《洁净煤技术》“典型燃煤行业降碳与质量基础协同控制技术”专题

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《洁净煤技术》“典型燃煤行业降碳与质量基础协同控制技术”专题

来源：洁净煤技术

行业视野: 洁净煤技术
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关键词; 89位
专家; 15篇
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基于双因子学习曲线模型的化学链燃煤电站技术经济性

作者(Author)：叶骥, 陈创庭, 黄慧, 匡草, 洪瑜武, 徐祖伟, 刘靖康, 赵海波

摘要：化学链燃烧(CLC)被认为是最有前途的碳捕集利用和封存技术之一,其成本是走向商业应用必须考虑的一个重要因素,但目前尚无对CLC燃煤发电技术进行成本变化预测的相关研究。对CLC燃煤电站(2×350MW)进行技术经济性分析,得到CLC改造电站的发电成本为419.595元/MWh,二氧化碳减排成本和碳捕集成本分别为96.142、85.847元/t(以CO2计,下同)。为预测CLC燃煤电站的投资成本变化趋势,提出一种新的学习速率模型并获得双因子学习曲线。然后考虑基准、高速、低速3种技术发展情景,对CLC技术的中长期成本进行预测。结果显示,随着累计装机容量和研发投入的增加,发电成本将逐步下降。基准情景下CLC电站的发电成本可下降至311.767元/MWh,降幅在100元/MWh以上;高速情景下CLC电站的单位投资成本降至2593.789元/kW,接近传统燃煤电站水平,发电成本降至202.689元/MWh,与常规CFB电站相比成本优势明显。

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2024年第08期

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低能耗CO2混合胺吸收剂复配筛选与工业验证

作者(Author)：徐冬, 黄艳, 宋俊朝, 史晓宏, 王涛, 曾伟强, 张帅, 李水飞, 方梦祥, 高翔

摘要：在如今温室效应日益严重背景下,化学吸收法作为当前最具应用前景的燃煤烟气脱碳技术,受国内外广泛关注,开发低再生能耗、高稳定、易工程化应用的吸收剂是目前研究热点。提出了以高容量、低能耗三级胺为吸收剂主剂,高动力学一级胺和高稳定环状胺为辅剂吸收剂方案;并形成了从实验室配方遴选、百标方时中试工艺匹配到万t/a级规模工业装置运行优化的工程化开发体系。通过鼓泡吸收试验与吸收-再生循环试验对吸收剂进行快速筛选,初筛获得一种性能好的吸收剂配方,通过200m3/h中试与万吨级工业装置测试优化运行参数并完成工业验证。测试结果表明,笔者开发的CEU型吸收剂CO2脱除率达90%,最优再生热耗达2.42GJ/tCO2,在工业装置上完成了>700h稳定运行。

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基于堆栈电解池的纳米SnO2电催化CO2还原试验

作者(Author)：魏书洲, 谭舒婷, 熊卓, 徐祖伟, 赵永椿, 张军营

摘要：利用新能源电能电催化还原二氧化碳(CO2)技术能在减排降碳过程将CO2转化为增值化学品,有广阔应用前景,在多种还原产物中,甲酸(HCOOH)易储存和运输,储氢密度高,应用前景好。氧化锡(SnO2)电催化材料成本低、毒性小,且SnO2用于电催化还原CO2制HCOOH选择性高。而在电催化还原的工业化中,合理的电解池结构有重要意义。为探究更合理的电解池结构,提出一种自制的多层堆栈式电解池,将通过火焰喷雾热解方法制备的SnO2纳米颗粒作为电催化剂,进行电催化还原CO2研究。探究电解池的阴极-阳极间距、电解液流速、电解液浓度及电极堆栈数目等参数对电催化性能影响。试验结果显示:阴极-阳极距离越小,电能损耗越少,电催化还原CO2性能更佳;电解液的流速对催化剂还原性能无明显影响,但过大的流速使反应的电流密度产生大的波动;在电解液浓度小于1mol/L时,催化剂对HCOOH的选择性随着电解液浓度增加而增加,而在电解液浓度大于1mol/L时,各产物的选择性趋于稳定;电极堆栈排放时,电流密度略下降,但整体法拉第效率和HCOOH的法拉第效率均所提高,并对析氢反应有较明显抑制作用。使用堆栈电解池可减小电荷转移电阻及扩散电阻。对于该堆栈电解池,在阴极-阳极间距10mm、施加电位-1.2Vvs.RHE、KHCO3浓度1mol/L下,SnO2在堆栈条件对HCOOH的法拉第效率达37.53%,且总的法拉第效率达75.83%。结果表明:使用堆栈电解池可提升催化剂催化性能,提升目标产物的选择性。

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NH3/H2掺混MILD燃烧及NOx排放特性的数值模拟

作者(Author)：刘祥涛, 王国昌, 司济沧, 李鹏飞, 米建春

摘要：化石能源的利用推动了人类社会的进步,但也造成了全球气候变化,威胁人类的生存与发展。在此背景下,氨和氢作为零碳燃料引起了人们的重视,但其燃烧利用面临诸多问题。MILD燃烧是一种新型燃烧方式,有望实现氨/氢混合燃料的清洁高效燃烧,但目前研究非常有限。采用数值模拟方法对预混NH3/H2射流火焰的MILD燃烧和排放特性进行研究。改变了射流中的氢气比例(X(H2)F)和当量比(ΦJ),并详细分析了温升、反应域、抬升高度、自由基浓度以及氮氧化物(NOx)排放等。结果表明,添加少量H2可显著增强NH3火焰的稳定性,降低自着火温度并消除火焰抬升。此外,X(H2)F的增加能提高燃烧温度,加快H、O和OH自由基的产生,并使燃烧模式由MILD燃烧转变为高温燃烧。富燃料且氢气比例较低时,NH3在燃烧前大量分解为H2,导致燃烧温度较高。关于NOx排放,N2O和NO是最主要来源,NO2可忽略不计。整体上,N2O和NO的排放随X(H2)F的增加先升高再降低。当X(H2)F较低时,N2O的浓度峰值与排放量和NO相当。提高X(H2)F,温度升高,导致N2O转化为NO和N2,因此NO变为主要的NOx排放源。此外,富燃工况中,燃烧温度、OH浓度及射流对伴流中氧气的卷吸共同影响NO排放。

