2026年 01期
碳捕集耦合原位电催化转化技术研究进展
熊卓;吴海龙;李强;赵永椿;张军营;【目的】碳捕集利用技术是实现CO2减排的关键性技术，但其规模化应用面临高能耗、高成本问题。碳捕集与原位电催化转化技术耦合可以实现协同效果，避免了捕获介质的再生和CO2的释放，提高能量效率且降低生产成本，为实现碳中和提供关键技术支撑。尽管这项技术前景广阔，但反应机理、捕获介质的选择等问题亟需深入探索。【方法】本文通过分析相关文献，介绍了碳捕集耦合原位电催化转化技术原理，系统梳理并总结了液固反应体系和气固反应体系的特性，重点分析了胺溶液等反应体系的研究进展，探讨反应体系的优缺点及关键技术挑战。【结果】研究表明，液固反应体系中，胺溶液体系在CO2捕集方面工艺成熟，但传质受限导致其电解性能不如传统电催化还原技术；碳酸(氢)盐溶液体系性能可媲美气相电解槽，但使用双极膜导致能耗高，下游处理难度大；氨基酸盐溶液体系具有高CO2吸收率、低蒸气压和O2耐受性，但研究报道有限；离子液体体系在环境条件下也能实现高效CO2转化，但传质受限，产物分离难度大、成本高。气固反应体系中，金属有机框架材料、共价有机框架材料等多孔纳米材料电极具有定向调控等优势，可实现直接吸附耦合原位电催化转化，但选择性不足、稳定性差等限制其工业应用。【结论】液固反应体系和气固反应体系各有优劣，需根据实际情况优选技术路线。未来应聚焦于筛选兼具捕获效率和电解性能的电解质或催化剂、电解槽设计以及复杂烟气环境下抗中毒催化剂研究，推动碳捕集和电催化转化的高效集成和规模化应用。
粉煤灰制备地聚物复合材料低速冲击下力学性能
孙剑;占先春;李兵;刘欣雨;许芸;王紫群;孟小焕;胡汉云;【目的】为提高粉煤灰的资源化利用率并降低其对环境的影响，本研究致力于将粉煤灰作为主要原料之一，制备地聚物复合材料（one-part fiber-reinforced geopolymer composites,OP-FRGC），并研究其力学性能。【方法】以粉煤灰、高炉矿渣等原材料为前驱体，分别掺入2%体积分数的聚乙烯（polyethylene,PE）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol,PVA）和聚丙烯（polypropylene,PP）纤维，制备试件并对不同纤维增强的OP-FRGC进行静力学性能测试、抗冲击试验和裂缝扩展分析。【结果】掺入2%体积分数PE纤维的OP-FRGC(OP-FRGC-PE)的抗压强度、极限拉伸应变和拉伸强度分别可达49.49 MPa、6.87%和6.78 MPa，高于掺入2%体积分数PVA纤维的OP-FRGC-PVA(44.56 MPa、3.57%和5.94 MPa)以及掺入2%体积分数PP纤维的OP-FRGC-PP(39.91 MPa、1.14%和4.96 MPa)。在5、10和15 J能量的单次与累积冲击试验中，OP-FRGC-PE的最大冲击力为12 477.4 N，分别是OPFRGC-PVA的1.24倍和OP-FRGC-PP的1.43倍。此外，不同冲击能量和次数下的裂缝最大宽度与分形维数的计算数据表明，OP-FRGC-PE的最大裂缝宽度和分形维数均低于OP-FRGC-PVA和OP-FRGC-PP，这证明OP-FRGC-PE具有更小的塑性变形和较低的冲击损伤。【结论】掺入PE纤维的OP-FRGC相较于PVA和PP纤维体系在静力学性能、抗冲击性能及裂缝扩展控制方面表现出显著优势，使其在对韧性、耐久性和裂缝控制要求较高的工程领域中具备较为广阔应用潜力。
基于阵列式烟气流量测量系统单点测量精度的数值模拟研究
