洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2022年第10期

• 燃煤电站锅炉及工业窑炉三维燃烧温度分布监测研究进展

  周怀春, 李框宇, 安元, 娄春

  在碳中和背景下，燃煤发电机组深度调峰及灵活性运行对炉内三维燃烧状况实时监控提出了迫切要求。总结了燃煤电站锅炉及工业窑炉三维燃烧温度分布监测研究进展。在燃烧火焰辐射成像模型方面，重点介绍了以蒙特卡洛方法为基础建立的方向辐射强度计算的DRESOR法以及近期对DRESOR法的优化，为提高燃烧介质温度的反演精度、同时反演燃烧介质的辐射特性参数分布奠定了基础。三维温度场和辐射参数同时反演问题求解的基本方法为采用Tikhonov正则化方法从多种单色辐射强度图像中重建炉内温度分布，再用最优化方法更新颗粒介质辐射特性，迭代求解。近期，反演重建算法有了新进展，新算法分3个阶段：① 假设炉内吸收系数、散射系数和炉壁反射率分布均匀，优化求解得到最佳辐射参数及炉内温度分布；② 在第1阶段基础上，将炉内吸收系数、散射系数设置为空间坐标的二阶多项式拟合分布，壁面仍为均匀反射率，进一步优化迭代计算；③ 在第2阶段计算收敛的基础上，进一步假设炉壁反射率为壁面坐标的二阶多项式分布，再优化迭代计算。依据反演算法最新进展获得了燃烧温度重建误差1%以内的重建结果，并实现了基于辐射参数的炉内煤粉浓度相对分布的重建。炉内三维温度场可视化监测系统在200、300、600 MW燃煤电站锅炉燃烧监控中得到了工业应用，并进一步扩展应用到轧钢厂步进式加热炉、石油化工厂管式加热炉、单火嘴燃烧炉、化工厂裂解炉等燃油或燃气工业窑炉中，应用前景良好。未来需采用机器学习和人工智能理论进一步提升耦合重建问题的求解效率，与炉内工况及热力系统三维实时、动态建模相结合，实现炉内三维工况分布参数（炉内气氛、颗粒物、污染物、炉内热负荷、炉壁热负荷分布等）实时监测及诊断和锅炉水冷壁内水动力、热力系统分布参数建模预测，构建多时间尺度大数据驱动的燃煤发电机组数字孪生系统，为开发智能锅炉/工业窑炉优化控制系统做出贡献。

• 垃圾焚烧发电厂炉排炉数值模拟研究进展

  阙正斌, 李德波, 肖显斌, 苗建杰, 刘鹏宇, 陈兆立, 陈智豪, 冯永新

  焚烧发电是我国处理生活垃圾的主要方式，行业市场规模庞大，未来发展前景广阔。垃圾焚烧发电厂中广泛应用的炉排炉模型试验和工程试验存在成本较高、周期较长、数据结果不详细等问题，通常考虑采用数值模拟方法开展研究工作。基于炉排炉中的垃圾燃烧过程与具体结构组成，分别描述炉排上的气固燃烧过程和炉膛内的气相燃烧过程的数学模型，总结现有炉排炉建模过程，重点阐明将不同模型耦合计算以模拟整个焚烧过程的方法。在阐述炉排炉建模过程的基础上，采用Fluent软件开展数值模拟研究，介绍数值模拟在炉排炉研究中的应用情况。目前相关研究主要采用控制变量法研究单一参数对炉排炉运行过程的影响，因此将各参数按照燃料特性、运行参数、炉排炉结构、风烟系统等方面分类，分析总结研究进展和成果。基于上述分析研究，提出垃圾焚烧发电厂采用数值模拟方法开展设计建设和改造优化的技术路线，最后对炉排炉数值模拟研究进行展望，为进一步研究工作和工程实际应用提供参考。

