基于小扰动理论的火电厂机组耗差分析

引入系统工程的观点,以基于热力系统分析理论的小扰动理论为基础,借助于矩阵性能计算模型,提出了一种耗差分析方法。该方法利用汽轮机在线监测数据,计算精度高,适于工程实际应用。最后,通过实际例子对该方法进行了验证。

惰性气氛下CaSO4热分解动力学机理的研究

在升温速率为5～20 K/min 的条件下采用综合热分析仪对平均粒径为8.934 μm的 CaSO_4颗粒的分解进行研究。对于 N_2气氛中不同升温速率下 CaSO_4的热分解,采用没有任何假设或近似处理的动力学积分式和精确度很高的温度积分近似式,迭代计算得到了不同机理函数所对应的动力学参数。将升温速率外推为零,得到了理论上系统处于热平衡状态下的活化能和指前因子。同时,应用双外推法,在没有假定机理函数的情况下,得到了 CaSO_4分解的活化能随转化率的变化规律,将转化率外推为零,得到了理论上新物相形成时的活化能(992.15 kJ/mol)。将热平衡状态下的活化能与新物相形成时的活化能相比较,确定了 N_2气氛下 CaSO_4分解机理最可能是成核与生长机理。

电厂机组能耗分析中的小扰动理论应用

小扰动理论利用汽轮机在线监测数据进行计算分析,计算精度高,适于工程实际应用,对机组性能监测和运行优化有重要意义。采用该方法对设计工况和机组75%负荷工况进行了计算,以具体实例验证了理论的正确性。

铁基复合载氧体煤化学链气化反应特性及机理

以水蒸气作为气化/流化介质,在流化床中研究了两种铁基复合载氧体的化学链气化反应特性及循环特性,并对气化过程中的反应机理、动力学方程进行了推断。结果表明:温度为920℃时,添加不同修饰物的铁基复合载氧体与煤焦气化的反应活性依次为Fe4Al6K1>Fe4Al6>Fe4Al6Ni1。在多次循环实验过程中,合成气成分保持稳定,表明Fe4Al6K1复合载氧体循环特性良好。XRD谱图分析表明,六次氧化还原实验后的铁基载氧体氧化态仍为Fe2O3。K+主要以铁酸钾形态存在,该结构有利于促进化学链气化反应。利用高斯函数对气化反应速率进行了峰拟合,拟合结果表明化学链气化主要分为3个阶段:化学链作用阶段、煤气化阶段以及Fe3O4向FeO转变的气化阶段。

餐厨垃圾热解实验研究

利用热重分析仪及管式炉反应器研究了餐厨垃圾的热解行为。餐厨垃圾的热解过程包括两个阶段,结合微分法与积分法对两阶段进行了动力学计算,确定管式炉热解实验反应温度。对热解产物进行了分析,结果表明,气体产物主要是CO和CH4;固体产物焦的恒容低位发热量为20.33 MJ kg 1;液体产物焦油主要是醇和烃,占焦油总量的70.55%。通过分析不同热解温度焦的红外谱图、元素组成及热解过程的小分子气体释放规律,探究了餐厨垃圾的热解机理。290℃时,餐厨垃圾中肽键断裂,释放出大量CO2和CO;350℃时,脂类化合物已经完全分解或挥发;500℃时,焦中甲基及亚甲基峰消失,释放出大量烃类;未分解的物质主要是淀粉。最后考察了升温速率对热解产物分布的影响,发现提高升温速率,焦收率基本不变,焦油收率下降,气体产物收率增加。

煤化学链转化技术研究进展

化学链技术为化石能源的清洁高效利用提供了新思路。本文在综述煤化学链燃烧和气化转化工艺现状及特点的基础上,对煤化学链转化的载氧体以及煤-载氧体反应和化学链反应器强化等进行了评价及展望。指出煤化学链转化的研究重点为以下3方面:①载氧体-煤-煤灰-气化剂等反应体系中氧传递过程及反应机理;②载氧体应围绕多活性组分载氧体、耦合催化-载氧-捕C/S多功能复合载氧体和具有特定储氧功能和高稳定性结构载氧体等3方面进行研究;③针对载氧体和煤反应慢的瓶颈,应揭示反应器优化和操作强化的理论基础。

