低阶煤O2/CO2气氛下燃烧生成颗粒物的特性

选取了2种低阶煤在不同气氛下沉降炉中进行燃烧实验,产生的灰颗收集到粒旋风分离器和低压冲击器中,利用透射电子显微镜和扫描电镜分析亚微米颗粒和超微米颗粒的形态,利用扫描电镜能量色散谱仪联用,透射电子显微镜能量色散谱仪联用和计算机控制的扫描电镜分析灰颗粒的化学元素组成。研究结果表明:O2/CO2燃烧改变超细颗粒物的大小分布和灰中元素的浓度分布,但没有改变细颗粒的生成机制。对于含有更多有机结构矿物质的褐煤,O2/CO2燃烧提高了Fe、Na/K、Al和Si的气化程度,也因此增加了亚微颗粒的浓度,而且褐煤中的Fe元素的气化较为特殊,O2/CO2燃烧氧气浓度的增加提高了Fe气化后在其他粒子上的附着。     

CO2浓度对钙基CO2吸收剂循环反应动力学特性的影响

为分析CO2浓度对钙基CO2吸收剂循环反应动力学特性的影响规律,利用两段的收缩核模型对石灰石循环反应特性进行了研究。结果表明:反应气氛中CO2浓度的变化只对化学反应控制阶段有较大影响,对产物层扩散控制阶段影响不明显。对于单次循环,CO2浓度的增大促使化学反应控制阶段结束时间缩短,表观化学反应速率常数增大;对于多次循环,CO2浓度的增大导致化学反应阶段表观反应速率常数随着循环次数的增加加速衰减。另外,CaO碳酸化反应在25%CO2浓度下已经饱和,继续增大CO2浓度不能提高最终转化率。     

1000MW近零排放燃煤机组细颗粒物及SO3排放和分布特征

针对国华寿光电厂2号1000MW近零排放燃煤机组,在100%、45%负荷和不同NO_x排放浓度下,对烟气全流程颗粒物和SO₃浓度进行现场采样测试,研究了分级颗粒物中水溶性离子含量分布,并给出了前体物SO₃的排放特征。结果表明：不同工况下PM₁₀和PM_2.5排放浓度分别不超过0.92mg/m~3和0.24mg/m~3;随着负荷的降低,颗粒物质量和数量浓度都出现下降,但粒径分布并未明显变化;随着NO_x排放浓度上升,选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后和电除尘(electrostatic precipitator,ESP)后部分粒径段颗粒物浓度出现下降,尤其是ESP后0.006～0.0138μm、0.0553～5.980μm粒径段的变化趋势较为明显。SCR前后PM_2.5中水溶性离子质量占比约4%,以Ca²⁺和SO₄^2-为主,各粒...     

火力发电厂CO2脱除技术的发展现状及CO2的资源化利用

温室气体CO2排放是全球性的环保问题,火电厂作为排放大户面临着巨大的减排压力,对国内外的各种CO2回收技术进行了分析探讨,概述了CO2在食品、化工等方面的应用,为充分利用资源提供了参考。     

水蒸气和CO2对等离子体—催化还原NOx的影响

等离子体协助选择性催化还原(PF-SCR)可以促进富氧环境下NOx的有效脱除。为研究实际尾气中含有的水蒸气和CO2对PF-SCR脱除NOx系统的影响,以C2H4作为还原剂,Ag/γ-Al2O3为催化剂,考察了3种(N2/O2/NOx/C2H4,N2/O2/NOx/C2H4/H2O(气)和N2/O2/NOx/C2H4/H2O(气)/CO2)配气条件下PF-SCR脱除NOx效果的变化。试验结果表明,较低水蒸气含量(φ(H2O)=1%)对PF-SCR还原NOx具有明显的抑制作用,其原因除了Ag/γ-Al2O3的抗湿性能较差外,水蒸气对等离子体反应器中C2H4和NO氧化的抑制以及由此导致的活性中间产物生成抑制也是一个重要因素。另一方面,水蒸气的存在也抑制了PF-SCR过程中副产物CO的大量生成,这可能是由于PF-SCR对C2H4的氧化减弱以及等离子体氧化生成的中间产物减少造成的。有水蒸气存在时,体系中的CO对PF-SCR还原NO影响不大。     

