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基于Aspen Plus的煤部分气化氢电联产系统模拟

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 475-486页

作者：张泽祎李照志邵应娟钟文琪东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室南京210096

为了提高煤制氢系统的能源利用效率,减少碳排放,构建了4种以煤部分气化为基础的新型氢电联产系统.基于Aspen Plus软件,采用系统效率、制氢效率作为评价标准,对各系统进行模拟与对比分析.结果表明:存在不同氧煤比与碳转化率使得系统效率... 详细信息

为了提高煤制氢系统的能源利用效率,减少碳排放,构建了4种以煤部分气化为基础的新型氢电联产系统.基于Aspen Plus软件,采用系统效率、制氢效率作为评价标准,对各系统进行模拟与对比分析.结果表明:存在不同氧煤比与碳转化率使得系统效率达到最高,系统1~4分别在碳转化率为60%、85%、65%、60%时达到最高系统效率;各系统效率与气化效率随着气化温度的提高,呈先迅速增长后趋于平稳趋势;各系统效率与气化效率随着气化压力的提高,呈先迅速减少后趋于平稳趋势;在氧煤比为0.33,气化压力为2 MPa,气化温度为1000℃工况下系统1~4效率分别为59.12%、66.13%、62.21%和58.57%;采用CO_(2)与O_(2)作为气化剂,且CO_(2)与O_(2)的质量比为4∶1的煤部分气化加压富氧燃烧循环系统(系统2)在各项标准下具有优势,为最佳氢电联产系统.

关键词：煤炭部分气化半焦加压富氧燃烧系统建模热力学分析

Hg-CEMS烟气预处理关键问题研究与进展

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煤炭学报 2024年第2期49卷 1037-1051页

作者：段钰锋李海洋汤红健黄天放金启航孙利娜尚瑜李晨池周玉星李天硕刘晓硕左言骏童姜毅金睿东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室江苏南京210096

鉴于汞在化石燃料和矿物资源中的天然禀赋以及能源与资源利用过程中汞污染物的排放与监管,研发我国自主知识产权的汞连续在线监测系统(Hg-CEMS)成为汞排放浓度监测的国家重大需求。烟气预处理技术是Hg-CEMS系统中最关键的组成部分,也是... 详细信息

鉴于汞在化石燃料和矿物资源中的天然禀赋以及能源与资源利用过程中汞污染物的排放与监管,研发我国自主知识产权的汞连续在线监测系统(Hg-CEMS)成为汞排放浓度监测的国家重大需求。烟气预处理技术是Hg-CEMS系统中最关键的组成部分,也是限制我国Hg-CEMS技术发展与应用的核心技术。对Hg-CEMS烟气预处理技术中的4个关键模块——稀释采样模块、Hg0/Hg^(2+)分离模块、Hg^(2+)还原模块、Hg^(2+)标气发生模块的研究进展进行全面综述。首先,介绍稀释采样技术的原理与应用,阐述音速小孔和热稀释引射器的结构和设计要点,论述数值模拟与优化设计相结合的方法。其次,针对Hg0/Hg^(2+)分离技术,综述湿法吸收、物理吸附和化学吸附的研究新进展,讨论选择性吸附剂KCl和CaO的理论和实验研究结果。第3,针对Hg^(2+)还原技术,概述湿化学还原、低温还原和高温分解还原的技术,论证低温还原技术中固态还原剂的活性成分、反应温度以及烟气成分对氧化态汞还原的影响,探讨高温分解还原技术中填充材料、酸性气体组分以及除酸剂对Hg^(2+)还原和抑制Hg0再氧化的新研究进展。最后,针对Hg^(2+)标气发生技术面临的技术难点,提出固态标气发生新技术理念并指出其工业应用的可行性。结合当前Hg-CEMS技术的研究发展和应用现状,提出上述4个关键模块的研究思路、解决方案与应用前景。

