水基电解质隔膜流延法制备与性能研究

因为水基电解质隔膜流延法制备具有高效、低成本、低污染等优点，故提出了一种以流延机制备电解质隔膜工艺过程，主要针对以α-LiAlO2为粉料，蒸馏水和聚乙烯醇（PVA）的混合溶液为黏结剂，通过流延机流延制备大面积高强度环保型的水基电解质隔膜，并对隔膜和电池性能进行了测试。结果表明:所制备水基隔膜平均孔径为0.217 μm，孔隙率为61.63%，通过组装1.5 kW电堆进行实验验证，0.7 V恒电压下放电最大功率在1.718 kW，比设定值1.5 kW超过13%，功率稳定输出在1.5 kW运行超过了900 h。该研究为后期大功率熔融碳酸盐燃料电池研发奠定基础。     

铁氧化物在流化床温度和CO气氛下的形态迁移及其对NO催化还原

利用小型固定床实验台实验研究了铁氧化物在典型流化床温度和CO还原性气氛下的形态迁移及其生成物对NO的催化还原作用，采用分级还原结合X射线衍射（XRD）表征分析，确定铁氧化物与CO和NO反应后生成物的价态及各种铁氧化物对NO的还原机制。结果表明，Fe₂O₃在实验条件下可依次被CO还原为Fe₃O₄、FeO和单质铁，反应过程中随着还原度的增加，还原速率逐级下降，从Fe₂O₃还原到Fe₃O₄的速率最高，FeO还原到Fe速率最低，在实验温度范围内，床温升高有利于提高Fe₂O₃到Fe₃O₄的还原速率和还原度。不同形态的铁氧化物对NO的催化还原特性不同，Fe₂O₃及其部分还原后生成的Fe₃O₄都不能直接与NO反应，Fe₂O₃对CO催化还原NO的效果很弱，而Fe₃O₄对CO还原NO的反应却有很强的催化作用，而进一步还原生成FeO与单质铁还可直接与NO反应。     

循环流化床粉煤灰对矸石胶结充填材料性能的影响

为充分利用循环流化床粉煤灰(CFA),应用CFA制备矸石胶结充填材料.考察了粉煤灰-水泥体系的净浆流动度、流变特性和自由膨胀率随CFA掺量的变化规律,以及CFA对充填材料工作性和力学性能的影响规律,探讨应用CFA制备充填材料的可行性.结果 表明:粉煤灰-水泥体系复合浆体的流变模型仍为Bingham流体模型,而随着CFA掺量增大,塑性粘度增大,流动度降低,浆体流动性变差.掺加0％ ～ 60％的CFA,能够制备出性能良好的充填材料.在CFA掺量低于60％时,新拌浆体的坍落度、扩展度、含气量降低幅度较小,泌水情况减少,充填材料工作性可完全满足工程设计;新拌浆体硬化后孔隙率更低,力学性能良好.应用CFA制备充填材料具备可行性.     

燃用准东煤过程中碱/碱土金属迁移规律及锅炉结渣沾污研究进展

准东煤灰分含量低、着火温度低、燃尽性能优良,是优良的动力用煤,但准东煤灰中碱/碱土金属含量高,在燃烧过程中易挥发进入气相并冷凝在受热面上从而强化锅炉的沾污、结渣过程,要实现安全、高效、洁净燃用准东煤,需对准东煤燃烧过程中矿物尤其是碱/碱土金属转化特性和灰熔融特性进行研究。对准东煤中碱/碱土金属(AAEM)赋存形态及燃用过程中AAEM的迁移转化、煤灰熔融特性、准东煤结渣、沾污机理等研究进展进行了介绍,总结了锅炉结渣、沾污关键影响因素及目前常用的防控方法。由于实验样品和条件的差异,AAEM在煤燃烧过程中的释放、转化特性及其对灰熔融特性的影响尚未有一致结论;对于AAEM释放多采用热力学平衡计算,相应的动力学模型缺乏深入研究;由于燃烧试验台实验工况与实际锅炉烟气组分、热参数等存在一定差异,燃烧试验台获得的结渣、积灰特性能否反映真实锅炉情况有待验证;实际锅炉沉积样品分析面临锅炉工况调整困难、可重复性差等问题,需对锅炉实际结渣污特性进行深入研究;锅炉设计、掺烧、参数调整等方法仅能减轻准东煤结渣、沾污等问题,为实现准东煤的安全、高效、洁净利用,仍需更加深入的研究煤灰结渣、沾污机理。应加强灰化温度、气氛等对煤热转化中AAEM的释放和转化特性影响的系统研究,进一步开展AAEM在煤热转化过程中的释放、矿物转化动力学模型研究,同时,需针对温度、气氛、煤灰组分等对准东煤结渣、沾污的影响规律开展更加细致地研究,为结渣、沾污防控提供支持。     