集超临界水煤气化和CO2捕集的CO2/H2O动力循环性能

基于超临界水煤气化技术,提出并研究了以超临界水煤气化合成气/O₂燃烧产物加循环H₂O为循环工质,集高效发电、CO₂捕集、移峰储能、低污染物排放等特点的燃气蒸汽混合工质动力循环(GSMC-C循环)。利用数值模拟的方法,研究了关键参数对于循环性能的影响。气化炉中的超临界水和热量均由系统内部提供,液氧的冷能用于实现CO₂的液化捕集。在超高压透平进口参数和冷凝参数分别为30 MPa/650℃、30 kPa/30℃,ASU的单位制氧功耗为0.245 kW·h/kg, CO₂全捕集参数为4 MPa/5℃的情况下,GSMC-C循环的净效率和毛效率分别为41.34%和48.06%。     

催化剂对脉冲放电转化CO2为CO的影响

分析研究了催化剂对脉冲放电等离子体作用下,CO2;转化为CO的规律。由于催化剂载体对CO2有一定的吸附能力,在其表面形成CO2富积区;而且催化剂表面为场强加强区,更易发生化学反应,因此催化剂存在时,CO的产生量几乎不受CO2含量的影响;而无催化剂情况下,CO2含量对CO的生成有较大影响。当有O2存在时,有无催化剂情况下,CO生成量都随O2含量的增加而减少,尤其是O2含量从零刚开始增加时;无催化剂情况下CO生成量受O2含量影响较大。     

燃煤CO2发电系统两级压缩优化

相对于燃煤水蒸汽发电机组,高参数燃煤CO₂发电系统在效率、体积及选材方面都是具有潜在优势的新型发电系统。对燃煤CO₂发电系统中压缩冷却流程进行优化研究,以压缩机总耗功和系统效率为评价指标,采用EES软件模拟分析。首先分析常规燃煤CO₂发电系统中压缩机部分耗功及压缩机出口温度的变化规律,在此基础上依据能量梯级利用原理,提出优化系统。结果表明:压缩机总耗功随着低压压比增大先减小后增大,即低压压缩机存在最佳低压压比,当主蒸汽参数为30MPa/600 ℃时,最佳低压压比为1.66,系统效率为44.1%;低压压缩机出口温度随低压压比增加而增大,而高压压缩机出口温度变化趋势相反;优化压缩冷却流程,得到系统效率提高且随低压压缩机入口温度和压比增大而增加,当低压压缩机入口温度为160 ℃时,系统效率为46.2%,最佳压比为1.325。     

CO2/N2作输送载气对煤粉高压密相气力输送特性的影响

该文在自主研发的密相气力输送实验装置上,分别以CO2和N2作输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验,对两种输送载气下输送特性的异同进行比较分析,研究了操作参数和输送载气对输送特性的影响。研究结果表明,输送载气不同时,操作参数对输送特性的影响有相似规律,载气差异导致输送特性的差别也比较明显。两种载气下,煤粉质量流量都随总输送压差的增大而增大,随补充风流量的增大而减小;滑移速度都随总输送压差的增加而增大,随补充风流量的增加而减小;煤粉质量流量均随滑移速度的增大而增加。相同操作条件下,用CO2输送时,煤粉质量流量和滑移速度均较小,滑移速度与煤粉质量流量的关系也与用N2输送时有较大差异。     

加压O2/CO2气氛下煤粉着火特性的实验研究

研究了加压O2/CO2气氛下压力、氧浓度、煤焦结构和煤种等因素对大同烟煤和神火无烟煤着火特性的影响,并采用可燃性指数和综合燃烧特性指数评价不同压力下煤的着火和燃烧特性。加压热重实验结果表明,压力从0.1MPa升高至2MPa,着火温度先降低后升高,在1MPa下着火温度最低,燃烧特性最佳。在常压和加压条件下,提高氧浓度均可加快煤的着火。在常压下,随氧浓度提高,着火温度下降的幅度较小,但在加压时,较高氧浓度会改变着火模式,着火温度降低明显。扫描电镜分析显示加压促进煤在脱挥发分过程的破碎,提高碳氧反应速率,降低着火温度。煤的着火与煤种有关,挥发分含量较高的煤,其着火越容易。结果反映了加压富氧燃烧比常压富氧燃烧更有优越性。     