• 基于共轭传热的甲烷MILD燃烧炉内传热特性

  李卫杰, 谢梦茜, 涂垚杰

  为明确MILD燃烧方式下炉内的传热特性和机制，建立了20 kW甲烷MILD燃烧炉的共轭传热（CHT）模型，开展了燃烧、流动及传热的耦合CFD数值模拟。通过对比模拟预测结果和试验测试数据，验证了模拟方法的可靠性。结果表明，Okafor反应机理虽能准确预测MILD燃烧炉内的温度及O2、CO分布，但会过高预测NO生成量。通过对Okafor反应机理部分含N基元反应进行修正能够提高NO预测精度。通过对比耦合CHT模型前后燃烧炉内各壁面上的温度与热流密度分布，发现未耦合CHT模型时在炉膛前墙壁面出现了逆换热现象，与实际情况不符，说明耦合CHT模型在描述炉内传热特性方面精度更高。在耦合CHT模型基础上比较了MILD燃烧与传统钝体燃烧2种方式下炉内传热机制的差异，发现相较MILD燃烧，传统燃烧在所有炉壁上的温度均高20～40 ℃，导致传统燃烧在炉膛前墙、侧墙及后墙上的换热量比MILD燃烧分别高0.018、0.622和0.028个百分点，排烟热损失减少0.67%。进一步对各炉壁上的对流和辐射换热进行区分，发现MILD燃烧在前墙和后墙上的辐射换热量比传统燃烧分别高2.21和24.62 W，但对流换热量分别减小3.93和27.27 W。在侧墙上，MILD燃烧相较于传统燃烧辐射换热量减少290.71 W，对流换热量增加231.63 W。总体上，辐射换热在MILD燃烧和传统燃烧方式下的占比分别为70.72%和81.92%，对流换热占比分别为29.28%和18.08%。侧墙上辐射换热量的减少是导致MILD燃烧总体换热效率下降的主要原因，而更深层次的原因为MILD燃烧方式下更低的燃烧温度。

• 燃煤机组掺烧市政生活污泥现场试验

  李德波, 阙正斌, 苗建杰, 陈拓, 陈智豪, 陈兆立, 冯永新

  焚烧处理是我国生活污泥主要处置方式，燃煤与污泥掺混燃烧是研究热点之一，但在小规模燃煤机组研究和应用较少，基于国内某电厂210 MW四角切圆燃煤机组，对8个工况分别开展掺烧生活污泥的现场试验。结果表明，随污泥掺烧比例增加，燃料水分、灰分和硫分含量逐渐增加，热值逐渐降低。对于固体产物，由于污泥中重金属含量高于燃煤，在掺混污泥燃烧后，飞灰、炉渣和脱硫石膏的重金属含量增加，存在二次污染风险。常规烟气污染物NOx、SO2和粉尘排放受掺烧污泥影响较小，现有烟气净化工艺可满足燃煤烟气的超低排放要求；掺烧污泥后重金属及其化合物等污染物浓度上升，最高提升了约3.6倍，满负荷工况下掺烧10%污泥时，二噁英平均质量浓度为0.021 ng/m3（以毒性当量浓度TEQ计），但仍满足相关排放要求；掺烧10%生活污泥时，炉膛平均温度仅下降15 ℃，热效率降幅低于0.5%，影响并不显著。

• 轧钢油泥窑内燃煤中黏结行为模拟及结圈物特性

  谢斌, 杨建平, 冷立健, 李海龙

  为明确轧钢油泥在回转窑内中的结圈原因和结圈特性，采用一种氧化球团回转窑结圈特性评价方法，对轧钢油泥在不同工况下的黏结行为进行研究，并通过灰熔融温度、粉末X射线荧光光谱(XRF)、粉末X射线衍射光谱（XRD）、块状扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对结圈物的物相组成和形貌进行表征测试。以结圈指数和黏附指数为评价指标，考察了焙烧温度和焙烧时间对轧钢油泥在耐火砖表面黏结性能的影响。研究表明轧钢油泥的结圈指数和黏附指数随焙烧时间和焙烧温度的增加而增加；1 150～1 250 ℃时增长速度最快，与实际回转窑中主要结圈物情况相吻合，间接证实了该方法对评价结圈行为的适用性。结果表明，结圈物的矿相晶粒粗大、结构不均匀、空隙较多，单个颗粒晶体分布明显且表面主要呈熔蚀状，整体上多晶粒关联性的结晶程度不高。轧钢油泥回转窑结圈主要是Fe2O3固相固结反应，余下的少量杂质生成了低熔点物质，一定程度上促进了铁晶粒的迁移，加剧了结圈行为，这与XRD检测到的结圈物的物相主要是赤铁矿，其次是磁铁矿等铁氧化物和低熔点物质相吻合。灰熔融温度测试中结圈物的变形温度和软化温度总体上升，进一步证明氧化环境下二次生成的Fe2O3和生成的Fe3O4再结晶作用使结圈物强度更高且不易破碎。

