特邀专稿

• 氢能产业技术经济性分析及展望

  汪飞;喻梦伊;陈良勇;

  “双碳”目标下，氢能作为清洁能源，辅助电力系统生产，对碳达峰碳中和具有重要的意义。本文介绍了氢能产业链的发展现状、发展意义和应用前景；总结了制氢、储运和氢能应用等环节的技术经济性，着重分析了储运过程中的技术经济性问题，对比气氢长管拖车、罐车运输、管道运输以及航海运输四种不同储运方式的平准化成本，20 MPa气氢长管拖车运输每增加100km，平准化成本增加3.44元/kg,30 t/d液氢罐车运输每增加100 km，平准化成本增加0.27元/kg，氢气管道输送每增加100 km，平准化成本增加0.41元/kg，而航海运输平准化成本普遍较高。分析表明采用管道的气氢运输储运成本最低，适合长距离、大规模、需求稳定的情景；小型液氢的储运成本最高，主要用于航空航天领域；高压气瓶储氢和高压气氢长管拖车技术成熟，是国内外主流的储运方式，但不适合大规模长距离运输。氢能产业在制氢、储运和氢能应用相关环节依然存在成本高、安全风险及转换效率等各种挑战。未来氢能的发展需在关键技术突破，运行成本降低、相关技术标准制定、政府补贴等方面进行改进，这些改进对大规模氢能时代的制氢、储氢、输氢、分销、应用的成本及市场化趋势有着重要的意义。

  2024年05期 v.40;No.196 445-454页 [查看摘要][在线阅读][下载 1071K]
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煤电低碳化利用与污染控制

• “双碳”目标下煤电机组节能改造技术发展与实践

  程文煜;张健;熊卓;赵永椿;张军营;陈国庆;

  在碳达峰碳中和背景下，煤电行业节能减碳是亟需解决的问题。通过改造案例对煤电机组各种节能改造技术进行了总结分析，重点分析了锅炉和汽轮机优化改造技术对电厂总体节能升级改造的影响。现有的煤电节能改造技术包括机组升温改造和设备升级改造等，关键在于对汽轮机、锅炉及其辅助系统的合理优化。实践证明：提升参数改造技术具有一定节能效果，跨代升级改造可节约发电标煤耗3.5～8.5 g/（kW·h），必要时需配合汽轮机和锅炉受热面改造；汽轮机提效改造技术节能效果较好，通流改造节约发电标煤耗一般为6.0～10.0 g/（kW·h），具有较强的可行性；锅炉受热面改造、管道改造的费用要高于通流改造的投资，节约发电标煤耗约3.5～4.5 g/（kW·h）；锅炉采用先进余热回收技术可节约发电标煤耗约0.4 g/（kW·h）；而先进制粉系统的应用也可大幅提高煤粉分离器效率，使锅炉效率提升0.2%～1.0%。煤电行业未来需注重节能技术与低碳等其他技术之间的耦合应用以及节能降碳评价体系的建设，针对机组特点形成可优化、可评价的节能降碳技术集成方案，支撑煤电行业绿色低碳转型。

  2024年05期 v.40;No.196 455-464页 [查看摘要][在线阅读][下载 1013K]
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• 高准确性火电厂CO_2排放连续监测系统测点布置的数值模拟研究

  蒙毅;刘玺璞;牛国平;牛拥军;刘逸芸;