冶炼烟气干法脱硫过程中CaS与SO_2反应的实验及机理研究

将硫化钙和石英砂机械混合作为脱硫剂,在石英固定床反应器中考查了反应温度、空速、脱硫剂颗粒粒径、有无氧气存在和循环次数对脱硫剂脱除冶炼烟气中SO_2气体性能的影响。较高反应温度、较低烟气空速和较小颗粒粒径均可提高脱硫剂的脱硫率。温度500℃、空速250 h^(-1)条件下,脱硫率在100 min内均保持在96.4%以上。脱硫剂在无氧和有氧条件下循环实验中表现出的脱硫活性均较为稳定。随循环次数的增加,脱硫剂颗粒的比表面积和吸附量缓慢减小,分别从反应前的32.2 m^2×g^(-1)和21.6 cm^3×g^(-1)降至10次循环后的26.5 m^2×g^(-1)和16.2 m^3×g^(-1),而颗粒平均粒径逐渐增加。基于Gaussian 09程序,采用密度泛函理论(DFT)对Ca S与SO_2反应脱硫的微观机理进行了研究,在B3LYP/6-311G+(d,p)水平上优化得到反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,对各驻点进行了单点能计算。中间体IM4到产物P(Ca SO_4+S_2)的过程被推测为反应的速率控制步骤。

CaSO_4的复合载氧体制备及其反应特性

利用浸渍法制备出载氧性能较好及价格低廉的复合型CaSO4载氧体,同时研究其固体燃料化学链燃烧特性。在综合热分析仪中研究复合型载氧体同H2和CO等气体燃料和煤焦固体燃料的反应性能,发现浸渍有微量Fe2O3和NiO的CaSO4复合型载氧体同气体、固体燃料的反应速率加快,反应时间大大缩短,Fe2O3改善载氧体的反应性能方面优于NiO。SEM照片显示复合型载氧体同固体燃料高温下反应前后颗粒形态发生较大变化,并出现颗粒聚团。XRD分析表明循环反应后浸渍的Ni以Ni3S2形式出现,而浸渍的Fe以Fe3O4化合物的形式存在,CaSO4的还原产物只有CaS。加入CaCO3颗粒后,大大改善了复合CaSO4载氧体的循环性能。

小扰动理论及其在电厂热经济性分析中的应用

热力系统分析理论是热力系统性能监测和热经济性诊断的有效工具。依状态空间法将小扰动理论引入热力系统分析中,借助于矩阵性能计算模型,提出了一种新的耗差分析方法。这种方法利用汽轮机在线监测数据,其计算精度高,适于工程实际应用,对机组性能监测和运行优化有重要意义。

煤/钙基载氧体化学链燃烧操作参数分析

化学链燃烧作为一种新颖的燃烧技术,在化石燃料燃烧释放能量的同时能够有效分离CO2。今以CO2为气化剂气化煤炭,基于Aspen Plus流程模拟软件,研究了煤/钙基载氧体化学链燃烧过程。结果表明,以CO2为煤气化剂,各反应器含水分少,可减少热损失。CaSO4载氧体具有载氧能力大以及反应活性良好等优点。气化炉中CO+H2含量随二氧化碳煤比增大逐渐增加后下降;随温度升高其含量先增加,后趋于平稳。燃料反应器中CO2+H2O含量随载氧体煤比增大,呈现先增大后减小的趋势;随温度升高其含量逐渐下降。空气反应器中CaSO4含量随空载比增大先增加后趋于平稳,随温度升高其含量趋于平稳后下降。气化炉中硫化物和氮化物含量随温度升高而下降,而燃料反应器和空气反应器中硫化物含量随温度升高增加趋势明显,氮化物含量变化不明显。最后确定了关键反应器操作参数:气化炉的二氧化碳煤比为1.8;燃料反应器的载氧体煤比为4.5;空气反应器的空载比为10.5和三反应器的操作温度分别为950、1000和1100℃。