• 联合发射光谱与动力学计算的非热等离子体重整CO2-CH4机理

  陈玉民, 卢钱程, 雷文涛, 岳文静, 张兵, 黄文捷, 赵永椿, 张军营

  非平衡等离子体重整CO2-CH4制合成气是实现2种温室气体资源化利用的新兴技术途径。综合采用发射光谱分析、反应动力学计算和连续质谱对常温常压介质阻挡放电（DBD）非热等离子体重整CO2-CH4反应途径进行探索。比功率SEI为52 J/cm3时，可得到CH4和CO2转化率最大分别为22.8%和9.4%。稳态气相产物连续质谱在线分析表明，C2H4为C2烃生成重要中间体，CH4比例越高C2烃生成量越大，且按C2H6<C2H4<C2H2顺序升高。发射光谱检测到·CH、·C2自由基和CO、CO+2特征谱线，·CH相对强度随比功率增加明显降低，CO+2相对强度变化较小。通过动力学计算分析C2和C3产物生成消耗途径，发现89.2% C2H6来自复合反应CH3+CH3(+M)C2H6(+M)，78.9% C2H4主要由CH4+CHC2H4+H和C2H3+H(+M)C2H4(+M)反应生成，61.1% C2H2受电子碰撞反应影响形成，C2产物形成遵循路径：CH4→C2H6→C2H4→C2H2。电子碰撞离解CO2反应e+CO2CO+O-是CO重要形成途径，而CH3+CH4C2H+5+H2反应和电子碰撞解离CH4是H2关键生成路径。研究表明，动力学模拟结合发射光谱可为合理揭示DBD重整CO2-CH4过程复杂反应机理提供有力工具。

• 燃煤电厂砷、硒、铅等重金属全流程控制技术研究进展

  邹仁杰, 罗光前, 吕敏, 方灿, 王莉, 付彪, 李泽华, 李显, 姚洪

  煤炭清洁高效利用是推动我国能源结构低碳绿色转型的重要途径。重金属作为燃煤主要污染物之一，对人类及生态环境危害巨大，目前美国已开始执行燃煤电厂重金属排放标准，主要通过选煤技术降低重金属源头生成以实现达标排放。我国煤炭用量大、部分煤种重金属含量高、地区差异大，亟需开发符合我国国情的重金属控制技术。以挥发性强、毒性高的3种典型重金属砷、硒、铅为对象，总结了国内外燃煤电厂重金属排放现状及控制技术进展。我国煤电污染物超低排放技术路线对重金属具有一定的协同控制效果，其中硒较多以气态形式存在，集中在湿法烟气脱硫系统内洗涤脱除，砷、铅主要附着于颗粒物上，除尘器对其具有协同捕集效果，但仍存在痕量气态硒传质驱动力差、细颗粒态砷、铅易穿透等瓶颈问题，严重制约了重金属的稳定高效捕集。“转化与固定”是重金属控制的总体思路，即通过化学组分调控与物理流场优化等方式，促进烟气重金属由细颗粒态、气态向粗颗粒态，由高毒性向低毒性转变，以实现重金属的无害化处理。基于该思路，目前已形成了一系列燃煤电厂重金属全流程控制技术，根据作用阶段可分为炉前、炉中、炉后3类,主要包括选煤、煤种调配、炉内吸附剂、凝并、脱硫塔内构件优化等技术。此外，燃煤副产物（脱硫石膏与废水）中重金属的稳定化问题需额外关注，可通过浆液原位固化或先进废水处理技术，降低副产物中重金属的环境释放风险，以上部分技术已通过中试或实际机组试验验证，具备较好的推广应用前景。为进一步发展燃煤重金属控制技术，提高我国重金属污染治理水平，对重金属控制技术发展进行展望：应开发实际燃煤中痕量重金属在线连续检测技术，实现重金属浓度实时获取；剖析多机制耦合作用下重金属转化行为与动力学特性，明晰复杂烟气条件下重金属详细迁移机制；建立燃煤重金属控制技术的评估体系，根据电厂特征、目标重金属、技术成熟度、经济性、环境风险等，提供具有针对性的重金属控制方案。