  高准确性CO_2排放连续在线监测是计量我国火电领域碳排放的重要手段。为改进测点布置方案以提升现有CO_2在线监测方法的测量精度，本文以1台新建机组和1台旧机组的原烟道作为模拟对象，采用数值模拟的方法对不同负荷、不同测试断面、不同布点方式下的烟气流场和CO_2浓度场进行模拟，结合现场实测结果检验模拟的准确性，以改进CO_2排放连续在线监测中的测点布置方式。实测结果表明，2台机组的流速测点均匀布置，测点密度≥1个/m~2时，在测试断面不满足GB/T 16157中“烟道监测断面应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向≥6倍烟道直径，以及距上述部件上游方向≥3倍烟道直径处”要求的情况下，测试结果仍能准确反应断面平均速度，误差<2.3%；提升测点密度能有效增加流速测量的精确度；由于CO_2在断面分布均匀，仅需布置1～2个CO_2测点即可满足测量不确定度的要求，测试误差小于0.5%；机组负荷降低至75%和50%，或测试断面沿流向在2.5 m范围内移动，测试误差均可控制在4%以内。在此基础上，提出了一种非均匀测点布置法，借助数值模拟将测试断面按流速大小划分为若干连续区域，以各区域面积为权重，每个区域内布置较少测点以测试断面流速。该方法每个测试断面上的测点只需6～9个，测试误差小于4%。改进的方法简化了现有的在线监测布点方式。

  2024年05期 v.40;No.196 465-476页 [查看摘要][在线阅读][下载 1293K]
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• 生物质掺混煤粉无焰富氧燃烧燃料氮转化数值模拟

  朱世超;郑红宇;李鹏飞;施国栋;刘前;周浩宇;柳朝晖;

  无焰富氧燃烧能在捕集高浓度CO_2的同时显著降低了NO_x排放，是清洁低碳燃烧技术的前沿发展方向之一。生物质作为一种来源广泛的可再生能源，与煤粉的掺混燃烧可有效减少CO_2排放。为探究无焰富氧燃烧模式下生物质掺混煤粉燃料氮转化特性，基于0.58 MW燃烧炉，采用Fluent进行模拟，耦合适用于富氧燃烧的反应机理以及辐射模型，在完成模型和算法的验证后进行燃料N转化机理研究。结果表明，随着掺混生物质比例从0增加到100%，炉内低氧区域增大，CO分布区域更广，炉内峰值温度升高，当掺混比为50%时相比纯煤粉燃烧升高了47 K，掺混比为70%时升高了55 K，纯生物质燃烧时峰值温度达到1 850 K，较纯煤粉燃烧升高了71 K；生物质掺混比例从0增加到50%时，NO再燃还原比例相比纯煤粉大幅下降了61%以上，且随着掺混比继续增加，NO再燃还原基本不变；随着掺混比从0增加到100%，虽然生物质挥发分含量比煤粉高，但掺混后挥发分NO总和基本不变，由于生物质焦碳含量低，掺混后焦炭氮大幅降低，NO排放整体呈降低趋势，掺混比从0增加到100%,NO排放量降低了51%；表明生物掺烧可有效减少NO的排放。

  2024年05期 v.40;No.196 477-486页 [查看摘要][在线阅读][下载 1300K]
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• NH_4HCO_3/尿素溶液SCR脱硝制氨模拟优化

  刘逸芸;牛国平;蒙毅;刘玺璞;谭增强;

  为了加强对电力行业危险化学品的治理改造，急需研究开发安全高效经济的新型脱硝还原剂。NH_4HCO_3是我国第二大氮肥，使用安全且价格便宜，是潜在安全高效的新型选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）脱硝还原剂。通过对比尿素水解和NH_4HCO_3溶液分解过程，对利用NH_4HCO_3作为脱硝还原剂的技术方案进行了可行性研究，分析了影响溶液分解过程的关键因素，并提出了工程应用技术方案。通过对原料分解过程建模，验证了模型在模拟制氨反应时的可靠性，并对比了影响2种原料制氨的反应速率和反应能耗的关键因素，探究了提高NH_4HCO_3制氨过程经济性的方案方法。模拟结果表明，提高反应温度对尿素水解和NH_4HCO_3分解均有利，升高压力对尿素水解反应有利，而对NH_4HCO_3分解不利，因此NH_4HCO_3溶解分解过程更适合在常压下进行；采用传统湿法制氨工艺时，NH_4HCO_3作还原剂可降低14%的原料成本，但其在分解过程中会由于水蒸发而消耗大量热能，热耗达到尿素水解法的2.7～3.5倍；通过在工艺中加入物流循环并降低NH_4HCO_3的一次转化率至40%，可以限制水蒸发吸热，降低热耗至尿素水解法的1.5～1.6倍；由于NH_4HCO_3原料成本更低，优化后的NH_4HCO_3湿法制氨工艺经济性更好。

