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专栏执行主编寄语 低碳燃烧技术与污染控制
胡海韬;王睿坤;王卉;<正>在国家“碳达峰、碳中和”的战略目标下，燃煤电厂作为我国能源体系的重要支撑，其清洁高效利用水平不仅关乎能源安全，更直接影响大气环境质量与温室气体排放控制。燃烧过程中的多种污染物协同控制与低碳转型，正成为能源科技创新的前沿课题和关键环节。锅炉及燃烧技术在绿色低碳发展中肩负着重要使命，相关技术突破与应用实践，将直接推动能源行业绿色转型升级。
沉淀剂用量对MnO_x催化剂脱硝性能的影响机理研究
封硕;刘欢欢;吕轩;苑鹏;王云飞;宋蕊;杨柳;李新强;【目的】燃煤电厂排放的NO_x会对环境造成严重危害。因此，严格控制烟气中NO_x的排放有利于降低燃煤电厂对大气环境的污染，从而提升空气环境质量。目前，氨选择性催化还原法（ammonia-selective catalytic reduction,NH_3-SCR）是应用最为广泛的实现烟气脱硝的方法，该技术的核心是高效催化剂的设计。为提升MnO_x催化剂的脱硝效率，需要首先研究沉淀剂用量对其活性的影响。【方法】本研究采用共沉淀法制备了不同沉淀剂用量的MnO_x催化剂。并通过一系列表征测试手段，对不同沉淀剂用量的催化剂进行对比分析，探究沉淀剂用量对催化剂活性的影响机理。【结果】研究表明，以0.1 mol氨水为沉淀剂制备的0.1AH-MnO_x催化剂表现出最优的催化活性，在200～300℃范围内，NO转化率可达95%以上。沉淀剂用量过多加剧了催化剂的团聚现象，导致催化剂颗粒状结构增大，使得催化剂的比表面积、平均孔径和孔容减小。另外，随着沉淀剂用量的增加，催化剂的表面酸性也随之减小。这与催化剂的比表面积减小有关，而催化剂的比表面积减小导致催化剂表面的活性位点减少，不利于NH_3的吸附和活化，最终导致催化剂的反应活性下降。0.1AH-MnO_x催化剂的脱硝性能略优于0.2AH-MnO_x催化剂。但由于0.1AH-MnO_x催化剂沉淀剂用量较少，使得催化剂产量较低，导致生产成本增加。并且0.2AH-MnO_x与0.1AH-MnO_x催化剂的形貌结构、比表面积和表面酸性差异最小，同时0.2AH-MnO_x催化剂具有较高产量。【结论】因此，通过沉淀法制备催化剂，不仅要优化沉淀剂的种类，还要注重从沉淀剂用量和成本等方面进行综合考虑，以达到最优效果。
专栏执行主编寄语 电力科技与环保脱硝催化剂材料研发与中毒及再生机理研究
盛重义;张光学;张柏林;<正>当前，我国能源结构转型持续深化，环保要求不断提升，电力行业氮氧化物治理正步入从常规煤电超低排放向更复杂、更多元场景拓展的关键阶段。燃气轮机、复杂工业窑炉等领域的排放控制需求日益凸显，对选择性催化还原（SCR）这一核心技术提出了更为苛刻的要求：催化材料不仅需具备高活性与选择性，更需在复杂多变的实际烟气环境中展现卓越的抗中毒性、热稳定性及多污染物协同去除能力。
基于非支配排序遗传算法的虚拟同步光储并网系统动态特性解析与多目标协同控制
魏振;任杰;李仪佳;王志清;孟境辉;【目的】随着全球能源结构转型和可再生能源的广泛应用，具有清洁、可再生特性的光伏发电系统在电力系统中的占比日益加大，但其对电网稳定性的影响也逐渐变大。为降低光伏发电系统输出功率的波动性对电网稳定性的影响，【方法】本文提出了一种基于智能算法优化与虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）技术的光储三相并网系统优化方法。通过深入分析VSG控制原理和储能系统控制参数（比例增益K_p和积分增益K_i）对系统电压、电流、频率方面的影响，构建了光储三相并网系统整体模型，并采用非支配排序遗传算法（nondominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ）对直流电压方差、交流频率方差进行多目标优化。