• 燃煤烟气中单质汞脱除及应用进展

  倪鹏, 刘亭, 马晓彤, 冯太, 李子顺, 李银翠, 邓胜男, 张华伟

  燃煤烟气中的痕量元素单质汞是我国大气中主要的汞排放源之一，如何实现燃煤烟气中单质汞的高效脱除是关注重点和研究热点。前期众多学者研究了不同组分、浓度、温度和空速等对现有装置协同脱汞、催化剂氧化、等离子体氧化、光催化氧化、自由基氧化以及吸附剂等的脱汞效果和反应机理。由于烟气组分SO2和H2O对活性位的竞争、吸附剂吸附容量低和二次产物污染等难题，在应用上仍存在瓶颈。系统介绍了现阶段单质汞捕获的不同方式和特点以及现阶段脱汞进展，从降低H2O和SO2的脱汞毒害性、确定反应温度、获得稳定的脱汞化合物、探索安全简便的样品制备方法及实现活性位官能团的定向负载4个方面进行总结，重点分析了催化剂和吸附剂在脱汞过程中的特点，讨论了喷射脱汞过程中吸附剂的影响因素和传质过程。结果表明，硫活性位的负载可有效克服烟气中SO2的影响；甲基基团和特定结构可使吸附剂具有高疏水特征；具有适宜的孔隙结构和具有一定层间距的吸附剂，可克服传质扩散步骤的限制从而提高除汞性能。烟气中实际条件如流场和物理化学反应等，是影响流体与吸附剂界面反应和反应活性的关键步骤，影响吸附剂的应用效果。实验室试验、动力学模型和密度泛函理论反映了限制因素、迁移路径、参数设置等对单质汞脱除的影响，如对气态单质汞在缺陷表面和完整表面的吸附构型和迁移路径等分析可揭示单质汞的吸附过程。在分离再生方面，金属铁等金属类氧化物的引入可改善吸附剂的分离问题，对现有吸附剂的喷射应用效果、应用影响因素和吸附剂的再生方式等进行了对比；再生效果和再生温度高是再生环节面临的问题。吸附剂主要通过热处理过程实现再生，再生温度300～500 ℃、再生时间30～180 min即可实现较高脱汞效率，再生过程主要通过相应活性位的补充和官能团的转变实现。最后对催化剂和吸附剂存在的瓶颈、挑战和优化方向进行了展望，为单质汞防治的工业化应用提供参考。