关键词： Hg-CEMS 预处理装置稀释采样 Hg^(0)/Hg^(2+)分离转化 Hg^(2+)标气

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燃煤机组过热汽温宽负荷模型前馈控制

动力工程学报 2024年第1期44卷 76-83页

作者：陈祎璠曹越司风琪东南大学能源转换及过程测控教育部重点实验室南京210096

为了对燃煤机组过热汽温宽负荷运行时进行更精确地前馈控制,提出一种基于物理引导神经网络(PGNN)的预测前馈信号模型,并基于间隙度量法确定了多模型的负荷段分配。多模型间隙度量PGNN预测方法采用多模型间隙度量方法对负荷区段进行合理... 详细信息

为了对燃煤机组过热汽温宽负荷运行时进行更精确地前馈控制,提出一种基于物理引导神经网络(PGNN)的预测前馈信号模型,并基于间隙度量法确定了多模型的负荷段分配。多模型间隙度量PGNN预测方法采用多模型间隙度量方法对负荷区段进行合理划分,结合过热器机理引导的长短期记忆神经网络,可以对强耦合、大惯性的过热汽温宽负荷前馈信号进行精准预测。结果表明:在机组宽负荷运行时,随着负荷降低控制对象的非线性程度逐渐增强,需要更多的模型数量,采用多模型间隙度量PGNN前馈控制方法可以在不同工况下采用与当前工况相适应的前馈信号,有效提升过热汽温的调节精度和稳定性。

关键词：燃煤机组过热汽温前馈控制深度神经网络多模型间隙度量PGNN

基于物理信息神经网络的生物质气化产物分布预测方法

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动力工程学报 2024年第5期44卷 719-726页

作者：邓志平任少君翁琪航朱保宇司风琪东南大学能源热转换及过程测控教育部重点实验室南京211189

机器学习方法已经在生物质气化建模中展现出广阔的应用前景。然而,机器学习模型主要依赖于实验数据,并不考虑气化中的反应机理,在数据样本不充分的情况下模型所表现出的实际关联特性与机理规律之间存在严重偏差。为此,提出一种基于物理... 详细信息

机器学习方法已经在生物质气化建模中展现出广阔的应用前景。然而,机器学习模型主要依赖于实验数据,并不考虑气化中的反应机理,在数据样本不充分的情况下模型所表现出的实际关联特性与机理规律之间存在严重偏差。为此,提出一种基于物理信息神经网络(PINN)的生物质气化产物分布预测方法,该方法将真实实验数据与先验机理进行无缝衔接,在人工神经网络(ANN)模型中嵌入边界约束和关键参数间的单调性关系,通过自动微分技术进行辅助优化,实现模型的高效训练。结果表明:PINN模型的决定系数大于0.89,均方根误差小于4%,其总体预测精度要优于随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和ANN 3种纯拟合机器学习模型;PINN模型能够严格服从边界约束和先验机理单调性关系,表现出更好的可解释性和泛化能力。

关键词：生物质气化机器学习模型物理信息神经网络机理约束

化学链甲烷氧化偶联界面反应路径和晶格氧传递的分子动力学模拟

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燃料化学学报（中英文） 2024年第6期52卷 820-830页

作者：李婉莹陈良勇东南大学能源与环境学院能源转换及其过程测控教育部重点实验室江苏南京210096

本研究采用分子动力学模拟的方法计算八种金属氧化物催化剂-载氧体CL-OCM反应性能,并对性能最优的Mn_(2)O_(3)开展反应时间和颗粒尺寸的研究。结果表明,适当延长反应时间有利于提高C_(2)H_(4)选择性;C/O=1是Mn_(2)O_(3)的理想尺寸。基... 详细信息