优化结果通过优劣解距离法（technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS）进行综合评价，通过和传统PI控制进行对比，验证了优化参数配置的有效性。【结果】研究表明，经过TOPSIS优化后的VSG控制系统在稳定频率和电压偏差方面的数值分别为50 Hz和-0.064%，明显优于PI控制的50.2 Hz和0.354%。基于VSG控制的系统在电压畸变率、负序电压不平衡度方面也表现优异，其中电压正弦波畸变率仅为0.12%，远低于PI控制的3.78%，负序电压不平衡度为0.002%，显著低于PI控制的0.023%。并网电压的质量显著改善，证明了NSGA-Ⅱ优化的VSG控制模型在提高系统稳定性和电能质量方面的有效性。【结论】本研究为光储并网系统的优化设计提供了新的思路和方法，为可再生能源并网技术的发展提供了有力支持，有助于推动未来能源管理系统向更高效、更可靠的方向发展。
不同气氛热处理对SO_2中毒的WO_3/CeO_2催化剂再生活性的影响
赵文瑞;李佩晓;蒋沛婷;马凯莉;李露露;【目的】氨选择性催化还原被认为是控制电厂尾气主要成分NO_x排放的最佳技术之一，其中催化剂是该技术的关键所在。负载型钨铈催化剂是中高温度范围内具有优异脱硝活性的非钒基催化剂，为使该催化剂保持长期高效的脱硝活性，深入研究其SO_2中毒失活再生机理具有重要意义。【方法】本研究使用不同气氛（N_2、Air-N_2+O_2、NH_3）对SO_2中毒的WO_3/CeO_2(W/Ce-S)催化剂在400℃下进行热处理，探究SO_2中毒WO_3/CeO_2催化剂的失活再生机理。借助X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱、热重分析、氢气程序升温还原等表征手段，探究不同气氛热处理后催化剂再生效果存在差异的具体原因。【结果】研究发现，SO_2中毒的WO_3/CeO_2催化剂经不同气氛热处理后，脱硝活性都可以得到不同程度的恢复。其中，经NH_3热处理后，W/Ce-S的脱硝活性恢复至中毒前水平的97.4%。借助多种表征手段发现，这主要是因为经NH_3热处理后，W/Ce-S催化剂表面沉积的硫酸铵盐和金属硫酸盐物种得到了最大程度的分解，使其表面活性位点和氧化还原能力得以恢复，促进了其催化活性再生。【结论】研究结果为环保型抗硫催化剂的设计提供了理论依据。
Mo/Ce_x Zr_(1-x)O_2催化剂的协同调控及其低温NH_3-SCR活性及抗中毒性能研究
赵勇刚;蔡彦迪;杜顺鑫;唐添发;姚磊洋;袁宪强;【目的】为开发高效、环保的低温脱硝催化剂，解决燃煤电厂低负荷运行时烟气温度无法满足SCR脱硝催化剂最佳反应温度的问题，提升NH3选择性催化还原（NH3-SCR）反应的低温活性及抗中毒性能。【方法】本文采用共沉淀法和湿浸渍法设计并制备Mo改性的Ce-Zr固溶体（Ce_xZr_(1-x)O2）催化剂（Mo/Ce_xZr_(1-x)O2），通过X射线粉末衍射（X-ray diffraction,XRD）、氢气程序升温还原（H_2-temperature-programmed reduction,H_2-TPR）、NH_3程序升温脱附（NH_3-temperature programmed desorption,NH_3-TPD）等表征手段分析催化剂的结构、氧化还原能力及酸位分布。【结果】研究表明，Ce与Zr形成立方萤石结构的固溶体，显著增强了催化剂的氧化还原能力与比表面积，而MoO_3的引入提供了关键的酸位点，协同促进NH_3吸附活化。