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第50卷,第7期
刊出日期:2022年07月
  • 燃烧与碳中和专刊●综述
  • 刘飞, 关键, 祁志福, 方梦祥, 申震, 厉宸希 doi: 10.13245/j.hust.220701 P1-13 在线阅读 下载(1.03 MB)
    综述了目前国内外燃煤电厂CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术的分类、原理、优缺点及工业应用现状.结合我国能源消费结构的现状与未来趋势,根据技术成熟度、成本、碳减排潜力等,为我国燃煤电厂CCUS提出技术路线选择.我国现有和短期(2030年前)燃煤电厂碳捕集应以燃烧后化学吸收技术为主,CO2利用以强化采油(EOR)和矿化技术为主,化工合成与微藻等多技术并存,其中EOR依赖特定区域.2030—2050年间,燃煤电厂碳捕集以燃烧前整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)-化学吸收技术为主,固体吸附与膜分离为辅,CO2利用以合成燃料、强化采气技术为主,其中合成燃料技术对可再生能源和氢能有较强依赖性.2050年后,燃煤电厂以富氧燃烧和化学链燃烧为主要碳捕集技术,强化采气和咸水层封存等技术为主要CO2利用与封存技术,实现我国碳中和目标.
  • 范卫东, 陈钧 doi: 10.13245/j.hust.220702 P14-23 在线阅读 下载(1.78 MB)
    根据常规条件下几乎无法实现氨气的稳定燃烧,而掺烧其他燃料、部分预分解燃烧、增氧燃烧、预热燃烧及强化混合,能够显著改善氨气的着火和燃烧特性、强化燃烧的特性,总结了氨气燃烧强化的主要措施.汇总氨气燃烧NOx生成特性,对于NOx排放,当量比起着决定性作用.贫燃条件下,氨气燃烧NOx排放比常规碳氢燃料高一个数量级,且燃烧强化措施会引起NOx排放进一步增加;富燃条件下,NOx排放低,但存在氨逃逸的风险.空气分级、掺氢贫燃预混燃烧及中度和重度缺氧(MILD)燃烧能够实现低NOx排放.充分利用氨气自身对NOx的高效还原能力,通过合理的燃烧组织控制局部当量比,有望实现氨气燃烧NOx有效控制.
  • 王智化, 余作超, 陈晨霖, 何勇, 朱燕群 doi: 10.13245/j.hust.220703 P24-40 在线阅读 下载(1.63 MB)
    介绍了国内外对氨燃烧特性的最新研究成果,分析了氢气、合成气、甲烷等各种燃料掺混对氨火焰在点火延迟时间、层流火焰速度和NOx排放特性方面的影响,阐述了近年来包含NH3组分的化学反应动力学机理模型的研究现状,并总结了现阶段的氨燃烧的工业化应用探索,为之后的相关研究提供参考.氨作为新型零碳燃料替代传统化石能源燃烧供能是可行的,未来发展纯NH3、NH3与各种气液固燃料的掺混燃烧技术及低NOx燃烧技术,最终有望在内燃机、燃气轮机、锅炉等动力装置中大规模使用.
  • 段伦博, 李天新 doi: 10.13245/j.hust.220704 P41-54 在线阅读 下载(1.76 MB)
    针对当前氨燃烧存在着火困难、燃烧稳定性差及NOx排放高等问题,从氨的基础燃烧特性出发,总结了现有的稳燃技术,包括氨、氢、甲烷混合燃烧,高压富氧等手段强化热质传递,以等离子为代表的外部辅助技术等.探讨了氨在不同动力设备如内燃机、燃气轮机及锅炉中的燃烧稳定性问题.未来氨燃料研究的重点应集中在稳燃技术发展、氨/氢混燃、氨/固体燃料混烧等方面:结合不同应用场景,采用不同稳燃技术,优化氨燃烧过程;氨/氢燃料掺混燃烧系统发展前景巨大,亟待研究开发;氨/固体燃料混烧试验数据较少,可开发领域众多;开发新兴辅助燃烧技术,为氨燃料应用服务.
  • 徐静颖, 朱鸿玮, 徐义书, 于敦喜 doi: 10.13245/j.hust.220705 P55-65 在线阅读 下载(1.21 MB)
    针对电站锅炉中的氨燃烧应用,首先介绍氨的基本物理化学性质、纯氨燃烧及氨与气/液体燃料混合燃烧的基础研究;然后针对新兴的燃煤电站锅炉掺氨燃烧技术,分别从氨-煤混合燃烧的燃烧与火焰传播特性、火焰形态及辐射特性、NOx生成与排放特性等介绍当前研究进展;最后对电站锅炉氨燃烧的未来研究方向进行了分析和展望.氨-煤混燃可大幅降低电站锅炉碳排放,而对炉内温度特性无显著改变,虽然燃料氮的增加带来NOx排放风险,但可以通过燃烧分级、燃烧组织等方式有效调控,因此氨-煤混燃是一种可行的减碳路径.以氨作为可再生能源的载体,实现热力、电力、动力等不同应用领域中的碳减排,并缓解或解决对有限化石能源的依赖,具有巨大的发展潜力和前景.