本研究采用分子动力学模拟的方法计算八种金属氧化物催化剂-载氧体CL-OCM反应性能,并对性能最优的Mn_(2)O_(3)开展反应时间和颗粒尺寸的研究。结果表明,适当延长反应时间有利于提高C_(2)H_(4)选择性;C/O=1是Mn_(2)O_(3)的理想尺寸。基于以上结果分析了Mn_(2)O_(3)CL-OCM界面反应路径和晶格氧传递问题,以揭示反应机理。CH_(3)^(*)气相二聚化生成C_(2)H6的是CL-OCM最主要的碳偶联路径。除此之外,还存在两条碳偶联路径,均由CH2^(*)引发。CH_(3)^(*)与OH^(*)表面结合生成甲醇是CL-OCM副反应的先决步骤,抑制甲醇生成是提高CL-OCM反应C_(2)选择性的关键。晶格氧存在转化,表面晶格氧是甲烷活化的活性氧。晶格氧数量差异及体相晶格氧迁移阻力差异是导致CH_(4)转化率和C_(2)选择性不同的主要原因。该研究为CL-OCM催化剂-载氧体的机理探究提供新的方法。

关键词：化学链甲烷氧化偶联催化剂-载氧体分子动力学模拟界面反应晶格氧

不同孔结构CeTiO_(x)催化剂的制备及其NH_(3)-SCR脱硝性能研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第1期52卷 65-75页

作者：谭晨晨韩宇轩胡亚琴沈凯丁世鹏张亚平东南大学能源与环境学院能源热转换及其过程测控教育部重点实验室江苏南京210096

为探究催化剂的孔结构对催化剂脱硝活性的影响,采用溶胶凝胶法分别制备了三维有序大孔-介孔(3DOM-m) CeTiO_(x)、三维有序大孔(3DOM) CeTiO_(x)、三维有序介孔(3DOm) CeTiO_(x)及无序孔(DM) CeTiO_(x)等四种不同孔结构的催化剂。NH3-SC... 详细信息

为探究催化剂的孔结构对催化剂脱硝活性的影响,采用溶胶凝胶法分别制备了三维有序大孔-介孔(3DOM-m) CeTiO_(x)、三维有序大孔(3DOM) CeTiO_(x)、三维有序介孔(3DOm) CeTiO_(x)及无序孔(DM) CeTiO_(x)等四种不同孔结构的催化剂。NH3-SCR测试结果表明,催化剂活性依次为3DOM-m CeTiO_(x)>3DOm CeTiO_(x)>3DOM CeTiO_(x)>DM CeTiO_(x), 3DOM-m CeTiO_(x)表现出更优异的催化活性,NO转化率在60000 h^(-1)、250–400℃时超过90%。通过XRD、SEM、BET、NH_(3)-TPD、in-situ DRIFTS等技术对催化剂进行表征分析。结果表明,催化剂的比表面积并不是决定CeTiO_(x)脱硝活性的主导因素。3DOM-m CeTiO_(x)具有高度有序的大孔-介孔结构、丰富的Bronsted酸酸性位点,进而提高了催化剂的脱硝活性。3DOM-m CeTiO_(x)催化剂在NH_(3)-SCR反应过程中同时遵循E-R机理和L-H机理。

关键词： CeTiO_(x) 三维有序大孔有序介孔 NH_(3)-SCR脱硝

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水泥行业SCR中温脱硝催化剂研究进展

燃料化学学报（中英文） 2024年第5期52卷 756-774页

作者：韩宇轩周宇谭晨晨吴鹏丁世鹏沈凯张亚平东南大学能源与环境学院、能源热转换及其过程测控教育部重点实验室江苏南京210096

选择性催化还原技术(SCR)在水泥行业脱硝中被广泛应用,其中,高温范围内(280–350℃)已有较为完善的SCR技术及体系,但在中温区仍有待突破。本工作以中温脱硝催化剂为重点,综述了Mn、Ce、V系脱硝催化剂的研究进展,并分析了Sm、Nb、Ho、Sb... 详细信息