• 燃煤飞灰合成磁性沸石对脱硫废水中Hg2+吸附性能

  朱晓蕾, 杨建平, 李海龙, 赵永椿, 张军营

  煤燃烧是全球最主要的人为汞排放源，燃煤电厂含汞脱硫废水大量排放对人类健康和生态环境造成严重威胁，亟需开发高效、经济的脱硫废水汞离子脱除技术。对燃煤副产物飞灰进行活化后提取铝硅矿物，并利用飞灰中的铁质矿物制备了磁性沸石汞吸附剂，解决吸附剂吸附汞后难以从废水中分离，造成汞二次释放问题。采用BET、XRD、TEM等表征手段对合成的磁性沸石进行表征分析，系统研究了固液比、溶液初始pH、振荡时间等参数对磁性沸石汞离子吸附性能的影响，对磁性沸石吸附汞离子过程进行动力学研究，结果表明合成的磁性沸石为球形核壳结构，磁核被沸石均匀包裹，磁性沸石的比表面积为4.46 m2/g，最可几孔径为18.25 nm，属于介孔范围，磁性沸石表现出磁化滞后，其矫顽力约10 000 A/m，可通过外加磁场从脱硫废水中分离。试验最佳吸附条件为固液比5 g/L、最佳初始pH为5、振荡时间90 min，在此条件下Hg2+脱除率达92%。动力学研究结果表明，准一级动力学模型能较准确描述Hg2+吸附量随时间的变化，拟合的平衡吸附容量为23.24 mg/g，优于商业活性炭汞吸附剂。磁性沸石对脱硫废水中汞离子具有良好的脱除性能，为燃煤飞灰的精细化利用提供了新的思路。

• Mn基低温SCR催化剂抗中毒研究进展

  张成, 李君臣, 方鼎立, 谭鹏, 马仑, 方庆艳, 陈刚

  选择性催化还原技术是目前成熟可靠的脱硝技术，广泛应用于固定源氮氧化物的脱除。商用钒钛催化剂的温度窗口窄且高，为了满足非电力行业更低温度窗口的脱硝需求，低温NH3-SCR备受关注。近年来，Mn基催化剂因其良好的低温活性被认为是最具有前景的低温SCR催化剂。详细讨论不同种类锰基催化剂的性能研究以及锰基催化剂抗硫、抗水、抗碱金属/碱土金属(K、Na、Ca、Mg)和重金属（As、Zn、Pb）中毒的机理和改性方法，针对不同的抗中毒研究和改性方法进行了分析和总结，获得结论如下：① 传统非负载型Mn基催化剂最佳制备方法为共沉淀法，脱硝效率达100%；微生物处理法是新型绿色合成方法，经济环保性高，为绿色合成Mn基催化剂提供了可行路径；② 掺杂Ce、Fe、Cu、Ni、Ho、Nd、Zr、Co和Eu等元素能够有效提高Mn基催化剂的脱硝活性和抗中毒性能；可考虑将其作为“核-壳”结构的“壳”材料，提高Mn基催化剂的抗中毒性能；③ 特定孔径的分子筛是解决催化剂硫中毒的理想材料，但目前传质阻力的问题尚未解决，还需进一步优化分子筛的制备方法和工艺；④ Mn基催化剂的抗碱金属中毒集中于掺杂改性研究，改性策略分为两大类：一是增加催化剂表面耐碱的酸性位点，二是直接抑制碱金属对Mn活性组分的影响；目前上述2种改性策略的缺陷在于改性催化剂长期运行脱硝的经济性不高，需考虑从根本上杜绝催化剂与碱金属的接触；⑤ Mn基催化剂抗重金属中毒研究较少，建议开展低温段重金属迁移转化规律研究和Mn基催化剂改性的抗重金属中毒机理；⑥ 中毒后的催化剂对环境危害较大，中毒催化剂对环境危害评估和可再生利用的研究也有待进一步推进；⑦ Mn催化剂不同类型中毒之间的协同效应还有待研究，以满足Mn基催化剂的实际应用需求。

• WO3／TiO2催化剂活性组分W对SO2的氧化特性

  钟毓秀, 尹子骏, 苏胜, 卿梦霞, 谢玉仙, 刘涛, 宋亚伟, 许凯, 汪一, 胡松, 向军

  采用超声浸渍法制备了不同W负载量的WO3/TiO2催化剂，研究了W负载量、温度及SO2浓度对催化剂表面SO2氧化过程的影响。结果表明，催化剂表面SO2氧化率随W负载量及温度的升高而增大，当W负载量由1%增至7%时，SO2氧化率由0.034%升高至0.210%；而当温度由280 ℃升高至400 ℃时，SO2氧化率由0.043%升高至0.240%。通过N2吸附、XRD、Raman、NH3-TPD、H2-TPR及XPS等方法对催化剂样品进行表征。结果表明，活性组分W的增加会导致WOx增加，该结构能够减弱催化剂表面Br-nsted酸性位点强度，增强SO2在催化剂表面的吸附，同时导致催化剂表面吸附氧（Oα）增多，促进SO2氧化；针对W负载量5%的催化剂原位红外试验结果表明，通入SO2后会与催化剂表面W—O—W结构反应形成HSO-4，同时将W6+还原为W5+。反应过程中，O2并不直接氧化SO2，而是与中间产物反应重新生成W—O—W，使得W5+再次氧化为W6+；另外，O2会促进HSO-4向吸附态的SO3转化，促进SO3在催化剂表面的脱附。

