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氧化镁基吸附剂选择性分离Hg0和HgCl2的特性研究
尚瑜;李海洋;陈盈盈;万兆鑫;童姜毅;段钰锋;【目的】元素汞(Hg0)和氧化态汞(Hg2+)的选择性吸附是汞连续在线监测系统中的关键技术之一。氧化镁(MgO)是常见的吸附剂，但由于其表面积较小、使用寿命短、烟气组分影响机制不明确，其应用受到一定限制。为解决吸附剂在应用中的限制，提升Hg0的脱除效率，有必要对MgO基吸附剂进行深入研究。【方法】本研究采用溶胶凝胶法，将MgO负载至孔隙发达的γ-Al_2O3表面，以提升其对HgCl2的吸附性能，并通过实验和多种表征方法阐明烟气组分与HgCl2在镁基吸附剂表面的竞争反应机制。【结果】研究表明，最佳前驱体为草酸镁，且MgO与载体的摩尔比为1.5∶1.0时，达到最优负载比例。相对于原始Mg O，负载后吸附剂的比表面积从14.54 m2/g上升为143.15 m2/g，对HgCl2穿透率从36.20%降低至2.78%。分别单独加入500µL/L NO、12%O2后，HgCl2的对应穿透率分别为4.20%、2.77%，这些非酸性气体不会干扰吸附剂对Hg0和HgCl2的选择性吸附性能。然而，分别单独加入50µL/L HCl、200µL/L SO2、16%CO2后，HgCl2的对应穿透率分别降至13.50%、26.07%、6.56%。这是由于酸性气体与HgCl2在吸附剂表面发生竞争吸附，消耗碱性活性位点，同时堵塞吸附剂孔隙，抑制吸附剂对HgCl2的捕集。【结论】这些实验结果对MgO基选择性吸附剂的工业应用提供了理论指导。
基于多目标遗传算法的间接空冷塔喷雾增湿系统优化设计
陈阳;王磊;张鑫;史鹏飞;张华锋;张力;胡亚辉;游秦;【目的】为了提高夏季高温环境下间接冷却塔的换热效果，减少水资源消耗，开展了喷雾增湿系统优化设计研究。【方法】本文以冷却塔为研究对象，建立了冷却塔扇形计算区域，采用全二阶多项式的标准响应面法创建响应面模型，分析了喷嘴单因素（流量、压力及张角）对换热量及剩余水流量的影响规律；以最大换热量及剩余水流量为零作为目标，采用多目标遗传算法（multi-objective genetic algorithm,MOGA）对不同环境温度下的喷嘴多参数进行目标优化。【结果】研究表明，喷嘴流量是影响换热量的最主要因素，增加喷嘴流量可显著提升换热效果。当喷嘴流量从1 g/s增加到15 g/s时，换热量从1 607.49 kW增加到1 742.53 kW，增幅为8.4%；喷嘴张角和喷嘴压力对剩余水流量的影响远大于对换热量的影响，当喷嘴张角从15°增加到67.5°时，剩余水流量从2.3 g/s减少到1.2 g/s，降幅为46%；当喷嘴压力从0.5 MPa增加到15.0 MPa时，剩余水流量从0.19 g/s增加到2.5 g/s，增幅高达1 175.6%;MOGA优化后，环境温度为20、25、30和35℃时，最优工况点，单位喷嘴流量下换热量分别为2 053.83、1 856.55、1 605.38和1 499.94 kJ/kg，且随温度升高呈递减趋势。【结论】本研究为夏季高温环境下间接空冷系统的高效运行提供了理论支持与工程优化方案。
生物质熔盐热解制备多孔碳及烟气脱汞应用研究
童皓煜;刘俊;张秉铎;刘航语;刘兵旭;杨建平;【目的】燃煤电厂是中国最主要的人为汞排放源，利用廉价高碳生物质原料制备碳基脱汞吸附剂成为研究热点。【方法】本文以木屑为原料，利用熔盐热解一步碳化和活化制备多孔碳，利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron,XPS)和比表面积分析测试研究了多孔碳的微观结构和表面化学特性，在固定床实验平台上测试了多孔碳的烟气脱汞性能，通过程序升温脱附实验和XPS表征识别了多孔碳上汞的吸附产物，以揭示多孔碳对Hg0的吸附机理；运用Aspen Plus对热解过程进行仿真模拟，为建立生物质熔盐热解产碳工艺提供基础数据。【结果】熔盐多孔碳上具有大孔-介孔-微孔骨架，其表面具有丰富的含氧官能团，在50～150℃温度区间内表现出良好脱汞性能；在LiCl-KCl熔盐体系中添加Fe(NO3)3可显著提高多孔碳的脱汞性能，脱汞效率达90%以上；多孔碳表面丰富的C==O基团将气态Hg0氧化并进一步转化为有机结合汞(Hg-OM)固定，同时C==O还原为C—O。熔盐可循环使用3次以上，且循环后制备的多孔碳仍保持高效脱汞性能。Aspen Plus模拟表明，木屑在700℃热解时碳产率约为31%，与实验结果吻合。【结论】熔盐热解工艺可实现生物质的同步碳化和活化，获得的多孔碳具有优异的烟气脱汞性能，为燃煤烟气汞污染治理提供了新思路。
二氧化硅纳米孔隙中重金属铅的迁移机理研究
王明骏;申奥;胡海韬;【目的】深入探究纳米孔隙中重金属铅的扩散吸附行为，对于理解气态铅在复杂孔隙结构中的迁移机理及开发铅吸附剂具有重要意义。【方法】本文以无定形SiO2为基底，构建纳米孔道物理模型；运用第一性原理计算手段，对PbO的Lennard-Jones(LJ)力场参数进行拟合；基于Monte Carlo方法，通过自主编程开发气态铅分子在SiO2纳米孔内的径向力场计算模型。在此基础上，结合Oscillator扩散理论与吸附平衡模型，深入揭示温度、孔径及分子性质等因素对气态铅流体扩散系数与吸附平衡常数的影响。【结果】研究表明，气态铅的扩散系数随孔径增大而显著提高，且铅单质(Pb)的扩散能力优于氧化铅(PbO)，这可归因于铅单质(Pb)更低的分子质量与更弱的流-固作用势能。气态铅的吸附平衡常数随孔径增大呈下降趋势：孔径小于1 nm时，吸附作用显著；进入大孔径范围后，平衡常数迅速降至1左右。温度升高对气态铅的扩散起到促进作用，但会削弱铅分子的吸附效果。气态铅分子的传导系数随孔径与温度增大而上升，且在大孔径区域增长速率更快，这源于传导系数与孔径之间存在二次函数形式的依赖关系。低温或小孔径条件下，吸附效应占据主导作用，此时传导系数随孔径或温度增加反而下降。【结论】本文揭示了气态铅在复杂纳米孔隙中的迁移机理并量化关键影响参数，为燃煤烟气重金属污染高效控制及吸附剂优化设计提供了理论依据。
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期刊简介
刊名：《电力科技与环保》
刊期：双月刊
国内刊号（CN）：32-1808/X
国际刊号（ISSN）：
ISSN 1674-8069
主管单位：
国家能源投资集团有限责任公司
主办单位：
国家能源集团科学技术研究院有限公司
学术支撑：
低碳智能燃煤发电与超净排放全国重点实验室
主要栏目：
热能工程 清洁发电 新能源发电 融合发电
联系电话：
责任编辑：林正根
025-89620868；18795905901
责任编辑：沈凡卉
025-89620869；13951751106
责任编辑：俞 颖
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