绿氨能源化及氨燃料电池研究进展北大核心CSCD

随着全球“减碳”目标的提出,氢气被认为是最理想的清洁能源,但是制取成本高、储存及运输困难等问题限制了氢的大规模能源化应用。氨作为氢的载体,具有“零碳”意义的绿氨越来越引起各国重视。本文通过对近期相关文献的探讨,综述了绿氨能源化的前景及氨燃料应用的进展。介绍了绿氨的来源,从绿氨生产成本、技术成熟度及政策因素等方面,分析绿氨规模化应用前景及面临的挑战。船舶运输及发电等是氨燃料的重要目标应用领域,但是还需要进一步解决氨的安全性、掺烧理论以及燃烧系统改造等难题。氨燃料电池是氨能源化的重要技术,本文详细介绍了氨燃料电池的研究进展,包括氧离子导电电解质固体氧化物氨燃料电池、质子传导电解质固体氧化物氨燃料电池、质子膜氨燃料电池和碱性氨燃料电池等。综合分析表明,全球减碳政策驱动因素是现阶段绿氨发展的重要推动力。质子膜氨燃料电池和碱性氨燃料电池在短期内将无法满足氨燃料的规模化应用,而固体氧化物燃料电池具有高度的燃料灵活性,是最有前景的氨燃料电池类型。     

柴油机尿素SCR系统动态氨泄漏的试验研究

通过台架试验定量研究了瞬态工况尿素选择催化还原系统中氨泄漏与氨存储量的关系。研究了初始温度分别为200、240、270和320℃时,催化器氨存储饱和后快速升温到400℃过程中的氨泄漏情况;在相同变工况条件下,分析了氨存储饱和度对氨泄漏的影响;基于台架测试结果,对变工况过程中的尿素喷射控制策略进行了修正。研究结果表明:不同的升温过程氨泄漏程度不同,初始温度越低,在快速升温过程中越容易产生氨泄漏;氨存储饱和度对氨泄漏的影响很大,试验中氨存储饱和度小于58%时,瞬态工况不会出现氨泄漏。ESC测试结果表明:修改后的控制策略使催化器出口NH3的体积浓度降低到10×10-6以下,同时NOx转化效率没有明显下降。     

玛苏莱氨法脱硫技术在齐鲁石化热电厂的应用

介绍玛苏莱氨法脱硫装置的结构及组成,对装置的各系统进行分析和研究,结合氨法脱硫效率、硫酸铵的生产和消耗情况,阐述了氨法脱硫的可行性和必要性。实践证明,齐鲁石化热电厂的氨法脱硫装置运行稳定,消除了长期以来认为氨法技术不成熟的旧观念。     

钒基SCR催化剂动态反应及氨存储特性的试验研究

试验研究了温度和空速对催化还原反应速率、NOx转化效率、氨存储、氨泄漏的影响,分析了氨存储释放过程以及氨存储量与NOx转化效率的关系。试验结果表明:温度对催化还原反应速率的影响非常大,在20 000/h空速下400℃时的平均反应速率是200℃时的17倍;而空速对反应速率的影响很小,在同一温度下空速从20 000/h变化至50 000/h时,平均反应速率基本保持不变;但增大空速加快了氨泄漏,使得氨泄漏出现的时间提前,从而限制了NOx转化效率的进一步提高,温度对氨饱和存储量的影响比空速的影响大,在200℃和240℃时NOx转化效率基本与氨存储量呈线性关系,在大于320℃时氨存储量对NOx转化效率的影响较小。     

燃煤锅炉掺氨燃烧研究进展

将零碳燃料氨在燃煤锅炉中进行掺烧,是极具潜力的电力系统低碳化改造路径之一,对我国“双碳”目标的实现具有重要意义。由于氨与煤的理化特性迥异,掺氨燃烧将对燃煤锅炉的运行造成一系列影响。本文总结国内外相关研究,从氨燃料特性出发,简述了氨燃烧增强策略,分析了掺氨对燃煤锅炉传热、燃烧及NO_x排放、受热面安全、锅炉效率及■效率的影响,最后对燃煤锅炉掺氨燃烧的研究进行了展望。研究表明,氨在储运成本及安全性方面具有优势,但其燃烧特性与氢气、天然气等气体燃料相比存在差距,可通过与挥发分共燃、富氧燃烧、燃料预热等策略实现氨燃料的稳定着火及燃尽,而这些策略在燃煤锅炉中均可较方便地实施。掺氨比例越高,炉内辐射传热量降低,对流传热量增加。在空气分级条件下,若燃烧组织得当,掺氨燃烧后NO_x排放甚至不升反降。此外,燃煤锅炉掺氨燃烧可能会加剧尾部受热面的低温腐蚀,系统■效率性也略有降低。未来,氮氧化物的生成机理与预测模型、氨煤掺烧锅炉炉内的多场耦合机制等将是燃煤锅炉掺氨燃烧领域研究的重点方向,相关数值模拟子模型的完善以及中试以上规模燃煤锅炉掺氨燃烧的工程验证也亟待开展。     