• 燃煤电厂稀土元素的迁移转化与提取技术

  付彪, 姚洪, 罗光前, 李显, 邹杰, HOWERJamesC, ZHANGWencai

  近年研究发现，煤是重要的潜在稀土资源（REEs）来源，相比原煤，煤燃烧过程使稀土元素进一步富集至煤灰，从煤灰中提取稀土元素已成为国内外重要议题。针对煤灰中稀土元素的高效分离与提取涉及到的稀土元素赋存形态、稀土元素分布与富集规律、煤灰中稀土高效浸提回收3个关键科学问题，系统总结了煤、煤灰中稀土元素赋存形态特征。煤中稀土元素以矿物形式赋存为主，包括稀土磷酸盐、碳酸盐等稀土主矿物，以类质同象分布在硅酸盐、磷灰石等矿物晶格或以吸附态形式赋存于黏土矿物中，其具体种类和形式受成煤盆地物源类型、沉积环境、火山活动、后期岩浆/热水循环等地质活动影响；煤灰中稀土赋存形态不同于煤，一方面其化学态和晶体/配位结构发生一定程度变化，另一方面颗粒更加细小与分散，包裹、晶格替代等现象更常见。煤中不同形态稀土元素在炉膛内可能发生矿物破碎、分解、氧化、矿物间烧结、熔融以及矿物间化学反应等转化行为，燃烧后烟气输运过程中稀土可经历硫酸化、氯化等二次转化过程。总体而言，煤燃烧过程稀土主要向飞灰中迁移富集，不同级别飞灰中稀土总量差异不大，但轻稀土/重稀土质量比呈向细颗粒后排除尘器飞灰减小的趋势。基于燃煤过程煤中矿物-稀土高温转化行为与降温过程中灰成分形成过程，提出并描述了燃煤过程中铝硅酸盐捕虏稀土元素的2种富集机制。最后，以我国燃煤电厂为例，总结了不同煤种、炉型、灰类型对煤灰中稀土浸出率的影响，并以此为基础，介绍了基于物理分选和化学湿法提取的煤灰中稀土元素提取技术。未来研究应围绕煤灰中稀土元素超微结构识别与定量分析方法、燃煤工况条件-煤灰中稀土赋存形态-稀土浸出率关系、煤灰中稀土高效浸出方法与新型绿色药剂开发、煤灰中其他关键金属协同提取利用、煤灰提取残渣大规模综合利用5个方面开展系统与深入研究，为缓解我国未来稀土等关键金属资源危机、燃煤电厂煤灰固废资源化高值化利用开辟新路径。

• 插槽板式光催化反应器汞氧化性能试验

  张伊黎, 高天, 肖日宏, 熊卓, 赵永椿, 张军营

  光催化氧化技术作为一种绿色环保的新型脱汞技术，应用前景广阔。目前的光催化反应器系统大多采用粉末状催化剂，对光催化过程中的光源利用率欠佳，不易回收，工业化应用前景受限。设计新型插槽板式光催化反应器，具有受光佳、耐磨损、寿命长、体积小等优点。采用板式催化剂进行汞氧化试验，对催化剂进行详细表征。相较于普通固定床反应器，插槽板式TiO2（VTiB）在80 mW/cm2紫外光强条件下汞氧化效率由64.8%提高至86.0%。催化剂的汞氧化效率随反应温度升高而下降，随紫外光强升高而提升。在板式催化体系中，经Ce掺杂后的TiO2（Ce-VTiB）催化剂光催化氧化汞性能大幅上升，其中以Ce-VTiB质量分数提升至1.0%效率最高，达92.4%。原因有2点：一方面掺杂Ce后将有效降低催化剂带隙能，Ce-VTiB催化剂质量分数提升至1.0%，相较VTiB催化剂带隙能下降0.68 eV，使催化剂对紫外光的吸收能力增强；在紫外光照射下，Ce-VTiB催化剂颗粒表面受激发产生·OH活性自由基，将Hg0氧化为Hg2+，另一方面部分Ce原子可以与电子结合，减少e-/h+的复合。