纯煤矸石燃烧循环流化床锅炉的开发及运行

通过热重分析研究了某超低热值煤矸石的燃烧特性,并模型预测了煤矸石在循环流化床(CFB)炉内的燃尽时间和停留时间;据此开发了燃用超低热值煤矸石的40 t/h CFB锅炉,设计采用了大布风板、高效分离器、较高的床温和较低的流化速度;3 a多运行实践表明,其状况良好,当燃料热值在4.187～5.443 MJ/kg范围内时,锅炉均能稳定燃烧并保证出力,排烟温度120～130℃,分离器出口处烟气含氧量为3%～5%,底渣可燃物含量低于1%,飞灰可燃物含量低于2%,实测锅炉热效率达到了80.05%;通过提高二次风喷口高度,采用低过量空气系数,NO_x原始排放浓度低于100 mg/m~3,在旋风分离器入口喷入少量尿素溶液可实现NO_x超低排放。     

准东煤灰提取氧化铝和白炭黑技术研究

为实现准东煤灰的绿色化综合利用,笔者研究设计了从准东煤灰中制取氧化铝和白炭黑的工艺流程,确定了最佳工艺条件,并通过SPSS双变量分析比较不同影响因素对提取率影响程度。试验采用准东煤--将军庙原煤,破碎并用马弗炉模拟煤粉炉静态燃烧方式制取灰样。准东煤灰的成分分析和元素分析表明:SiO2占48.84%,Al2O3占31.26%。参照标准制备灰样,对灰样进行SEM分析,发现粘黏性严重,因此试验前先进行机械研磨。采用煤灰与硫酸铵焙烧法制备氧化铝,工艺分为焙烧过程和酸浸过程。因滤液中含有大量杂质铁、钙等元素,采用pH调节法除杂并对除杂效果进行检验,检验结果为除杂率接近100%。从提铝渣中制备白炭黑分为碱浸过程和多次碳分过程。在提铝工艺焙烧过程中,通过提铝率变化曲线及节能角度确定了各因素的最佳试验条件为:焙烧温度600℃,焙烧时间60 min,焙烧配料比1∶6;在提铝工艺酸浸过程中,得到最佳试验条件为:酸浸温度60℃、酸浸时间20 min、H2SO4浓度0.2 mol/L、酸浸液固比50。从提铝渣制备白炭黑研究中,通过SEM观察到提铝渣疏松多孔,有利于进一步的提硅试验。通过XRD对提铝渣分析,得出提铝渣中含有大量硅、钙元素;用K值法(RIR法)求得提铝渣中Si含量及经提铝后的Si损失率为7.64%。得出碱浸过程最佳试验条件为:碱浸温度60℃、碱浸时间30 min、碱浸NaOH浓度3 mol/L、碱浸液固比70,此时Si提取率为99%。采用多次碳分法进行提硅能够满足不同硅含量纯度要求,得到最佳碱浸工艺条件为碳分pH=9.5、CO2通气速率24 m L/min、碳分NaOH浓度0.2 mol/L、碳分液固比80。通过双变量相关性分析,得到各因素对提铝率、SiO2提取率及H2SiO3沉淀率影响程度大小分别为:焙烧温度>焙烧时间>焙烧配料比,酸浸时间>酸浸温度>H2SO4浓度>酸浸液固比,碱浸液固比>碱浸温度>NaOH浓度>碱浸时间,碳分pH>碳分液固比>碳分NaOH浓度>CO2通气速率。通过经济性及可行性分析,说明提出的工艺能有效实现准东煤灰的绿色化综合利用。从提铝后的滤液中重新提取(NH4)2SO4,实现生产原料的再利用;碳分过程后的Na2CO3溶液可通过加入石灰苛化的方式实现NaOH可循环利用于提取工艺生产;本工艺除生产氧化铝和白炭黑外,还能获得Na2SO4等附加产品。     

