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“青年科学家”专栏

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》2024年02期，共34篇研究成果。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 156个
关键词; 199位
专家; 34篇
论文; 3693IP
点击量; 1352次
下载量

机器学习驱动锅炉燃烧优化技术的现状与展望

作者(Author)：姚顺春, 李龙千, 卢志民, 李峥辉

摘要：伴随可再生能源发电装机容量快速增加,深度调峰过程中负荷多变、燃烧失稳等不稳定工况对火电机组的燃烧优化控制提出了更高要求,快速发展的人工智能技术与深度学习算法为锅炉参数预测建模及优化提供了重要手段。在机器学习算法方面,总结了特征筛选与建模算法的研究现状,提出了传统统计学方法与线性降维方法的科学解释性较差且不能很好地辨识高维数据,结合深度学习算法的特征筛选方法在处理复杂的火电机组数据时优势更明显;对比了多种神经网络在NOx排放浓度建模中的优缺点,其中长短期记忆神经网络与卷积神经网络在处理时序数据时效果更好、集成模型通过组合不同学习器的优势可提高整个模型的泛化能力和鲁棒性。在预测模型的应用方面,通过对SCR脱硝系统建立预测模型可以方便运行人员模拟并修正可调参数,同时作为软测量手段监测燃烧系统运行状态;引入NOx排放浓度预测模型的前馈控制和模型预测控制等先进控制手段可有效改善火电机组传统PID控制效果较差的问题;在多目标优化中NOx脱除效率通常与锅炉效率或脱硝成本共同作为优化目标,以期实现经济效益与社会效益的和谐统一。

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洁净煤技术

2024年第02期

85

28
铜基载氧体的焦炉煤气化学链燃烧特性

作者(Author)：范心瑜, 卢春强, 左慧琮, 李志强, 江磊, 李孔斋

摘要：焦炉煤气(COG)是炼焦过程产生的主要副产品,含有复杂的气体成分(CO、H2、CH4、CO2),化学链燃烧是一种可实现COG高效转化与高纯CO2捕集的技术。通过溶胶凝胶法制备了一系列x%CuO/Ce-Zr-O(x=30、50、70、90)载氧体用于COG化学链燃烧反应特性研究。XRD表明,x%CuO/Ce-Zr-O载氧体物相由CuO和Ce0.67Zr0.33O2固溶体组成。由于Zr4+进入CeO2晶格中,在617cm-1处出现明显的氧空位Raman特征峰。H2-TPR、CO-TPR、CH4-TPR和COG-TPR结果表明加入Ce-Zr-O固溶体促使铜物种低温释氧能力增强。800℃下,CuO样品CO2捕集率为34%,添加10%Ce0.67Zr0.33O2后CO2捕集率增至100%。经50次氧化还原循环后,CuO样品性能大幅降低,而90CuO/Ce-Zr-O样品的反应性能和物相结构未发生明显变化,表明CuO和Ce0.67Zr0.33O2之间的相互作用增强了铜物种的释氧能力和循环稳定性。此研究有助于拓宽COG利用途径。

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洁净煤技术

2024年第02期

81

15
预热空气当量比对循环流化床掺混煤泥预热燃烧的影响

作者(Author)：杨苏丰, 朱建国

摘要：煤泥灰含量大、颗粒细、热值低,煤泥的高效清洁燃烧是固废资源化利用的重要方式之一。采用煤粉流态化预热耦合循环流化床燃烧技术,在30kW预热燃烧综合评价试验台上,控制煤泥掺混比、给料量、还原区当量比、二/三次风比例及过剩空气系数等参数不变,并借助煤气分析仪和烟气分析仪等测量仪器,开展了循环流化床烟煤掺混煤泥的预热燃烧试验。结果表明,循环流化床预热燃烧系统运行稳定可靠,预热温度800℃以上,预热燃料可持续稳定输送到循环流化床中;烟煤掺混高灰分的煤泥,循环灰量增加,循环流化床燃烧室温差小,温度均匀;预热空气当量比由0.36增至0.51时,预热器内温度增加,预热煤气中CO2、HCN体积分数增加,CO、H2、CH4及NH3体积分数降低,煤气热值由2.02MJ/m3降至1.49MJ/m3;且随着预热空气当量比的增加,循环流化床燃烧室沿程NO体积分数增加,CO体积分数底部高、上部低,NOx排放量由172mg/m3增至242mg/m3(6%O2),可见,较低预热当量比有利于烟煤掺混煤泥的高效清洁燃烧。研究结果可为煤泥的高效燃烧利用提供新型技术路线和数据支持。