其中，Mo/Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2(Mo/C5Z5)催化剂表现出最优性能：在200～350℃内NO转化率>90%,N_2选择性高，且在含200μL/L SO_2与5%H_2O的苛刻条件下仍保持80%以上活性，抗硫抗水性能显著优于传统钒基催化剂。【结论】该研究为开发高效、环保的低温脱硝催化剂提供了新策略，为解决燃煤电厂低负荷运行条件下脱硝催化剂最佳活性与反应温度不匹配的问题提供了新思路，未来需进一步优化性能及长期稳定性以适应复杂烟气环境。
燃气轮机高温SCR核壳结构催化剂研究进展
张耀宇;李坤鹏;姚展鹏;黄 硕;钟雨琴;陈 峥;秦 凯;盛重义;杨 柳【目的】核壳结构催化剂因其独特的结构和化学特性在选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)领域受到了广泛关注，因此需充分了解核壳结构催化剂的性能与机理，为燃气轮机高温尾气脱硝提供重要的技术支撑。【方法】本文在对燃气轮机高温污染现状和脱硝技术作简要介绍的基础上，系统综述了核壳结构催化剂在高温中SCR的研究进展。重点总结了金属氧化物基和分子筛基核壳催化剂的制备方法、结构特性及其在高温SCR中的性能表现。通过分析核壳界面协同效应、梯度孔道传质优化及物理化学屏障作用，揭示了其性能提升的内在机制。【结果】结果表明，核壳结构催化剂通过核壳界面协同、空间限域和功能分区等机制，显著提升了高温SCR性能。金属氧化物基核壳催化剂(如CeO₂@TiO₂)通过增强界面氧空位浓度和物理屏障作用，提高了NO_(x)转化率和抗硫中毒能力，有研究表明SiO_(2)修饰使催化剂在250~400 ℃的NO_(x)转化率提升12%，在体积含量为5×10~-5SO_(2)和10%H_(2)O的烟气中，活性保持率从传统催化剂的58%提升至89%；分子筛基核壳催化剂通过梯度孔道设计和双金属协同作用，实现了宽温度窗口(200~550 ℃)下的高活性和高稳定性，K~+交换的Cu/SAPO-34核与Fe/Beta壳层结合，协同实现H_(2)O/CO_(2)共存下的高稳定性，NO_(x)转化率大于95%。Fe-Cu双金属SSZ-13中Fe~3+与Cu~2+的协同作用可拓宽温度窗口至200_(~)550 ℃，NO_(x)转化率大于90%。核壳结构还能有效抑制碱金属、SO₂、H₂O等毒化物质对活性位点的侵蚀，延长催化剂寿命。【结论】未来研究应聚焦于核壳界面动态演变机理的原位表征、复杂烟气环境下催化剂的耐受性机制研究，以及从实验室粉体催化剂向整体式催化剂的工程转化，推动核壳催化剂在燃气轮机高温SCR系统中的规模化应用。
630 MW超临界机组全负荷锅炉效率变化试验研究
郦林俊;葛 铭;徐文亮;高行龙;陈国富;梁 勇;刘翕茂;陈国庆【目的】在深度调峰背景下，煤电机组低负荷运行时锅炉效率备受关注。掌握机组全负荷段锅炉效率对发电企业的运行具有指导意义。为探究某630 MW超临界机组30%~100%负荷下典型负荷点的锅炉效率影响因素，指导锅炉高效运行。【方法】以某 630 MW超临界锅炉为研究对象，通过控制变量法，重点考察了燃烧器风门开度、运行氧量的影响。通过对锅炉效率进行测量， 得到了各负荷点下锅炉效率及相关参数的具体情况。【结果】试验发现，30%~100%负荷段内，锅炉效率呈凸曲线分布。75%负 荷下，锅炉效率最高，达到94.5%左右，机组供电煤耗最优，为299.2 g/(kW·h)；30%负荷下，锅炉效率最低，只有91%左右，机组供电煤耗最高，为350.3 g/(kW·h)。分析可知，该机组在600 MW负荷以上时，干烟气热损失最大，CO未完全燃烧热损失次之，导致锅炉效率低于设计值；200 MW负荷以下时，虽然CO未完全燃烧热损失可以忽略不计，但由于运行氧量偏高，干烟气热损失偏大，导致锅炉效率低于设计值。满负荷下由于引风机出力不足，CO原始生成量高，供电煤耗反而较75%负荷有所升高。30%负荷下机组供电煤耗较机组最低煤耗工况点升高约50.0 g/(kW·h)。低负荷下，该机组运行氧量提高，导致的供电煤耗增加幅度远大于再热汽温提高带来的供电煤耗降低幅度，运行氧量仍有进一步下降的空间。【结论】本研究对火电机组的调峰和运行具有一定的指导意义。
