《洁净煤技术》“煤与新能源”虚拟专题（二）

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《洁净煤技术》“煤与新能源”虚拟专题（二）

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》编辑部筛整理了近期刊发的部分“煤与新能源”虚拟专题文章，供广大学者借鉴。扫描二维码可获取全文，点击最下方阅读原文可获取所有文章。本期推送2023年刊登的29篇论文

行业视野: 新能源
类别; 135个
关键词; 167位
专家; 29篇
论文; 13789IP
点击量; 6925次
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生物质热解焦油CO2重整技术研究进展

作者(Author)：马晓茜, 廖艳芬, 陈新飞

摘要：高温热解制气技术是生物质资源化利用领域重要研究方向,但热解焦油堵塞、腐蚀、利用难的问题限制了高温热解制气技术的应用。热解焦油CO2催化重整技术可实现焦油与CO2向H2和CO的协同转化,在降低热解气焦油与CO2含量的同时提高系统的能量回收效率。在热解焦油CO2催化重整过程中,贵金属催化剂在热解焦油催化重整中具有较高的催化反应活性,但其昂贵的成本限制了贵金属催化剂的大规模工业应用。在过渡金属催化剂中,镍基催化剂的催化活性高且成本较低,但镍金属颗粒在高温下烧结、团聚、积碳等问题会使反应活性降低,限制了镍基催化剂的长期运行。由于热力学限制,镍基催化剂的活性组分易在高温下团聚和烧结。针对镍基催化剂的烧结失活问题,通过掺杂改性少量贵金属提高催化剂的塔曼温度可以改善镍基催化剂的抗烧结性能。另一方面,在镍活性颗粒表面构筑核壳结构,提高镍金属颗粒在壳层中的分散性,可有效限制活性金属之间的迁移团聚与烧结失活。在焦油CO2催化重整过程中,高温会促进焦油裂解与CO歧化反应等副反应在催化剂表面形成碳沉积。围绕镍基催化剂的积碳失活问题,金属掺杂改性、核壳结构修饰与空气气氛引入可以限制丝状积碳沉积,减缓催化剂积碳失活的问题。

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2023年第12期

785

239
生物质基碳气凝胶光催化剂的制备与性能研究进展

作者(Author)：焦月, 丁嘉宣, 梅长彤, 肖惠宁, 李坚

摘要：高效利用太阳光是新能源领域的重要研究方向,而光催化是一种利用太阳光在常温常压条件下实现降解污染物、还原二氧化碳等一系列困难反应的技术,具有廉价、环保、可持续等优点。在非均相光催化反应中,为防止固相的光催化剂在液相或气相反应环境中团聚或损失,需适宜的负载材料以保护和固定光催化剂。碳气凝胶由于兼具碳材料的导电性、化学惰性及气凝胶材料的高比表面积等特点,与光催化反应需求相适配,在光催化领域得到广泛研究。生物质基碳气凝胶以生物质材料作为前驱体,相比常规碳气凝胶具有环保、成本低廉、原料来源广泛等优势。总结了生物质基碳气凝胶的特点,并在此基础上讨论生物质基碳气凝胶作为一种新型碳气凝胶的发展现状。最后,通过已有研究证明了其作为光催化剂负载材料的可行性与优势,并对未来生物质基碳气凝胶的研究方向提出建议。目前的生物质基碳气凝胶已开始在吸附重金属、油水分离、柔性电容器、电磁波吸收等多领域发展。而在光催化领域,关于生物质基碳气凝胶负载光催化剂的方法尚处于初期,研究主要集中在生物质原料的选择、光催化剂的负载方法等方面。其中,以纤维素气凝胶制备碳气凝胶和以多孔性植物为前驱体制备碳气凝胶是2个主要研究方向。纤维素气凝胶与其他生物质如蛋白质、淀粉等提取物相比,具有原料来源广泛、含碳量高、更易构造出复杂凝胶网络等优势;而以多孔性植物为前驱体制备碳气凝胶的过程更快捷、简单,且生物质材料的天然复杂结构能成为碳气凝胶的天然模板,其中蕴含的多种P、S等元素也可为后续碳气凝胶的不同开发方向提供天然杂原子支持。截至目前,生物质基负载光催化剂的实际效果已得到验证。未来,生物质基负载光催化剂的研究可在现有成果的基础上,分析不同生物质前驱体的元素组成以及三维孔隙结构对负载的影响,并结合其他得以验证的光催化改性及负载方法。也可尝试充分发挥生物质的特点,如针对性地培育植物作为碳气凝胶的前驱体,以获得更好的碳气凝胶模板。最终,可进一步提高生物质基碳气凝胶负载光催化剂的催化能力、负载能力,并为廉价、环保的光催化系统提供新的解决思路。

