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基于主成分分析的有机固废热解半焦与褐煤混燃特性研究

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洁净煤技术 2024年

作者：韩澳张成马仑方庆艳谭鹏陈刚华中科技大学煤燃烧与低碳利用全国重点实验室

有机固废与燃煤机组耦合发电技术，是实现固废无害化处置及燃煤减耗降碳的有效途径之一。本文采用固定床反应器系统制取了废纺、木屑和橡胶3种典型有机固废热解半焦，分析了原料特性和热解温度对半焦产率和热值的影响。采用热重分析仪... 详细信息

有机固废与燃煤机组耦合发电技术，是实现固废无害化处置及燃煤减耗降碳的有效途径之一。本文采用固定床反应器系统制取了废纺、木屑和橡胶3种典型有机固废热解半焦，分析了原料特性和热解温度对半焦产率和热值的影响。采用热重分析仪研究不同掺混比下有机固废半焦与褐煤的混燃特性及交互作用机制。研究结果表明：在热解过程中，低灰分且高纤维素含量的有机固废适合在较高温度下热解，而高灰分的石油化工类有机固废适合在较低温度下热解，废纺、木屑和橡胶的最佳热解温度分别为450℃、400℃和300℃。混燃过程中低挥发分的固废半焦与高挥发分煤种存在促进和抑制2种不同的交互作用，促进作用主要发生在着火和挥发分燃烧阶段，主要是由于半焦中丰富的孔隙结构增加了燃烧表面积，促进了氧气的传递和扩散；其次，促进作用也会发生在燃烧速率波动小的燃烧区间。抑制作用主要发生在固定碳燃烧和燃尽阶段，主要是由于燃烧前期挥发分燃烧消耗了大量氧气以及重质挥发分裂解焦油对燃烧表面的覆盖，导致燃料燃烧后期传热传质条件变差，这种抑制作用也会随着燃料中无机组分的催化作用逐渐减弱。采用主成分分析法量化了混合燃料燃烧特性和交互作用的综合指数，得到废纺、橡胶和木屑半焦的最佳掺混比例分别为20%、40%以及80%。

关键词：有机固废热解耦合燃烧燃烧特性交互作用主成分分析

660 MW燃煤机组掺烧生物质能耗及碳排放特性研究

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热能动力工程 2024年第6期39卷 123-130页

作者：李源马仑方庆艳润电能源科学技术有限公司河南郑州450052 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

为了准确掌握生物质耦合发电机组能耗及碳排放水平,提出了生物质耦合发电机组燃料耗率和燃煤耗率的计算方法,并在某660 MW燃煤机组上开展了生物质炉内掺烧性能试验研究。试验结果表明:机组掺烧生物质时,由于锅炉效率下降和厂用电率上升... 详细信息

为了准确掌握生物质耦合发电机组能耗及碳排放水平,提出了生物质耦合发电机组燃料耗率和燃煤耗率的计算方法,并在某660 MW燃煤机组上开展了生物质炉内掺烧性能试验研究。试验结果表明:机组掺烧生物质时,由于锅炉效率下降和厂用电率上升,机组燃料耗率有一定程度的恶化趋势,而机组燃煤耗率却有一定程度的改善趋势;排烟热损失和机械未完全燃烧热损失的增加导致锅炉效率下降,生物质粉碎机及输送风机电耗的增加造成厂用电率上升;生物质掺烧比例越大,锅炉效率下降量越大,机组厂用电率上升量越大,机组燃料耗率上升量越大,机组燃煤耗率下降量越大;在机组负荷350 MW、生物质掺烧量10 t/h时,机组供电燃料耗率上升1.966 g/(kW·h),机组供电燃煤耗率下降11.858 g/(kW·h),机组碳减排量12.40 t/h。

关键词：生物质掺烧锅炉效率厂用电率能耗碳排放

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Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第2期52卷 195-205页

作者：方鼎立张成李君臣谭鹏马仑方庆艳陈刚华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

Mn/TiO_(2)具有良好的低温NH3选择性催化还原NOx(SCR)的活性。烟气中存在的碱金属会从物理和化学上毒害催化剂导致Mn/TiO_(2)催化剂中毒失活。论文以暴露{101}面TiO_(2)为载体制备Mn/TiO_(2)催化剂,采用浸渍法制备K中毒催化剂,研究了Mn/... 详细信息

