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。

甲基二乙醇胺-二元胺混合体系烟气CO_(2)吸收再生性能研究

【目的】研究甲基二乙醇胺(MDEA)与不同二元胺混合后配方的吸收再生性能。【方法】在体积分数12%的CO_(2)和88%的N_(2)模拟烟气环境下,以MDEA为主剂,分别添加乙二胺(EDA)、1,3-丙二胺(DAP)、3-甲氨基丙胺(MAPA)、羟乙基乙二胺(AEEA)、 N, N-二甲基乙二胺(DMEDA)和N,N-二甲基-1,3-丙二胺(DMPDA)作为活化剂。在总胺质量分数为40%的条件下,以主剂与活化剂的质量比1∶1、2∶1、3∶1配置化学吸收剂。通过比较鼓泡吸收和油浴再生实验,得到不同吸收剂的吸收速率、再生速率和循环容量,筛选出性能优良的吸收剂配方。【结果】MDEAEDA体系在MDEA与EDA的质量比1∶1时吸收性能最佳;MDEA-DMEDA体系在MDEA与DMEDA的质量比2∶1时再生性能最佳,循环容量达到1.7 mol/kg;MDEA-AEEA体系在MDEA与AEEA的质量比1∶1时整体性能达到最优,循环容量可以达到1.49 mol/kg。【结论】研究结果可为工业上混合胺液的配方优选提供理论依据。

基于WPT-PCA-GMHMM的输气管道泄漏源特征识别研究

为了克服压力波动下输气管道泄漏信号变化幅度大导致孔径识别准确率低的问题,提出了一种基于WPT-PCAGMHMM的泄漏源特征识别模型。开展了压力波动下管道泄漏的声发射检测实验,通过小波包变换(WPT)提取了不同工况下声发射信号的小波包能量谱,随后通过主成分分析(PCA)对频带能量进行去相关性与降维。最后将数据及标签分为训练集与测试集,采用高斯混合-隐马尔可夫模型(GMHMM)实现了对管道压力与泄漏孔径的分类识别。结果表明,所提出的模型整体准确率最高达到95.20%,泄漏孔径准确率达到99.95%,显著泄漏识别准确率达到100%,在充足样本及小样本的环境下相比BPNN、SVM均有优秀的表现。

太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出波动策略研究

为研究太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出功率波动性策略问题,建立了光伏-光热-蓄电池联合发电系统,以光伏为主要出力,太阳能空气布雷顿循环和蓄电池为辅稳定光伏输出功率波动,并根据微燃机高效运行方式及联合发电系统变负荷方式提出了4种运行策略。结果表明:4种策略均能在一定程度上降低光伏输出功率波动性,且在相同蓄电池容量下,策略二光伏输出功率波动性最小,策略三蓄电池最大充电功率最小;随着蓄电池容量的增加,4种策略光伏输出功率波动性均在减少,并且策略二和策略一在平抑输出功率波动性能力上不断接近;在储热与储电容量比例为3∶4时,策略一~策略四相对仅光伏运行时的输出功率波动性分别减少了80.7%、88.3%、50.5%和55.1%。

钴铜锂复合金属氧化物热化学储热温度调控特性研究

提出通过掺杂的方法,调控复合金属氧化物的热化学反应温度,试验结果表明钴铜锂三元复合氧化物的还原起始反应温度可从850℃降低到795℃,氧化反应起始温度也可降低35~50℃。XRD和反应动力学分析表明,复合相CoLiO2的出现使还原反应活化能均值从911 kJ/mol降低到602 kJ/mol,这是反应温度降低的主要原因。经过105个循环后,钴铜锂三元复合氧化物的氧化还原反应循环的比例仍保持在80%以上。

气化细渣和煤掺烧氮氧化物和二氧化硫排放特性研究

气化细渣热值低、水分高,难以独立稳定燃烧,因此通常将其和热值较高的燃料进行掺混实现燃烧利用。为研究气化细渣和煤掺烧过程中NO_(x)和SO_(2)的排放特性,利用管式炉燃烧污染物测试系统,在空气气氛下,使用不同比例的气化细渣和烟煤进行掺烧实验,对燃烧污染物的释放量进行实时监测,并计算燃烧污染物的释放总量。通过实验发现:温度是影响NO_(x)、SO_(2)排放量的重要因素,在高温工况下,NO、SO_(2)的释放量显著提高,NO_(2)、N_(2)O的释放量显著降低。燃料中挥发分的含量与NO_(2)、N_(2)O的释放量有着密切关系,煤中挥发分含量较高,NO_(2)、N_(2)O的释放量也相对较高。整体NO_(2)、N_(2)O的释放量远小于NO的释放量,NO_(x)排放以NO为主。随气化细渣掺烧比例增大,NO、SO_(2)释放量降低。因此,通过与煤掺烧可以实现气化细渣的稳定低污染燃烧。