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洁净煤技术

2024年第02期

80

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特征参数对微混喷嘴内燃料与空气混合均匀性影响

作者(Author)：陈炫任, 王辉, 王超, 张旭, 陈冬, 唐嘉诚

摘要：由于微混喷嘴尺寸小、数量多且无旋流的结构特点,微混燃烧室结构可能形成新的设计准则。为探究微混喷嘴的混合特性优化方法,提取微混喷嘴内雷诺数、相对预混长度、射流动量比等特征参数,通过大涡模拟模型研究其对混合均匀性的影响规律。结果表明:微混喷嘴内预混距离增加,燃料与空气的掺混空间扩大,混合特性明显提升;在较大的射流动量比下,燃料与空气掺混更加剧烈,混合质量上升;燃料入口流速对于喷嘴混合性能的影响并不明显;雷诺数大于1×105时,喷嘴内流动达到第二自模化区,混合均匀度不再随雷诺数的变化而改变。通过特征参数对喷嘴的混合均匀度进行拟合,所得公式可在当量比为0.5~1.0、雷诺数大于1×105及入口空气温度为18~818℃时对混合均匀度进行准确预测。该公式可对微混喷嘴的混合特性进行初步计算,并为其结构设计提供参考经验。

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洁净煤技术

2024年第02期

57

14
燃煤耦合垃圾焚烧技术中试试验

作者(Author)：张睿, 曹竣, 雷领, 曹宇飞

摘要：随着城市发展,生活垃圾产量逐年上升,焚烧需求旺盛。但传统垃圾焚烧发电厂存在热效率低、环保成本高、经济性差等缺点,长期依赖财政补贴。燃煤耦合垃圾焚烧发电技术可利用现有燃煤机组协同处理垃圾,降低垃圾发电成本,减少存量煤电煤耗,降低燃煤电厂碳排放。但垃圾焚烧会产生大量二噁英,可能对燃煤机组烟气排放毒性产生较大影响。在一台100kW燃煤耦合垃圾焚烧中试试验台上开展研究,分析了耦合垃圾对燃煤锅炉运行特性及污染物排放特性的影响,并研究了在垃圾中掺混赤泥抑制二噁英排放的效果。试验结果表明,耦合垃圾焚烧后,煤粉炉的炉膛温度分布更均匀,燃烧室和炉膛下区域温度下降约30℃,炉膛上区域温度上升约35℃;煤粉炉高温对二噁英的热分解作用明显,且当垃圾中掺混赤泥后,煤粉炉出口烟气中二噁英质量浓度降至0.0034ng/m3,低于国家规定的垃圾焚烧烟气二噁英排放浓度,抑制作用明显。