Mn/TiO_(2)具有良好的低温NH3选择性催化还原NOx(SCR)的活性。烟气中存在的碱金属会从物理和化学上毒害催化剂导致Mn/TiO_(2)催化剂中毒失活。论文以暴露{101}面TiO_(2)为载体制备Mn/TiO_(2)催化剂,采用浸渍法制备K中毒催化剂,研究了Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理。实验发现,Mn/TiO_(2)催化剂脱硝效率随K中毒浓度增加而减少;新鲜Mn/TiO_(2)催化剂表面NH3-SCR反应由E-R和L-H机理共同控制;K吸附会导致催化剂比表面积降低,催化剂表面Mn4+、化学吸附氧比例降低,表面酸性位点数量减少,导致脱硝活性降低;同时K更易吸附在Mn顶位以及桥接O位附近,导致NO的吸附活化受到严重遏制,同时削弱NH3的吸附,使得L-H机理受到阻断,只能以E-R机理控制为主。

关键词：低温SCR Mn/TiO_(2) 钾中毒催化剂

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高长径比生物质圆柱颗粒阻力模型的直接数值模拟研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：汪靖良江茂强方庆艳马仑马启磊彭志福 YINChungen 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院 AAU Energy Aalborg University 武汉理工大学船海与能源动力工程学院华中科技大学煤燃烧与低碳利用国家重点实验室

生物质颗粒常用于煤粉锅炉掺烧发电，颗粒呈现为大粒径和长圆柱体的特点，然而，文献中缺乏与这类颗粒相关的阻力模型。本文针对常用生物质秸秆颗粒(长径比为L/D=9：1的长圆柱体)，采用开源计算流体力学软件OpenFOAM对固定颗粒绕流特性... 详细信息

生物质颗粒常用于煤粉锅炉掺烧发电，颗粒呈现为大粒径和长圆柱体的特点，然而，文献中缺乏与这类颗粒相关的阻力模型。本文针对常用生物质秸秆颗粒(长径比为L/D=9：1的长圆柱体)，采用开源计算流体力学软件OpenFOAM对固定颗粒绕流特性及阻力模型开展了直接数值模拟研究，在较宽雷诺数(10≤Re≤800)和入射角(0°≤θ≤90°)范围内，拟合了阻力系数(CD)的新关联式。研究结果表明：1)采用贴体网格法处理圆柱体近壁面并进行局部网格加密，能够获得高精度的计算结果；2)在雷诺数范围为(500≤Re≤800)，以及入射角度θ≤15°时，圆柱绕流呈现不稳定状态。圆柱体投影面积在θ=15°达到最大后开始减少，而入射角的变化，导致背风面形成较小的回流区，从而减小了颗粒表面上的压力差，CD随入射角的增大而减少。而雷诺数的增加同样使得压差阻力变小，因此CD呈现递减趋势3)对于长圆柱体颗粒，H?lzer和Sommerfeld的一般关联式在0°＜θ＜90°中间角度的阻力系数估计过高，其程度随着雷诺数的增加而加剧。4)新拟合阻力关联式与原始数据平均相对误差为1.8%，均方误差(MSE)为6.7×10-2，为长圆柱体生物质大颗粒气固两相动力学提供更精确的阻力模型。

关键词：圆柱体颗粒高长径比生物质阻力系数数值模拟

准东煤掺烧对600MW对冲燃烧锅炉烟气NaCl浓度及其凝结特性的影响

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洁净煤技术 2024年

作者：郭若瑾陈鑫科姚杨马仑方庆艳谭鹏张成陈刚华中科技大学煤燃烧与低碳利用全国重点实验室

准东煤钠含量高，燃用过程中会导致受热面严重的积灰结渣问题，危害锅炉安全经济运行。将准东煤与合适的煤种掺烧，通过煤灰中硅铝矿物与碱金属钠反应降低烟气中碱金属钠浓度，是防治严重积灰结渣问题发生的有效手段。本文以一台600MW... 详细信息