• 双碳目标下燃煤电厂碳计量方法研究进展

  王萍萍, 赵永椿, 张军营, 熊卓

  碳计量是碳交易市场稳定发展的基石，是国家制定碳减排政策的数据依据。燃煤电厂作为我国最大的碳排放源之一，准确量化燃煤电厂碳排放量对我国双碳目标的达成具有重要意义。首先，介绍了国内外碳核算标准及相关政策，欧美等发达国家发展较早，初步形成了各自的碳排放计量方法体系。美国火电厂主要采用实测法核算碳排放量，将相关技术标准和规范写入法规，规定25 MW以上燃煤机组必须采用实测法并上交温室气体强制性报告；欧盟目前的碳计量采用核算法和实测法并行，根据电厂碳排放量划分层级并规定不确定度要求，同时欧盟的碳交易市场发展迅速，为其他国家碳交易市场建设提供参考。相比欧美等发达国家，我国目前尚缺少完整的碳核算体系，实测法处于初步发展阶段，缺少碳核算数据库，标准体系有待完善。其次，基于核算法和实测法分别介绍了目前燃煤电厂碳计量的排放因子法、物料衡算法、实测法、生命周期法和模型法的发展现状，并对其优缺点和适用范围进行总结。排放因子法应用范围最广，计算过程较简单，但直接运用IPCC指南的排放因子缺省值计算我国燃煤电厂碳排放误差较大；物料衡算法利用碳平衡计算燃煤电厂碳排放量，但计算中间过程较多，需完整数据才可获得准确的碳排放量；实测法与其他计算方法不同，可直接测量烟气流量与烟气中CO2浓度，在我国政策推动下快速发展；生命周期法可加入电力生产阶段的上下游碳排放，故可扩大核算边界；模型法可直接预测碳排放量或元素碳含量，弥补关键核算数据缺失问题。论述了核算法和实测法数据对比现状，阐明核算法的主要误差来源为排放因子和净热值等数值的选取与测量，实测法的主要误差来源为烟气流量和CO2浓度测量，实测法的精度一般高于核算法。最后，从碳交易市场发展、不确定来源探究、碳排放政策法规制定等方向进行展望，以期为制定中国特色的燃煤电厂碳排放计量方法体系提供参考。

• 钙基材料捕集CO2强化煤水蒸气气化制氢研究进展

  闫宪尧, 余水华, 楚化强

  煤炭大规模燃烧产生的CO2加剧了全球气候变暖和温室效应，钙基材料强化煤气化制氢技术能在捕集CO2的同时获得较高浓度的H2，工业应用前景良好。基于国内外钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展，论述了钙基材料强化煤气化制氢技术的系统流程，综述了钙基材料在系统中的CO2捕集和强化制氢反应特性和活性降低机理，总结了改善钙基材料循环稳定性、CO2捕集性能和催化制氢性能的方法，介绍了钙基材料强化煤气化过程中碱金属等微量元素的迁移路径，论述了微量元素对钙基材料在煤气化过程中脱碳/强化制氢活性的影响特性，分析了流态化和超临界气化条件下钙基材料对煤气化制氢特性的影响，介绍了基于热力学模拟的系统能量和经济性计算，归纳了钙基材料强化煤气化制氢系统和其他可再生能源系统的耦合性能及其对制氢特性的影响。基于当前钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展和潜在挑战，对未来可能的研究方向进行展望，认为筛选添加剂能多方位提高钙基材料的反应性能，采用解耦气化和煤/生物质共气化技术能实现更高的制氢性能和气化转化率，研究煤中微量元素的迁移及与其他可再生能源系统的耦合对该技术发展具有重要意义。

