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大型燃煤发电机组低碳技术进展

煤炭学报 2024年第2期49卷 1052-1066页

作者：谭厚章王学斌杨富鑫邓双辉阮仁晖西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

当前我国碳排放总量约110亿t,其中约40%的CO_(2)由燃煤机组产生,如何降低燃煤发电机组的碳排放是实现双碳目标的关键。针对燃煤发电机组大规模减碳技术,重点介绍低碳/零碳燃料替代技术(生物质、污泥、氢/氨等)和CCUS技术的研究进展:燃... 详细信息

当前我国碳排放总量约110亿t,其中约40%的CO_(2)由燃煤机组产生,如何降低燃煤发电机组的碳排放是实现双碳目标的关键。针对燃煤发电机组大规模减碳技术,重点介绍低碳/零碳燃料替代技术(生物质、污泥、氢/氨等)和CCUS技术的研究进展:燃煤电厂耦合生物质包括直接耦合和间接耦合,但均受制于生物质原料供应和价格,生物质“种植—收割—转运—储存—预处理—燃烧”全链条控制掺烧模式可有效解决上述问题。660 MW机组掺烧试验表明,CO_(2)排放可减少77.25万t/a;市政污泥含水率高达80%,进入锅炉前需干化处理,目前蒸汽或烟气干化均存在投资运行成本高、干化后的污泥水分较大且有臭气等问题,导致掺烧比例一般低于8%。基于生物质热源的污泥炭化技术可直接在污水厂生产无臭污泥炭,热值达10.26 MJ/kg左右,电厂掺烧比例可提高至20%~30%;掺烧氢/氨燃料需解决大比例掺烧下氨逃逸和NOx排放问题,国内已开展皖能集团300 MW和国家能源集团600 MW氨煤掺烧实验,通过燃烧调控可在NOx排放略微增加的情况下实现较高的NH3燃烬率,但商业化推广还受制于氢/氨成本;燃烧前脱碳技术(IGCC电站)的商业化运行案例极为有限,由于高居不下的成本,国外多个示范项目均已停运,推动该技术商业化需解决建设成本、发电成本和设备可靠性等问题。燃烧中碳捕集包括富氧燃烧和化学链燃烧,由于空分、再循环等过程能耗,常压富氧发电效率比空气燃烧低8%~12%,从常压富氧到加压富氧可进一步提高净发电效率;我国已建成全球最大的4 MW化学链燃烧示范装置,该技术也有望应用于气化领域;燃烧后碳捕集目前以溶液吸收技术为主,固体吸附技术的再生能耗更低,但大规模商业化需要继续降低能耗和成本。

关键词：燃煤机组 CO_(2) 低碳/零碳燃料 CCUS

燃煤烟气水分回收和颗粒物同时脱除的实验和数值模拟

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化工进展 2024年

作者：吴盛源杨富鑫谭厚章杜君文李升西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室长安石门发电有限公司

我国水资源匮乏、环保要求日益增强，开展燃煤烟气水分回收与颗粒物协同脱除具有十分重要的意义。本文搭建了烟气水分回收实验系统并建立了数值模拟模型，研究了不同因素对收水率和传热系数的影响，发现影响收水率的主要因素为烟气速度... 详细信息

我国水资源匮乏、环保要求日益增强，开展燃煤烟气水分回收与颗粒物协同脱除具有十分重要的意义。本文搭建了烟气水分回收实验系统并建立了数值模拟模型，研究了不同因素对收水率和传热系数的影响，发现影响收水率的主要因素为烟气速度和烟气温差，烟气速度3 m/s、烟气温差13.2 ℃时，收水率为51.77%；影响传热系数的主要因素为烟气速度和烟气与换热管壁面的过冷度，烟气速度9.6 m/s、冷却水温度35 ℃时，传热系数为274.84 W·m-2·K-1。搭建了颗粒物协同脱除实验系统，发现过冷度为0 ℃和4 ℃的条件下，颗粒物脱除效率从3.07%增加到29.28%；烟气速度从1.4 m/s增大到6.4 m/s时，颗粒物脱除效率从29.28%降低至7.40%。