准东煤钠含量高，燃用过程中会导致受热面严重的积灰结渣问题，危害锅炉安全经济运行。将准东煤与合适的煤种掺烧，通过煤灰中硅铝矿物与碱金属钠反应降低烟气中碱金属钠浓度，是防治严重积灰结渣问题发生的有效手段。本文以一台600MW对冲燃烧锅炉为对象，采用UDF对掺烧准东煤时碱金属钠析出、反应及NaCl蒸气凝结过程进行了数值模拟，模拟结果与文献报道较为相符。结果表明:烟气中NaCl蒸气浓度及炉内各受热面上NaCl蒸气凝结速率均随准东煤掺烧比例的增大而增大;当准东煤掺烧比例超过80%时，屏区受热面NaCl蒸气凝结速率增幅最大，使其黏性明显增大，屏区受热面沾污结渣倾向明显提高；当准东煤掺烧比例超过70%时，水冷壁受热面NaCl蒸气凝结速率增幅最大，导致其发生严重积灰结渣问题的倾向明显提高。综合考虑，将准东煤掺烧比例控制在70%以内，有利于降低炉内各受热面的积灰结渣倾向。研究结果可为燃煤锅炉安全掺烧准东煤提供参考信息。

关键词：准东煤掺烧碱金属蒸气凝结积灰结渣

温度对松木刨花CO气化过程NO和SO排放特性影响研究

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洁净煤技术 2024年

作者：赵彦张成马仑李君臣方鼎立谭鹏方庆艳陈刚华中科技大学煤燃烧与低碳利用全国重点实验室

CO2气化技术是一种利用CO2作为气化剂生产高品质可燃气体的新型技术，可以协同实现CO2和农林固废的资源化利用，然而CO2气化过程中氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)的排放特性鲜有报道。针对松木刨花在固定床反应器上开展了CO2气化实验，... 详细信息

CO2气化技术是一种利用CO2作为气化剂生产高品质可燃气体的新型技术，可以协同实现CO2和农林固废的资源化利用，然而CO2气化过程中氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)的排放特性鲜有报道。针对松木刨花在固定床反应器上开展了CO2气化实验，系统研究了温度的影响，以期为农林固废高效热转化利用和气态污染物排放控制提供工艺温度参考。结果表明，在700、800和900 ℃进行CO2气化时，CO产率分别为0.24、0.52和0.95 Nm3/kg，明显高于H2和CH4的产率，CO是气化产气的主要成分；碳转化率分别为18.36%、36.15%和66.09%；气化效率分别为13.04%、41.59%和92.99%，高温有助于促进松木刨花的热化学转化。在700 ～ 900 ℃时，NOx中NO的浓度峰值和对应时长分别为248、129、138 mg/Nm3和140、195、320 s，NO2的浓度峰值和对应时长分别为339、191、107 mg/Nm3和115、150、265 s，SO2的浓度峰值和对应时长分别为3299、3065、2882 mg/Nm3和130、175、180 s。NOx和SO2的浓度峰值均随温度升高而逐渐降低，对应时长均逐渐增加，表明增加温度有利于降低NOx和SO2的生成速率。然而，NOx和SO2转化率随温度升高而逐渐增大，在900 ℃分别为49.73%和68.87%，提高温度会强化原料氧和CO2的氧化作用，进而提升NOx和SO2转化率。随着温度升高，NO转化率增加而NO2转化率下降，炉内以CO为主要成分的还原性氛围促使NO2被还原为NO，提高松木刨花的CO2气化温度有利于通过提高CO产率强化该还原作用。

关键词：松木刨花 CO 气化气化效率氮氧化物二氧化硫排放特性

某1000MW双切圆锅炉燃烧侧和工质侧耦合建模及应用

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中国电机工程学报 2024年

作者：姚杨陈鑫科马仑马启磊彭志福方庆艳谭鹏张成陈刚华中科技大学煤燃烧与低碳利用全国重点实验室中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院

深度调峰背景下，对火电机组的灵活性要求越来越高。锅炉低负荷运行下存在燃烧火焰偏斜、管内工质分配不均以及受热面超温爆管等问题。为保证火电机组安全、稳定、灵活的运行，有必要对锅炉水冷壁参数分布进行详细研究。本文建立了锅炉... 详细信息

