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Oxidation characteristics of boron particles

Science China(Technological Sciences) 2015年第12期58卷 2016-2024页

作者： YU Dan KONG ChengDong zhuo jiankun LI ShuiQing YAO Qiang Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Thermal EngineeringTsinghua University

The oxidation characteristics of boron particles, boron-A with the diameter of 2.545 μm and boron-B with the diameter of 10.638 μm, at low temperature（1500 K） have been investigated by thermogravimetry（TG） coupled with simultaneous differential scanning calorimetry（DSC）, infrared and mass spectra. A rapid oxidation stage of boron particles, followed by a slow oxidation stage of sintered particles, is found from the TG and DSC curves. The onset temperatures of the oxidation process of boron-A particles are in the range of 806–889 K, which are at least 105 K lower than those of boron-B at the same condition. As the partial pressure of oxygen increases from 5% to 35%, the onset temperature of boron-A or boron-B particles decreases. However, when the partial pressure of oxygen is above 35%, the onset temperature becomes constant, implying a saturation effect of oxygen on the reaction rate. It indicates that the chemical adsorption of oxygen, i.e. chemical reaction, on the particle surface is the rate-limited step at the beginning of the rapid oxidation stage. Therefore, the first-order chemical reaction model is used to simulate the oxidation of boron particles, even that of the sinter. The average activation energies of the particles are 291.3 kJ/mol for boron-A and 338.4 k J/mol for boron-B. While the average activation energies of the sintered particles are 36.35 k J/mol for boron-A and 31.87 kJ/mol for boron-B. The pre-exponential factor of the particles is -10^4, while that of the sinter is 10^-1. The oxidation rate constant of boron is qualitatively mainly affected by the specific surface of the sample and the thickness of the oxide layer.

关键词： boron particles oxidation activation energy saturation effect

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Formation and emission characteristics of VOCs from a coal-fired power plant

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2021年第7期34卷 256-264页

作者： Jingying Xu Yue Lyu jiankun zhuo Yishu Xu Zijian Zhou Qiang Yao Department of New Energy Science and Engineering School of Energy and Power EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China State Key Laboratory of Coal Combustion Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Department of Energy and Power EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China Department of Power Engineering and Mechanics School of Energy and Power EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

On-site measurements of volatile organic compounds(VOCs)in different streams of flue gas were carried out on a real coal-fired power plant using sampling bags and SUMMA canisters to collect gas samples,filters to collect particle *** chromatography-flame ionization detector/mass spectrometry and gas chromatography-mass spectrometry was the offline analysis *** found that the total mass concentration of the tested 102 VOC species at the outlet of wet flue gas desulfuration device was(13456±47)μg·m^(-3),which contained aliphatic hydrocarbons(57.9%),aromatic hydrocarbons(26.8%),halogen-containing species(14.5%),and a small amount of oxygen-containing and nitrogencontaining *** most abundant species were 1-hexene,n-hexane and *** top ten species in terms of mass fraction(with a total mass fraction of 75.3%)were mainly hydrocarbons with a carbon number of 6 or higher and halogenated hydrocarbons with a lower carbon *** mass concentration of VOC species in the particle phase was significantly lower than that in the gas *** change of VOC mass concentrations along the air pollution control devices indicates that conventional pollutant control equipment had a limited effect on VOC *** formation potential calculations showed that aromatic hydrocarbons contributed the highest ozone formation(46.4%)due to their relatively high mass concentrations and MIR(maximum increment reactivity)values.

关键词： Volatile organic compounds Coal combustion Ozone formation potential Coal-fired power plant On-site measurement

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Synergetic process between wind power and sewage sludge pyrolysis in a novel renewable-energy microgrid system

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Clean Energy 2023年第3期7卷 493-508页

作者： Chang Liu jiankun zhuo Yanfeng He Shuiqing Li Qiang Yao Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Tsinghua UniversityBeijing 100084China Beijing Engineering Research Center for Ecological Restoration and Carbon Fixation of Saline-alkaline and Desert Land Tsinghua UniversityBeijing 100084China

To relieve the stress of sewage sludge(SS)disposal and effectively increase the use of renewable energy,a novel renewable-energy microgrid system(REMS)was developed,specifically designed to integrate a wind power plant(WPP)with energy storage and the SS pyrolysis process for heat and power *** on a lab-scale pyrolysis experiment and 7-day numerical analysis,we studied the energy-recycling potential of SS and simulated the operational behaviours of *** to the results,the calorific values of the pyrolytic gaseous and liquid products were better than those of the raw material,at 16.19 and 33.53 MJ/kg,*** proposed REMS performed well in power supply and energy utilization with a design performance index of 99.23 when the WPP capacity was 200 MWe and the initial wind-energy curtailment rate was 30%.It indicates that by converting SS into flammable gas,condensable liquid and carbon-rich solid residue,curtailed wind energy could be saved and the synergy between wind power and the SS pyrolysis process enabled the proposed microgrid system to effectively utilize renewable energy and provide reliable on-demand power *** REMS installed with a 155-MWe WPP achieved the optimal design in system performance,environmental benefit and construction cost under the initial wind-curtailment rate of 34.12%.The design scheme makes REMS capable of satisfying the 15.10-GWh power demand of end users and the 1700-t/day SS disposal need,and the curtailed wind energy could be reduced to zero.