基于分形理论的水汽在燃煤细颗粒表面异质核化数值研究

利用Fletcher模型对过饱和水汽在燃煤细颗粒表面异质核化特性进行了数值预测,对不同粒径段燃煤细颗粒的形态进行扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析,并用分形理论对细颗粒物的结构特征进行描述,考察其对细颗粒异质核化性能的影响。结果表明,实验用的燃煤细颗粒表面具有典型的分形结构,分形维数在2.21~2.63;燃煤细颗粒的不规则结构能使液滴胚胎形成临界吉布斯自由能降低、成核速率增大、核化所需的临界过饱和度降低,可提高过饱和水汽在其表面的成核能力;此外,核化所需临界过饱和度随颗粒粒径增大而降低,特别是小于0.1 mm的颗粒,粒径对过饱和度的影响更为显著,随温度提高核化所需的临界过饱和度相应降低。     

对喷流协同蒸汽相变对燃煤细颗粒脱除性能的影响

以燃煤锅炉产生的含尘热烟气为对象,采用电称低压冲击器（electrical low pressure impactor,ELPI）和Vaisala-HMT337型温湿度变送器等测试仪器,研究倾斜对喷流与蒸汽相变相结合的方法对燃煤细颗粒的脱除性能,实验考查烟气对喷流速、烟气对喷间距、蒸汽添加量、除雾器类型、添加润湿剂等对细颗粒脱除效率的影响规律。研究结果表明：采用对喷流和蒸汽相变技术相结合的方法可以高效脱除细颗粒物;细颗粒脱除效率随烟气对喷间距的增大先提高后降低,随烟气流速和蒸汽添加量的增大而提高;相变室出口安装丝网除雾器的脱除效果优于采用板波纹除雾器;烟气中添加挥发性乙二醇润湿剂对细颗粒脱除有一定的促进效果。     

应用蒸汽相变协同脱除细颗粒和湿法脱硫的实验研究

在湿法烟气脱硫(wet flue gas desulfurization,WFGD)系统中进行了利用蒸汽相变原理协同脱除细颗粒的试验研究：通过添加蒸汽建立旋流板脱硫塔内蒸汽相变所需的过饱和水汽环境,利用过饱和水汽,以细颗粒为凝结核发生相变,促进细颗粒凝结长大并由脱硫液、除雾器高效脱除;研究采用Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3、NH3·H2O等4种不同脱硫剂时,WFGD系统对细颗粒的脱除性能,并考察了脱硫剂种类、液气比、蒸汽添加量等对细颗粒脱除效果的影响。结果表明,采用NaOH、Na2CO3作为脱硫剂对细颗粒的脱除效果明显优于Ca(OH)2和NH3·H2O;在脱硫塔进口烟气、塔内脱硫液进口上方添加蒸汽,建立过饱和水汽环境,可使细颗粒脱除效率显著增加;液气比的影响与脱硫塔内是否存在蒸汽相变有关。     

600MW富氧燃烧系统过程建模及优化

用Aspen Plus软件对O2/CO2燃烧气氛下600 MW燃煤电厂全过程进行建模分析和优化,对空分系统、烟气处理系统进行功耗分析,并对空分系统、锅炉热力发电系统和烟气处理系统三大系统耦合优化分析。结果表明,当对600MW传统电厂改造成富氧燃烧时,空分系统占电厂总电耗58.54%,烟气处理系统占总电耗26.97%,电厂的供电效率由原来的37.69%降低到25.62%;当对富氧燃烧进行综合优化后,空分系统电耗可以降低22.6%,烟气处理系统略增1.3%,电厂的供电效率可以提高3.11%,最佳供氧浓度为98%。     

Flue Gas CO2 Emission Reduction Technologies and Applications

The current status and trend of CO2 emission from coal-fired power plants in China are introduced. Main flue gas decarbonization technologies and their prospective of applications in China are discussed in two separate parts-capture and sequestration. It is stated that the selection of CO2 capture and sequestration technologies relates closely with the geographical location of power plants, with the destination of CO2 being the key. Further, it is suggested that industrialized test centers or test platforms of national or industrial level should be set up.     