  2024年05期 v.40;No.196 487-494页 [查看摘要][在线阅读][下载 1190K]
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• 基于N元素标记的NH_3燃烧识别NO_x生成来源

  李爽;刘祥涛;李雨钊;司济沧;

  NH_3燃料是一种具有应用前景的零碳燃料，但点火困难、反应性低及NO_x排放高限制了其实际应用。为了精确区分NH_3燃烧过程中，由于燃料和氧化剂均含N元素，导致NO_x的生成源难以明确区分，且不同燃烧模式下NH_3燃料的NO_x生成差异显著性，本文基于已有研究的NH_3燃烧详细机理，通过一种类似于同位素标记的化学反应机理建立方式，构建了包含N元素标记的化学反应新机理，给出了详细的数学表达；并通过在仅涉及化学反应过程的均相反应器中，比较验证了区分（NH_3/N_2/O_2）和不区分（NH_3/N_2/O_2）下模拟结果的有效性。研究结果表明：标记后的机理与未标记的机理相比，组分最大摩尔分数和燃烧产物摩尔分数的平均误差在0.1%以内，且组分最大反应速率预测误差低于0.3%，证明了标记方式的有效性；均相反应器模拟结果显示，随着反应温度的升高，NO的生成源逐渐由以NH_3为主转向以N_2为主，说明NH_3燃烧在不同温度下生成NO的还原机理存在差别。

  2024年05期 v.40;No.196 495-503页 [查看摘要][在线阅读][下载 1253K]
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• 燃煤耦合污泥发电机组大气污染物排放特性

  李小龙;刘广祥;周道斌;李军状;郑成强;田原润;

  为厘清燃煤耦合污泥发电机组大气污染物排放特性，以3台掺烧污泥并实现超低排放的燃煤机组为对象，开展了污染物测试研究。试验结果表明，在污泥掺烧比例不大于6.0%的情况下，燃煤机组常规污染物SO2、NOx和颗粒物排放浓度相比空白（未掺烧）工况无明显变化，依然满足超低排放要求；因污泥中痕量元素含量远高于燃煤，尽管掺烧比例较低，但掺烧后烟气中痕量元素排放浓度明显升高，最大浓度为空白工况的17.1倍，满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485—2014）的要求。掺烧前后，烟气中11种痕量元素（Hg、Cd、Pb、Cr、Be、Ba、Ni、Ag、As、Se、Sb）排放浓度排序变化不大，一般Ba浓度最高，其次是Cr、Pb或Hg；掺烧后二噁英排放浓度是空白工况的1.1～2.0倍，满足GB 18485—2014的要求，除机组B其余均满足《燃煤耦合污泥电厂大气污染物排放标准》（DB 31/1291—2021）；痕量元素掺烧前后在各类产物中迁移分布规律未发生明显变化。除Hg、As、Se外，其他痕量元素的85%迁移到粉煤灰和底渣中，以粉煤灰中为主；而Hg、As、Se因其易挥发的特点，在脱硫石膏中占比高于其他元素；在超低全流程烟气净化设施协同控制下，烟囱最终排放的各类痕量元素占总量的比例一般小于5.0%，排放浓度较低。

  2024年05期 v.40;No.196 504-512页 [查看摘要][在线阅读][下载 1229K]
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• 鸡蛋壳源Ca基吸附剂制备及其CO_2吸附性能的研究

  司康乐;匡盛铎;罗长新;刘晟言;王傲;田冲;