厌氧消化过程氨抑制研究进展

随着厌氧消化理论研究的不断深入,厌氧消化工艺的研发和应用取得了迅速的发展,但处理效率低和!运行稳定性差是厌氧消化中普遍存在的问题,其中氨积累引发氨抑制是主要原因之一。文章简述了厌氧消化过程中氨抑制产生的机理及氨抑制的主要影响因素,介绍了氨抑制过程中微生物变化规律研究现状,总结了消除和缓解氨抑制的方法,并提出了厌氧消化氨抑制的重点研究方向。     

氨法烟气脱硫技术的可行性探讨

介绍氨法烟气脱硫原理及工艺流程、经济分析,以及氨法脱硫在国内外的主要应用。氨法工艺脱硫效率高,无废水排放,除化肥硫酸铵外无废渣排放,避免了二次污染,具有循环经济特色,可以生产出硫铵化肥。辽宁地区氨来源广泛,氨法烟气脱硫技术适合在辽宁应用。     

多孔燃烧器中氨/空气燃烧特性数值研究

氨具有氢密度高、生产成本低、基础设施完善等优点,作为一种潜在的可再生替代燃料受到了广泛的关注.目前,仅有少数研究关注氨气燃烧喷嘴的研究,针对氨气稳定燃烧喷嘴的研究尤其不足.为实现氨燃料的稳定燃烧和低污染物排放,本研究提出了一种氨用多孔介质燃烧器.对氨用多孔介质燃烧器建立了二维数值模型,并对预混氨/空气在多孔介质燃烧器中...     

废气脱硝氨排放因子存在的不足及改进建议

依据《大气氨源排放清单编制技术指南(试行)》所给废气脱硝氨排放因子,会严重低估脱硝氨排放量。脱硝过程中,未参与还原反应的氨气形成氨氮物,并通过固体颗粒物、脱硫废水等介质迁移外排,大部分最终以氨气形式排放至大气。使用未参与还原反应的氨气浓度代替"氨逃逸",能够更真实反映废气脱硝的氨排放水平。依据实际用氨量和理论用氨量之间的差值,可用于计算分行业的氨排放因子、烟气脱硝氨排放浓度。     

燃煤锅炉尿素热解制氨SCR脱硝技术的优化

针对大唐王滩电厂脱硝尿素热解系统改造,在分析尿素热解制氨SCR工艺流程、设备特点及传统尿素热解制氨系统存在问题的基础上,提出了改进型尿素热解制氨SCR脱硝技术措施,并对经济性进行了分析。     

大涡模拟燃烧模型对氨气旋流火焰适应性研究

推广无碳燃料是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措,氨气具有基础设施完善、安全性高等优势．数值模拟在燃机设计、开发中承担重要作用,燃烧模型对计算对象的适应性非常重要,影响计算精度和效率．本文针对氨气旋流火焰,基于Open FOAM开展了氨气旋流火焰标准化实验及模拟工作,对比了FGM燃烧模型和DTF燃烧模型在氨气旋流火焰燃烧室流场、火焰结构及污染物预测等方面的性能．通过综合分析,给出了模型选用建议,为氨发动机燃烧室和氨燃烧器仿真计算提供参考．     

超低排放脱硝喷氨格栅优化策略

超低排放改造后脱硝系统普遍出现氨逃逸大、空预器堵塞严重、喷氨自动无法投入等问题。通过仿真设计优化、喷氨格栅调整、精准喷氨改造等优化手段,能改善催化剂入口氨氮摩尔比,从而保证NOx减排系统的稳定运行。喷氨格栅优化能实现对氨逃逸的控制,可以减少还原剂耗量和降低引风机电耗,具有明显的经济性。     

应用无碳氨的氨煤混燃机组平准化电力成本计算

为评估未来使用可再生能源合成的无碳氨的氨煤混燃机组在实际应用中的技术经济性,建立了无碳氨合成成本计算方法以及煤电机组氨煤混燃平准化电力成本(LCOE)经济模型。基于各环节的投资成本与耗能情况,进行了平准化无碳氨成本的计算。结果表明：在当前可再生发电成本及技术投资情况下,无碳氨成本高于煤化工合成氨成本,且可再生发电成本为无碳氨成本的主要影响因素;考虑碳税情况下,在制氨成本以及碳排放成本不会产生较大改变的近未来范围内,氨煤混燃相较于传统煤电不具备经济优势;无碳氨价格是影响LCOE的主要因素。     