冒文莉;江健;王晓佳;【目的】随着工业化快速发展，煤炭等化石燃料造成了严重的环境污染。烟气作为工业生产过程的主要大气污染物，其排放量对环境污染的影响尤为显著。因此，准确测量烟气流量成为控制污染、优化能源利用的关键举措。阵列式测量系统作为一种新型的高精度流量测量技术，已逐渐成为主流方式。【方法】本文通过计算流体力学软件构建环形低速风洞的数学模型，探讨测量平台流场稳定性与测量设备皮托管结构设计（安装角度、测孔斜度、流量等关键参数）对阵列式测量系统单点测量精度的影响规律。【结果】研究结果表明：（1）环形低速风洞在不同的流量下具有良好的流场稳定性；（2）皮托管结构设计中，垂直安装测量方式比偏移30°安装测量的效果要好，相对标准误差由8.67%降至3.87%;(3)皮托管测量精度随着测孔斜度的增加而增大，而第一工作段中保持在30°时的测量相对误差最小，仅为2.16%，但具体测孔斜度还应根据实际情况决定；（4）测量相对标准误差与测量平台入口流量成正线性关系，因此在相同测量条件下，还需考虑测量介质的流量范围。【结论】该研究成果有望对阵列式测量系统在烟气流量测量领域发挥更大的作用，提高烟气排放量的精准监测把控，大力推动“双碳”目标下工业智能化和火电绿色化的发展。
软测量技术在火电机组中的典型应用研究进展
王若旭;陈晴;武文斌;施梁;李德波;金凤雏;【目的】随着中国能源结构复杂化，火电机组深调运行时面临稳燃困难、能耗升高与污染物调控失准等问题。为提升火电机组负荷波动所导致的入炉燃料量、发热量、烟气成分及主蒸汽流量等关键参数动态变化时的测量准确度，克服传统测量手段存在周期长、成本高或依赖经验值的局限，【方法】本文构建了基于机理-数据混合驱动的软测量技术体系：通过热力学平衡方程与燃烧反应机理建立辅助变量关联网络；采用异常值剔除、时序对齐及主成分分析提升数据质量；结合支持向量机、随机森林等算法的非线性映射能力，嵌入滤波等动态补偿机制，形成自适应变工况的预测模型。【结果】研究表明，软测量技术应用于火电机组可实现入炉煤发热量预测误差<0.5 MJ/kg、NOx浓度测量延迟≤30 s、主蒸汽流量精度>98.5%，支撑660 MW机组供电煤耗降低1.1 g/(kW·h)、脱硝系统氨逃逸率下降35%。【结论】提出多场景建模准则，针对小样本/线性问题优选支持向量机模型，对强时序特性参数采用长短期记忆网络，为工程人员提供跨工况的算法选型依据。通过软测量技术对核心参数的精准感知与动态优化，可以提升火电机组在宽负荷条件下的控制品质与运行能效。
350 MW全燃准东煤锅炉钠迁移数值模拟研究
张柏华;宋瀚文;林晓伟;周冠文;李元鲁;【目的】准东煤因其高碱金属含量易导致锅炉受热面严重沾污与腐蚀，制约其大规模高效利用。为揭示碱金属钠在大型煤粉锅炉中的迁移转化规律，为锅炉的防沾污优化运行提供理论依据，需要对碱金属钠的迁移特性进行深入探究。【方法】本文以1台350 MW四角切圆锅炉为研究对象，将钠的释放与转化模型和煤粉燃烧计算流体力学模型相耦合，构建了适用于高碱煤的全尺寸锅炉燃烧数值模型，并对关键沾污介质NaCl和Na_2SO4的生成、分布及转化规律进行数值模拟。【结果】研究表明，Na Cl与Na_2SO4的空间分布存在显著差异，钠在燃烧初期主要以NaCl形式释放，并富集于炉膛中下部的核心燃烧区，而Na_2SO4则主要在炉膛上部由钠组分转化生成。过量空气系数从1.10提高至1.25可增强炉内氧化气氛，加速NaCl向Na_2SO4的转化，出口烟气中NaCl的摩尔分数由1.57×10-5降至6.61×10-6；但同时促进了焦炭燃烧，增强了钠从煤基质中的释放，导致出口烟气中Na_2SO4的摩尔分数由2.45×10-5增至2.59×10-5，最终使气相钠的总排放速率由0.020 45 kg/s增加至0.020 94 kg/s。【结论】在通过提高过量空气系数优化燃烧效率时，需权衡其对碱金属气相迁移的促进作用，以避免加剧下游受热面的沾污与腐蚀风险。