深度调峰背景下，对火电机组的灵活性要求越来越高。锅炉低负荷运行下存在燃烧火焰偏斜、管内工质分配不均以及受热面超温爆管等问题。为保证火电机组安全、稳定、灵活的运行，有必要对锅炉水冷壁参数分布进行详细研究。本文建立了锅炉耦合模型，包括燃烧侧模型、工质侧模型和受热面壁温计算模型，可实现锅炉燃烧侧和工质侧以及受热面壁温的耦合计算。基于Fluent平台开展了锅炉燃烧侧流动、燃烧和传热等过程以及受热面壁面温度的计算，采用用户自定义函数（UDF）开展了工质侧流动和传热过程计算，两者以受热面为边界进行数据交互与更新迭代。基于该模型对某1000MW双切圆锅炉进行了研究，结果表明：(1)首先验证了模型的可靠性，炉膛出口氧量和飞灰含碳量模拟值分别为2.53%和2.61%，水冷壁出口工质温度为744.59K，模拟结果与现场实际测量值一致性较好；(2)然后采用耦合模型探究了水冷壁的热流密度、工质温度、传热系数以及管壁温度详细分布。研究结果有利于为锅炉故障诊断和运行优化提供更加准确的参考信息。

关键词：双切圆锅炉耦合模拟计算水冷壁壁温分布

基于一次风精细配风的生物质炉排炉燃烧数值模拟

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中国电机工程学报 2024年第10期44卷 3975-3986,I0019页

作者：苏现强马仑方庆艳杨顺志朱建军李忠杰张雁茹毛睿煤燃烧国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 国能浚县生物发电有限公司河南省鹤壁市458000 国能生物发电集团有限公司北京市朝阳区100600 润电能源科学技术有限公司河南省郑州市450052

生物质炉排炉内一次风沿炉排长度方向的配风方式会显著影响其燃烧特性,但目前未见相关报道。该文以某130t/h的秸秆直燃炉排炉为研究对象,探究一次风配风方式对炉内燃烧和污染物生成等关键参数的影响。开展一次风均匀(基准)、分段和精细... 详细信息

生物质炉排炉内一次风沿炉排长度方向的配风方式会显著影响其燃烧特性,但目前未见相关报道。该文以某130t/h的秸秆直燃炉排炉为研究对象,探究一次风配风方式对炉内燃烧和污染物生成等关键参数的影响。开展一次风均匀(基准)、分段和精细分段配风下,炉排和炉膛气固两相燃烧的耦合数值模拟。结果表明:1)基准工况的模拟值与现场实测的炉内温度和出口NO等相对误差均在10%以内;2)与均匀配风相比,分段和精细分段配风提高了挥发分和焦炭燃烧段的氧气含量,促使更多的可燃物在固相燃烧,焦炭燃尽率由76.5%升至87.8%和95.5%;相应的从床层逸出到气相的可燃气体减少,使炉膛内烟气温度峰值降低且分布更加均匀;3)后两个工况中避免了炉内出现局部高温、富氧区域,NOx的形成受到抑制,出口NO由172mg/m^(3)(11%O_(2))降至161mg/m^(3)和156mg/m^(3)。综上,沿炉排长度进行一次风的分段或精细分段配风,可明显改善生物质的燃尽和污染物生成特性。

关键词：生物质炉排炉一次风配风方式数值模拟燃烧污染物

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基于Apros的二次再热机组灵活运行能耗特性与调控策略研究

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电站系统工程 2024年第6期 62-65页

作者：马启磊钟文琪彭志福范相裕潘存华朱恒毅谭鹏马仑中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室华中科技大学煤燃烧国家重点实验室

分离器出口温度和主蒸汽压力作为CCS中需要被控制的两个参数，其参数值的设定直接影响机组的安全和经济运行，然而其设定值对于二次再热机组能耗的影响仍然模糊不清。为揭示其对二次再热机组灵活运行能耗特性的影响，利用Apros软件建立... 详细信息

分离器出口温度和主蒸汽压力作为CCS中需要被控制的两个参数，其参数值的设定直接影响机组的安全和经济运行，然而其设定值对于二次再热机组能耗的影响仍然模糊不清。为揭示其对二次再热机组灵活运行能耗特性的影响，利用Apros软件建立了二次再热机组的动态模型，并与实际运行数据比对验证了模型的准确性，然后通过调节分离器出口温度和主蒸汽压力的大小，揭示了其对二次再热机组灵活运行能耗特性的影响。仿真结果表明，分离器出口温度变化对能耗的影响并不显著，随着分离器出口温度的增加，过热器吸热效率的降低造成发电煤耗的升高；主蒸汽压力的变化对能耗的影响大于分离器出口温度。

关键词：二次再热机组灵活性动态仿真协调控制能耗