文献
钒钨钛催化剂重金属中毒特性研究
李坤鹏;姚展鹏;黄和笑;张耀宇;盛重义;杨柳;黄硕;程芳梅;【目的】为解决钒钨钛脱硝催化剂V_2O5-WO3/TiO2(VWTi)在燃煤电厂掺烧污泥烟气中重金属中毒问题，提升污泥掺烧的脱硝效率。【方法】本研究系统评价了Pb、Cr、Hg、Cd、As、Zn这6种典型重金属在烟气中的单一中毒行为，并以毒性最强的Pb为代表，揭示中毒程度对催化剂活性、温度窗口及副产物N_2O选择性的影响规律。采用浸渍-焙烧法制备不同Pb/V摩尔比(0～2.0)的中毒样品，通过比表面积及孔径分析、X射线衍射、X射线光电子能谱、氢气程序升温还原和氨气程序升温脱附等多种表征手段进行了联合分析。【结果】研究表明，从NOx转化率来看，重金属毒性排序为Pb>Zn>As>Hg>Cd>Cr，其中Pb中毒对催化剂的NOx转化率影响较大；Cr虽对NOx转化率影响微弱，却显著增加N_2O排放。性能评价显示，当Pb/V=1.5时，温度从240℃下降至120℃，温度窗口缩窄了120℃，NOx转化率由新鲜样的>90%跌至<50%;Pb/V=2时，高温段几乎完全失活，但N_2O生成量下降40%,N2选择性提高。表征分析结果表明：Pb以PbO形式高度分散于TiO2表面，优先与VOx活性位点反应生成V4+-O-Pb，导致V5+比例由66.1%降至25.1%，化学吸附氧O_α比例由27.3%降至18.6%，同时Brønsted与Lewis酸位点大量丧失，还原峰温向高温偏移50℃以上，这可能导致NOx转化活性急剧降低。【结论】本研究为污泥掺烧中重金属与NOx协同控制提供了量化依据。
基于“黑灯车间”模式的输煤系统智能运维技术研发与应用
余斌;崔怀明;王文义;万晖;范国朝;刘玉霞;【目的】燃煤电厂输煤系统中传统的人力运维效率低下、作业风险高，且难以满足高精度、及时性的严苛要求，亟需研发一套融合多模态感知技术的全自动化智能运维系统，以实现对关键设备状态的实时监测与精准诊断。【方法】本文以燃煤电厂输煤系统为研究对象，构建了一套包含访问层、访问控制层、应用集成层、子系统层的智能巡检系统逻辑架构，以图像增强算法为核心，融合物联网感知、机器视觉分析、AI算法等前沿技术，对从输煤系统采集的2020—2024年共128万条有效样本进行模型验证，并在“黑灯车间”模式下进行了现场验证。【结果】研究表明，基于多模态感知技术的智能运维系统在有效样本的模拟实验中，模型故障诊断能力达到了84.5%。在燃煤电厂输煤系统的“黑灯车间”模式下，智能运维系统对设备故障、作业人员违规、洒落煤识别这3类事件的平均报警响应时间均≤0.5 s，且误报率≤2%。智能运维系统构建的“功能安全+信息安全+冗余备用”三位一体安全防护体系能够确保输煤系统的全生命周期安全可控。【结论】该技术有效提升了输煤系统巡检的智能化水平与运维可靠性，显著降低了人工干预强度与现场作业安全风险，为火电厂智慧化转型提供了可行技术路径。同时，研究成果可为同类燃煤发电企业燃料系统智能化改造提供参考示范，对推动电力行业安全高效、绿色低碳发展具有重要工程应用价值。
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。
600 MW燃煤锅炉汽温提升与NOx协同控制数值模拟研究
严谨;吴旭洋;徐艺铭;王舒源;向欣;冒徐成;王紫琦;汪宇翀;【目的】为解决某600 MW大型煤粉锅炉在高负荷下主/再热汽温偏低以及低负荷时NOx排放超标的问题。【方法】本文提出一种涵盖分级输粉技术、燃烧器浓淡分离部件改造、燃尽风速优化及增设补燃风的综合性改造方案，并基于Fluent构建三维数值模型，通过多工况模拟验证方案在满负荷汽温提升、低负荷稳燃及NOx控制方面的综合效能。