燃煤电厂烟气微藻固碳技术研究进展
宋和斌;周丽娜;江卫国;熊晟熙;韩金克;何晓燕;【目的】微藻固碳技术凭借高效光合作用、环境适应性强及生物质高值化潜力，在燃煤电厂烟气治理领域展现独特优势。综述燃煤电厂烟气微藻固碳技术的原理、藻种改良策略、工业应用现状及面临挑战，为该技术的规模化应用提供理论参考与技术支撑。【方法】通过文献调研与案例总结，系统分析微藻固碳的基本原理、藻种筛选驯化、诱变育种及基因工程改良方法，并结合国内外中试项目数据，评估其在真实烟气条件下的固碳效率与生物质产出。【结果】总结发现，微藻通过光合作用及CO2浓缩机制固定碳，效率显著高于陆生植物，可同步吸收烟气中氮硫氧化物。针对燃煤电厂烟气高浓度CO2、污染物及高温胁迫，通过筛选驯化、诱变育种及分子修饰等技术改良藻种，提升其耐受性与固碳性能。目前，微藻已成功耦合电厂烟气实现CO2固定，国内外建成多个中试项目，固碳效率达40%～60%，并产出生物燃料、饲料等高附加值产品。【结论】微藻固碳技术具有环保与资源化双重优势，该技术面临藻种对复杂烟气适应性不足、固碳分子机制未明、培养系统成本高、生物质转化路径单一等挑战。未来需通过基因编辑强化藻种多重胁迫耐受性，开发低成本高光能利用率反应器，优化烟气预处理工艺，推动生物质多元化高值化转化(如功能性产品、生物能源)，建立碳减排核算方法学与行业标准，以提升经济可行性，推动碳中和规模化应用。
国内外替代燃料标准体系浅析
冯鸣凤;张莹;莫雨晨;王彦卓;张彦军;谢志成;【目的】为推动替代燃料在煤电行业的规模化应用，助力实现双碳目标。【方法】本文梳理欧盟、美国、日本等发达国家的替代燃料标准发展历程，重点对比其与中国在产品质量标准、制备检测标准、污染物排放控制标准及政策等方面的差异，并结合政策激励体系展开分析。【结果】1）在标准体系方面：中国现行标准为团体标准（如T/CIC046—2021），缺乏强制性；重金属限值（除汞外）缺失，而欧盟EN15359—2011、ISO 21640已建立分级体系；2）排放标准错配：中国燃煤电厂协同处置需交叉引用《生活垃圾焚烧污染物控制标准》《火电厂大气污染物排放标准》等标准，无专门规范，而欧盟通过《工业排放指令》统一共烧排放限值；3）政策激励缺位：中国缺乏碳排放相关电价补贴，而欧盟通过《可再生能源指令》提供45欧元/（MW·h）激励。【结论】中国亟需建立强制性国家标准体系：1）完善产品质量分级，严格氯含量限值、重金属限值及检测方法；2）制定协同焚烧专项排放标准；3）配套碳核算规则与经济激励政策，稳定原料供应链，推动替代燃料减污降碳应用。
基于QCL波长调制光谱技术的SO3高灵敏度测量系统
李济东;马汉军;李杰;彭志敏;丁艳军;【目的】为解决工业现场SO3浓度低、易反应、难分离的实际测量难题，设计了基于量子级联激光(quantum cascade laser,QCL)波长调制光谱技术(wavelength modulation spectroscopy,WMS)的SO3高灵敏度集成化测量系统，其中包括SO3高温气体制备、低浓度SO2与SO3同步测量等功能模块，利用中红外吸收光谱可实现高温条件下SO2与SO3的同步测量。【方法】测量实验系统采用多次反射高温光学测量腔，并结合WMS算法降低SO3检测下限。SO2与O2在钒基催化剂作用下经高温反应生成的SO3气体，可作为标定SO3光谱和实时校准激光中心频率的依据。通过SO2催化氧化过程中同步测量SO2和SO3的浓度，计算得到SO2催化氧化反应的转化率随温度(550～1 000 K)和压力(3～20 kPa)的变化关系，以得出最佳的SO3气体制备条件。【结果】研究表明，SO2与O2在钒基催化剂的催化氧化过程中，转化率随温度升高先增大后减小，在797 K时转化率达到92.2%。