地下气化煤气为燃料的氧化铈基SOFC性能研究

为研究煤炭地下气化煤气在固体氧化物燃料电池(SOFC)中的发电性能,以3%H2O增湿的UCG煤气为燃料,测试其在NiO-ZDC||GDC||Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧化铈基SOFC电池功率输出性能和长期稳定性。结果表明,以UCG煤气为燃料的SOFC在650和700℃的最高功率密度分别高达0.234和0.432 W/cm2,700℃在0.6 V恒压放电100 h后性能没有明显衰减,且阳极表面无积碳产生,表明UCG煤气在SOFC中具有广阔的应用前景。     

晋煤集团碳基燃料电池SOFC发电示范工程建设及运行

晋煤集团以1～5 kW SOFC电堆和5、15 kW SOFC系统为核心,配套前后衔接装置,完成碳基燃料电池SOFC示范工程的建设。介绍了SOFC联合循环发电系统的原理、工艺及系统组成,并分析了系统性能的主要影响因素;对整体发电系统集成、多次运行情况与性能进行总结分析和评价,并在运行中不断改进和完善,实现15 kW系统的稳定运行。     

固体氧化物燃料电池专利情况简要分析

固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接使用各种含碳燃料,在"双碳"目标背景下,SOFC技术将有利助推我国能源结构绿色低碳转型和煤炭清洁利用.以"固体氧化物燃料电池"为关键词,检索patsnap专利数据库中1991年1月1日—2020年12月31日已经公开的相关专利数据,对专利信息进行整理、统计,了解SOFC技术发展状况...     

煤基车用氨燃料生命周期分析

从中国能源现实结构出发,以行驶距离100 km为功能单位,对煤基氨燃料SOFC汽车的生命周期能耗和主要污染物排放进行了分析,通过对比氨燃料SOFC车辆技术与GV、CIDI和HFCV三种不同车辆技术,发现氨燃料生命周期功能单位的总能耗、全球变暖影响潜值和光化学烟雾影响潜值分别为0.27 GJ、6.51×10^-3和1.51×10^-3,均低于其他3种车辆技术,因此,推广氨燃料可以减少对石油基燃料的依赖,同时符合当前“碳减排”和“低碳经济”的发展趋势。     

基于LBM-DEM耦合方法的突水溃砂运移规律研究

我国西部矿区因其特殊的地质赋存条件及高强度开采方式易诱发突水溃砂灾害,迫切需要对灾害机理进行研究。为了解突水溃砂下水砂运移规律及致灾的关键原因,借助LBM-DEM耦合模拟方法对单裂隙开口通道模型中水砂两相运移问题进行了初步探究,通过对比截面流量及溃砂速率变化情况,分析了其受不同边界压力、裂隙开口宽度及砂层厚度的影响,基于Bulsara式拟合了不同边界压力时最大单位质量流量数值计算结果。研究结果表明:随边界压力增加,截面流量及最大溃砂速率单调增加,高压力下砂粒更容易在裂隙开口处堆积形成临时性密实结构阻碍水砂运移,截面流量及最大溃砂速率增幅逐渐降低,在Bulsara式基础上给出的修正式能较好的拟合最大单位质量流量曲线;随开口宽度增加,截面流量、最大溃砂速率和砂粒在开口处形成的密实结构体积均单调增加,但增幅逐渐降低,发现灾害的关键影响因素之一为砂粒密实结构体积;随砂层厚度增加,砂粒密实结构持续时间增长造成阻碍效果逐渐增加,截面流量及最大溃砂速率逐渐减小且降幅逐渐降低,灾害发生点由初始水驱动砂快速流出裂隙孔口阶段转变为砂粒密实结构失稳造成砂粒倾泻阶段。     

煤场储煤氧化温升特性试验研究

为研究煤场储煤自燃氧化特性,选取褐煤、烟煤、无烟煤各一种,研究温度、空气流量对3种煤样自燃氧化特性的影响。结果表明,3种煤样自燃氧化温升特性差异较大。在环境温度70℃时,随着空气流量增加,煤样的温升速率先增加后减小,但是褐煤与烟煤、无烟煤达到最大升温速率的空气流量不同。在空气流量30 mL/min条件下,随着环境温度升高,3种煤样温升速率先升高后降低,褐煤的温升速率最大,无烟煤最小。     