钙基脱硫剂用于冶炼烟气脱硫的模拟与实验

提出了一种应用钙基脱硫剂脱除冶炼烟道气中高浓度SO_2并回收硫单质的方法。通过热力学模拟多种硫化物与SO_2之间的反应,筛选得出硫化钙(Ca S)适合作为化学链脱硫技术的脱硫剂,它在400~650℃范围内可将SO_2还原为单质硫,生成的固相产物为Ca SO_4而非Ca O。通过固定床反应器内的脱硫实验,发现温度对脱硫率和硫单质回收率影响较大。在400~650℃范围内温度越高,脱硫率和硫单质回收率越大;当温度高于600℃时,脱硫率和硫单质回收率基本相等。提高空速,则会降低脱硫率和硫单质回收率,但两者的差值随空速增大逐渐减小。当烟气中SO2浓度小于1%时,脱硫率维持在99.8%基本不变;SO_2浓度升至3.45%后,平均脱硫率急剧下降至92.1%;SO_2浓度越高,平均脱硫率越低。硫单质回收率随SO_2浓度增大存在一最佳范围。在脱硫反应后期,粒径较大的脱硫剂颗粒脱硫性能较低。SEM照片表明了脱硫剂颗粒随反应温度的升高团聚现象更为明显,XRD表征证明了反应中SO_2气体被还原为升华硫颗粒。

烟气脱硫中CaS与SO_2的反应机理研究

为了研究固硫反应中Ca S与SO2的反应机理,采用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)水平上优化得到反应物、中间体、过渡态和产物的稳定构型和相应的能量值。结果表明:Ca S与SO2反应时,先络合生成具有链状的中间体IM1,随后经过S原子与O原子成键,生成过渡态TS;TS经过分子重排和能量重新排布生成中间体IM2、IM3、IM4,最后生成产物Ca SO4和硫单质;由中间体IM4到产物P1的过程能垒最大,说明该步骤是反应的速率控制步骤。

硅胶表面Cd^(2+)印迹聚合物的制备及其吸附性能的研究

以Cd2+作为模板,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为交联剂,硅胶作为载体,制备特性Cd2+硅胶表面印迹聚合物,利用扫描电镜和X射线衍射仪表征了聚合物的结构,采用平衡吸附法研究了该印迹聚合物的吸附性能和选择识别能力。结果表明,该印迹聚合物的最大吸附量分别为4.3mg/g;对Cd2+的吸附行为符合Lagergren第一速率定律;25min即可达到吸附平衡;当pH=5~7时,该印迹聚合物保持了较好的吸附容量。

规模化制备钙基复合载氧体的性能研究

采用规模化制备方法得到了两种钙基复合载氧体,并分别在冷模流化床和固定床上考察了其机械强度和循环反应性能。结果表明:制备的两种复合载氧体各组分分布均匀,机械强度较好。通过对磨损前后粒度分布变化和时变规律的比较,得到的CaAlFe载氧体耐磨损性能较好,510 min后磨损率仅为3.83%。热重实验表明,CaAlNi载氧体同煤之间的反应在12 min内完成,反应速率稍快,但CaAlFe载氧体同煤的反应更彻底。选择CaAlFe载氧体进行了5次还原-氧化循环实验,固体产物和气体产物分析表明CaAlFe载氧体具有良好的持续循环反应能力。因此,所研究规模化制备的CaAlFe载氧体适用于工业生产。

污泥基载体负载Co基催化剂催化NaBH_4水解制氢反应性能研究

污水处理厂的污泥经NaOH溶液浸泡去除灰分开孔后用作载体,通过多步浸渍–还原法负载Co制得Co基催化剂。采用XRD、SEM和N2吸附测试对该催化剂进行表征分析,结果表明:Co成功负载到了污泥基载体上,催化剂表面孔结构发达,具有较大比表面积和分布较均一的孔径。今系统性考察了催化剂用量、反应温度和循环次数对污泥基催化剂催化性能的影响;实验证明该催化剂稳定性及活性均较高,在循环使用9次后,催化产氢产率仅由179.2mL min-1 g-1催化剂下降至106.7 mL min-1 g-1催化剂。催化剂催化产氢反应的活化能为55.12 kJ mol-1。污泥来源广泛,以其为载体制备产氢催化剂可应用于便携式氢燃料电池领域,具有很好的环境、社会和经济效益。

钙基复合载氧体的制备及反应性能

采用湿式混合成粒法得到了一种复合型钙基载氧体,并分别在综合热分析仪和流化床上考察了其反应活性和循环反应性能。结果如下:浸渍Ni离子能够明显降低载氧体与煤反应的起始温度,加快反应速率,缩短反应时间。增加Ni离子浸渍量对反应速率的影响不明显,但反应时间略有缩短。选择CaAlNi10载氧体进行了10次还原-氧化循环实验,固体产物和气体产物分析表明NiO在循环过程中对S的释放有一定控制作用;CaAlNi载氧体具有较高的再生率和良好的持续循环反应能力。结果表明,制备的CaAlNi载氧体适用于工业生产。