从CO2减排看我国2020年能源及电力消费水平

根据我国政府向国际社会作出的二氧化碳减排承诺,创建了1个可反映单位GDP二氧化碳排放量变化对能源需求影响的计算公式。通过量化研究相关因素对能源需求产生的影响,得到2020年不同情景下满足二氧化碳减排要求的能源消费总量,并根据供给侧能源消费总量与电力消费水平的内在联系,测算了相应的全社会用电量。我国2020年较理想的目标是能源消费总量控制在不超过51亿t标准煤,全社会用电量为7.5×10¹² kW·h左右。研究成果可为有关部门合理确定能源消费总量控制目标提供参考。     

电厂湿法脱硫系统对烟气中细颗粒物脱除作用的实验研究

采用Andersen 8级撞击器对某300 MW燃煤电厂湿法烟气脱硫(wet flue gas desulphurization,WFGD)系统前后的飞灰颗粒物进行采集,获得了烟气中飞灰颗粒物的质量浓度和粒径分布特性。采样工况分别为100%和70%锅炉负荷。使用场发射扫描电镜-能谱分析,X射线荧光分析和电感耦合等离子体-原子发射光谱分析法对颗粒物进行了形貌分析和主、次量元素含量的检测。结果表明,WFGD系统入口飞灰质量粒径呈典型的双峰分布,峰值分别在1和3 mm处,颗粒多呈规则球形,PM2.5与PM10质量比为0.434,飞灰总浓度约为85 mg/m3标准状态;出口处飞灰质量粒径分布也呈现双峰性,其中细颗粒比例增大,PM2.5与PM10质量比为0.764,细颗粒间相互聚集粘连形成不规则的块状结构,飞灰总浓度在23 mg/m3(标准状态)以下,总飞灰的脱除效率为74.5%,分级脱除效率随粒径减小而明显下降。经过WFGD系统后,细颗粒上S和Ca元素含量增大,而Al,Ba,Fe,Mn和Si元素的含量降低。计算表明,WFGD出口烟气中新增的石灰石与石膏颗粒分别占颗粒物质量的47.5%和7.9%。     

CO2地质封存深部地下空间利用管理法规探讨

深部咸水层CO₂地质封存是实现温室气体减排、应对气候变化的重要支撑技术之一。CO₂在地下的长期有效封存,需要直接占用深部地质体及其孔隙空间。这些深部地下空间也是未来社会发展的一种重要国土资源,需要制定相关的审批与监管法规来规范其科学开发利用。总结发达国家或地区管理现状与经验,参考已有参考矿产、油气资源勘查开发等经验,提出适用于我国的CO₂地质封存地下空间勘查利用审批与管理流程,以及地下空间利用与CO₂确权、场地选址勘查备案、勘查试注审批、地下空间利用权审批、封场审批与责任转移5个重要内容;同时,进一步建立了综合CO₂羽流、扰动边界和经济性“三级边界”的地下空间利用评估概念模型,以及各类边界的确定方法,能够为我国CO₂地质封存地下空间开发利用的政策制定与开发利用提供参考。     

准东煤在O2/H2O/CO2气氛下脱挥发分过程焦炭结构演化特性研究

富氧燃烧技术不仅是先进的碳捕集技术,且可通过气化吸热反应降低燃烧温度减少碱金属的析出,缓解燃用准东煤产生的积灰结渣等问题,提高准东煤的利用率。但循环烟气代替空气助燃,氧化反应与气化反应相互作用,会影响煤焦反应活性。为保证在有限反应空间内煤焦的燃烧效率,研究煤焦结构演化规律,对合理组织炉内燃烧、改善煤焦燃烧过程至关重要。在固定床上制焦,采用拉曼和傅里叶红外光谱仪研究煤焦微晶结构和官能团的演化过程。结果表明:O2或CO2单独与煤焦反应时,易生成芳香类碳结构,而H2O与煤反应过程中更易生成脂肪类氢结构;无论在何种气氛下反应,煤焦内部均经历大分子结构的分解、无定形碳结构的生成和逐步石墨化的过程,气氛的改变影响的是有机物分解析出的过程;O2与CO2同时存在时,气化剂体积分数增加先促进芳香结构的解体生成易反应的脂肪链结构;而O2与H2O同时存在时,O2体积分数增加会加速芳香结构的生成,H2O体积分数增加,则反应首先消耗脂肪链结构,然后促进芳香结构解体,生成脂肪链结构。     

中国燃煤发电1993-2008年CO2减排研究

对158种中国动力煤的CO2排放因子(CEF)进行了计算,给出了CEF随挥发分和发热量的分布规律.计算结果表明:中国无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤的CEF平均值(1.0 MJ原煤发热量对应的CO2排放量)分别为0.102 8、0.096 8、0.097 8、0.099 7 kg/MJ,中国动力煤的CEF平均值是0.100 3 kg/MJ.根据1993-2008年中国燃煤发电量和供电煤耗数据,结合CEF的结果,计算得到1993-2008年中国燃煤发电累计减排的CO2量达到3.31亿t.