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2023年第12期

537

266
热化学硫碘循环水分解制氢研究进展

作者(Author)：王智化, 曾俊杰, 何勇, 李明阳, 王晓丁

摘要：随着化石能源日益短缺和环境污染日益严重,寻求高效、清洁、可再生能源迫在眉睫。氢能作为现代能源体系新密码,因清洁、可再生、可存储、用途广泛等优点,近年来受到广泛关注。目前制氢方式众多,但大规模、高效、低成本、绿色的制氢方式才是未来氢能经济的基础。其中,热化学硫碘循环(也称碘硫循环)水分解制氢因具备上述优点被认为是最具发展潜力的制氢方法之一。从Bunsen反应、H2SO4分解和HI分解3方面综述了热化学硫碘循环水分解制氢的基础研究情况,对目前各国已建立的硫碘循环系统进行总结,着重介绍了核能耦合硫碘循环制氢流程的最新进展。从经济、环保和安全方面对目前核能耦合硫碘制氢进行分析讨论,以期为未来研究和发展提供新思路。针对Bunsen反应部分,寻找一种高效分离反应物的新方法至关重要;而对H2SO4分解和HI分解部分,现阶段主要研究仍集中在开发稳定、高效、低成本的催化剂。经过几十年研究,热化学硫碘循环水分解制氢技术已取得长足发展。在实际产氢中,苛刻的高温高腐蚀环境、复杂的耦合流程是限制其规模化、工业化的主要原因,开发由工业结构材料制成的耐腐蚀和耐热系统,继续对耦合流程进行优化和模拟是未来热化学硫碘循环水分解制氢技术的发展方向。

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2023年第11期

742

349
生物质替代燃料在水泥行业的应用进展

作者(Author)：王俊杰, 杨华伟, 湛月平, 柴祯, 蔡军, 朱治平

摘要：水泥工业是重要的基础原材料行业,同时也是高耗能、高碳排放行业。我国生物质资源丰富,生物质替代燃料应用于水泥行业有助于降低化石能源消耗和碳排放,是实现我国水泥工业碳中和的主要途径之一。系统梳理并分析了生物质替代燃料在水泥行业的应用进展以及存在的相关问题,并给出了解决思路。较传统化石燃料,生物质燃料具有水分含量高、热值低、尺寸大等特点,应用于水泥生产时,可能造成燃料燃尽率降低、烟气量增大、热耗增加、熟料碱含量增加及波动增大等。国外建立了完善的固体回收燃料标准体系,为包括生物质在内的固体回收燃料规范化制备、规模化使用奠定了基础。全球水泥和混凝土协会发布数据显示,2020年全球水泥行业生物质燃料占比6.7%,其中,农业废物、有机废物、纺织废物占比最大,达32%;捷克、德国、波兰等国家生物质燃料占比超22%。与之相比,我国水泥行业使用生物质等替代燃料起步较晚,截至2021年使用替代燃料的水泥生产线占比不超过3%,热量替代率约为2%。从国内的应用情况来看,生物质替代燃料有助于降低单位熟料煤耗,仍存在与现有热工系统不适应、热量利用效率偏低、影响熟料产质量等问题。为降低生物质燃料直接投喂带来的负面影响,需对其进行预处理,对包括机械预处理和高温燃烧预处理在内的相关技术进行了介绍,对比分析各自的优缺点。最后分析生物质替代燃料应用于水泥行业存在的主要问题,并提出了针对性解决思路,包括强化中试研究,增强对实际生产的指导;完善相关标准,建立包括生物质在内的替代燃料产业链;利用水泥窑大量低温废气烘干生物质燃料,减少带入系统的水分;借助CFD模拟,优化生物质燃料喂入的相对位置;根据处置燃料种类,推广循环流化床等高温燃烧预处理技术;开发替代燃料智能控制系统,减少对于熟料产质量影响。水泥工业是我国碳减排的重要战场,生物质替代燃料必将在水泥行业展示出强大的生命力和广阔的应用前景,为我国双碳战略目标的实现做出重要贡献。

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2023年第10期

476

214
氨煤混燃过程中单颗粒煤粉着火特性

作者(Author)：吴梓秋, 黄骞, 马鹏, 杨远平, 司桐, 李水清

摘要：开展绿氨与煤混燃有助于双碳目标下的火电降碳,在炉内掺烧技术逐步实现增大掺氨比过程中,煤粉颗粒着火特性是影响氨煤混燃机组宽负荷灵活运行的关键因素。针对氨与煤粉混合给料的掺烧技术路径,利用新型两级平焰燃烧器开展了氨煤混燃过程单颗粒煤粉着火特性研究。利用高速摄影和背光法,通过图像分析获得了不同工况(载气掺氨比、环境氧浓度)下准东煤粉颗粒着火模式和着火延迟时间。研究发现,非掺氨工况下颗粒着火过程由非均相着火模式主导,而掺氨可增大均相颗粒着火模式的煤粉颗粒比例。同时,增大掺氨比,煤粉在脱挥发分阶段破碎的比例增大。同时,通过构建含有氨总包燃烧反应的一维暂态煤粉着火模型,可较好复现氨对煤粉颗粒着火特性的影响:在中心还原气氛下影响较小;而中心氧体积分数为0.1、0.2时,掺氨显著降低单颗粒着火延迟时间,这主要是由于氨火焰提高了煤粉颗粒的加热速率。