【结果】研究表明，综合改造后，主/再热汽温提升10～15℃，满负荷可稳定维持在540±10℃；通过分级输粉技术，在A层一次风管增设分叉结构形成可切换双管道系统，动态调节火焰中心高度，增强低负荷稳燃能力；燃烧器采用异形弯头与挡块组合，将煤粉浓淡比提升至2∶1,NOx排放降至200±20 mg/m3，降幅达30%；燃尽风喷口经封堵优化，风速提高至71 m/s，屏下烟温提升26～33℃，CO浓度降低40%～50%；增设12个补燃风喷口后，炉膛上部氧浓度提升，火焰中心上移，左右侧烟温偏差降低38%。调峰运行时，NOx排放显著改善，NOx浓度降至154 mg/m3，稳燃能力延伸至260 MW，前屏入口CO浓度控制在0.5%～0.9%。【结论】本文所述方案通过风量分配-燃烧优化-排放控制协同优化，在不进行受热面改造的前提下，显著提升了机组调峰灵活性与环保性能，为燃煤锅炉高效低碳运行提供了技术支撑。
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。
燃煤机组掺氨燃烧降碳技术进展
郭永超;徐浩;滕钧杰;杨斌全;赵斌;高欢;李宝;薄学良;闫伟;郝功涛;【目的】本文旨在系统梳理燃煤机组绿氨掺烧技术的研究进展，分析其技术可行性、经济性与发展趋势，为该技术的工程应用与政策制定提供参考。【方法】本文采用文献综述与案例分析相结合的方法，系统归纳了国内外绿氨掺烧技术在实验室研究、中试试验及工业示范层面的发展现状。重点分析了氨煤共燃过程中的燃烧特性、NOx生成机制及其影响因素，包括掺烧比、当量比、煤种、燃烧器结构、空气分级策略等。同时，以630 MW燃煤机组为例，构建了度电燃料成本与度电成本的经济性分析模型，评估不同绿氨价格、碳交易价格及掺烧比例下的经济可行性。【结果】研究表明，绿氨掺烧技术已在多个国家实现从实验室到工业示范的跨越，日本在1 000 MW级机组上完成20%热值比掺烧试验，国内也在600 MW机组上完成10%掺烧验证。适量掺氨可提升燃烧效率，优化NOx排放，但高掺比下仍需解决火焰稳定性、氨逃逸及NOx控制等问题。经济性分析显示，当绿氨价格低于776.2元/t时，掺烧具备经济优势；若电价降至-0.02元/(kW·h)，绿氨成本可降至与煤炭相当。碳交易价格对高掺比项目的经济性影响显著，碳价上涨可有效对冲燃料成本压力。【结论】绿氨掺烧技术是实现煤电深度降碳的重要路径之一，目前已进入示范应用阶段，但仍面临燃烧控制、NOx排放、系统集成及绿氨成本等多重挑战。未来应聚焦于开发高效低氮燃烧技术、构建“电-氢-氨”协同系统、完善绿色产品认证与碳交易机制，以推动该技术的规模化应用与可持续发展。
专栏执行主编寄语
闫伟杰;张力;<正>在“双碳”目标驱动与新型电力系统构建背景下,我国能源低碳转型持续深化,火电行业超低排放管控要求不断升级。燃煤电厂正从主体电源向“压舱石、调节器”角色转变,面临深度调峰、高效低碳、智能运维等多重挑战。燃煤烟气存在重金属、挥发性有机物等多污染物共生耦合特性,传统单一污染物治理模式适配性弱、协同性不足,难以满足深度减排与灵活调峰工况下的环保需求。与此同时,以“云大物移智链”为代表的新一代信息技术正重塑电力生产与管理模式,推动传统燃煤电厂向“智慧电厂”跨越式发展。
考虑源荷不确定性的电-热-氢综合能源系统容量配置优化
沈昊天;徐玉杰;周学志;张华良;门静婧;苏旭;王尧;尹钊;陈海生;【目的】针对电-热-氢多能耦合综合能源系统在源荷双侧不确定性下的容量配置问题，提出一种考虑模糊机会约束的双层优化模型，旨在实现系统经济性与环境性的协同优化。【方法】本文建立包含电-热-氢的多能耦合综合能源系统，利用模糊机会约束描述源荷双侧的不确定性，引入碳交易机制，通过建立双层模型求解该系统设备容量配置方案。【结果】研究表明当考虑源荷不确定性后，系统内各发电单元的配置容量均有所提高以满足随时可能出现的风险波动，总成本上升22.4%。储热作为成本低廉且无碳排放的灵活性调节资源可以显著降低系统规划总成本，而碳交易成本的加入将会降低燃气设备配置容量并提高系统总成本3.91%。典型日调度结果显示，电解制氢单元在谷时产氢，系统可出售氢气获取收益。储电和储热系统在用能低谷时利用低电价充能，在用能高峰实现削峰。考虑不确定性后，电网购电量增加且燃气轮机保持额定功率输出，运行成本上升19.8%，但同时提高了系统风光消纳量。当电网初始碳配额为正，则不需要在碳交易市场上购入额外碳配额，并且有富余可供出售。当系统置信水平从0.60增加到0.95，系统典型日运行成本增加12.9%。【结论】本文所提双层规划模型在保障系统用能安全的基础上，实现了经济性与环保性的平衡，提升了系统对源荷不确定性的应对能力。