固体氧化物燃料电池阴极的等离子喷涂制备及结构调控

固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种高效、环保的发电装置备受关注,金属支撑型SOFC因高鲁棒性和优异性价比而极具发展潜力。目前金属支撑型SOFC的制备方法（如湿化学法和镀膜技术）,仍存在需高温烧结、效率低和工艺复杂等问题。大气等离子喷涂（APS）技术因具备成本低、效率高、对基体热输入少等特点,适合高效制备金属支撑型SOFC。本文采用APS技术制备金属支撑型SOFC,重点探究了不同喷涂参数在立方钙钛矿锶钴铁氧体（LSCF）阴极结构的调控作用。通过对APS制备的单粒子形貌进行表征,阐明了阴极沉积的机理,同时揭示了微观结构对电池性能的影响。研究结果表明：在14 kW条件下,采用APS制备的多孔阴极涂层,由熔融粒子和部分半熔化粒子构成,具有最佳电催化性能;在800 ℃下,电池整体的极化电阻仅为0.12 Ω·cm²、输出峰功率达到1 074 mW·cm^-2,表现出良好的输出能力。     

温庄煤指标气体影响因素的灰色斜率关联度分析

为了准确地找出实验条件中影响指标气体产生的主要因素,利用灰色斜率关联模型,分别计算了温庄煤各指标气体生成量与实验的初始温度、温升速率、干空气流量、煤样质量的斜率关联度。计算结果表明,初始温度是影响指标气体产生的关键因素,煤样质量和干空气流量次之,程序升温速率最小。     

火源高度不同时隧道顶棚射流温度特性的实验研究

通过对隧道火灾相似比例尺寸的实验模拟,结合随着着火点高度不同时,池火质量损失速率、火羽流的热反馈速率与池火的热释放速率之间关系的理论基础,分析了随着隧道内着火点高度的变化,对隧道顶棚温度、燃料的质量损失速率、火源功率、吸收的热反馈、顶棚火焰撞击区半径的影响以及变化的规律,得出随着火源高度的增加,燃料的衰减速率、热反馈与火源功率均增大,顶棚射流半径也有所变化。     

SOFC金属连接体Mn-Co尖晶石防护涂层掺杂改性研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能量转换效率高、燃料适用范围广等优点,具有广阔的应用前景。由于SOFC工作温度较高(600-800℃),金属连接体长期服役过程中会发生严重的氧化和元素挥发,导致电池性能衰退,降低其使用寿命,故而需要对金属连接体进行防护。在现有的防护涂层材料中,Mn-Co尖晶石涂层能有效抑制金属连接体的氧化和Cr挥发,被广泛用于金属连接体防护,但其高温电导率需要进一步提升。掺杂改性是一种有效提高Mn-Co尖晶石电导率和防护性能的方法。围绕Mn-Co尖晶石掺杂元素和改性方法,详细介绍了SOFC金属连接体Mn-Co尖晶石防护涂层的研究进展。     

旋转油箱内流场可视化与仿真系统的初探

以绕对称轴旋转的油箱内的流场为研究对象,通过二维建模和结构化网格划分,采用VOF多相流模型和施主-受主法进行离散求解,考察该油箱内速度流场的变化并对其进行数值分析与仿真,获得了流场随时间变化的规律及重力因素对流场的影响,同时根据仿真值与实测值的比较,肯定了仿真的可靠性和VOF模型的可行性,为油箱的优化设计提供了理论参考。     

污泥厌氧发酵-硫酸盐还原菌耦合体系产电性能和处理酸性矿井水的研究

为原位治理高硫煤矿区酸性矿井水,建立微生物燃料电池污泥厌氧发酵-硫酸盐还原菌耦合体系,考察了电极类型、阳极面积、极间距、离子浓度对产电性能和处理酸性矿井水中的硫酸盐效果的影响。单因素试验结果表明,碳布为阳极、极间距适中(3 cm)时,产电最佳;阳极面积越小、NaCl浓度越高,功率密度越大;硫酸根去除率的最佳条件为：碳布为阳极、极间距为5 cm、离子浓度适中,阳极面积越大,对硫酸根去除率越高。以硫酸盐去除最佳条件构建单室无膜碳片为阳极的耦合产电体系,所产生的最大功率密度为2.093 3 mW/m 2,10 d后污泥的COD去除率为43%,废水SO 2-4的平均去除速率达194.4 mg/(L·d -1),最高去除率为64%,比开路时的SO 2-4去除率提高24%。污泥厌氧发酵-硫酸盐还原菌耦合产电体系可同时实现降解剩余污泥和处理含SO 2-4废水。     