水热处理过程中伊敏褐煤微观结构的演变规律

褐煤水热处理可以脱除有害元素,降低n(O)/n(C)比,提高煤阶,有利于煤的洁净利用。利用高压反应釜对褐煤进行水热处理,采用拉曼光谱(Raman)和傅立叶红外光谱(FTIR)对处理后的煤样的化学结构进行分析,探索了不同温度水热处理后煤样微观结构的演变规律。结果表明:150℃水热处理时部分含氧官能团脱除,同时,部分脂肪族侧链断裂及不稳定大分子芳环结构分解形成小分子芳环结构,部分CO分解形成各类醚和羟基;当水热温度升至200℃,处理后褐煤的芳香度指数(R)和芳香结构稠合指数(DOC)上升,表明煤内缩合结构增加,同时,缺陷结构和杂环被去除,大分子芳环结构相对增加,CO大量分解;水热温度继续升高至250℃,褐煤发生氢转移反应导致脂肪族侧链增加;当水热温度达到300℃时,褐煤的芳环结构被破坏,交联结构和无定形碳增加。     

烧结烟气气氛下煤燃烧特性热重实验研究

为了探索烧结烟气循环流化床燃烧技术的可行性,采用大容量热重分析仪（LC-TGA）研究了左云烟煤、平朔烟煤和钱家营烟煤在低氧（含CO）气氛下的燃烧特性,并研究了CO体积分数对煤粉燃烧的影响。结果表明:低氧气氛下氧气体积分数和反应温度的变化对煤粉燃烧有很大的影响;CO在煤粉燃烧时存在明显的抢氧行为,其能力与温度密切相关,与氧气体积分数关联较小;当反应温度为750 ℃时,CO燃烧的抢氧能力强于煤粉燃烧,但当温度上升至850 ℃时,CO燃烧的抢氧能力小于煤粉燃烧。实验所得结果可以为烧结烟气循环流化床燃烧技术的发展提供参考。     

超临界350 MW循环流化床锅炉变负荷特性

随着可再生能源发电比重的增加,火电机组在深度调峰中的重要性日益突出,大幅度变负荷已成为运行常态。为了研究循环流化床（CFB）机组的深度变负荷特性,本文以河坡电厂超临界350 MW机组CFB锅炉为研究对象,分析了CFB机组变负荷时的床温、蒸汽参数以及污染物排放的变化。结果表明:床温与负荷成正相关,前后位置床温的差值相对较大,通过控制排渣量可显著调节床温;随着负荷变化,高温过热器出口蒸汽与高温再热器出口蒸汽的温度整体稳定,波动较小;60%~90%负荷升降负荷时,由于运行床温和二次风配比合理,NOx排放质量浓度的变化范围分别为30~70 mg/m3和20~50 mg/m3,且中低负荷区间变负荷时NOx的原始生成量显著大于中高负荷;在参与深度调峰时负荷响应速度较快,机组升负荷速率为6 MW/min（1.71%/min）,降负荷速率为4 MW/min（1.14%/min）。总体而言,超临界350 MW机组CFB锅炉变负荷范围广,低负荷稳定性强,NOx原始排放较低。     

H2O-CO2、H2O-N2、H2O-He水平管外自然对流凝结换热特性研究

不凝性气体制约换热设备安全和系统效率,为研究不凝性气体-蒸气于水平管外自然对流凝结换热机理和特性,实验测量了不凝性气体He、N₂、CO₂质量分数分别为1.16%~18.18%、7.56%~60.86%、11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~101 kPa的H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂自然对流条件下水平管外凝结换热特性,对比分析了H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂的不凝性气体质量含量、壁面过冷度以及压力因素的影响。压力和壁面过冷度一定,相同质量分数时,实验凝结传热系数与Nusselt理论解的比值(Q/Q_Nu)由大到小依次为：H₂O-CO₂、H₂O-N₂、H₂O-He;相同摩尔分数时,Q/Q_Nu由大到小依次为：H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂。相同总压力和不凝性气体质量分数时,H₂O-He的Q/Q_Nu随着壁面过冷度的增加下降最为缓慢。相同不凝性气体质量分数和壁面过冷度时,H₂O-He的Q/Q_Nu值最小,其受压力影响最为显著。