亚临界压力下二氧化碳传热特性及临界热流密度预测模型研究

二氧化碳(CO₂)布雷顿循环系统有着紧凑、高效、灵活的特点在第三代光热系统和第四代核电系统中具有良好的应用前景，而CO₂传热恶化现象影响着机组的安全运行。为研究竖直上升管内CO₂的传热恶化现象，在实验室建立了CO₂传热特性系统，对比了亚临界与超临界状态下CO₂传热特性，获得了热工参数对CO₂传热恶化的影响规律，并建立了CO₂临界热流密度预测关联，预测值与实验值吻合良好，误差在±30%以内。研究结果表明：亚临界压力下，CO₂发生传热恶化时壁温峰值更高；远离临界压力，增加质量流量均有利于抑制传热恶化的发生。     

飞轮储能辅助火电机组自动发电控制策略研究

为应对可再生能源快速发展对电网稳定性带来的挑战,遵循节能减排的倡导,对飞轮储能辅助火电机组自动发电控制(AGC)控制策略进行研究。首先,结合火电厂电碳模型,建立了综合考虑AGC响应效果、碳排放量和飞轮寿命损耗的多目标优化的策略。然后,根据某电厂的数据,将无储能、全功率补偿策略和文中控制策略下调频指标、调节深度、调频收益和CO₂减排效果进行仿真分析对比,结果证明了所提方法可改善机组调频性能,使机组捕捉到更多的调节深度,让机组获得更多的补偿收益,减少机组CO₂排放量。     

300 MW机组分层配烧特性数值模拟研究

利用仿真软件建立锅炉数值模型,对300 MW机组锅炉进行灵活性的分层配烧数值模拟研究,分析烟气温度是否满足设计值,锅炉是否能达到设计出力。结果表明:分层配烧方案在锅炉的不同负荷段能够保证锅炉的稳定输出,其中在工况1时,平均烟气温度1 415 K,刚好满足设计要求;工况2、工况3、工况4时烟气温度均在设计范围内;观察4种工况下CO₂浓度分布,随着入炉煤质变好,CO₂浓度逐渐地显著升高。这种灵活性的分层配烧方案既能为机组接带不同电负荷时提供可靠的动力源,同时又保证机组的安全性。     

超临界CO2两级离心式压缩机实验研究

以超临界CO₂单级离心式压缩机设计及实验经验为基础,设计开发超临界CO₂两级离心式压缩机,解决原有单级离心式压缩机存在的气动设计、轴向力平衡以及密封问题,并完成该两级离心式压缩机多进口工况全载实验,实现超临界CO₂两级离心式压缩机安全稳定运行,累计运行时间接近100h,运行转速达到100%设计转速,并获取90%、80%、70%等转速下的压缩机性能曲线,实验最大总压比超过2.69,最大质量流量接近16kg/s。从实验对象、实验平台以及实验结果等角度对实验进行详细介绍,为超临界CO₂离心式压缩机设计理论及数值模拟研究提供更具价值的实验数据。最后,将实验压缩机与多个型号单级离心式压缩机实验结果进行对比,提出降低转速是提高超临界CO₂离心式压缩机性能的技术路径之一。     

CO2/H2O吸附分离特性研究

CO₂捕集是实现碳中和的重要技术路径。该文实验研究了298、348K的单组分CO₂和298、313K的CO₂/H₂O双组分气体,在活性炭、活性氧化铝、3A、13X中的等温吸附和动态吸附特性。基于Langmuir、LRC、Toth、DA、Freundlich吸附模型,对单组分CO₂吸附预测与实验结果进行了对比分析。研究了CO₂/H₂O吸附过程进气水蒸气含量、流量、温度对4种吸附剂的穿透曲线和吸附量的影响规律。结果表明,单组分CO₂吸附量：13X>活性炭>活性氧化铝>3A,CO₂/H₂O穿透时间随流量增大和温度升高而缩短;沸石类穿透时间随水蒸气含量增多而缩短,其他吸附剂表现相反;水蒸气含量增加会抑制CO₂吸附;3A具有较好的CO₂/H₂O吸附选择性。     