保持温度797 K不变时，反应转化率随压力升高而增大，但变化率逐步减小，当压力大于17.5 kPa时转化率大于90%。通过计算Allan方差可知，该高灵敏度集成化测量系统对SO2和SO3的检测下限如下：最佳积分时间约为10 s时，对SO2的检测下限为0.7μL/L；最佳积分时间约为40 s时，对SO3的检测下限为1.75μL/L。这表明该测量系统对低浓度酸性气体具有良好的检测性能(低检测下限)。【结论】基于中红外吸收光谱的WMS测量方法与集成化测量系统，可为工业现场低浓度SO2和SO3的同步实时在线监测提供有效手段。
一种基于移相策略的电除尘器高频电源控制技术研究与应用
刘宇芳;凌雁波;易辉;徐芳;【目的】电除尘器高频电源通常采用电感-电容-电容（inductor-capacitor-capacitor，简称LCC）谐振变换器结构和变频控制方式，在轻载条件下易出现变压器磁芯饱和现象，进而引发谐振电流激增等问题，导致绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）、谐振电容等关键器件受到冲击损坏，现已成为该领域研究与设计的难点。为解决该问题，本文提出一种基于移相策略的非对称控制方法。【方法】本文通过建立高频电源变压器磁芯饱和与谐振电流的数学模型，分析传统变频控制方式在轻载时的局限性，研究采用的移相控制策略实时调整变压器驱动信号的相位关系，在保持原电路拓扑与参数不变的前提下，实现对谐振电流的有效抑制和磁通复位过程的优化控制。【结果】研究表明，所提出的移相控制策略不仅维持了变压器原有的软开关特性，还可降低谐振电流，有效解决变压器轻载条件下的磁饱和问题。在相同开关频率下，轻载工况时输出电压从76.4 kV降至38.4 kV，降幅为49.7%；谐振电流从881 A降至690 A，降幅为21.7%，最大磁通密度被限制在0.16 T，未出现磁饱和。工程应用显示，该方案在某厂电除尘器中连续运行6 000 h,IGBT等关键器件未出现因磁饱和问题而引发的击穿故障。除尘器电场的闪络频次由传统变频控制时3～28次/min下降至0～1次/min，系统可靠性显著提升。【结论】本文所提出的方案具有零硬件改造成本、操作方便、控制灵活等优势，特别适用于煤电、钢铁、化工等工况复杂的环境，为高频电源抗饱和设计提供了新思路。
超超临界二次再热机组汽温调节与灵活调峰技术研究进展
马凯;岳克伟;何陆灿;黄林滨;陈国庆;张海峰;【目的】双碳目标下，火电机组面临深度调峰和清洁低碳转型的双重挑战。超超临界二次再热技术作为现阶段高效燃煤发电的重要技术路线，其汽温调节和灵活运行等关键技术问题亟待深入研究。【方法】本文通过文献分析，系统梳理了二次再热技术的发展现状，分析了二次再热锅炉各受热面吸热比例的变化规律，研究了主流汽温调节方法的适用性与局限性，探讨了机组在深度调峰工况下的汽温特性、燃烧稳定性、环保性能与经济性的变化规律，并总结了灵活性提升技术的应用情况。【结果】研究表明，（1）二次再热锅炉再热蒸汽吸热比例增加到约28%，汽温调节难度增加，燃烧器摆角、烟气挡板、烟气再循环等复合调节策略成为主流技术路线；（2）50%以下负荷运行时，再热器吸热比例降至约23%，再热汽温较设计值低20℃以上，机组经济性变差，通过煤粉细度优化、运行氧量调整、配风方式改进等优化措施，可改善低负荷性能；（3）二次再热机组与储热技术耦合，可有效提高机组负荷调节速率和深度调峰能力，可将最低负荷降至18%。【结论】超超临界二次再热技术在中国已实现大规模工程应用，技术成熟度较高，但在低负荷汽温维持、深度调峰经济性、灵活运行等方面仍面临挑战。未来需要进一步优化汽温调节策略，完善低负荷运行技术，提升机组灵活性和经济性，为新能源消纳和电网稳定运行提供技术支撑。