流化床O2/CO2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究王文康1,卜昌盛1,熊金琴1,王昕晔1,张居兵1,朴桂林1,张孝勇2

流化床O₂/CO₂燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一. 为进一步探究工业流化床O₂/CO₂燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O₂和CO的浓度,深入考察了O₂/CO₂取代O₂/N₂后,不同的床层温度(800～900 ℃)、O₂浓度(4%～10%)及颗粒粒径(2～8 mm)下的烟煤焦燃烧特性. 实验结果表明:O₂/CO₂气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O₂浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加; 煤焦燃烧反应由O₂扩散控制,气化反应由反应动力学控制; 相较于O₂/N₂气氛,低床温下,O₂/CO₂气氛下的O₂扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因; 高床温下,除O₂/CO₂气氛下O₂的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系,在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N₂和CO₂气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下进行富氧燃烧实验,考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性,结合热解实验结果探究CO₂气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明,CO₂气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO₂气化反应,随温度增加气化反应增强,CO₂主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧,700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O₂/CO₂气氛的富氧燃烧,当氧气体积分数为30%时,在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大,而在800 °C以上温度对CO₂气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时,O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.     

富氧条件下乙醇喷雾燃烧特性的实验研究

利用McKenna型平面火焰燃烧器搭建乙醇喷雾燃烧实验台架,研究富氧条件下乙醇喷雾的燃烧特性.通过数字图像处理技术提取喷雾火焰特征参数和CH*自由基分布特征参数.其中,火焰特征参数包括火焰面积、火焰高度、火焰平均亮度.分析伴流气体O₂浓度、伴流气体CO₂浓度、乙醇与雾化N₂质量流量比对喷雾火焰特性及CH*自由基分布特性的影响.研究表明,在O₂浓度为21%~55%时,随着O₂浓度的增加,火焰高度和火焰面积均呈降低趋势,而火焰平均亮度呈升高趋势.通过对CH*自由基分布特性的分析发现,O₂浓度越高,燃烧反应区域的分布范围越小,反应强度越大.CO₂浓度对喷雾火焰尺寸与火焰平均亮度的影响与O₂浓度的影响相反,并且CO₂浓度对喷雾火焰平均亮度的影响明显大于其对喷雾火焰尺寸的影响.随着乙醇与雾化N₂质量流量比的增加,火焰尺寸及燃烧反应强度均呈显著升高趋势.     

N2/CO2气氛下工业危废污泥热解气化的TG-FTIR分析

采用热重-红外联用技术（Thermogravimetric analysis-Fourier transform infrared spectroscopy, TG-FTIR）对CO₂和N₂气氛下工业危废污泥的热化学转化特性展开研究,重点考察不同气氛对污泥热解气化过程的影响。主要分析不同气氛下污泥的热转化失重、产物析出规律及不同反应阶段的反应动力学特性。热重分析表明,CO₂对污泥热转化的影响主要在700℃以上温度范围;CO₂参与焦炭的气化反应,失重速率大幅提升,促进了CO,CH₄,NH₃在高温下的析出。红外分析显示,CO₂和N₂气氛下,反应温度在1 000℃左右时均有大量甲基化合物析出,且CO₂气氛下强度更高。各反应阶段活化能随温度升高逐渐增加,污泥与CO₂气化反应速率高于相同反应阶段N₂下的热解反应速率。     

水平管束降膜蒸发中CO2解吸的微观特性

水平管降膜蒸发中释放的不凝气严重降低了管内冷凝传热速率,会使海水淡化的能耗成本显著增加,因此研究水平管束降膜蒸发中CO₂解吸的微观过程具有重要意义。文章建立了耦合水平管束降膜蒸发传热和CO₂解吸的理论模型,计算得到CO₂解吸单元体、碳酸盐组分浓度,分析了CO₂解吸量的微观特性。结果表明：传热系数的模拟值与实验值吻合良好;化学反应时间沿竖直管排方向减小且其速率逐渐降低,而沿水平管长方向随竖直管排节点数的增加而变长;主导CO₂解吸速率的HCO₃^-和CO₃^2-在微元内的浓度显著高于CO₂和H⁺浓度;单位面积的蒸发速率和每吨海水CO₂解吸量沿竖直管排、水平管长方向均减少。     