  化石能源利用后CO_2的捕获是实现“双碳”目标的重要举措。Ca基吸附剂在高温下具有良好的CO_2循环吸附性能，可以实现CO_2高效吸附与分离。为开发低成本、高循环性能的Ca基吸附剂，本文以废弃鸡蛋壳为原料，分别采用溶胶凝胶自蔓延燃烧合成法和水热法制备Ca基吸附剂，并用钇（Y）对Ca基吸附剂进行掺杂，在高温固定床中考察了吸附剂的CO_2循环吸附性能。研究结果表明：溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备的Y掺杂改性Ca基吸附剂，样品结构疏松多孔，氧化物晶粒细小且比表面积大，具有良好的CO_2吸附和循环性能，首次吸附量高达0.581 g/g,5次循环吸附后衰减至0.531 g/g,15次循环吸附后衰减至0.504 g/g;Y掺杂可以提升Ca基吸附剂循环吸附性能，但对比不同Y掺杂量的样品，当CaO和Y_2O_3质量比为8:2时，改性Ca基吸附剂的循环吸附性能最好，最高吸附量可达0.65 g/g。水热法制备的Y掺杂Ca基吸附剂多呈球颗粒状晶体，其吸附性能明显不如自蔓延燃烧法制备所得样品。以鸡蛋壳为原料，通过溶胶凝胶自蔓延燃烧法可成功制备高效Ca基CO_2吸附剂，达到“以废治污”的目的，实现固废资源化利用。通过Y掺杂改性，能有效提升吸附剂循环性能，具有良好的工业应用前景。

  2024年05期 v.40;No.196 513-523页 [查看摘要][在线阅读][下载 1268K]
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清洁发电

• 低共熔溶剂对光伏板上Ag的浸出实验研究

  尹倩;赵传海;杨旭光;陈以文;赵延龙;黄智航;郭飞宏;

  使用低共熔溶剂可高效、无毒溶解光伏板硅晶片上的Ag，使其更容易回收。本次实验使用不同摩尔比的FeCl_3·6H_2O和尿素来配置低共熔溶剂，并使用差示扫描量热仪对所配溶剂的玻璃化转变进行表征，证明该溶剂具有低共熔性，并进一步采用傅里叶红外光谱表征了低共熔溶剂上的氢键，分析了低共熔溶剂形成的机理。使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪对反应前后的硅晶片Ag的含量进行测试，以此得到反应的浸出率。实验发现以80℃、60 min、转速350 r/min和固液比1∶45(g∶ml）为反应条件，使用摩尔比为1∶3(FeCl_3·6H_2O：尿素）的低共熔溶剂与硅晶片进行反应，测得浸出率为99.31%，反应效果良好。保持其他条件不变，对反应时间、反应温度、反应固液比分别进行单因素实验，研究这3种因素对Ag浸出率的影响。研究结果表明：最佳反应温度为60℃，最佳反应时间为40 min，最佳反应固液比为1∶10(g∶ml），配置的低共熔溶剂在设定的不同反应参数下均对光伏板硅晶片上的Ag有很好的反应效果，各反应条件对浸出率影响效果为反应温度>反应时间>反应固液比；为废弃光伏板上Ag的回收利用提供参考。

  2024年05期 v.40;No.196 524-532页 [查看摘要][在线阅读][下载 1215K]
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• 基于翅片管的固-液相变储热型换热器的模拟研究

  满雅萌;魏天洋;钱潇然;王维;

  针对现有的余热回收技术在低温余热回收方面较为落后的问题，以90℃水为输入热流体、60号石蜡为相变材料对低温蓄热换热器进行设计。采用Fluent进行仿真模拟，针对翅片管的翅片大小和数目进行储热放热仿真，并针对换热管数量进行了研究。结果表明，大翅片储热500 s时相变材料平均液态分数比小翅片和无翅片分别提升45.5%和81.3%，更能促进相变材料的储热放热效率；放热500 s时大翅片、小翅片、无翅片出口水温分别升高0.5℃、0.4℃和0.2℃，其中大翅片温度最高、最稳定；增加翅片层数的模拟结果可见，随着翅片层数增加，储热1 000 s时，采用1、2、3个翅片平均液态分数分别为0.36、0.47和0.58，储热放热效果增强，相变材料熔化、冷凝平均速率增快；放热600 s时，采用1、2、3个翅片出口水温分别升高0.21℃、0.26℃和0.36℃，稳定性增强，可为余热回收中的低温余热回收提供技术指导。