杭州市一次持续性O_(3)污染过程成因分析

明确O_(3)污染成因才能采取有效的O_(3)管控措施。针对杭州市2022年9月4—13日发生的一次持续性O_(3)污染过程,研究了污染发生前、污染暴发期、污染持续期以及污染消除期等不同阶段的气象条件、区域背景O_(3)浓度及前体物挥发性有机物(VOCs)等,基于正定矩阵因子模型并结合O_(3)生成潜势和后向轨迹模型,重点讨论了造成O_(3)污染的关键VOCs、VOCs排放源贡献及其主要来源。结果表明:高温(日最高温度>28.7℃)、低湿(日均湿度<70%)、静稳天气(风速<3 m/s)的气象条件是此次O_(3)污染的主要外因;乙烯、丙烯、1-丁烯、乙醛等为此次污染过程中生成O_(3)的关键VOCs组分,而关键VOCs载荷较高的排放源中,工艺过程源、机动车排放源和油气挥发源为O_(3)污染暴发的主要内因,石化排放源为O_(3)污染持续的主要内因。

垃圾焚烧系统换热表面的积灰生长与控制研究进展

焚烧是我国处理城市生活垃圾的重要方式,能够实现城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化利用。由于城市生活垃圾水分高、盐分多、热值低,导致垃圾焚烧炉普遍面临严重的积灰问题,这不仅为垃圾焚烧炉的安全运行带来隐患,还严重影响垃圾焚烧发电厂的经济效益。本文综述了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的研究现状,介绍了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的机理,分析了飞灰粒径、烟气流速、烟气温度、换热面温度等对垃圾焚烧炉受热面积灰生长特性产生影响的因素。在燃煤锅炉和生物质炉积灰结渣的现有积灰模型基础上,需要结合垃圾炉的积灰实验数据发展可以预测垃圾焚烧炉积灰结渣问题的模型。针对垃圾焚烧炉受热面积灰严重的现象,本文提出了设备改进、工艺优化、使用添加剂和涂层技术抑制积灰生长的一系列方法。最后总结了当前的重点研究内容,提出了建立能够准确预测垃圾焚烧炉积灰生长的模型,开发新的有效减轻垃圾焚烧炉换热面积灰的涂层等今后开展研究的方向,为垃圾焚烧电厂的合理运行提供了参考建议。

基于CFD数值模拟的炉排型垃圾焚烧炉防结渣结构优化

为解决垃圾焚烧炉后拱区域积灰结渣的问题,以某300 t/d炉排式垃圾焚烧炉为研究对象,制定了3种方案对炉型结构进行优化。采用数值模拟的方法对炉内燃烧过程进行热态模拟,采用高温转子黏度计测量渣样的黏温特性,进而分析垃圾焚烧炉的积灰结渣特性。基于灰颗粒沉积模型对比不同方案下飞灰颗粒与壁面的撞击、黏附行为。结果表明:方案C是最优的炉型结构;相比方案A,方案C炉内流场均匀性大幅提升,后拱区域温度过高的现象消失;飞灰颗粒与后拱壁面的碰撞频率最低,较方案A下降了6.88%;方案C下飞灰颗粒的黏附概率最低,在1425~1433 K温度范围内粒子黏附在壁面上的概率约为13.5%,这部分飞灰颗粒占比仅0.08%。