新型胺功能化海藻酸钠吸附剂对模拟烟气中CO_(2)的吸附性能

利用乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)将海藻酸钠(SA)和五乙烯六胺(PEHA)进行简单的化学交联,并加入氯化钙溶液进一步使其成为水凝胶,从而制备了一种新型廉价的胺功能化海藻酸钠吸附剂,采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重等手段对吸附剂进行表征,考察了水蒸气、吸附温度、进气流量等因素对吸附容量的影响和吸附剂的循环再生性能。结果表明:当吸附温度为60℃、进气流量为30 mL·min^(-1)时,SA-PEHA的最佳CO_(2)吸附量为2.35 mmol·g^(-1),且有水蒸气存在时,其吸附性能提高30%,高达3.03 mmol·g^(-1)。经过10次循环再生,CO_(2)吸附量由2.35降低到2.17 mmol·g^(-1),与新鲜吸附剂相比,仅降低了7.66%,表现出了良好的循环再生能力。

脱硫石膏改性固体胺复合材料的制备及脱碳性能

将榴莲壳碳化制备生物炭(BC),与硅钙渣混合作复合载体,在其表面浸渍负载五乙烯六胺(PEHA),并加入含水分的脱硫石膏(FGDG),得到胺功能化的含水CO_2固体吸附剂,与不含脱硫石膏的吸附剂相比吸附活性明显改善。通过FT-IR、TGA、SEM及N2吸脱附等手段对吸附剂进行了表征,并在固定床反应器中考察了吸附剂脱硫石膏含量、吸附温度和CO_2浓度对吸附性能的影响。结果表明,脱硫石膏中水的存在改变了氨基与CO_2的相互作用机理。当脱硫石膏含量为30%、吸附温度为85℃时,CO_2最大吸附量为2.33 mmol/g。经12次循环再生后吸附量仅下降了4.2%,表现出良好的吸附稳定性。Clausius-Clapeyron方程计算的等量吸附热介于物理与化学吸附热之间,说明吸附过程中物理与化学作用同时进行。用多个动力学模型对实验数据进行拟合,pseudo-first-order与pseudo-second-order模型均不能准确拟合实验数据,而Avrami模型可较好地拟合整个吸附过程,进一步验证BC/SCS-PEHA-30%FGDG的CO_2吸附过程并非单纯的物理或化学吸附,而是两者同时发生。

矿化剂对硫蒸气还原分解镁法烟气脱硫石膏的影响

镁法烟气脱硫副产物(镁石膏)的再生分解是镁法烟气脱硫技术大规模应用的关键。为了降低镁石膏的分解温度,采用硫蒸气作还原剂对镁石膏分解。此外,向反应物料中添加Fe2O3、Al2O3、CaO和CaCl2等几种矿化剂,考察了它们不同的添加质量比对再生SO2的影响。结果表明,CaO的添加对镁石膏的分解效果最好,当添加质量比为10%的CaO时,其产生的SO2浓度达到了12.24%。当添加质量比为5%的Fe2O3时,其产生的SO2浓度达到了11.63%。此外,当添加质量比为10%的Al2O3时,其产生的SO2浓度达到了10.86%。CaCl2的添加抑制了镁石膏的分解。

电场-磁性铁酸钴催化剂协同促进镁法脱硫产物氧化性能

使用共沉淀法合成了负载型磁性铁酸钴(CoFe_(2)O_(4)/MCM-41)催化剂,利用廉价的石墨电极将电场引入MgSO_(3)催化氧化体系。通过XRD、SEM、TEM及HRTEM证明了CoFe_(2)O_(4)/MCM-41的成功合成与良好的分散性。电场通过促进SO_(3)^(2-)的直接氧化与自由基的生成将MgSO_(3)的氧化速率提升至无催化剂无电场条件下的10倍。对反应动力学的研究表明:最佳pH=8.0,反应相对于催化剂、MgSO_(3)的分级数分别为0.46、0,并得到反应的表观活化能为16.73kJ·mol^(-1),排除了内扩散与本征反应的影响。结合空气流量对反应的影响,发现反应速率受氧气的外扩散控制。