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洁净煤技术

2023年第10期

417

176
典型医疗废弃物热解行为及产物特性

作者(Author)：雷苏, 李爱军, 吴扬威, 姚洪, 张桐, 胡红云

摘要：快速热解在生产能源产品和降低环境污染方面具有明显优势,因此被视为一种优良的医疗废弃物处理技术。采用GC-MS耦合LC-HRMS的表征方法,补充了医疗废弃物热解油中高沸点难挥发组分的检测空白,准确揭示了典型医疗废弃物热解产物的组分特性及其变化规律。结果表明,棉签棒热解以生成热解油与热解炭为主,二者产率均约40%,热解气以CO和CO2为主,热解油以醛酮类、酸类和酚类物质为主,特征组分为山梨酸、3(4羟基3甲氧基苯基)丙酸,随热解温度升高,CO、H2及CH4等可燃组分逐渐增加,醛酮类、酸类物质增加,酚类物质逐渐减少,其热解炭表面包含—OH、—CHx、C

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2023年第10期

348

245
基于铁基载氧体的污泥/生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展

作者(Author)：孙国震, 安泽文, 陈岩明, 梁文政, 王坤, 常国璋, 王翠苹, 岳光溪

摘要：双碳目标背景下,我国积极推进高湿污泥/生物质资源化技术的发展和应用。化学链技术作为一种新兴的能源利用方法,在处理有机固废方面得到了广泛应用研究。概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术研究现状,着重归纳了化学链气化过程中灰分与水分对气化特性影响的研究进展。载氧体作为化学链技术中关键的一环,其应用研究已取得丰硕成果,在众多载氧体中,铁基载氧体因其低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体,但其反应活性较低,需掺杂Ni、Ca、K等元素进行改性。污泥和生物质的灰分及水分对于气化产物和气化效率有双向影响,甚至影响NOx排放。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等氧化物有助于提高载氧体活性,但反应速率太高会造成载氧体局部烧结,继而降低载氧体活性;循环的灰分与气相充分接触,对气体重整具有一定催化作用,从而提高了合成气品质。尽管污泥/生物质中水分析出吸收大量热量,但部分水蒸气和载氧体协同促进碳气化反应从而提高了H2生成率,提高富氢燃气品质;水蒸气作为气化剂过量供给时,CO2产量明显增加,降低了合成气品质。因此,污泥和生物质在化学链气化过程中须利用灰分和水分的正向影响以提高气化效率,控制循环灰量和水分析出速率是关键途径。

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2023年第09期

571

288
燃煤机组耦合生物质直燃发电研究进展:非球形生物质大颗粒气固两相动力学模型

作者(Author)：汪靖良, 方庆艳, YINChungen, 马仑, 马启磊, 乔瑜, 张成, 陈刚

摘要：在双碳目标背景下,燃煤机组耦合生物质直燃发电是充分利用近零碳排放的生物质能源资源的可行和现实途径之一。目前,国内燃煤机组耦合生物质直燃发电的示范工程较少、技术成熟度还有待提升,存在燃料破碎和输运、燃烧组织、锅炉受热面腐蚀等问题。计算流体力学为能源与动力装置优化设计与运行提供了一种有效的研究方法。重点综述了生物质颗粒气固两相动力学模型的研究现状,总结了其存在的问题,并提出了研究建议。生物质颗粒较大,且呈不规则的非球形;在国内目前缺乏成熟技术方案和相关经验的情况下,准确模拟不规则、非球形生物质大颗粒的运动轨迹是准确模拟其燃烧过程的基础和关键,也是该领域的难点。但在稀相流条件下,目前还缺乏非球形生物质大颗粒气固两相动力学通用模型。建议加强生物质颗粒高效燃烧气固两相动力学模型的基础理论研究,通过颗粒分辨的直接数值模拟获得各种典型的非球形颗粒的曳力升力系数和力矩系数的新关联式,耦合非球形颗粒平移及旋转运动,构建适用于非球形生物质大颗粒的通用气固两相动力学模型,进一步开展试验验证后应用于工业界的多相流模拟中,为揭示生物质与煤粉直燃耦合过程中的颗粒输运和热转化特性提供支撑。

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洁净煤技术

2023年第09期

550

257