《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; 13791IP
点击量; 6931次
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垃圾焚烧炉中城市生活垃圾掺烧高热值工业固废的数值模拟

作者(Author)：杨旭, 余昭胜, 何玉荣, 宾衍辉, 马晓茜

摘要：垃圾焚烧炉的高效稳定运行及减少NOx排放是目前城市生活垃圾焚烧过程中所面临的挑战。以某500t/d垃圾焚烧炉为对象,研究了城市生活垃圾(MSW)掺混高热值废弃物(ISW)下不同配风方案对燃烧过程、流场分布的影响和最佳选择性非催化还原(SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR)工艺参数。结果表明,不同各级一次风配比床层对应的最高温度基本不变,但增加炉排一二级风室配风,挥发分析出和固定碳燃烧提前,挥发分析出最大速率提高。良好的二次风喷入角度能有效组织炉内气流流动,在工况7下,炉内高温贴墙现象最轻,流线分布较合理,因此该工况下的二次风角度设置最合理。喷入SNCR还原剂显著减少NOx排放量,喷射速度为50m/s时,脱硝效率最高,可达33.96%。因此在实际使用中,建议采用合适的配风和二次风喷入角度,并结合SNCR技术进行NOx减排。

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2023年第09期

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燃煤耦合垃圾焚烧发电系统的全流程模拟与评估分析

作者(Author)：张利娟, 张睿, 刘冬

摘要：传统的垃圾焚烧发电厂具有发电效率低、投资大、环保成本高等缺点,难以市场化运营,长期依赖财政补贴。同时,我国现存大量的燃煤发电机组规模大、参数高、机龄新、环保设施齐全,但受双碳政策的限制,无法长期满负荷运行,造成了固定资产的巨大浪费。因此,开发燃煤耦合垃圾焚烧发电技术可充分利用现有燃煤机组协同处理垃圾,提高垃圾发电效率、降低垃圾发电成本、降低设备投资、降低燃煤机组碳排放。针对燃煤耦合垃圾焚烧发电系统开展了全流程模拟,并与燃煤发电系统进行对比,计算及评估分析系统的发电效率、经济性、环保性以及电力生产全流程碳排放。结果表明,对燃煤发电机组进行垃圾耦合改造后,系统发电效率仅下降0.95%;经济性明显改善,内部收益率由18.72%提高至21.89%,投资回报期由9.72a降至9.12a,但环境折算损失明显增加;改造后系统电力生产碳排放降低了14.02g/kWh(以CO2计)。研究结果表明,燃煤耦合垃圾焚烧发电系统在技术和经济上具有可行性。

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2023年第09期

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厨余垃圾烘焙-气化制氢模拟研究与㶲和技术经济分析

作者(Author)：赵常希, 谢迪, 黄经春, 乔瑜, 徐明厚

摘要：烘焙是一种极具前景的厨余提质预处理手段,能显著提升后续气化合成气品质,但其技术经济可行性尚待评估。基于此,提出一种厨余烘焙-气化制氢工艺,并与直接气化制氢工艺比较,对2种工艺进行热力学分析和经济分析,评估其可行性。利用AspenPlus研究了气化温度和水碳比(η)对厨余直接气化和烘焙-气化2种工艺制氢能力的影响。研究发现,温度和η提高了2种工艺的制氢能力,温度950℃,η为1.5~2.0为厨余直接气化和烘焙-气化工艺较理想的操作参数。通过分析效率和经济效益,对5.5万t/a含水率55%的厨余烘焙-气化制氢工艺进行综合评价,以探究该工艺的可行性。结果表明:引入烘焙预处理,总损增加813.2kW,占整个工艺的10.5%。直接气化系统的效率为56.7%,烘焙-气化系统效率较直接气化提升2.8%。从经济角度分析,烘焙-气化设备总投资成本为512万美元,年运行成本为297万美元,最低H2销售价格为2.94美元/kg,直接气化工艺最低H2销售价格则升高9.5%。因此,厨余的烘焙-气化工艺制氢无论在热效率还是经济成本上相比直接气化更具优势。