某1000 MW超超临界双切圆锅炉深度调峰水冷壁水动力及壁温特性分析
寇海强;马国伟;马海星;【目的】锅炉深度调峰过程中容易出现水冷壁水动力不足、壁温波动幅度大及相邻管温差大等问题，为提升锅炉在低负荷运行时的安全性能，需要对水冷壁的运行状况特别是热偏差问题开展研究。【方法】本文以某1 000 MW超超临界双切圆锅炉为研究对象，采用水动力计算、炉内温度场数值模拟及水冷壁应力计算等方法，分析了水冷壁在深调过程中的热偏差与应力分布，并进一步探讨锅炉的深度调峰策略。【结果】研究表明，水冷壁运行的安全性是制约锅炉进一步深调的重要因素。数值模拟显示，受燃烧组织影响，炉膛前后墙相邻水冷壁管温差与应力最大值出现位置相同，均出现在“热角”区域，与水动力计算结果相一致。30%锅炉最大连续蒸发量（boiler maximum continuous rating,BMCR）负荷下，炉膛前墙水冷壁管壁温差最大达到121.97℃，炉膛后墙水冷壁管壁温差最大达到53.36℃；在30%BMCR负荷下，“热角”区域水冷壁管应力达到129.99 MPa，接近材料屈服极限。深调过程中适当提前进行“干态-湿态”转换可缓解热偏差，但会降低机组经济性与设备安全性。【结论】对水冷壁结构实施改造并优化调控策略是解决热偏差问题的关键途径，可有效保障锅炉在深度调峰过程中的运行安全，为机组灵活、稳定运行提供可靠支撑。
元素掺杂对VW/Ti基SCR催化剂宽温脱硝及抗硫性能的影响与反应机理研究
杜昌飞;张博雅;程节兵;刘源;吴凌志;沈凯;张亚平;【目的】在燃煤机组深度调峰和灵活性运行需求不断增强的背景下，为解决烟气脱硝系统低负荷工况下烟温降低，传统V_2O5-WO3/TiO2(VW/Ti)基选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂活性衰减的问题。【方法】本研究围绕提升SCR催化剂的宽温脱硝能力与抗硫性能展开，通过浸渍法引入不同过渡金属元素对催化剂进行掺杂改性，系统探究了不同掺杂元素及其掺杂比例对性能的影响，并结合多种表征手段，从结构特征、表面酸性、氧化还原性能及反应机理等方面进行了深入分析。【结果】研究表明，Nb、Sb、Ce、Nd掺杂均能显著提升催化剂在160～240℃低温区的脱硝活性，其中Ce掺杂效果最为显著，而Ho和Sm掺杂后性能反而下降。V_2O5-WO3-5CeO2/TiO2(VW5Ce/Ti)催化剂高效脱硝温度窗口拓宽至220～400℃，能够更好地适应燃煤电厂深度调峰运行条件。在含H_2O和SO2的模拟烟气条件下，VW5Ce/Ti催化剂活性衰减幅度明显低于未掺杂的VW/Ti催化剂，表现出优异的抗水抗硫性能。通过X射线衍射、比表面积分析、氢气程序升温还原、氨气程序升温脱附及原位红外光谱(diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy,DRIFTS)等表征手段分析发现，Ce掺杂未明显改变TiO2载体晶型结构，但增加了催化剂表面酸性位点数量并提升氧化还原能力，促进了NH3与NOx的吸附与反应。原位DRIFTS实验进一步证实，VW5Ce/Ti催化剂表面同时存在Lewis酸和Brønsted酸位点，反应遵循L-H和E-R机理。【结论】Ce掺杂是一种提升VW/Ti基SCR催化剂宽温脱硝性能和抗硫稳定性的有效途径，本研究可为燃煤电厂在深度调峰和超低排放条件下SCR催化剂的优化设计与工程应用提供理论依据和技术参考。