅助设备使用安全性的指导。方法本研究考虑血栓形成的生理学与血流动力学机制,采用血栓形成数学模型对左心室辅助设备入口套管处的血栓形成与血液流动开展了数值模拟研究。结果血栓形成数学模型模拟出套管附近的壁面切应力明显高于心室内其他位置,有利于血小板的活化,在套管壁面聚集了高浓度的纤维蛋白单体,诱导了套管入口处明显的血栓形成。结论本研究通过观察理想左心室辅助设备入口处的血栓形成相关物质的浓度分布,以及血流动力学分布,初步探究了左心室辅助设备入口套管处的血栓形成机制,期望对套管的设计、术中套管插入的决策提供指导。

几何参数对椎动脉起始部血流动力学的影响

目的后循环缺血是一种常见的缺血性脑血管疾病,约占所有缺血性卒中的20%。椎动脉起始部的动脉粥样硬化性狭窄被认为是后循环缺血性卒中的主要病因之一。鉴于目前关于椎动脉起始部狭窄的血流动力学成因的研究和文献报道仍然较少,本研究旨在探索椎动脉起始部狭窄的血流动力学成因,为临床治疗提供理论依据。方法使用计算流体动力学方法获取理想椎动脉的血流动力学参数分布,并构建响应面模型用于可视化椎动脉直径及其与锁骨下动脉的夹角对于椎动脉起始部的血流动力学影响。结果本研究构建的响应面模型能够有效地展示不同几何参数下椎动脉起始部的血流动力学特性。模型分别展示了低时间平均壁面切应力、高壁面震荡系数、高相对停留时间以及高内皮细胞激活潜力区域的面积比,从而直观地量化了不同几何参数下椎动脉起始部的动脉粥样硬化风险。结论本研究从血流动力学的视角,初步探讨了几何参数对椎动脉起始部血流动力学的影响,并发现动脉粥样硬化风险与椎动脉的直径及其夹角呈现直接相关性。这些发现为深入理解椎动脉起始部狭窄的血流动力学成因提供了重要的理论基础。

热化学碘硫循环制氢中硫酸分解器结构设计与模拟研究

硫酸分解是影响热化学碘硫循环制氢效率的关键环节。通过数值模拟方法设计了一款满足1 m^(3)/h制氢量要求的中试规模的刺刀式硫酸分解器。首先开展实验测定了Fe_(2)O_(3)催化剂的反应动力学参数,其中指前因子和活化能分别为1.439×10^(7)s^(-1)和125.63 kJ/mol。然后对三种结构形式的硫酸分解器进行模拟对比。结果表明,刺刀式硫酸分解器中“半截面积”内管形式比“半直径”形式具有更强的传热效果,可将分解器预热段长度缩短43.27%,达到相同分解率时催化剂用量减少23%。而结构三在“半截面积”内管形式的基础上向预热段填充SiC小球,进一步优化了预热段传热效果,预热段长度可缩短70.51%,并且SiC小球所引起的压降和能耗增加相对较小。对比发现,当预热段长度为870 mm、催化分解段长度为333 mm时,结构三表现出最佳的经济性能,此时SO_(3)催化分解率达到73.73%,对应H_(2)的理论产率为1.2288 m^(3)/h。当分解器外壁面加热温度降低到860℃时,SO_(3)分解率降至60%,恰好对应H2的理论产率为1 m^(3)/h。该研究可为中试规模硫酸分解器的设计提供参考。