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2023年第09期

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氨-煤在沉降炉中掺烧试验及氨的氧化动力学

作者(Author)：闫卫东, 秦世泰, 杨凯, 李广滨, 李明, 王学斌, 谭厚章, 张嘉烨

摘要：发展先进的碳减排技术、实现双碳目标已成为能源领域最迫切的攻关难题。我国燃煤电厂碳排放占比很大。氨作为零碳燃料,在热值、合成、运输等方面具有显著优势。氨在燃煤锅炉中混烧是实现大规模利用的重要途径,然而大规模掺烧过程中NOx排放控制将是未来面临的主要挑战之一。在沉降炉试验平台对氨煤开展混燃试验,研究温度(1000~1300℃)、空燃比(0.8~1.5)、掺烧比例(0~30%)等对NOx排放的影响。结果表明,控制较低燃烧温度和空燃比是抑制氨向NOx转化的关键。在空燃比1.5、掺烧20%氨工况下,1200和1300℃下NOx排放量可达780×10-6和1870×10-6。随氨掺烧比例增加,NOx排放水平线性增长,但整体燃料氮向NO的转化显著下降。借助详细化学反应机理(Glarborg2018、Mendiara2009、Konnov)计算结果表明,Konnov机理预测结果更接近试验结果。进一步采用Konnov机理讨论了燃烧温度、空燃比等变量对纯氨燃烧NOx排放的影响,发现温度与NOx排放浓度呈指数型增长,而空燃比由1.0提高至1.1时NOx排放总量发生突变。引入混合因子讨论氧化剂与氨的混合水平对NOx排放的影响,发现延长氨与氧化剂的混合距离能显著降低NOx排放强度。

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2023年第09期

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大比例掺氨下煤粉火焰区喷氨位置对燃烧及NO生成特性的影响

作者(Author)：徐连兵, 陈璟, 魏书洲, 杨凯, 张超群, 张文振, 刘欣, 王学斌, 马仑

摘要：掺烧零碳燃料氨是一种现实可行的燃煤发电减碳技术手段。以某40MW煤粉燃烧试验炉为研究对象,基于数值模拟研究了煤粉大比例掺烧氨且不采用深度空气分级条件下,纯氨或氨/空气混合气从煤粉火焰区不同位置(根部火焰区、中部火焰区及尾部火焰区)送入炉内时燃烧及NO生成特性。结果表明,无论是纯氨还是氨/空气混合气送入炉内,均使飞灰含碳量略有增加;由于主燃区氧量相对充足,混氨燃烧NO生成显著且出口NO浓度高于单煤燃烧。在纯氨送入方式下,随喷氨位置由煤粉火焰根部区逐渐下移至煤粉火焰尾部区,飞灰含碳量和出口NO浓度逐渐降低。然而,在氨/空气混合气送入方式下,随喷氨位置由煤粉火焰根部区移动至煤粉火焰尾部区,飞灰含碳量和NO浓度逐渐增加。综合考虑燃尽及NO排放特性,纯氨送入时建议由煤粉火焰尾部区送入炉内,而氨/空气混合气送入时建议由煤粉火焰根部区送入炉内,既可有效减弱掺氨对煤粉燃尽特性的影响,又可控制NO生成。