浸渍法制备的固态胺CO2吸附剂吸附性能

控制和减缓化石燃料电厂的CO₂排放对于缓解大气中CO₂浓度的持续上升具有重要意义。作为一种燃烧后CO₂ 捕集技术,固体CO₂吸附剂具有低能耗、弱腐蚀性、易再生等优点,在CO₂减排领域有着广泛的应用前景。介绍浸渍法制备的固态有机胺吸附剂对CO₂的吸附性能,着重介绍载体性质、有机胺负载量、温度和烟气含水量等因素对固态胺吸附剂吸附性能的影响,并对其机理进行了分析。此外,对比了不同固态胺吸附剂在75 ℃下对CO₂的吸附能力。分析认为,相对于其他类型的CO₂固体吸附剂,固态胺吸附剂较适用于从高温湿烟气中捕集CO₂。     

焦载体下CH4及CO2气氛对低阶煤流化床热解特性的影响

以新疆润北煤为研究对象,在小型鼓泡流化床上开展了热解实验,结合气相色谱、SEM等表征手段对热解产物及其特性进行了分析,考察了以半焦为热载体不同热解温度条件下CH₄和CO₂气氛对煤炭流化床热解特性的影响。结果表明:由于煤半焦促进了CH₄和CO₂的重整反应,CH₄/CO₂混合气氛下热解产气率与单一气氛相比有所减少,减少幅度随温度和CO₂体积分数提高而增加;同时,热解温度为600 ℃以上时,CO和H₂产率随着CO₂体积分数的提高和温度的升高而明显增加,相应的热解水产率也明显增加;随着温度升高,受CH₄裂解、CH₄与CO₂重整及CO₂与碳的气化等反应的影响,CH₄/CO₂混合气氛下焦油产率有所增加,在热解温度600 ℃左右时焦油产率最高的同时增加幅度也较大;受CH₄裂解反应积碳以及CO₂和半焦的气化反应等过程的影响,CH₄气氛下半焦产率增加,CO₂气氛下半焦产率降低;CH₄/CO₂混合气氛下半焦产率及特性同样有明显的变化,且随热解温度升高变化更大;较低体积分数CO₂（6%）时,CO₂促进CH₄裂解积碳,其影响大于CO₂与碳的气化反应,半焦产率提高且半焦孔隙变小,表面变粗糙;而随着CO₂体积分数提高时（增加到15%）,CO₂与碳的气化作用增强,使得半焦产率反而明显减少且孔隙变大。     

S-CO2发电系统负荷跟随控制策略及动态特性研究

为了解决超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO₂)发电系统负荷跟随控制策略难以兼具变负荷快速和宽负荷高效的问题，该文针对600 MW S-CO₂再压缩循环发电系统，将阀门控制与库存控制耦合并对CO₂库存罐的布置形式进行改进，提出一种新型负荷跟随控制策略。与变负荷快速的阀门控制相比，该控制策略在75%～100%变负荷过程中使得系统循环效率最高提升13.73%，循环最高压力降低可达28.2%，降负荷速率相等。通过改进CO₂储罐位置使得系统升、降负荷速率分别提升2.75和1.96倍，一次调频性能得到明显提升。最后，通过对51%～100%变负荷过程系统关键参数的动态特性进行研究，证明所设计负荷跟随控制策略的合理性和有效性。     

不同高温气氛热解生活垃圾的传热及反应特性

在立式热解炉中进行垃圾热解气化实验,研究加热气体组分、预热温度、加热温度等对热解过程的影响。实验结果表明：在热解过程中CO₂的存在有利于热解的进行,并且能够在一定程度上提高气相和液相产物的品质;有效传热系数随着预热温度和加热温度的升高而增大。在相同的预热温度和加热温度时,相比于N₂、N₂/CO₂气氛,CO₂气氛下的有效传热系数有所增加。在预热温度为300℃、加热温度为800℃时,N₂、CO₂、N₂/CO₂ 3种气氛下的有效传热系数分别为181.24 W/(K·m³)、244.87 W/(K·m³)、228.46 W/(K·m³), CO₂的存在有利于热量从加热气体向物料传递。     