关键词： sewage sludge pyrolysis wind power microgrid flexible operation

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Clean Coal Technologies in China： Current Status and Future Perspectives

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Engineering 2016年第4期2卷 447-459页

作者： Shiyan Chang jiankun zhuo Shuo Meng Shiyue Qin Qiang Yao Laboratory of Low Carbon Energy Tsinghua University Beijing 100084 China Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Eclucation Department of Thermal Engineering Tsinghua University Beijing 100084 China

Coal is the dominant primary energy source in China and the major source of greenhouse gases and air pollutants. To facilitate the use of coal in an environmentally satisfactory and economically viable way, clean coal technologies （CCTs） are necessary. This paper presents a review of recent research and development of four kinds of CCTs： coal power generation; coal conversion; pollution control; and carbon capture, utilization, and storage. It also outlines future perspectives on directions for technology re search and development （R＆D）. This review shows that China has made remarkable progress in the R＆D of CCTs, and that a number of CCTs have now entered into the commercialization stage.

关键词： Clean coal technologies Power generation Coal conversion Pollution control Carbon capture, utilization, and storage

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Origin of hydrogen in aromatic and olefin products derived from(Al-)MCM-41 catalysed co-pyrolysis of glucose and polypropylene via isotopic

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Clean Energy 2023年第2期7卷 253-262页

作者： Junjie Xue jiankun zhuo Yifan Wu Mingnuo Jin Mufei Sun Qiang Yao New Energy Generation National Engineering Research Center North China Electric Power UniversityBeijing 102206China Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education Tsinghua UniversityBeijing 100084China Beijing Engineering Research Center for Ecological Restoration and Carbon Fixation of Saline–alkaline and Desert Land Tsinghua UniversityBeijing 100084China

Catalytic co-pyrolysis of biomass and plastic is an effective method to improve bio-oil produced by biomass *** further exploit the synergistic mechanism between biomass and plastic,co-pyrolysis of polypropylene(PP)and deuterated glucose(G)(1:1 wt%)over mesoporous catalysts MCM-41(M)and Al-MCM-41(Al)was studied using a thermal gravimetric analyser(TGA)and pyrolysis-gas chromatography-mass *** findings show that M and Al overlap the decomposition of PP and G,making synergy *** catalysts M and Al,the yield of olefins increases sharply to 36.75% and 13.66% more than the calculated ***,hydrogen transfers from G to 4C-13C olefins and aromatic products are influenced by the *** a catalyst,there is no deuterium in all the co-pyrolytic ***,catalysts M and Al can help transfer one to four deuterium atoms from G to the products.M and Al provide the pool for the intermediates of PP and G to form synergetic ***,Al helps break the carbon chain and transfer more deuterium into the products by reducing carbon atoms.

关键词： co-pyrolysis synergism hydrogen transfer isotope deuterium

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燃煤有机污染物生成排放特性与采样方法研究进展

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化工学报 2019年第8期70卷 2823-2834页

作者：徐静颖卓建坤姚强清华大学能源与动力工程系

煤燃烧过程在生成SO2、NOx和颗粒物等常规污染物的同时,还会产生有机污染物。我国燃煤电厂数量多,燃煤产生的非甲烷挥发性有机物(NMVOC)已经占到了人为源排放总量的1/3。然而,已有的针对有机污染物的研究主要关注的是工业源和室内环境... 详细信息

煤燃烧过程在生成SO2、NOx和颗粒物等常规污染物的同时,还会产生有机污染物。我国燃煤电厂数量多,燃煤产生的非甲烷挥发性有机物(NMVOC)已经占到了人为源排放总量的1/3。然而,已有的针对有机污染物的研究主要关注的是工业源和室内环境中的挥发性有机物,对燃煤过程产生的有机污染物研究较少。由于煤的组分复杂,燃烧温度高、燃烧工况多变,且产生高尘高湿的烟气,这些特殊环境决定了煤燃烧过程有机污染物的生成排放特性及其采样方法与工业源有所不同。本文对原煤有机污染物的前体赋存形态、燃煤过程有机污染物的生成排放特性以及有机污染物的采样与分析方法进行了较全面的综述,并探讨了燃煤有机污染物相关研究的发展方向。

关键词：煤燃烧有机物热解生成排放特性采样分析

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燃烧过程中铅颗粒粒径分布的实验研究

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清华大学学报（自然科学版） 2007年第8期47卷 1347-1351页

作者：张小锋卓建坤宋蔷姚强清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

使用高3.4 m、内径0.15 m的一维炉实验台,对燃烧中铅颗粒的粒径分布进行实验研究.铅元素以醋酸铅溶液的形式通过空气雾化引入到燃烧液化石油气的炉膛中.使用切割粒径从0.48～12.63 μm的8级Andersen撞击器和切割粒径从0.030～10.0 μm... 详细信息