关键词：燃煤烟气水分回收数值模拟颗粒物脱除

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湿烟气水分回收影响因素实验研究

中国电机工程学报 2024年

作者：吴盛源杨富鑫谭厚章杜君文李升西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室长安石门发电有限公司

我国火电机组耗水量大，因而开展湿烟气中水分回收研究具有重要意义。本文通过对氟塑料换热器进行烟气水分回收实验研究，重点探究烟气温差和烟气速度对水分回收的影响，分析了仅改变烟气入口速度、相同烟气温差下改变烟气入口速度、相... 详细信息

我国火电机组耗水量大，因而开展湿烟气中水分回收研究具有重要意义。本文通过对氟塑料换热器进行烟气水分回收实验研究，重点探究烟气温差和烟气速度对水分回收的影响，分析了仅改变烟气入口速度、相同烟气温差下改变烟气入口速度、相同烟气速度下改变烟气温差时，收水比和收水率的变化规律。实验结果表明，烟气温差相同时，随着烟气速度从3 m/s增加到8.2 m/s，收水量实验值与理论值之比由90.02%下降至78.18%，收水率由20.37%下降至18.44%，收水比和收水率均呈下降趋势。烟气速度相同，烟气温差由5.3 ℃增大到13.2 ℃时，收水比由77.53%增加至96.69%，收水率由18.86%增加至51.77%。随着烟气温差的增加，收水比与收水率呈上升趋势。通过对实验数据进行数学建模，其R值为0.99，采用预设的理论收水率来确定所需的换热面积；利用拟合函数，获得不同烟气速度下的实际收水率以选择合适的换热器尺寸，以利于工程应用。

关键词：燃煤烟气水分回收收水率氟塑料换热器珠状凝结

全链条大型燃煤机组直接耦合生物质发电降碳技术

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 631-641,I0016页

作者：谭厚章杨富鑫王新宁李凤军吴德利赵旭热流科学与工程教育部重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 国电建投内蒙古能源有限公司内蒙古自治区鄂尔多斯市017209

“双碳”背景下,开展生物质掺烧利用是大型燃煤机组实现降低CO_(2)排放最经济、可靠的技术手段之一。该文总结国内近15年大型燃煤机组耦合生物质发电技术路线,并对其痛点进行剖析。首次提出和设计全链条的生物质直接耦合发电模式,并在... 详细信息

“双碳”背景下,开展生物质掺烧利用是大型燃煤机组实现降低CO_(2)排放最经济、可靠的技术手段之一。该文总结国内近15年大型燃煤机组耦合生物质发电技术路线,并对其痛点进行剖析。首次提出和设计全链条的生物质直接耦合发电模式,并在内蒙某电厂进行实施。充分利用电厂周边边际土地科学种植沙柳能源作物,改进并开发了机械化收割及生物质破碎压型工艺和装备,把控“种植-收割-转运-储存-预处理-燃烧”全链条每一个环节,保证生物质原料稳定及低成本供应。通过电厂试验数据验证,对生物质小比例掺烧(重量比例小于20%),推荐采用电厂零投资的“基于电厂现有制粉及燃烧设备的生物质耦合发电”技术路线;对于更大比例掺烧(重量比例大于20%),建议采用“新增生物质独立制粉及燃烧设备的生物质耦合发电”技术路线。

关键词：燃煤机组生物质掺烧直接耦合碳减排

中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化

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化工进展 2024年第3期43卷 1241-1251页

作者：陈宏飞杨富鑫谭厚章曹静宇吴盛源西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

在中深层地热地埋管(DBHE)供热技术应用中,主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能,本文基于西安市西咸新区典型地质分布,构建了中深层同轴地埋管管群数值模型,研究了不同间距、不同分布下各地埋... 详细信息