A位缺陷对铁酸盐基阴极材料硫中毒特性影响

空气中微量SO₂ (10^-9)引起阴极材料硫中毒是导致固体氧化物燃料电池（SOFC）性能衰减的关键因素之一。将(La_0.6Sr_0.4) (Co_0.2Fe_0.8)O₃（LSCF）和A位缺陷型(La_0.6 Sr_0.4)_0.85(Co_0.2Fe_0.8)O₃（LSCF85）样品放置在含有30 μg/g SO₂的干空气气氛中,800 ℃条件下热处理50 h后,对反应的生成物进行XRD、SEM、EDX表征,评价A位缺陷的存在对钙钛矿结构铁酸盐基固体氧化物燃料电池阴极材料硫中毒行为的影响。结果发现,对于钙钛矿结构LSCF阴极材料,A位缺陷的引入可以有效地抑制该材料与SO₂发生化学反应生成SrSO₄,提高材料在含SO₂气氛中的化学稳定性。其原因可能是由于A位缺陷的引入,降低了LSCF中Sr元素的活性,从而抑制了Sr元素与SO₂之间化学反应的发生。     

200~240 nm区域下压力对SO2吸收截面影响研究

为了考察SO₂气体在不同排放条件下的吸收特性，研究SO₂气体在紫外200～240 nm内吸收截面随气压的变化规律.采用分辨率为0.05 nm的光栅单色仪、氘灯光源、闭式气样室和配气装置，测量SO₂气体在绝对压力由63.7 kPa 增大至162.1 kPa过程中的透射率，并依据Beer Lambert定律，计算出SO₂单色吸收截面.结果表明，SO₂单色透射率随气压增强而逐渐增大，最大变化率约40%，单色吸收截面随气压增大逐渐减小，最大变化率约35%，而吸收截面差值在200～240 nm波段内逐渐变小.SO₂紫外吸收谱线存在压力碰撞展宽现象.在SO₂浓度测量时有必要对吸收截面进行压力补偿计算.     

亚硫酸镁对NO2的液相吸收及产物离子分布

以亚硫酸镁模拟氧化镁湿法脱硫浆液对NO₂进行吸收,考察不同操作条件下的NO₂吸收效率及吸收液中主要离子的分布情况. 结果表明,O₂对吸收过程的影响很大,NO₂主要通过与SO₃^2?之间发生的链式反应在液相中产生SO₄^2?和NO₂^?,O₂会与NO₂发生竞争作用,极大地消耗了SO₃^2?,导致脱硝效率迅速下降. 抗氧化剂邻苯二酚的添加可以抑制SO₃^2?的氧化,且添加的浓度越高,抑制效果越好. 溶液的pH值主要通过影响S（IV）的存在形态来影响吸收反应,当pH值较低时,吸收反应的速率降低,且在酸性条件下,NO₂^?易发生歧化反应转化为NO₃^?. NO₂^?的累积将会在一定程度上降低NO₂的吸收,其他阴离子NO₃^?、SO₄^2?及Cl^?对NO₂的吸收无明显影响. 金属阳离子例如Mn²⁺及Co²⁺会加速SO₃^2?的氧化,在一定程度上影响NO₂的吸收.     

高温高压CO2反应流动相变致裂机理

利用自主研制的气动力脉冲真三轴试验系统,开展了超临界CO₂热冲击致裂高强度混凝土块体试验,探究了热源功率、CO₂初始压力对热冲击破岩过程及裂隙损伤演化规律的影响,分析讨论了高温高压CO₂相变致裂过程及其裂纹扩展演化规律.充分考虑含能材料反应放热、CO₂相态变化、传热传质、瞬态非线性流动以及高压气体驱动损伤演化过程,建立了高温高压CO₂热冲击破岩的热-流-固-损伤(THMD)多场耦合模型,进一步分析了CO₂温度场、压力场以及损伤演化规律,揭示了高温高压CO₂反应流动相变致裂机理.研究结果表明：超临界CO₂热冲击致裂过程主要包括：高压气体瞬态释放产生应力波诱导型径向裂缝;相变膨胀的高温高压CO₂驱动径向优势裂缝扩展,并产生分支裂缝.其中气动力脉冲峰值压力和瞬时加载速率的增加有助于产生更多的径向裂缝,而CO₂初始压力和聚能剂含量的提高会使分支裂缝更容易形成.此外所建立模型的模...     

基于变异系数和灰色层次分析法的CO2排放量影响因素分析

为探索CO₂排放量的影响因素及其各影响因素之间的相互关系,统计收集我国历年CO₂总排放量及各种影响因素的数据,将CO₂排放量的影响因素分为直接因素与间接因素两类.采用变异系数法、灰色关联分析法以及层次分析法对各类因素与CO₂排放量的影响关系进行了重要性与关联性分析.分析发现：天然气与其他能源消费总量是CO₂排放量增长的主要直接影响因素,全社会固定资产投资总额以及各产业国内生产总值是主要间接影响因素,同时,CO₂排放量与煤炭能源及我国传统3大产业之间关系最为密切.     