选择性催化还原技术(SCR)在水泥行业脱硝中被广泛应用,其中,高温范围内(280–350℃)已有较为完善的SCR技术及体系,但在中温区仍有待突破。本工作以中温脱硝催化剂为重点,综述了Mn、Ce、V系脱硝催化剂的研究进展,并分析了Sm、Nb、Ho、Sb、La、Mo、Pr的掺杂对于脱硝催化剂的改性,结合水泥窑炉烟尘中SO_(2)、H_(2)O、碱金属含量高的特点,分析了脱硝催化剂中毒原因,对催化剂的抗H_(2)O、SO_(2)、碱金属中毒性能进行了探讨,展望了水泥行业SCR中温脱硝催化剂的研究前景。

关键词：选择性催化还原脱硝水泥脱硝碱金属

铜基载氧体在化学链燃烧中的循环反应特性研究

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工程热物理学报 2024年第1期45卷 279-285页

作者：朱晓沈来宏南京工业职业技术大学南京210023 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室东南大学南京210096

载氧体在长周期的化学链燃烧中存在严重的烧结与团聚问题,极大限制了化学链燃烧的工业化进展。本文采用流化床结晶造粒的方法,制备出一种高比表面积的铜基载氧体,在流化床热重分析仪(fluidized bed thermogravimetric analyzer,FBTGA)... 详细信息

载氧体在长周期的化学链燃烧中存在严重的烧结与团聚问题,极大限制了化学链燃烧的工业化进展。本文采用流化床结晶造粒的方法,制备出一种高比表面积的铜基载氧体,在流化床热重分析仪(fluidized bed thermogravimetric analyzer,FBTGA)上对其进行了长期化学链燃烧(chemical looping combustion,CLC)循环测试,并对反应前后的载氧体颗粒进行了还原反应实验。实验结果表明,所制备载氧体在900℃的高温下氧化还原循环120次后,其反应活性保持稳定,且并未出现明显的烧结与团聚迹象。对循环前后的载氧体颗粒进行形貌表征分析可知,此种Cu基载氧体的比表面积高达40 m^(2)/g以上,展现出良好的反应活性。此外,载氧体主要成分由CuAl_(2)O_(4)分解为Al_(2)O_(3)和CuO,其循环后仍呈光滑的球形颗粒,并维持多孔结构,活性组分Cu在颗粒表面高度分散。

关键词：化学链燃烧铜基载氧体流化床热重分析仪烧结与团聚

渗滤液浸沥下垃圾焚烧炉渣中重金属的迁移行为

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化工进展 2024年

作者：田童黄亚继肖怡萱程好强潘虎周琪李增辉东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室

遵循以废治废的研究思路，通过开展渗滤液浸沥城市生活垃圾焚烧炉渣的试验，探究了渗滤液在不同浸沥温度（50-90℃）及浸沥时间（5-15min）下对垃圾焚烧炉渣中重金属Zn、Ni、Cu、Pb、Ba和Cr迁移行为的影响，并对浸沥后形成的底渣进行浸... 详细信息

遵循以废治废的研究思路，通过开展渗滤液浸沥城市生活垃圾焚烧炉渣的试验，探究了渗滤液在不同浸沥温度（50-90℃）及浸沥时间（5-15min）下对垃圾焚烧炉渣中重金属Zn、Ni、Cu、Pb、Ba和Cr迁移行为的影响，并对浸沥后形成的底渣进行浸出毒性分析，以判断最佳浸沥条件。研究发现，炉渣可捕获渗滤液内的Ni、Zn、Pb、Cr和Ba，而Cu则从炉渣内释放迁移至渗滤液内。伴随浸沥温度的升高，除Pb和Cr以外，底渣内重金属整体呈现先增加后减少的变化规律。随浸沥时间增加，各重金属由于沉淀、吸附、络合或沉淀溶解等因素变化呈现不同变化特点。根据浸沥后形成的底渣内重金属浸出浓度和浸出率分析，所有浸沥工况下形成的底渣毒性均较小，浸沥温度70℃浸沥时间10min为最佳工况。本文为实际工业过程中炉渣和渗滤液接触提供了关于重金属迁移控制方面有价值的参考。

关键词：生活垃圾焚烧炉渣渗滤液重金属迁移浸出毒性