在中深层地热地埋管(DBHE)供热技术应用中,主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能,本文基于西安市西咸新区典型地质分布,构建了中深层同轴地埋管管群数值模型,研究了不同间距、不同分布下各地埋管换热器间热交互作用以及长期取热期水温衰减规律。结果表明,多井集群供暖过程中周围岩土所形成的“冷堆积”现象是导致地埋管集群供暖能力逐年下降的主要原因;当地埋管间距从5m增至25m,平均出口水温和取热功率分别提升3.86%和11.5%;在西咸新区典型地质条件分布下,地埋管间间距应保持在15m以上;本文提出的四种管群分布中,地埋管呈直线分布时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小,其中心地埋管出口水温仅衰减5.74%。在工程设计中,中深层地埋管管群应尽可能直线排布,避免重叠排布。

关键词：中深层地热同轴地埋管管群换热冷堆积

钙基添加剂对不同煤种解耦燃烧下硫释放的影响

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化工进展 2022年第S1期41卷 595-605页

作者：董琨赵旭杨富鑫谭厚章雷廷宙程占军天津大学环境科学与工程学院天津300072 国家能源集团新能源技术研究院北京102211 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

煤燃烧后排放的硫氧化物导致的环境污染问题已经引起人们的日益关注。基于一段式和两段式卧式炉,本文探究在传统燃烧和解耦燃烧条件下,温度、煤种以及CaO对燃煤释放SO_(2)规律的影响。试验结果表明:不同煤种的SO_(2)释放规律存在差异。... 详细信息

煤燃烧后排放的硫氧化物导致的环境污染问题已经引起人们的日益关注。基于一段式和两段式卧式炉,本文探究在传统燃烧和解耦燃烧条件下,温度、煤种以及CaO对燃煤释放SO_(2)规律的影响。试验结果表明:不同煤种的SO_(2)释放规律存在差异。随着温度的升高,不同煤种燃烧SO_(2)的释放量均不断增加,硫的动态析出曲线逐渐由单峰分布转化为双峰分布。传统燃烧模式下,添加的CaO对烟煤、无烟煤和褐煤脱硫效率可以达到70%以上,高氯煤脱硫效率则较低,仅有12.09%~20.45%;随温度升高,烟煤、褐煤和高氯煤的脱硫效率呈现先略微下降,后升高再下降的趋势,烟煤脱硫效率则逐渐降低。解耦燃烧模式下,CaO对烟煤、无烟煤脱硫效率在42.35%~76.23%,褐煤在21.35%~52.63%,高氯煤脱硫效率仍然较低,在8.93%~10.57%;随温度升高,烟煤、褐煤和高氯煤的脱硫效率呈现先增加后降低的趋势,烟煤脱硫效率逐渐降低。解耦燃烧模式下,不同煤种SO_(2)的总释放量大于传统燃烧模式,添加CaO后脱硫效率小于传统燃烧模式。

关键词：燃煤解耦燃烧硫释放氧化钙干法脱硫

面向国际化人才培养的“工程热力学”全英文课程的探索与实践

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高等工程教育研究 2023年第S1期 76-78页

作者：李明佳刘向阳杨富鑫北京理工大学机械与车辆学院西安交通大学能源与动力工程学院

面向“新工科”国际化人才培养需求,对能动类专业“工程热力学”全英文基础课程建设进行了探索,从教学手段、教材检索和学业考核评估三方面进行教学改革与实践,旨在提升学生的国际化能力、创新能力和工程实践能力,以适应我国能源及其相... 详细信息

面向“新工科”国际化人才培养需求,对能动类专业“工程热力学”全英文基础课程建设进行了探索,从教学手段、教材检索和学业考核评估三方面进行教学改革与实践,旨在提升学生的国际化能力、创新能力和工程实践能力,以适应我国能源及其相关产业领域的发展和国际竞争对创新人才的要求。