  • 龚勋, 曾建辉, 陈茜, 彭阳 doi: 10.13245/j.hust.220706 P66-78 在线阅读 下载(2.05 MB)
    综述了微藻培养耦合燃煤电厂烟气、废水污染物处理的研究进展,重点考察了燃煤烟气中的CO2,NOx和SOx作为碳源、氮源和硫源被微藻吸收利用、提高生物产量和固碳能力的主要途径,同时探讨微藻脱除废水中N,P和化学需氧量(COD)及典型的重金属的潜力;归纳了影响烟气/废水耦合微藻培养的培养系统、传质、温度、光照、pH值等关键因素;最后总结了基于微藻培养耦合燃煤电厂污染物控制的经济性分析研究进展.活藻吸附重金属生物的重金属种类有限,且对重金属的毒性、浓度等条件要求苛刻;而死藻藻基吸附剂的吸附性能和经济性将成为是否适用于大规模工业处理的关键所在.利用工业废弃物培养微藻时耦合重金属处理能够有效降低能耗、优化工艺成本,未来具有较大的推广价值.
  • 邹俊, 陈应泉, 杨海平, 陈汉平 doi: 10.13245/j.hust.220707 P79-88 在线阅读 下载(2.6 MB)
    从生物质气化、催化热解及功能碳材料制备出发,综述了过程工艺、原料种类、催化剂种类对低碳生物质基富氢合成气、化学品及炭基材料产物的影响,建立了生物质热化学转化高值化利用调控机制.结合热解多联产工艺,对生物质全组分综合利用进行了展望:生物质热解多联产技术能协同制备炭、气、油产品,是生物质综合利用的重要途径,但产物品质依然可以大幅提升;生物质三组分具有不同的目标产物导向,通过预处理分离三组分能改善产物品质,但成本高、技术不成熟,须深入探究预处理过程,优化预处理工艺;复合催化剂/吸附剂对于焦油转化、CO2原位捕集及提高H2产率作用显著,催化剂和活化剂对于生物质热解表现出较好的催化脱氧和活化扩孔效果,但常规催化剂效率低、不稳定、易失活等缺点制约了工业化发展,须加强新型高效、稳定及绿色催化剂的开发,强化反应参数与催化剂的协同优化.
  • 吴江, 任思源, 孙一景, 刘启贞 doi: 10.13245/j.hust.220708 P89-100 在线阅读 下载(1.53 MB)
    对碳捕集、碳利用和碳封存技术进行综述.根据捕集阶段不同,CO2捕集可分为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集.根据分离材料不同,燃烧后捕集方法分为吸收法、吸附法和膜分离法.不同的捕集方法存在的不同的缺陷.介绍了CO2利用技术中矿化、物理利用、催化、共聚、生物固定等技术,若方式、机理不同,则得到的产物也不尽相同.着重介绍了催化利用,包括电催化、热催化、光催化等,其中影响催化利用的最要因素是催化剂.CO2封存相较于利用是比较成熟的,但存在泄露与成本限制的缺点,现阶段无法大规模利用.选择新型吸收剂和吸附剂,提升CO2利用技术,推进CCUS体系,是我国CCUS技术的未来发展趋势,也是我国进一步实现“双碳”目标的重要途径.
  • 罗聪, 罗童, 徐勇庆, 李小姗, 邬凡, 张立麒 doi: 10.13245/j.hust.220709 P101-109 在线阅读 下载(1.02 MB)
    针对应用于钙循环(CaL)的钙基吸附剂在循环反应过程中易烧结,导致反应活性快速衰减,影响CaL的规模化应用问题,综述了7种能提升钙基吸附剂的循环CO2捕集能力及储热密度的方法.煅烧有机钙基材料、合成纳米颗粒、添加高熔点骨架物等方法的改性效果很好,但它们的制备成本较高;筛选天然钙基吸附剂、高温蒸气热活化等方法的制备成本较低,但它们的改性效果略低;相比之下,碱金属盐改性和含钙固废转化为吸附剂等方法可以在制备成本较低的条件下,获得较好的改性效果.寻找低成本、高性能的钙基吸附剂是未来CaL技术的一个重要研究方向.