煤基高能量密度燃料的合成及表征

高能量密度燃料是为新型高性能飞行器提供动力保障的关键,其合成及应用研究具有重要的前瞻性和重大战略意义。煤炭是我国的主体能源和重要原料,通过煤直接转化获取的煤基油,充分保留了煤中特有的环状分子化学结构,具有良好的热安定性和较高的能量密度,被认为是高超音速飞行器的优选燃料。以煤直接液化工艺生产的煤液化石脑油馏分为起始原料,通过富集轻质芳烃、化学合成、催化加氢稳定和产物分离提纯等方法制备煤基高能量密度燃料,并对其产物进行分子结构表征和性能评价。结果表明,煤直接液化生产的石脑油馏分是一种优异的催化重整原料,经催化重整富集轻质芳烃后,其轻质芳烃质量分数高达71.05%。Diels-Alder化学合成主产物是由多个封闭环平面组成且具有空间立体构型的二环或三环烃类物质,质量分数为46.18%,因分子内存在较大的张力能,结构紧凑,其拥有更大的密度和体积热值。煤基高能量密度燃料的密度和体积热值分别为0.8990 g/cm3与38.06 MJ/L,均大大超过现行的国内石油基喷气燃料(RP-3和RP-6)、煤基大比重喷气燃料、美国和俄罗斯军用标准。与单一纯物质合成高能量密度燃料(JP-10和T-10)比较,其密度与体积热值偏小。究其原因主要是轻质芳烃的富集度仅为71.05%,需进一步提高其轻质芳烃质量分数。另外,制备的煤基高能量密度燃料种类复杂,其主产物质量分数仅46.18%,下一步可重点调控合成产物的分子构型和纯化分离。     

基于Diels-Alder化学合成煤基高能量密度燃料的模型物反应研究

选取基于煤基油中轻质芳烃为前驱体化学合成高能量密度燃料的工艺过程为研究对象,利用轻质芳烃模型化合物,研究了其Diels-Alde化学合成高能量密度燃料过程的反应机理与催化原理。结果表明,在分子筛催化剂作用下,以苯、甲苯、二甲苯和四氢萘等芳烃为前驱体可与降冰片烯发生Diels-Alde化学合成,生成具有多个封闭环平面组成的立体分子构型的高能量密度燃料。其转化率分别为85.2%,93.1%,99.0%和98.3%,选择性分别为95.2%,93.5%,95.5%和15.3%,轻质单环芳烃(BTX)具有优异的选择性和反应性;MCM-22催化剂因具有较大的孔结构和适度的酸性,其反应活性高于ZSM-5,SAPO-34和ZSM-35催化剂;增加反应时间和升高反应温度均有利于Diels-Alder合成反应。通过轻质芳烃模型物化学合成制备的高能量密度燃料具有较高的密度和能量密度,分别为0.941 8 g/cm3和43.79 MJ/L,远高于石油基和煤基喷气燃料。煤基石脑油经过催化重整后,可得到富集轻质芳烃组分,其单环芳烃(BTX、苯、甲苯、二甲苯)含量高达71.05%,另外,仍可通过柱层析或萃取精馏等先进的分离富集技术,进一步提高轻质芳烃组分富集度。因此,以煤基石脑油为起始原料,通过催化重整或柱层析分离后,得到的富集轻质芳烃组分完全可作为前驱体化学合成真实体系下的煤基高能量密度燃料。     

基于虚拟仪器的温度与燃油粘度对汽车油耗计量的影响研究

研究表明,在多种汽车油耗计量的原理和方法中,综合精度、稳定性、适用性、可靠性等方面,最佳选择是采用流量传感器的方式。高性价比的流量传感器包括涡轮式和容积式等。实验表明温度和燃油粘度的变化对流量传感器的性能影响很大,从而影响到了油耗计量的准确性。本文基于虚拟仪器技术,通过实验深入研究了温度和燃油粘度对油耗计量的影响,为最终设计并开发一款精确稳定且性价比高的汽车燃油计量仪打下基础。     