氨燃料燃烧性能数值模拟与分析

研究了氨燃料在内燃机缸内的燃烧性能和正庚烷对氨燃料燃烧性能的提升作用。首先,将氨燃烧的化学反应机理与内燃机单区燃烧模型相耦合,分析压缩比、进气温度、过量空气系数等对氨燃料燃烧性能的影响,结果显示由于氨的燃点较高,压缩比为16时进气温度必须达到800K氨燃料才能被压燃;同时发现在此条件下氨燃料能在稀薄条件下(α=2)燃烧。其次,将简化的正庚烷氧化反应机理与氨燃烧氧化反应机理相结合,研究不同摩尔百分比的正庚烷对氨燃料的引燃作用,结果显示随着正庚烷含量的增加,当压缩比为18时氨的压燃对进气温度的要求可从800K降至360K;当进气温度为450K时,压缩比可从大于120降至10。研究表明使用引燃燃料可以显著降低氨燃料压燃对进气温度和压缩比的要求。     

40 000 m3液氨运输船氨燃料技术应用

以中型液氨运输船为研究对象,针对氨燃料相关应用进行探讨和研究,主要包括氨燃料船型设计、氨燃料理化特性分析,以及氨燃料在中型气体运输船(MGC)上的安全储存、输送和利用等.研究结果可为未来氨燃料动力实船的开发和应用提供技术储备.     

SCR烟气脱硝系统喷氨适应性调整的试验分析

在选择性催化还原烟气脱硝技术中,为了使还原剂与NO_x充分混合,最理想的状况是使还原剂的质量浓度分布与NO_x的质量浓度分布相一致。主要介绍了锅炉SCR脱硝系统喷氨适应性调整试验的测点布置、测量方法、试验结果与分析等,通过实验可知,调整各喷氨支管手动阀开度可有效提高SCR喷氨适应性,降低氨逃逸量,降低出口NO_x质量浓度。     

联合循环机组余热锅炉SCR脱硝系统氨逃逸率高原因分析及处理

针对燃气—蒸汽联合循环机组余热锅炉选择性催化还原(SCR)脱硝系统氨逃逸率高的问题,通过对燃气—蒸汽联合循环机组排放的烟气NO_x中NO₂含量高,且过量NO₂的反应速度慢的机理研究,分析了余热锅炉SCR脱硝系统氨逃逸率高的原因及危害;提出了通过燃烧调整、更换新型催化剂、流场优化及精准喷氨等技术措施可有效降低氨逃逸率。     

氨氢燃料电池研究开发现状

预计到2045年世界氢燃料汽车市场占有率将达到95%。2020年中国燃料电池车辆将达到10000辆;2030年,燃料电池车辆保有量达到200万辆。中国有望成为全球最大的燃料电池汽车市场。氢燃料电池汽车面临的最大困难是氢燃料运输/使用的安全性、基建设施的建立和完善等。选择氨作为载体,易于使用,最方便替代氢。作为氢载体的氨的利用工艺是把氨运到加氢站变换成氢,用于搭载固体高分子型燃料电池汽车(FCV)的燃料。日本由多家研究单位和企业组成氨氢站团队开发了氢供应量1m~3/h(标准)的氨分解装置、氨除去装置、氢精制装置。用这些装置组合成氨分解/高纯度氢供应系统,可制造FCV氢燃料。下一步将进入氢供应量10m~3/h(标准)的氨分解/高纯度氢供应系统验证实验。以色列开发的氨氢燃料电池项目在中国寻求合作伙伴。澳大利亚开发出一套基于金属薄膜的"氢-氨"转换新技术,解决了氢气长途运输难题。建议国家有关方面组织联合攻关,研发我国的氨氢燃料电池汽车。     

氨与燃料电池

氨作为一种富氢化合物，具有各种优点，特别是氧有着良好的产业基础，价格低廉，氨作为燃料电池燃料具有很大的发展潜力。按供氨方式的不同，氨燃料电池可分为直接供氨式燃料电池及间接供氨式燃料电池。直接供氨式燃料电池又有直接供氨式碱性燃料电池与直接供氨式固态氧化物燃料电池之分。对于间接供氨式燃料电池，存在着不同的氨分解装置与燃料电池的组合。将在阐明氨的特性的基础上，介绍了氨燃料电池的种类及基本工作原理，分析氨作为氢能源载体的优势及存在问题。     

吸氨改性煤的燃料特性研究

为了减少碳的排放,在产生同等热量的情况下,用粒度为200目左右的原煤煤粉和改性煤(250℃热处理)煤粉来吸收氨气,制成低碳化煤(包括吸氨原煤、吸氨改性煤),并采用热重分析法来分析比较原煤、改性煤、吸氨原煤、吸氨改性煤的燃料特性。研究结果表明,氨气对煤的燃料特性有一定影响,但影响效果不是很明显。吸氨原煤的燃料特性最好,原煤次之,然后是改性煤,吸氨改性煤最差。