CO2体积分数对燃煤细颗粒物在水汽环境中凝结长大的影响

为研究燃煤烟气中CO₂体积分数对细颗粒物在水汽环境中凝结长大效果的影响,建立了计算模型并搭建了实验平台,分别从理论计算和实验研究两方面探讨了CO₂体积分数对细颗粒物凝结长大效果的影响。结果表明:随着CO₂体积分数升高,混合烟气的热、质扩散系数均降低,生长管内平均过饱和度增加,细颗粒物长大效果明显;管壁温度越高,随着CO₂体积分数的提高,细颗粒物粒径越大。     

超临界二氧化碳循环工质热物性研究进展

超临界二氧化碳（S-CO₂）循环是近年来受到广泛关注的发电技术。工质热物性是循环设计和优化的基础。本文综述了CO₂热力学性质和输运性质的实验数据和计算模型的研究进展，并结合S-CO₂动力系统的设计和运行需求进行了分析。针对研究现状，指出了亟待解决的问题:近临界区实验和理论研究尚有不足；比热容、声速、黏度和导热系数在液相区和高温高压区实验研究存在空白；已有的多种计算模型缺乏针对发电循环应用的系统评估和比较等。建议针对S-CO₂循环需要的CO₂热物性在具有空白区域重点开展实验和模型工作，并对已有工作进行系统评估。     

CO2地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展

CO₂地质利用与封存(CO₂ geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO₂腐蚀钢材反应机制,总结了CO₂腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO₂分压、温度、矿化度及p H值、CO₂封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO₂腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO₂腐蚀问题的重点研究方向。主要包括：CO₂腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO₂腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO₂条件下腐蚀防护技术的开发与应用。     

一种用于确定饱和低渗透砂岩岩心中超临界CO2突破压力的数值方法

CO₂突破压力在CO₂地质储存能力、场地选择和盖层安全性评价中起着重要作用。为探究可用于预测CO₂突破压力的数值模拟方法,研究通过使用COMSOL Multiphysics数值软件,提出了一种基于逐步法的数值方法,并对饱和低渗透岩心进行了CO₂突破压力的数值模拟。结果表明:当岩心完全饱水时,CO₂突破压力和突破时间分别5.4 MPa和70 h,通过与已有实验数据对比,证明了此模拟方法是合理的。同时,对CO₂-H₂O系统中的界面张力和VG模型中m/l值进行了敏感性分析,结果表明:在相同的界面张力条件下,m/l参数越大,CO₂突破压力和突破时间越大。另外,随着CO₂-H₂O系统中界面张力的增大,突破压力和突破时间均呈减小趋势。研究可为深入研究岩心尺度上的CO₂突破行为和盖层评价等提供数值信息。     

基于同位素示踪法的微量O2对电弧放电下SF6分解产物影响的研究

SF₆气体绝缘开关设备电弧放电下O₂对SF₆分解产物具有显著影响,但其影响规律及相关作用机制目前尚不清楚。针对这一问题,文中利用¹⁸O₂作为示踪剂开展了电弧放电实验,利用GC-MS分析了放电过程中和放电后含¹⁸O同位素物质的变化规律,明确了电弧放电下SF₆分解产物的形成途径及¹⁸O₂对SF₆分解产物的影响,阐明了其深层化学反应机理。结果表明,电弧放电下O₂杂质会在不同程度上促进SOF₂、SO₂、SO₂F₂、CO₂的生成,其中O₂主要以分解后的O原子参与SOF₂、SO₂、CO₂的生成反应,以O₂分子和分解后的O原子共同参与SO     

微富氧燃烧技术下氨法脱碳试验研究

针对微富氧燃烧下烟气组分（CO₂体积分数约30%~40% ）,利用填料塔进行了氨法脱碳试验研究,考察了烟气CO₂浓度、氨水浓度、吸收液pH值、氨水流量、烟气温度、烟气流量等因素对CO₂脱除率的影响。试验结果表明：① 随氨水浓度、吸收液pH值、氨水流量增加以及填料增多,CO₂脱除率升高,但在pH值=10.5时出现一定波动;② 烟气温度为50 ℃时,CO₂脱除率最高;③ 当氨水中NH₃质量分数大于4%时,烟气中CO₂脱除率达90%以上,微富氧燃烧条件下,单位质量氨（1 kg NH₃）对烟气中CO₂吸收质量为0.32 kg,脱碳效率是常规燃烧条件下的2倍多,因此采用微富氧燃烧有利于缩小吸收塔和再生塔的体积、降低能耗。     