用于窑法还原磷矿的新型反应层球团的研究

研究了一种用于窑法磷酸工艺的新型反应层球团。通过热分析分别确定了焦炭(C)及一氧化碳(CO)还原磷矿时所需的温度,以及钙硅比(CaO与SiO_2摩尔比)对焦炭(C)还原磷矿的影响。研究了球团反应层中造孔材料掺量及炉内空气流速对磷矿还原率的影响,并对反应后残球的容重及抗压强度进行了测定。结果表明:高温下焦炭(C)和CO均能还原磷矿;随着球团反应层中造孔材料掺量及炉内空气流速的增大,磷矿还原率均呈现先增大后减小的趋势。炉内空气流速为500 m L/min时,球团造孔材料掺量与钙硅比分别为8%和1.0的球团在1300℃下煅烧反应3.5 h后,其磷矿还原率可达84.14%。     

铁粉激光直接成形温度场数值模拟

建立了激光直接成形三维温度场有限元模型, 该模型考虑到了材料热物性参数随温度变化以及相变潜热。采用ANSYS有限元软件对铁粉的激光直接成形过程的三维瞬态温度场进行了数值模拟。模拟结果表明: 热影响区的等温线形状呈现前密后疏; 由于热积累效应, 第二层的温度值要高于与第一层相同位置的温度值; 随着激光功率增大, 热流密度不断增加, 熔池的温度越来越高, 熔池尺寸也越来越大, 导致液相存在时间过长从而加剧球化现象。     

清洁可再生能源节能潜力评估方法研究

为选择节能潜力大的清洁可再生能源替代化石能源,提出清洁可再生能源节能潜力评估方法。构建最大化清洁可再生能源发电量、最小化发电成本目标函数,设置新能源机组出力等约束条件,构建新能源出力时序运行模拟模型,采用粒子群算法求取模型最优解,得到新能源连续供电运行状态,根据机组最优功率分配和发电量,计算新能源发电量占比、发电功率占比、化石燃料耗率降低量,并将其作为节能潜力评估指标,判断新能源节能潜力大小。仿真实验结果表明,应用该方法后的水电机组新能源发电量占比、发电功率占比、化石燃料耗率降低量最高,节能潜力最大,电力系统应增加水电机组装机数量。     

高热安定性煤基喷气燃料理化性能的试验研究

以煤直接液化工艺生产的馏分油为原料制备了煤基喷气燃料,利用气相色谱和质谱对燃料的烃族组成进行了研究,并对燃料的理化性能进行了分析。实验结果表明,煤基喷气燃料主要由环烷烃组成,其中单环烷烃占32%,双环烷烃占42.3%,三环烷烃占13.6%,链烷烃占9.9%,还含有少量的芳香烃。煤基喷气燃料的理化指标均符合GB 6537—2006标准的要求,与石油基3号喷气燃料相比,煤基喷气燃料具有更高的密度。虽然煤基喷气燃料的质量热值较低,但体积热值比3号喷气燃料高3.5%。研究了煤基喷气燃料的密度、黏度随温度的变化关系,得到了密度-温度校正系数和黏度计算公式。     

燃煤电站中锅炉燃烧烟气余热节能分析

根据我国现有1 000 MW典型发电机组数据,从热力学角度定量分析了4种典型的烟气余热回收方案。对4种方案的烟气余热回收净输出功和标准煤耗率、热回收换热器的传递面积和烟气压降引起的引风机功增量进行了分析。对热回收方案进行了技术经济分析,充分考虑了因节能而降低的燃料成本、热能设备投资成本等多种因素,提出了优化设计参数的建议。结果表明,由于高段蒸汽替代方案换热面积较大,烟气压降因温差较低而减弱,采用高段蒸汽替代方案比低段蒸汽替代方案可以获得更高的节能效果以及烟气余热回收的节能效益。从技术经济的角度出发,烟气余热回收系统的高级蒸汽替代方案的性能并不总是随着回收热的增加而提高,而是存在一个最佳性能点。