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洁净煤技术

2024年第02期

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煤与生物质耦合燃烧的协同效应

作者(Author)：周巍, 王浩帆, 熊晟熙, 蒋思磊, 何晓燕, 马晓春, 娄春, 姚斌

摘要：生物质燃料是替代化石燃料的重要能源,在燃煤机组上掺烧生物质是当下生物质能利用的主要途径。由于煤和生物质耦合燃烧过程中存在协同效应,生物质燃料与煤耦合燃烧性能与二者单独燃烧的燃烧性能差异无法通过化学成分或相关性质算术平均来确定,与此同时,生物质中富含的碱金属K也会加重受热面结渣倾向。为研究煤与生物质混合燃烧过程中协同效应,选取神府烟煤与板栗壳作为试验样品,通过混合、研磨与压制,制备成圆饼形颗粒并在Hencken平焰燃烧器上进行燃烧试验。利用高速摄像机结合图像处理技术计算着火延迟时间,利用光谱仪结合自发辐射理论测量燃烧过程中火焰温度、气相K浓度。探讨耦合燃烧着火特性、燃烧特性与气相碱金属释放特性协同效应及其原因。最后,结合灰分分析结果计算各工况结渣指数,获得燃烧气相碱金属释放量与结渣指数相关性关系。结果表明:煤与生物质耦合燃烧着火延迟时间低于理论值,证明耦合燃烧着火存在协同效应,表现为促进着火。受纤维素热解与碱金属元素催化共同影响,生物质质量分数为50%时,着火延迟时间与理论值之差达到最大1.91s,协同效应最大;耦合燃烧释放的碱金属低于理论值,说明耦合燃烧气相碱金属释放协同效应表现为抑制气相碱金属释放,由挥发分-焦炭相互作用与无机反应共同控制,无机反应中Si、Al元素与K反应占主导;随气相K释放量增大,碱酸比与硅比数值增大,结渣倾向升高,结渣指数与气相K释放量间相关性系数均大于95%,说明气相K释放量与结渣指数高度相关,可见在线监测获得的气相K释放浓度具有判别结渣特性潜力。

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2024年第02期

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78
天然气-中温太阳能互补的新型低碳分布式供能系统

作者(Author)：王彬, 郝勇, 郭轲, 邵煜, 蒋琼琼, 洪慧, 金红光

摘要：基于化学链循环的天然气-太阳能互补转化具有低碳、储能及高效等特点。目前甲烷化学链循环典型还原温度为800℃。在450℃中温条件下,现有技术的甲烷转化率均较低,导致热化学蓄能效率和分布式能源系统能效较低。基于产物分离促进反应平衡移动原理,提出将甲烷重整制氢与化学链循环结合的蓄能方法,氢气被载氧体消耗使氢气分压降低,促进甲烷重整反应正向进行,进而提升甲烷转化率。对比了甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法和传统甲烷直接与载氧体发生化学链反应蓄能方法的甲烷转化率。结果表明,450℃下通过多级循环实现甲烷近完全转化。基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法,建立了多能互补分布式供能系统模型,太阳能甲烷热化学源头蓄能将低品位太阳能提升为高品位燃料化学能,实现了源头蓄能与脱碳。储存太阳能的固体燃料氧化产生高温热能,通过透平做功发电,然后通过余热回收装置实现吸收式制冷和供热,从而实现太阳能和化石燃料的高效互补利用。对系统在典型工况下的热力学性能进行分析,结果表明基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法的分布式供能系统太阳能净发电效率达24.90%,系统燃料节省率达43.24%,在节能减排方面具有显著优势。

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2024年第02期

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24
粉煤灰矿化CO2研究进展

作者(Author)：张楚杰, 王玉高, 姚振朝, 杨江峰

摘要：CO2等温室气体大量排放引起了全球气候变暖等生态问题,已成为全人类生存面对的重大挑战,CO2矿化是应对此挑战的关键技术之一。相对富煤、贫油、少气的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以CO2排放强度高的煤炭为主,其燃烧产生的工业固废粉煤灰也面临巨大的处理难题。相比传统矿化原料,粉煤灰因具有产量大、获取容易和运输成本低等特点受到广泛关注。粉煤灰自身可通过直接矿化和间接矿化实现CO2矿化封存,在CO2矿化封存的同时,可大幅降低与粉煤灰堆积或处理相关的环境风险。在碳达峰和碳中和目标下,利用粉煤灰矿化封存CO2是一项应对全球变暖具有巨大潜力的高效策略。介绍了我国粉煤灰排放和利用现状,回顾了粉煤灰直接矿化和间接矿化的研究进展,对比分析了不同矿化工艺的优缺点,明晰了CO2矿化过程中工艺参数对粉煤灰矿化效率的调控机理。针对粉煤灰矿化CO2缺乏机制性的解释这一问题,通过介绍常用于描述CO2矿化反应的缩核模型和表面覆盖模型,厘清矿化过程中气液扩散等控制矿化速率的机制。最后分析了粉煤灰矿化过程中现存的问题和未来研究方向,旨在为利用粉煤灰固废矿化CO2提供借鉴。

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