二氧化碳捕集的理论极限能耗分析

随着“双碳”目标的提出，CO₂捕集、封存与利用技术发展迅速，但与之相关的能耗理论研究相对匮乏。该文对煤电机组烟气CO₂分离的理论能耗进行定量分析，以混合物的一阶截断virial方程为基础，通过分析CO₂分离前后混合物系物性的变化，得到CO₂捕集理论极限能耗的测算方法，并对碳捕集和节能减排技术进行对比研究，得到单位发电量碳捕集的极限能耗((火用))为151.95kJ/(kW·h)。实现煤电烟气CO₂全部分离最少会使得厂用电率增加4.22个百分点。结果可为企业制定减碳技术规划和技术路线遴选提供一定参考。     

330MW机组供热回水不同回收方案的经济性分析

以某330 MW热电联产机组供热回水回收方案改造为研究对象,基于等效热降法建立了机组在不同回收位置、回水温度、机组负荷、回水流量下的经济性指标计算模型,对比分析不同因素影响下的回水回收经济性变化,结果表明在回水温度、机组负荷、回水流量一定情况下存在最经济回收方案.以机组实际供热回水改造案例进行经济效益计算分析,提出了一...     

考虑微量CO2影响的He+Air等离子体反应动力学研究

He+Air等离子体是常见的大气压冷等离子体类型，具有活性粒子众多、反应体系复杂的典型特征，使得实验研究难以系统开展，因而仿真研究非常重要。尽管如此，目前的仿真模型鲜有考虑空气中的微量CO₂，而笔者课题组与同行均发现，微量气体组分可能会对等离子体的活性粒子带来显著影响。鉴于此，基于前期报道的He+Air等离子体全局模型，新增了CO₂及其7种放电产物与120个相关反应，研究了地表空气中5种典型CO₂浓度下的等离子体反应动力学特性。发现在放电功率密度为10 W/cm³时，CO₂的放电转化率达到37%以上，CO₂的转化明显加强了等离子体的电离过程，削弱了解离和吸附过程。在地表空气常见的CO₂浓度范围内，考虑CO₂可使He+Air等离子体中活性粒子的平均密度改变1.8%～11.2%。该研究量化了微量CO₂对He+Air等离子体中活性粒子的重要影响，揭示了不同地域CO₂浓度差异会...     

煅烧沸石咪唑骨架吸附烟气CO2促进节旋藻生长固碳

利用藻类生物捕集CO₂是一种很有前景的减排烟气CO₂的方法,但是烟气CO₂在藻液中停留时间短,向溶解无机碳的转化困难,限制了藻细胞的生长固碳。通过煅烧不同时间的锌沸石咪唑骨架来制备CO₂吸附剂,利用不饱和金属活性位点吸附CO₂并促进CO₂向HCOO₃^-的转化,为藻细胞的生长固碳提供充足的溶解无机碳。结果表明:煅烧6h得到的吸附剂拥有最大的比表面积和孔容积有利于CO₂吸附和转化,可提高藻液中HCOO₃^-浓度55.7%,使得钝顶节旋藻的光能利用效率在99.99%煤化工烟气CO₂条件下增加了2.43倍,培养时间从7天缩短至5天,生物质产量提高了74.7%,CO₂固定速率提高了93.7%,为微藻减排烟气CO₂提供了新思路。     

富氧燃烧气氛石灰石溶解特性研究

在实验室小型试验台上研究富氧燃烧气氛下湿法脱硫用石灰石溶解特性,研究结果表明：较高的CO₂浓度对石灰石的溶解有促进作用,CO₂体积分数在80%时,石灰石的溶解速率明显增大;在相同的pH值情况下,CO₂浓度越高,石灰石的溶解速率越快。在pH=4.5时,低浓度CO₂气氛比高浓度CO₂气氛下溶解时间增加70 min,CO₂浓度对溶解速率的影响比较明显。