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。

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。

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。

“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。

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.

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%。

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。

高频介质阻挡放电产生臭氧的实验研究

实验研究了在不同气源条件下高频正弦介质阻挡放电法产生臭氧时电压、体积流量、相对湿度的变化对臭氧体积分数的影响.实验结果表明,当气源分别为空气和氧气时,臭氧体积分数随气体体积流量的变化呈不同的变化趋势,为空气源时臭氧体积分数随气体体积流量的增大先升高后降低,而为氧气源时臭氧体积分数不断下降.气源为氧气时,实验中当电压为较低电压3 064 V,体积流量为30 L/h时,臭氧体积分数高达55 000×10-6,从而即产生了高体积分数的臭氧又保证了整个系统的安全,降低了成本.

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。

微燃烧稳定性分析和微细管道燃烧实验研究

为了研究微尺度下的燃烧特性,在考虑散热和熄火距离影响的基础上建立了二维火焰燃烧模型,模型表明在微尺度燃烧中容易发生熄火和吹熄,不容易发生回火.同时在2 mm内径的微细T型管道中通入了氢气和空气的预混气体进行预混燃烧实验,测试了燃烧的火焰温度、流量和燃烧效率的关系.实验结果表明,采用T型管道有利于维持火焰的稳定,不容易被吹熄,但在氢气或空气流量小时容易发生熄火;低流速下,燃烧效率较高,可以完全反应,高流速下,混合气来不及在管道内反应,燃烧效率较低.无论流速的高低,在化学计量比附近燃烧效率较高.

燃煤飞灰低频下声波团聚的实验研究

通过实验研究了低频下燃煤飞灰的声波团聚。燃煤飞灰气溶胶在声波作用下粒径分布发生明显变化,大量细颗粒团聚产生粗颗粒,气溶胶浓度降低。在147dB、1400Hz时,气溶胶总浓度和PM2.5浓度分别减少了68.4%和75.6%,达到很好的团聚效果。从扫描电镜照片中可以观察到声波团聚过程中产生了粒径大于10μm的链状团聚体。在声波作用下,气溶胶总浓度随团聚时间呈指数衰减规律降低。实验证明了声波团聚中存在最佳频率,在此频率下团聚效果最好,偏离该值团聚效果急剧降低。另外,实验发现最佳频率随声压级的增大而轻微降低。同时,研究了声压级、停留时间和气溶胶初始浓度等参数对声波团聚的影响。

基于可调谐激光吸收光谱技术的脱硝过程中微量逃逸氨气检测实验研究

为了对电厂脱硝过程中逃逸的微量氨气进行在线检测,实验室采用可调谐激光吸收光谱技术对常温常压下以及不同温度下的低浓度氨气进行了测量试验,其中电厂逃逸氨气检测处温度约为650K。通过分析近红外波段的氨气吸收谱线,并考虑实际测量环境H2O和CO2等浓度很大的气体吸收谱线的干扰,实验选取2.25μm附近的ν2+ν3谱线作为浓度检测谱线。为了验证所选谱线对低浓度NH3的测量能力,实验对H2O,CO2和NH3的吸收谱线进行模拟,发现低浓度NH3受较大浓度的H2O和CO2谱线的干扰较小,尤其是CO2谱线的干扰可以忽略不计,且2.25μm处谱线强度远远大于通讯波段1.53μm处的谱线。基于新型Herriott池以及高温管式炉,结合可调谐激光吸收光谱中的直接吸收技术和波长调制技术,实现了对不同温度下超低浓度NH3的高分辨率快速检测。常温常压下其线型函数可以利用洛伦兹线型来近似描述,直接吸收测量技术可以使探测极限降低到0.225×10-6。通过采用简单降噪处理技术如多次平均、简单小波分析等,得到不同温度下的谐波信号与浓度具有良好的线性关系,为采用可调谐激光吸收光谱技术进行现场低浓度逃逸氨气检测提供了很好的依据。

KMnO4／CaCO3协同脱硫脱硝实验研究

在喷射鼓泡塔实验台上,采用KMnO4/CaCO3进行了协同脱硫脱硝实验,研究了氧化剂加入量、SO2浓度、NO浓度、浆液pH值、浸没深度、浆液浓度、模拟烟气温度对SO2和NO脱除效率的影响.实验结果表明:NO的脱除效率随氧化剂加入量、SO2浓度、浸没深度、浆液浓度的增大而提高,随NO浓度的提高而降低;SO2的脱除效率随氧化剂加入量、SO2浓度、pH值、浸没深度、浆液浓度的增大而提高,而NO浓度和烟气温度对SO2脱除效率无影响作用;NO的脱除效率与浆液pH值和温度无明显关联.

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%)。

添加剂对稻草灰熔融特性影响的实验研究

为了给生物质热化学转化中灰结渣和聚团问题的解决提供参考和依据,在小型实验装置上对稻草、稻草与添加剂混合物进行了燃烧试验.通过热力平衡计算软件选出合适的添加剂,添加剂包括Al粉、Si粉、Al2O3、SiO2、Ca3(PO4)2、CaSiO3、CaCO3、Al2(SO4)318H2O、CaSO4、CaO、(NH4)H2PO4等,通过对样品燃烧生成的底灰进行观测分析,选择较理想的添加剂(NH4)H2PO4,Al2(SO4)318H2O,CaSO4,CaO,CaCO3.理想添加剂样品底灰的XRD测试结果表明,(NH4)H2PO4可将稻草中钾转化为高熔点的K2CaP2O7;CaSO4和Al2(SO4)318H2O则可将碱金属钾以K2SO4形式固定在底灰中;CaO,CaCO3不直接与碱金属反应,但可与系统中的其它元素进行反应,促进稻草中熔融态钾的转化析出.实验结果表明,添加剂是解决由碱金属引起的秸秆灰熔融问题的有效途径之一.

新型扇形雾化喷嘴的实验研究

在对Y型喷嘴结构和雾化机理研究分析的基础上,设计了一种新型的扇形雾化喷嘴,并对该喷嘴进行了实验研究.实验测量了不同气、液压力下扇形雾化喷嘴的流量、雾化角和索特尔平均粒径及其在空间上的横向和纵向分布.通过对液流量用Y型喷嘴设计公式进行拟合,得到了公式中适合扇形雾化喷嘴设计的系数取值:μ=0.39,β=0.98.喷雾雾化角α大约在90o～98o之间,变化不大.喷雾的索特尔平均粒径在空间横向呈类似'W'的分布,在空间纵向呈逐渐降低并趋于稳定的分布.

褐煤自燃特性热重实验及动力学分析

对锡盟褐煤和印尼褐煤进行热重实验,并与大同烟煤、平顶山烟煤、神华低灰烟煤、阳泉无烟煤等煤样进行了对比。通过分析热重曲线,将煤从吸氧氧化到燃烧的整个过程分为物理吸附、水分蒸发失重、吸氧增重、煤受热分解、燃烧和燃尽6个阶段,并得到各阶段的特征温度点。结果表明,2种褐煤的自燃倾向明显大于其他4种烟煤和无烟煤。通过Coats-Redfern积分法研究煤样的氧化燃烧动力学特性,计算煤样的活化能,得到6种煤的氧化过程属于一级化学反应,且褐煤自燃倾向性较强;煤样粒度越小,褐煤自燃倾向性越强;随着氧气浓度的增大,煤样更易自燃。