烟气成分对静电除尘器放电特性的影响

为了研究烟气中O₂、H₂O、CO₂体积分数变化对负电晕放电特性的影响机理,采用实验和数值模拟方法分析静电除尘器在不同气体成分下的伏安特性,应用COMSOL软件建立模拟烟气的电晕放电模型. 研究结果表明：当CO₂体积分数增大,O₂体积分数降低时,起晕电压增大,电流在低电压时与CO₂体积分数负相关,在高电压时正相关;当相对湿度增大时,起晕电压降低,电流在低电压时与相对湿度正相关,在高电压时负相关;当CO₂体积分数增大,O₂体积分数降低时,电子数量增大;当相对湿度增大时,空间中的负离子团数量增大,离子迁移率降低. CO₂体积分数和相对湿度增大,空间电荷密度增大,有利于增大扩散荷电量,从而提高细微颗粒物的脱除效率.     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

富氧环境下城市污泥燃烧及气体污染物释放特性研究

为了获得城市污泥在O2/CO2、O2/N2气氛中不同氧浓度下的富氧燃烧特性和酸性气体的析出行为特性,本文利用热分析仪-质谱仪联用(STA-MS)技术开展了一系列的实验研究。通过实验能够得出了污泥在富氧环境下的燃烧动力学参数和气体污染物释放规律。研究结果表明在O2/CO2气氛中,提高氧浓度能增强污泥综合燃烧性能。随着氧浓度的升高,污泥燃烧DTG曲线上的两个失重峰向低温区发生偏移,最大失重速率加快,同时着火温度和燃尽温度都降低。高氧浓度燃烧气氛促使酸性污染气体更剧烈的析出,但其析出温度范围缩小。在相同氧浓度下与O2/N2气氛比较,O2/CO2气氛更能抑制燃烧中酸性气体的析出。     

CO2增采环境下X70管线钢的应力腐蚀开裂行为研究

在CO₂增采（CCS?EOR）环境下,研究了X70管线钢在不同CO₂压力下的腐蚀开裂行为及其机理。 使用高压反应釜及模拟采出水溶液,对现场环境进行了模拟;通过电化学实验,研究了X70管线钢在CCS?EOR环境下的腐蚀速率与腐蚀机理;通过慢应变速率拉伸实验,研究了模拟环境下X70管线钢的腐蚀开裂行为;通过扫描电镜,分析了不同CO₂压力下X70管线钢的腐蚀开裂机理。 结果表明,X70管线钢的腐蚀速率随着CO₂压力的增加而增加;X70管线钢表面产生的腐蚀产物膜不能保护金属基体,而且加剧局部腐蚀;在腐蚀产物膜的影响下,CO₂压力的增高使X70管线钢应力腐蚀敏感性增加,X70管线钢腐蚀开裂同时受金属表面裂纹的影响。     

延长油田CO2驱相态初探

为了研究延长油田J区块CO₂驱相态,根据细管实验得到工区最小混相压力,考虑地层破裂压力计算井口最大注气压力,结合工区目前井口注气压力分析了CO₂驱相态。结果表明,工区CO₂驱最小混相压力为22.2 MPa,井底破裂压力为33.88 MPa,井口最大注气压力可达15.8 MPa;目前工区单井最高注气压力为10.5 MPa,对应注气井底压力为19.1 MPa,低于最小混相压力,属于非混相驱油。当井口注气压力提高到15.0 MPa时,注气井底压力为23.6 MPa,高于最小混相压力,注气井近井地带存在混相区。     

煤粉再燃还原NOx动态过程试验研究

通过固定床对煤粉再燃还原NO_x的微观动态变化过程,以及不同φ(O₂)条件下的再燃脱硝效果进行了试验研究,结果表明,煤粉再燃过程存在典型的3阶段分布特性,分别是再燃煤粉早期NO生成阶段、挥发份的均相还原阶段和焦炭的非均相还原阶段.再燃粉煤早期NO生成阶段和焦炭的非均相还原阶段对φ(O2)变化不敏感,挥发份的均相还原阶段对φ(O₂)变化非常敏感,NO还原效率随φ(O₂)的增加而降低,φ(O₂)=8％是NO还原有效与否的分界线,当φ(O₂)>8％时,再燃煤粉非但不能对来流NO进行有效还原,而且还生成了新的NO.要获得理想的脱硝效果,需要φ(O₂)<5％,对应挥发份化学当量比SRV<0.8. 通过对不同φ(O₂)条件下的NO动态曲线进行定量积分分析,发现挥发份是富燃还原性气氛下还原NO的主要贡献成分,同样在贫燃氧化性气氛下也是NO生成的主要贡献成分.同时还给出了神华煤再燃还原NO的效率与氧量气氛之间的经验公式.     