气化细渣掺烧煤和生物质的燃烧特性及动力学分析

气化细渣目前以堆放填埋为主,环保压力大,如何高效利用低热值气化细渣是关注热点。合成甲醇和煤油的煤气化工艺排出的2种气化细渣总量较大、处理困难。对2种气化细渣进行粒径分析及SEM观察,发现气化细渣粒径较小,大部分小于100μm,整体结构破碎,由较多熔融聚合形成的球形颗粒和不规则孔隙构成。掺烧是利用低热值燃料的有效手段,将气化细渣与煤、生物质以不同比例掺烧,分析其燃烧特性,并用Coats-Redfern方法进行动力学特性分析。结果表明,气化细渣与煤、生物质掺烧可大幅提高气化细渣燃烧性能,降低燃烧所需活化能。纯甲醇渣、煤油渣燃烧所需活化能分别为105.10和100.80 kJ/mol,甲醇渣、煤油渣与煤掺烧后,气化细渣掺烧比例为30%时,综合燃烧特性指数最高,分别为23.64×10^(8)和25.96×10^(8);活化能最低,分别为89.46和83.76 kJ/mol。气化细渣内含丰富孔隙结构,一定比例的气化细渣与煤掺烧可增大可燃物质与空气的接触面积,利于气体吸附扩散,缩短燃烧达到最大燃烧速率的时间,提前达到最大燃烧强度。甲醇渣、煤油渣与生物质掺烧,气化细渣掺烧比例为30%时,活化能最小,分别为72.14、69.59 kJ/mol,生物质的燃烧温度区间低于气化细渣,可对气化细渣燃烧过程起预热作用,显著降低气化细渣固定碳燃烧所需活化能。

二氧化碳矿化建材技术碳排放与经济性评价

CO_(2)矿化结合工业固体废弃物资源化利用技术为建材行业开辟了规模化节能减碳的路径,产品的多元化指向也催生了CO_(2)矿化建材的多种技术选择,但它们仍面临以下挑战:原料与碳源的不匹配,运营成本的不确定性,以及碳价格不确定。通过全生命周期评价方法系统分析了典型CO_(2)矿化建材技术的碳排放与技术经济性,并指出碳交易政策的重要性及未来潜在的溢价与机会。

适用于下一代太阳能热发电的集热颗粒磨损特性研究

以铝矾土惰性颗粒为研究对象,使用三腔磨损试验台获取颗粒耐磨性能和粒径分布变化规律,颗粒120 h磨损率约2.5%,粒径分布演变模型中转化比例符合正态分布(σ=1/2,d_(s)=4d)时模拟效果最好。提出磨损转换系数,通过引入磨损耗散能量作为中间量,将磨损测试设备中获取的颗粒磨损特性推广到实际太阳能热发电系统中。以100 kW太阳能热发电系统为例,计算得铝矾土惰性颗粒在系统各设备间循环一次的磨损相当于在三腔磨损试验台中运行0.0114 h,从而获得系统补料策略。

锰钴铈复合氧化物催化氧化NO性能研究

通过柠檬酸溶胶凝胶法成功制备了系列MnCoCeO_(x)催化剂,用于催化烟气中残留氧气氧化NO.XRD、BET、XPS、NH_(3)-TPD和H_(2)-TPR等表征结果表明Mn_(2.5)Co_(1.5)Ce1O_(x)催化剂比表面积、孔容更大,具有更多的表面高价态Mn^(3+)、Mn^(4+)、Co^(3+)物种,丰富的表面酸性位点以及更强的低温氧化还原能力,有利于NO的催化氧化.Mn_(2.5)Co_(1.5)Ce1O_(x)催化剂能在200—350℃的宽温度范围内保持60%以上的NO氧化效率,并且在260℃下达到最大值83.9%,为催化烟气中残留氧气氧化NO提供了新思路.

垃圾焚烧飞灰中重金属固化稳定机理及系统评价方法的研究进展

垃圾焚烧飞灰中的重金属是必须处理的环境污染物。目前,对于垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理已经有了大量的实验研究。但是,不同地区垃圾焚烧厂产生的飞灰中,重金属含量和形态大不相同,故相应的飞灰仍然难以实现大规模、普适性的处理。在查阅文献及实际调研的基础上,系统总结了垃圾焚烧飞灰中重金属的存在形态与浸出特性;通过对重金属固化稳定机理的分析,指出了垃圾焚烧飞灰固化材料和稳定剂选择的方向。此外,还计算了不同的固化剂与稳定剂对不同重金属的固化率,发现材料复配的方式对多种重金属的稳定效果较好。最后,比较了不同评价方法在垃圾焚烧飞灰固化系统选择中的应用效果,指出综合评价方法是目前相对较完善、系统的方法,在工程实际中具有广阔的应用前景。

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。