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2023年第09期

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不同空气分级模式下氨煤掺烧数值模拟

作者(Author)：牛涛, 张文振, 魏书洲, 张超群, 李明, 初伟, 刘平, 马仑, 王学斌

摘要：氨作为零碳燃料和良好的储氢介质,近年来引起广泛关注。未来在燃煤电厂掺烧零碳燃料是碳减排的重要途径。在空气深度分级模式下,对氨煤掺烧进行了数值模拟,讨论了煤燃烧区域不同过量空气系数α工况下炉内的温度场、组分浓度场及NOx排放情况,而各工况总的过量空气系数均维持在1.2。模拟了4个燃烧工况(α=0.696、0.840、0.912、0.996)。对温度场的统计结果表明,随α降低,煤粉燃烧第1阶段的着火位置提前,但形成的高温火焰长度缩短,喷氨口附近的温度更低。在α=0.696工况下,可明显区分出煤粉火焰和氨燃烧火焰。随α提高,二者界限逐渐模糊。α降低有助于在氨燃料喷入上游形成一个较长的还原区,因此氨发生氧化反应的概率降低。但随α降低,炉内燃尽情况降低,CO排放浓度、飞灰含碳量及氨逃逸量提高。炉内NOx浓度统计结果表明,随α降低,NOx排放水平显著降低。进一步对炉内H2浓度进行统计,发现α=0.696工况下,炉内最高H2体积分数可达2%,这意味着该工况下氨的分解反应显著增强。由于氨的消耗反应是3个总反应竞争的结果,因此分解反应的增强使氨直接参与氧化的反应减弱。而H2生成的增加也进一步提高了NOx被还原的几率,使炉内NOx排放水平进一步降低。总之,在实际煤粉炉掺氨运行工况下,可通过空气深度分级的方法,调控氨燃烧区域的温度、氧气浓度,实现低NOx排放。

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2023年第09期

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含水量对电厂玉米秸秆燃料自加热特性的影响

作者(Author)：闫泓池, 陈鑫科, 马仑, 苏现强, 方庆艳

摘要：生物质储运过程中存在微生物生长代谢产热引起的自加热现象,可能引起生物质自燃。含水量是影响微生物生长代谢产热的重要因素。设计并搭建了120L自加热保温试验箱,以玉米秸秆为对象,在含水量20%~95%开展测试,研究含水量对其自加热特性的影响,采用温度和氧气浓度消耗速率分别表征自加热程度和微生物代谢活性。结果表明,玉米秸秆自加热达到的最高温度与峰值产热均随含水量增加先升高后降低,含水量50%时最高温度为41.1℃,含水量80%时最高峰值产热为157J/(s∙m3)。含水量低于35%时,峰值产热量随含水量变化差异较小;含水量在35%~80%时,峰值产热量与含水量呈线性关系,含水量每增加15%,峰值产热量平均增加33.43J/(s∙m3);含水量超过80%时,峰值产热量下降。微生物比生长速率与氧气消耗速率呈正比,二者随含水量增加均先升高后降低,含水量80%时氧气消耗速率达到最高值0.056%/min,微生物代谢活性最强。研究结果为分析玉米秸秆自加热特性,进而提出生物质安全储运措施提供参考。

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2023年第09期

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核桃壳与油房梁煤的共热解协同效应

作者(Author)：刘巧霞, 高亚男, 杨会民, 孙鸣, 郝婷, 黄勇

摘要：利用固定床、流化床开展了核桃壳(BHTK)与油房梁煤(CYFL)的共热解研究。在固定床中考察了升温速率、掺混比对共热解的影响。结果表明:随着升温速率增加,失重速率增大,共热解呈现单独热解的简单加和趋势,共热解的协同效应不明显。在流化床中考察了温度、掺混比对产物分布和共热解油协同效应度的影响,结果表明:在压力0.1MPa,输送气15L/min,流化气25L/min,进料速率1.5kg/h,N2气氛条件下,BHTK质量掺混比30%时,600℃油收率18.75%,此时协同效应度达最大39.30%,协同效应显著,且共热解油品较煤焦油S质量分数由0.60%降至0.38%,C质量分数由82.00%降至72.28%,H/C比由0.095上升至0.099,油品品质提升明显;酚系物主要集中在3-甲酚(21.80%)、苯酚(16.43%)、2,4-二甲基苯酚(13.15%)、邻苯二酚(12.53%),萘系物主要集中在1-甲基萘(45.69%)、烷基萘(19.43%)、2,6-二甲基萘(10.75%),便于油品中精细化学品的提取。

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2023年第08期

350

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