  • 于敦喜, 刘颖, 喻鑫, 吴建群, 韩京昆 doi: 10.13245/j.hust.220714 P110-120 在线阅读 下载(2.23 MB)
    概述了MgH2水解制氢的机理,辨识了制约其水解制氢性能的瓶颈问题,即水解过程生成的Mg(OH)2钝化层阻碍了反应的继续进行,从而导致制氢效率迅速衰减.如何突破Mg(OH)2钝化层的限制是促进MgH2水解反应的核心问题.通过对已有文献的归纳、总结与分析,综述了提升MgH2水解制氢性能的各种方法,包括降低颗粒尺寸、改变水溶液成分(加酸或盐)、使用添加剂或催化剂(金属或氢化物、碳质材料、氧化物、盐)和超声振动等.对效果显著的改变水溶液成分和使用添加剂/催化剂两种方法进行了重点介绍.最后,针对MgH2水解制氢的研究现状提出了建议,并指出了未来研究的重点与方向.
  • 燃烧与碳中和专刊●研究论文
  • 周上坤, 杨文俊, 崔保崇, 谭厚章, 王学斌, 李良钰, 王肖肖, 王金华 doi: 10.13245/j.hust.220710 P121-129 在线阅读 下载(3.9 MB)
    在旋风无焰燃烧炉中研究了空气预热温度、热负荷及当量比对氨气无焰燃烧污染物生成特性的影响,通过Chemkin分析了NOx生成的动力学原因.实验和模拟结果表明:无焰燃烧可以显著拓宽氨气的可燃极限,稳定的无焰燃烧可以在1 300 K以上实现.贫燃条件下,当量比ϕ=0.6~0.8时NOx排放量达峰值,H2排放和氨逃逸几乎为零.热负荷升高使远贫燃极限点的炉温升至1 400 K以上,NH+O2===NO+OH和HNO+OH===NO+H2O这两种主要NO生成路径的反应速率明显提高,促使远贫燃工况点的NO排放量迅速增加,NOx排放峰值向远贫燃工况偏移.在富燃条件下,NO和N2O的排放量几乎为零,H2排放和氨逃逸迅速增加.在微贫燃工况下(ϕ=0.96~0.97),最终实现了最低体积分数为5.6×10-5的NOx排放和3.7×10-5的氨逃逸.
  • 孙淑君, 张军, 钟辉 doi: 10.13245/j.hust.220711 P130-135 在线阅读 下载(1.71 MB)
    针对当前氧化法脱硝所需烟气停留时间过长的问题,采用Na2SiO3/Fenton脱硝系统进行了氧化脱除燃煤烟气中NO的实验研究.结果表明:该系统可以在烟气停留时间为3 s的条件下获得94.36%的NO脱除效率.最佳反应条件为:反应温度50 ℃,H2O2浓度1 mol/L,Na2SiO3浓度0.06 mol/L,Fe2+浓度0.01 mol/L.电子自旋共振技术和抑制剂添加实验说明:Na2SiO3的添加抑制了原Fenton系统中·OH自由基的生成,促进了O2-∙自由基的生成并使其成为NO脱除的主要活性物质.除此之外,反应物(H2O2,Fe2+和Na2SiO3)初始浓度及温度增加对NO脱除具有一定的促进作用,但促进效果有限,而烟气中的SO2会导致脱硝效率出现小幅度降低.反应产物的X射线衍射仪(XRD)图谱表明NO在反应过程中主要被转化为NO2-及NO3-.
  • 郑树, 张玉宏, 刘雯, 杨宇, 陆强 doi: 10.13245/j.hust.220712 P136-142 在线阅读 下载(3.28 MB)
    为研究碳氢燃料燃烧温室气体N2O的排放,以乙烯/空气层流扩散火焰为对象,分析了燃烧过程中碳烟影响N2O生成的途径和方式.计算结果表明:碳烟可通过热效应和化学效应影响N2O的生成,且影响效果截然不同.在热效应方面,碳烟的辐射散热损失导致火焰温度降低,可抑制N2O的分解.在化学效应方面,碳烟的生成消耗了C2H2,使得由C2H2生成的HCCO摩尔分数降低,受反应HCCO+NO⇌HCNO+CO的影响,N2O生成量减少;此外,碳烟的生成同时促进了OH,O和H基的生成,OH基通过消耗NH可抑制N2O的生成,O基通过反应O+HCCO⇌H+2CO消耗HCCO,从而抑制N2O的生成,而H基则通过反应N2O+H⇌N2+OH消耗N2O.
  • 朱飞, 王泉斌, 谢迪, 乔瑜 doi: 10.13245/j.hust.220713 P143-148 在线阅读 下载(1.33 MB)
    采取烘焙的预处理手段,以大米、菜叶及猪肉为3类典型厨余代表,分析3种典型厨余原样及烘焙样2组分混合共气化过程中合成气生成特性.实验结果表明:菜叶中碱/碱土金属元素在气化过程中具有催化作用,在共气化过程中能够促进合成气生成,烘焙预处理将进一步促进协同作用效果.大米和猪肉共气化过程加剧了半焦中多环芳香稠环形成,对气化产生抑制作用,而烘焙预处理能够改善该抑制作用.
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主 管:教育部
主 办:华中科技大学
主 编:李元元
刊 号:ISSN 1671-4512
    CN 42-1658/N
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