  2024年05期 v.40;No.196 533-543页 [查看摘要][在线阅读][下载 1436K]
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• 电袋复合除尘器在循环流化床锅炉的应用效果研究

  李枭鸣;

  为了解和提升电袋复合除尘器在循环流化床锅炉应用的减排效果，通过一定的筛选方法和调研参数的选取，本文对应用于10台不同规格循环流化床锅炉的电袋复合除尘器的运行情况进行调研统计及研究，并考察了电袋复合除尘器在某2×300 MW典型循环流化床锅炉机组上的运行情况。研究结果表明：10台电袋复合除尘器进口粉尘浓度为14.8～69.0 g/m~3，出口粉尘浓度均低于10 mg/m~3，其中3台低于5 mg/m~3，占比30%，说明电袋复合除尘器对于进口粉尘浓度高或者低均适用；设备运行阻力最大值为1 100 Pa，最小值为580 Pa，平均值为843 Pa，平均值均优于国家标准要求的运行阻力（≤1 200 Pa)30%；滤袋使用寿命平均值为9.2 a，整体大幅优于设计使用寿命；通过对某2×300 MW典型循环流化床锅炉机组研究发现，该烟气工况具有烟温高、进口粉尘浓度高、粉尘高比电阻等特性，但仍然可以确保除尘器出口粉尘排放长期稳定保持在10 mg/m~3以下，除尘器运行控制在800 Pa以下。该电袋复合除尘器已稳定运行14 a，滤袋进行过一次更换，更换前滤袋使用寿命达10 a，是预期寿命2倍以上。电袋复合除尘器在循环流化床锅炉及除尘难度大的工况中具有良好的减排节能效果。

  2024年05期 v.40;No.196 544-551页 [查看摘要][在线阅读][下载 949K]
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• 基于Ebsilon的烟气余热耦合循环水废热深度梯级利用方案研究

  汪慧晨;杨梦雪;冯淼杰;黄禹杰;刘永生;

  为降低机组运行时热耗率，给变工况下机组的技术经济计算提供依据，基于Ebsilon模拟了某百万机组的烟气余热耦合循环水废热深度梯级利用方案，提出了锅炉的简化模型与吸收式热泵模型，通过仿真计算优化并完善该方案，并对不同工况进行了仿真计算，以获得系统的运行参数。仿真结果表明，在阀门全开工况（value wide open,VWO）下，发电功率的模拟值高于设计值47 MW，相对误差小于5%，不同工况下热耗率的模拟相对误差绝对值均小于3.4%，证明模型模拟结果准确；采用烟气余热耦合循环水废热深度梯级利用方案后，热耗值在热耗率验收工况（turbine heat acceptance,THA）为30%的低负荷情况下，相比改造前系统下降了1.6%，显示出改造方案在低负荷深调工况下的最佳提升效果；Ebsilon能够准确模拟出该梯级利用方案，且方案能够显著降低机组运行的热耗率，特别是在低负荷工况下，对于提高能源利用效率和降低运行成本具有重要意义。

  2024年05期 v.40;No.196 552-560页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K]
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• 专栏执行主编寄语“煤电低碳化利用与污染控制”专栏

  赵永椿;李鹏飞;

  <正>2024年7月15日,国家发展改革委、国家能源局印发《煤电低碳化改造建设行动方案(2024—2027年)》的通知。明确提出:到2025年,首批煤电低碳化改造建设项目全部开工,转化应用一批煤电低碳发电技术;相关项目度电碳排放较2023年同类煤电机组平均碳排放水平降低20%左右、显著低于现役先进煤电机组碳排放水平,为煤电清洁低碳转型探索有益经验。到2027年,煤电低碳发电技术路线进一步拓宽,建造和运行成本显著下降;相关项目度电碳排放较2023年同类煤电机组平均碳排放水平降低50%左右、接近天然气发电机组碳排放水平,对煤电清洁低碳转型形成较强的引领带动作用。

  2024年05期 v.40;No.196 441-442页 [查看摘要][在线阅读][下载 2215K]
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