烟气再循环对生物质炉排炉燃烧影响的数值模拟

针对生物质锅炉实际运行过程中常出现水冷壁腐蚀严重、屏式过热器积灰多和NO_x排放量高等问题,以一台某电厂额定蒸发量为130 t/h的生物质往复式水冷炉排炉为研究对象,提出二次风掺混再循环烟气燃烧的方法,采用计算流体力学（CFD）数值模拟技术对炉内燃烧过程进行热态模拟,旨在为锅炉的实际运行操作提供理论指导. 计算结果表明,采用烟气再循环可以增强炉膛上部气流扰动,改善炉内温度分布的均匀性,提高燃尽率,同时降低屏区火焰温度,减轻大屏积灰结渣风险;后墙下二次风掺混再循环烟气后,主燃区形成还原性气氛,温度下降,有效抑制热力型NO_x的生成.后墙下二次风掺混30%再循环烟气的工况炉内气流均匀饱满,高温烟气分布从炉膛深度中心向前、后墙两侧稳定下降,NO_x排放质量浓度相对于无再循环烟气时减少了32.1%.     

一种发电和CO2捕集相结合的LNG 冷能利用系统

温室效应的加剧使人们的碳捕集意识逐渐提高。针对碳捕集问题,将CO₂超临界朗肯循环和有机朗肯循环相结合,对原有燃气轮机废气发电系统进行改进,提出了一种废气发电与CO₂捕集相结合的LNG冷能梯级利用系统。利用Aspen Plus软件对系统进行热力学模拟计算,详细分析了蒸发压力和蒸发温度对系统热力学性能的影响。结果表明,提高CO₂超临界朗肯循环的蒸发压力和蒸发温度,对系统的净输出功和热效率有积极影响;有机朗肯循环的蒸发温度达到250 ℃后,其余热回收率达到最大值且不再随蒸发压力发生变化;系统净输出功可达251.6 kW,余热回收率为92.00%,㶲效率为57.00%;CO₂液化量达到883.6 kg/h时,可减少CO₂排放量763万t/a。研究成果对保护环境具有重大意义。     

基于Aspen plus的污泥循环流化床高温氧气气化模拟分析

基于Aspen plus软件建立了循环流化床污泥高温氧气气化模型,研究了气化温度、O₂当量比、O₂浓度及污泥含水率等因素对气化产物组分的影响。结果表明：O₂当量比为0.05时,可燃组分含量最多,继续增加当量比会使可燃组分逐渐下降;随着温度升高,可燃组分逐渐增多,当温度达到850℃时,产物组分几乎不再变化;随着污泥含水率的增加,CO的体积分数逐渐下降,气化气热值降低;当O₂浓度从55%增至98%时,可燃组分逐渐增大,气化气热值逐渐增大。     

降低CO2 驱混相压力的发展现状

将CO₂ 注入油层, 不仅封存了CO₂ , 还可以大幅度提高油气田采收率, 达到CO₂ 减排和油藏高效开发的双赢目的, 受到了相关研究者的广泛重视。如何有效地降低CO₂ 与原油之间的混相压力, 是目前CO₂ 驱提高采收率研究的主要热点和难点之一。文中比较了降低CO₂ 驱混相压力的几种方法, 探索新的亲CO₂ 表面活性剂以降低CO₂ 驱最小混相压力。目前, 降低CO₂ 驱混相压力的主要方法有添加共溶剂法, 但成本比较高; 超临界CO₂ 微乳液法可以降低CO₂ 驱混相压力, 但是目前表面活性剂的研究主要集中在降低油/水界面张力的离子型表面活性剂, 关于降低油/CO₂ 界面张力的非离子表面活性剂还鲜有报道; 亲CO₂ 表面活性剂是降低CO₂ 驱混相压力的一种新探索, 但目前已用的表面活性剂与CO₂ 的亲和性差, 使得CO₂ 对极性较强的大分子物质的溶解能力受到限制。因此, 开发新的亲CO₂ 表面活性剂以达到降低CO₂ 驱混相压力的效果显得尤为关键。