新疆高碱煤掺烧及结渣特性实验研究
赵秉庆;李泯材;王依敬;饶 钊;雷 领;彭国宇【目的】新疆煤储量巨大，但由于其富含碱金属，在锅炉燃烧中易引发结渣和沾污问题，限制其大规模应用。本文旨在通 过混煤燃烧技术优化其燃烧特性并抑制结渣，为安全环保利用新疆煤炭资源提供技术支持。【方法】选取望布煤、新疆红沙泉高 碱煤、中高热值混煤、中低热值混煤及高硫煤为实验原料，对不同煤种进行了煤质与灰成分分析，随后通过一维火焰燃烧器和 黑体炉分别研究了不同配煤比例下新疆高碱煤的燃烧特性和熔融机制，利用双色法测温技术量化火焰温度；通过黑体炉高温 实验研究灰样熔融与结渣特性，分析灰渣形态及最低结渣温度。【结果】研究结果表明，掺混适量的新疆高碱煤能有效改善煤样 的燃烧特性。特别是在新疆高碱煤与其他煤种(如中高热值煤)混合时，能够提升火焰温度，从未掺混时火焰温度为688 ℃，提 高到掺混25%的新疆高碱煤后为809 ℃，并促进煤的充分燃烧。在结渣方面，随着新疆高碱煤掺混比例的提高，灰熔点降低， 更容易结焦。而新疆煤与中高热值混煤、高硫煤掺烧后的煤灰结渣温度由1 100 ℃上升到1 200 ℃，有效减少了结渣现象的发 生。因此，通过调整不同煤种的掺混比例，不仅能够提高火焰温度、优化燃烧特性，还能有效抑制结渣行为。【结论】混煤燃烧技 术通过优化配比，采用25%~50%新疆煤和中高热值煤可协同提升燃烧效率与抗结渣能力。而掺混中高热值混煤或高硫煤能 显著提高灰熔融温度，为新疆高碱煤的大规模清洁利用提供了关键技术依据。
煤燃烧过程中砷、硒、铬迁移转化研究
梁 鑫;马敬轩;赵士林【目的】燃煤排放的有毒痕量元素对环境和人体产生巨大的危害，明确燃煤过程中的痕量元素迁移转化特性对其有效脱 除及实现燃煤烟气的清洁排放具有重要的意义。【方法】本文以一台660 MW燃煤电厂的煤样为研究对象，采用管式炉燃烧实 验和化学热力学模拟系统考察了温度和气氛对燃煤过程中有毒痕量元素砷（As）、硒（Se）、铬（Cr）迁移转化特性的影响。【结果】 研究结果表明，不同燃烧工况下，As和Se主要分布在飞灰中，Cr主要分布在底渣中。空气气氛下温度的升高有利于As从底渣 向飞灰迁移，富氧气氛有利于As向烟气中迁移。700 ℃和900 ℃下，富氧气氛下O2 浓度的增加有利于底渣中As向飞灰中As的 转化，煤灰中的As主要为AlAsO4 （s）和Ca3 （AsO4 ）2 （s）。空气气氛下，随着温度的升高，Se发生了飞灰向底渣、以及从底渣和烟 气向飞灰的迁移。700 ℃和900 ℃下，富氧气氛中随着O2 浓度的增加，Se在飞灰中所占比例由54.3%上升至84.4%。飞灰和烟 气中的Se主要分别为CaSeO4 （s）和SeO2 （g）。空气气氛下温度升高促使Cr从底渣向飞灰迁移。60%O2 /40%CO2 气氛下Cr在各 组分中的分布与21%O2 /79%CO2 气氛具有相似性，且在烟气中分布比例达到24.9%。底渣和飞灰中Cr主要为Cr2 （SO4 ）3 、 CaCr2 O4 、CrO2 、Cr2 O3 。 【结论】燃煤过程中As、Se具有高挥发性，多分布于飞灰中；Cr具有难挥发性，多分布于底渣中，温度和O2 含量对As、Se、Cr迁移转化具有重要的影响。飞灰和烟气中As、Se的脱除和底渣中Cr的环境浸出应尤为关注。