关键词：新工科工程热力学教学改革

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燃煤机组颗粒物排放特性及其有机成分分析

洁净煤技术 2022年第2期28卷 145-151页

作者：林国辉杨富鑫李正鸿赵旭谭厚章浙江巨化热电有限公司浙江衢州324004 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

煤燃烧过程中污染物的排放,特别是有机污染物的排放受到了广泛关注。基于颗粒物取样系统,对某280 t/h燃煤机组中的脱硫塔、湿式静电除尘器、湿式相变凝聚器前后的可过滤颗粒物、可凝结颗粒物及其有机污染物进行了测试和研究,分析了其对... 详细信息

煤燃烧过程中污染物的排放,特别是有机污染物的排放受到了广泛关注。基于颗粒物取样系统,对某280 t/h燃煤机组中的脱硫塔、湿式静电除尘器、湿式相变凝聚器前后的可过滤颗粒物、可凝结颗粒物及其有机污染物进行了测试和研究,分析了其对污染物的脱除特性。结果表明:可凝结颗粒物占总颗粒物排放的80.94%~90.16%;脱硫塔、湿式静电除尘器及湿式相变凝聚器可有效降低总颗粒物的排放,总脱除效率达78.58%;可凝结颗粒物中多环芳烃质量分数为64.17~126.40μg/g,可过滤颗粒物中多环芳烃含量较少,仅有7.52~11.21μg/g;对可凝结颗粒物有机成分定性分析发现,烷烃类物质是主要成分,占总有机物的42.11%~59.94%;其次是酯类物质,其他有机化合物包括芳香烃、酸类、醇类、酮类等。

关键词：湿式相变凝聚器湿式静电除尘器可过滤颗粒物可凝结颗粒物有机污染物

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中深层地热地埋管实际运行影响因素研究

太阳能学报 2022年第12期43卷 503-509页

作者：张哲菲刘洪涛刘攀峰陈宏飞杨富鑫谭厚章李国平西安交通大学经济与金融学院西安710049 陕西西咸新区沣西新城能源发展有限公司西安712000 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

为研究中深层地热地埋管运行的影响因素,分析西咸新区中深层地热地埋管供暖系统的长期运行结果,并结合关中地区地质数据,建立深度为2510 m的中深层地埋管换热器全尺寸模型,采用数值模拟法研究实际岩层分布下地埋管的运行、结构和材料因... 详细信息

为研究中深层地热地埋管运行的影响因素,分析西咸新区中深层地热地埋管供暖系统的长期运行结果,并结合关中地区地质数据,建立深度为2510 m的中深层地埋管换热器全尺寸模型,采用数值模拟法研究实际岩层分布下地埋管的运行、结构和材料因素对其取热能力的影响。结果表明,西咸新区某项目1号地埋管和2号地埋管两个地埋管,其平均取热功率均在310 kW以上,具有优良的取热能力。地埋管进水温度随季节变化明显,并引起用户侧负荷及热泵回水温度的波动。在结构方面,随内管径由63 mm增至125 mm,平均出口水温和换热功率分别降低1.9%和4.8%,但内管径过小将影响内管运行的安全性,综合安全和换热两方面因素,最佳内管径应选取ϕ110×10mm规格;随外管径由168.3 mm增至244.5 mm,平均出口水温和换热功率分别增加3.5%和9%,综合成本和换热两方面因素,最佳外管径应选取ϕ177.8×19 mm规格;在运行方面,地埋管出口水温随着流量的增加而减小,换热功率随着流量增加而增加;出口水温随着进水温度的升高而上升,换热功率也随之减小。在材料方面,减小内管导热系数和增加固井材料导热系数均能增加地埋管出口水温和换热功率,考虑换热功率变化和成本因素,在工程中导热系数为0.42 W/(m∙K)的内管和导热系数为3 W/(m∙K)左右的固井材料。

关键词：地热能地埋管数值模拟取热性能