2026年 03期
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。
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。
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。
不同制备方法对锰基催化剂脱除NO及甲苯的性能影响
黄硕;储欣悦;张耀宇;盛重义;杨柳;【目的】为实现火电行业烟气中氮氧化物(NOx)与挥发性有机物(VOCs)的协同控制，筛选高效催化剂，并探究不同制备方法对催化剂性能的影响。【方法】本研究通过溶胶凝胶法、水热法、共沉淀法和浸渍法在TiO2上负载Ce和Mn制备了一系列同时去除NO和甲苯(PhCH3)的催化剂，分别记作MnCe/Ti(S)、MnCe/Ti(H)、MnCe/Ti(C)和MnCe/Ti(I)，并系统评价其在200～450℃温度范围内的脱硝与甲苯氧化性能。采用扫描电子显微镜、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表征技术，分析了不同制备方法对催化剂理化性能的影响。【结果】研究表明，4种催化剂的单独脱硝活性顺序为：MnCe/Ti(S)>MnCe/Ti(H)>MnCe/Ti(I)>MnCe/Ti(C),MnCe/Ti(S)和MnCe/Ti(H)催化剂在测试范围内的NO转化率都在90%以上，而MnCe/Ti(I)和MnCe/Ti(C)催化剂的转化率直到300℃都没有达到90%。当反应温度为200℃时，MnCe/Ti(S)催化剂对NO的去除率为97.6%，温度为250℃时，该催化剂对甲苯的去除率达80%。在250～350℃时，MnCe/Ti(S)催化剂对两种污染物的去除效果最好。发现相比于其他3种方法制备的MnCe/Ti催化剂，MnCe/Ti(S)催化剂表面颗粒更均匀，元素分散性更好，其表面有利于NO氧化的Mn3+浓度占比为83.98%，远远高于其他催化剂，同时MnCe/Ti(S)催化剂的酸量以及酸强度明显更大，低温氧化还原性能更优。【结论】本研究为电力、钢铁等行业烟气中NOx与VOCs的协同治理提供了高效催化剂筛选依据，也为锰基催化剂的制备方法优化提供了理论支持。
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。
双碳目标控制下燃煤电厂深度调峰大气污染物排放特征探究
葛昊然;【目的】为系统分析在双碳目标控制下，山东省不同装机容量燃煤机组深度调峰状态下大气污染物及碳排放特征，并为实现煤电清洁、高效和灵活利用提供依据。【方法】本文通过收集分析性能试验与设备运行参数，全面解析亚临界锅炉330 MW机组、超临界锅炉650 MW机组和超超临界锅炉1 000 MW机组深度调峰时运行参数、运行控制与电厂污染物排放的内在关联。【结果】研究表明，随着负荷的升高，氮、硫、尘、汞及CO2排放量呈上升趋势。在机组启停机及较低负荷状态下，SO2排放因子、NOx排放因子及碳排放强度比高负荷时更高；且NOx排放质量浓度短时间出现波动，脱硝效率低。不同类型燃煤机组中，1 000 MW超超临界机组的SO2、NOx、颗粒物排放浓度比其他机组更低，原因是大容量、高参数机组锅炉和环保设备性能比小容量机组性能更好。【结论】大容量超超临界机组在深度调峰中环保表现更优，针对不同类型燃煤机组启停机及深度调峰运行工况，需开展宽温脱硝催化剂技术研究及高效多污染物协同处理工艺，推动燃煤企业适应煤电调峰需求和烟气污染物排放高效控制发展，提升机组在调峰过程中的环保运行灵活性。
生物质直燃过程中氮氧化物生成特性及控制实验研究
王杰;丁源;李天骄;夏富华;何春林;杨玉康;张中晖;赵文棋;宋惠远;闫伟杰;【目的】为应对小型燃煤锅炉改燃天然气带来的运行成本上升与气源紧张问题，并满足生物质燃料燃烧过程中氮氧化物(NOx)排放的控制需求。【方法】搭建生物质颗粒直燃实验台，优化进料、点火及风机系统，实现配风量与进料量的精确调控；对生物质燃料进行工业分析与元素分析，对比其与煤的燃料特性差异；采用非接触式测量方法获取挥发分燃烧火焰温度场，同步使用K型热电偶进行接触式测温；利用烟气分析仪在线测量NOx浓度；研究过量空气系数和火焰温度对NOx生成的影响规律。【结果】研究表明，生物质燃料挥发分含量高于煤、灰分含量低于煤；火焰温度随过量空气系数增大而升高，补气工况可进一步提升火焰温度；过量空气系数在1.11～1.47范围内时，NOx浓度随过量空气系数增大而显著增大，从22.21 mg/m3增至156.29 mg/m3，增幅约603.69%；本实验温度范围(600～1 200℃)内NOx以燃料型为主，热力型贡献可忽略；炉渣平均热灼减率为9%，比正常水平(3%～5%)要高。【结论】确定了最优过量空气系数为1.21～1.39，可保证燃烧效率的同时抑制NOx生成；提出了过量空气系数优化、补气策略选择、燃料预处理等控制策略；为小型生物质燃烧设备的低氮运行提供了技术支撑。