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考虑可再生能源不确定性的风光火储联合调度优化

作者(Author)：宋祉慧, 田军见, 倪战士, 林其钊

摘要：风光火储联合调度是助力火电行业实现“双碳”目标的重要路径之一。为应对可再生能源出力不确定性对电力系统的影响,以实现总运行成本最小为优化目标,构建风、光出力不确定参数合集,建立两阶段鲁棒优化模型对风光火储联合系统进行调度优化。将不确定性优化问题解耦成包含确定性参数的第1阶段以及涉及不确定性变量的第2阶段。其中,第1阶段基于可再生能源出力预测值,求解火电机组启停状态和储能设备充放电状态,第2阶段作为灵活调控阶段,求解扰动发生后最恶劣场景下各设备的输出功率,并采用列约束生成算法结合算例进行计算。结果表明,该模型通过合理弃能和储能调峰可有效平抑火电机组净负荷波动,缓解机组调峰压力。相比确定性优化模型,该不确定性优化模型求解所得运行成本增加,表明考虑可再生能源不确定性的鲁棒优化具有更高的保守度,同时,可再生能源出力偏离度越大,其运行成本增幅相比确定性优化越小,有效降低了可再生能源出力偏差对系统经济性的干扰。

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光谱响应曲线对双色法燃烧测量技术精度影响

作者(Author)：韩磊, 程勇, 朱宁静, 王哲, 黄志锋

摘要：基于CCD相机的双色法广泛应用于燃烧温度场和烟黑浓度场测量,为认识燃烧规律和掌握燃烧状态发挥重要作用。已有工作大多忽略CCD相机的光谱响应特征,而将CCD相机各通道检测信号视为火焰在特定波长处辐射能量,给测量结果带来误差,并鲜有针对光谱响应曲线简化所引起测量误差的分析。以乙烯/空气层流扩散火焰为例,模拟不同光谱响应曲线CCD相机的火焰重建过程,分析了形状、半宽、不对称性等不同光谱响应曲线参数对火焰温度及烟黑浓度重建精度的影响。结果表明,光谱响应曲线形状和半宽对重建精度影响较小,在无测量误差条件下,温度场平均重建误差均小于1%;当光谱响应曲线不对称或中心波长不准确时,重建结果误差明显增大,在无测量误差条件下,温度场平均重建误差可达2.4%。对CCD相机进行黑体炉及光谱响应曲线标定,通过CCD相机对乙烯层流扩散火焰进行测量发现,利用中心波长和实际光谱响应曲线测量结果具有明显偏差,最高温度和最大烟黑浓度偏差分别为4.74%和16.4%。

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生物质重整煤气喷吹-氧气高炉的低碳潜力分析

作者(Author)：毛文超, 黄志辉, 张泽武, 李小姗, 熊卓, 张立麒

摘要：我国钢铁行业以高炉-转炉长流程为主,一次能源消耗主要为煤粉与焦炭,化石能源消耗大、碳排放高,其中70%的CO2排放集中在高炉炼铁工序。双碳背景下,亟需研发低碳炼铁技术以降低高炉工艺的能源消耗和CO2排放。提出一种生物质重整煤气喷吹-氧气高炉(BRGI-OBF)工艺流程,该工艺通过优化气化炉工艺参数与生物质替代煤粉重整,产生的重整煤气满足高炉的富氢冶炼需求,并降低了化石能源的使用。结合高炉煤气富氧燃烧碳捕集,可实现末流烟气中CO2富集,从而实现高炉低能耗与低碳(负碳)排放。为分析BRGI-OBF工艺的低碳潜力,首先运用AspenPlus搭建了BRGI-OBF工艺模型,研究了气化炉输入热量与生物质种类对工艺性能的影响。基于计算得到的工艺参数,运用高炉炼铁工艺能耗计算方法,对比分析了传统高炉工艺与炉顶煤气循环-氧气高炉(TGR-OBF)工艺的能耗与碳流情况。结果表明,向气化炉提供适宜的热量可有效减少煤粉用量,同时增加循环煤气量,最多可减少煤粉用量124.2kg/t(以生铁计);生物质种类对生物质用量与重整煤气的组分产生显著影响,采用杨木半焦进行重整时,杨木半焦用量为204kg/t,重整煤气中H2体积分数达29.91%,满足富氢冶炼需求。此外,BRGI-OBF工艺显著改善了能源结构,其化石能源占比约55%,与传统高炉相比,降低煤粉消耗17.6%、焦炭消耗29.3%。该工艺流程耦合富氧燃烧碳捕集技术后,末流中存在碳素372.6kg/t,以易于压缩捕集的高浓度CO2(>90%)形式存在。扣除由杨木半焦造成的碳素排放,总碳素排放为-109.9kg/t,相当于生产每吨铁水可额外捕集CO2403kg,可实现生物质+CCS的负碳技术,为钢铁行业实现深度脱碳提供重要支持。

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