• Mg／Y改性Ca基吸附剂强化吸附CO2试验

  匡盛铎, 陈炜, 林文升, 王傲, 刘晟言, 田冲

  在碳中和背景下，CO2捕集与封存技术的开发与应用刻不容缓。Ca基吸附剂对CO2捕集能力强、吸附量高，是良好的碳捕集吸附剂，但其循环性能有待提升。为提升Ca基吸附剂的循环性能，采用溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备镁/钇（Mg/Y）改性Ca基吸附剂，利用XRD/SEM等手段对其进行表征，通过热重仪和固定床在700 ℃高温下进行循环吸附试验，考察了改性Ca基吸附剂的吸附性能与循环稳定性。结果表明，Mg掺杂Ca基吸附剂中，Ca与Mg质量比为8∶2时吸附剂性能最佳，第1次循环中CO2吸附量高达0.60 g/g（以吸附剂计），15次循环后衰减至0.49 g/g，优于未掺杂Ca基吸附剂。对Mg和Y掺杂Ca基吸附剂的研究表明，Ca/Mg吸附剂的初始吸附量高于Ca/Y吸附剂，但Ca/Y吸附剂的循环性能明显提升。保持吸附剂中CaO质量分数为80%，比较双掺杂（Ca/Mg/Y）和单一掺杂（Ca/Mg、Ca/Y）改性Ca基吸附剂的吸附性能和循环性能。结果表明，初始吸附量最高的为Ca/Mg吸附剂，达0.60 g/g，5次循环后衰减至0.54 g/g左右，15次循环后为0.49 g/g；Ca/Y吸附剂吸附量15次循环内维持在0.52～0.58 g/g；Ca/Mg/Y吸附剂5次循环吸附的吸附量由0.50 g/g 提高至0.56 g/g左右，吸附量随循环次数增加明显上升。Mg/Y掺杂后的Ca基吸附剂CO2循环吸附性能提升，且Y掺杂的效果优于Mg。

• 中药固废制备多孔碳及其CO2吸附性能

  俞泽涛, 曾光华, 周雅彬, 谭鹏, 张成

  多孔碳在CO2吸附方面展现出优异性能，是CO2捕集与封存的重要手段之一，对实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义。以3种典型中药固废——板蓝根渣、甘草渣和大血藤渣为例，探究中药固废掺氮水热碳化-化学活化两步法制备多孔碳及其CO2吸附性能。水热法可省略对中药固废预先干燥的环节，适应中药固废高含水率的特点；化学活化法采用KOH作为活化剂，在高温（试验温度为600、700和800 ℃）下进行活化；制备工艺采用尿素为表面改性剂，将氮掺杂在多孔碳表面以提高吸附性能。采用元素分析和XPS对水热碳和多孔碳进行测试，探究氮在多孔碳表面的掺杂情况，结果表明N已成功掺杂到多孔碳表面，且掺氮多孔碳在相同制备条件下表现出更丰富的孔隙结构和更优异的吸附性能，含氮官能团对多孔碳的吸附性能有积极作用；为比较不同活化温度下制备的多孔碳吸附性能的差异，对其吸附CO2能力进行研究，采用Langmuir和Freundlich模型拟合CO2吸附等温线，结果发现3种试验温度下，600 ℃活化的多孔碳CO2吸附性能最佳，这是由于高温活化导致氮流失对吸附性能产生不利影响。3种原料制得的多孔碳比表面积最大分别为2 516、2 518和1 996 m2/g，孔隙结构丰富；在600 ℃活化温度下，3种原料制备的多孔碳均表现出良好的CO2吸附能力，其吸附容量分别为6.70、6.52和6.43 mmol/g，这表明对于不同种类的中药渣采用水热同步掺氮和化学活化均可获得良好的CO2吸附能力，但原材料对CO2/N2选择性仍有较大影响。