使用高3.4 m、内径0.15 m的一维炉实验台,对燃烧中铅颗粒的粒径分布进行实验研究.铅元素以醋酸铅溶液的形式通过空气雾化引入到燃烧液化石油气的炉膛中.使用切割粒径从0.48～12.63 μm的8级Andersen撞击器和切割粒径从0.030～10.0 μm的12级静电低压撞击器（ELPI）进行采样,同时对铅颗粒物的质量浓度粒径分布和数量浓度粒径分布进行了测量.使用场发射扫描电镜（FESEM）对铅颗粒微观形貌进行了观察.结果表明：在质量方面,铅颗粒主要集中在亚微米区间,质量浓度的峰值在0.2～0.6 μm之间;在数量方面,铅颗粒主要集中在0.03～0.4 μm区间,数量浓度的峰值在0.2～0.3 μm之间.

关键词：燃烧一维炉铅颗粒物粒径分布撞击器

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硼颗粒点火与燃烧性能的研究进展

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燃烧科学与技术 2014年第1期20卷 44-50页

作者：于丹卓建坤姚强清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

单质硼具有较高的能量密度,是一种具有很大应用潜力的理想固体燃料添加剂,尤其在固体火箭推进剂中更加具有应用前景.但是其燃烧过程存在两大问题:较差的点火性能和较低的燃烧效率,从而限制了硼在实际中的应用.本文从实验和理论两方面综... 详细信息

单质硼具有较高的能量密度,是一种具有很大应用潜力的理想固体燃料添加剂,尤其在固体火箭推进剂中更加具有应用前景.但是其燃烧过程存在两大问题:较差的点火性能和较低的燃烧效率,从而限制了硼在实际中的应用.本文从实验和理论两方面综述了近年来国内外硼颗粒燃烧性能研究的进展.并指出了目前存在的问题及努力的方向.

关键词：硼颗粒点火燃烧燃烧模型

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内部温度及浓度梯度对液滴蒸发模型精度的影响

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中国电机工程学报 2023年第1期43卷 213-220页

作者：董世贺卓建坤姚强热科学与动力工程教育部重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084 新疆大学电气工程学院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830046

为研究液滴蒸发过程中内部温度及浓度梯度对蒸发速率计算的影响,该文建立快速混合模型及有效扩散模型。采用两种模型分别计算不同工况下的蒸发过程,得到快速混合模型的相对误差。结果表明,内部温度梯度对蒸发速率计算的影响主要体现在... 详细信息

为研究液滴蒸发过程中内部温度及浓度梯度对蒸发速率计算的影响,该文建立快速混合模型及有效扩散模型。采用两种模型分别计算不同工况下的蒸发过程,得到快速混合模型的相对误差。结果表明,内部温度梯度对蒸发速率计算的影响主要体现在初始阶段,而对蒸发总时间的影响较小。对于含盐液滴的蒸发,虽然析盐之前液滴内部可能具有较大浓度梯度,但对蒸发速率的计算影响较小。总体来看,计算纯水液滴在700℃以下环境中蒸发总时间时可采用快速混合模型;而有效扩散模型可以更好地处理含盐液滴蒸发时盐分析出的过程。

关键词：液滴蒸发纯水液滴含盐液滴内部温度梯度内部浓度梯度数值模拟蒸发模型

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CaCl_(2)复合热化学储热材料的研究进展

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化工进展 2024年第8期43卷 4506-4515页

作者：孙忻茹张秋怡卓建坤杨润姚强新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830046 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存热损失小等优点,有望解决太阳能供给与能源需求间不平衡的问题。CaCl_(2)具有快速水合反应动力学、高储热密度、低成本、原料广泛的优势。然而,纯水合盐存在膨胀结块、热导率低、稳定性差... 详细信息

水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存热损失小等优点,有望解决太阳能供给与能源需求间不平衡的问题。CaCl_(2)具有快速水合反应动力学、高储热密度、低成本、原料广泛的优势。然而,纯水合盐存在膨胀结块、热导率低、稳定性差等问题。目前,研究者主要通过高热导率的多孔基质担载使水合盐均匀分散,实现稳定性的提升,并通过微纳米孔增加气体扩散通道,加快反应速率。本文分析了CaCl_(2)复合热化学储热材料性能的主要影响因素,分别从储/放热机理分析、性能评价指标、复合材料物性的调控三方面展开。研究发现,多孔基质的孔隙特性、CaCl_(2)的担载量是影响复合材料储热密度的主要影响因素,介孔结构的多孔基质更适宜作为水合盐热化学反应的载体。同时,加入镁基盐类形成二元盐复合材料是另一种有效的物性调控方法,其中,MgCl2能有效提高CaCl_(2)的循环稳定性,在50次循环测试后仍保持良好性能。最后,指出了未来研究的重要技术方向,即开发以介孔结构为主的多孔基质,包括提高多孔基质的孔道开放度和稳定性、探索构建新的二元盐复合材料以及储热系统与储热材料的匹配等。

关键词：热化学储热氯化钙复合材料多孔基质储热性能

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