洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2023年第09期

• 基于铁基载氧体的污泥/生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展

  孙国震, 安泽文, 陈岩明, 梁文政, 王坤, 常国璋, 王翠苹, 岳光溪

  双碳目标背景下,我国积极推进高湿污泥/生物质资源化技术的发展和应用。化学链技术作为一种新兴的能源利用方法,在处理有机固废方面得到了广泛应用研究。概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术研究现状,着重归纳了化学链气化过程中灰分与水分对气化特性影响的研究进展。载氧体作为化学链技术中关键的一环,其应用研究已取得丰硕成果,在众多载氧体中,铁基载氧体因其低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体,但其反应活性较低,需掺杂Ni、Ca、K等元素进行改性。污泥和生物质的灰分及水分对于气化产物和气化效率有双向影响,甚至影响NOx排放。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等氧化物有助于提高载氧体活性,但反应速率太高会造成载氧体局部烧结,继而降低载氧体活性;循环的灰分与气相充分接触,对气体重整具有一定催化作用,从而提高了合成气品质。尽管污泥/生物质中水分析出吸收大量热量,但部分水蒸气和载氧体协同促进碳气化反应从而提高了H2生成率,提高富氢燃气品质;水蒸气作为气化剂过量供给时,CO2产量明显增加,降低了合成气品质。因此,污泥和生物质在化学链气化过程中须利用灰分和水分的正向影响以提高气化效率,控制循环灰量和水分析出速率是关键途径。

• 燃煤机组耦合生物质直燃发电研究进展:非球形生物质大颗粒气固两相动力学模型

  汪靖良, 方庆艳, YINChungen, 马仑, 马启磊, 乔瑜, 张成, 陈刚

  在双碳目标背景下,燃煤机组耦合生物质直燃发电是充分利用近零碳排放的生物质能源资源的可行和现实途径之一。目前,国内燃煤机组耦合生物质直燃发电的示范工程较少、技术成熟度还有待提升,存在燃料破碎和输运、燃烧组织、锅炉受热面腐蚀等问题。计算流体力学为能源与动力装置优化设计与运行提供了一种有效的研究方法。重点综述了生物质颗粒气固两相动力学模型的研究现状,总结了其存在的问题,并提出了研究建议。生物质颗粒较大,且呈不规则的非球形;在国内目前缺乏成熟技术方案和相关经验的情况下,准确模拟不规则、非球形生物质大颗粒的运动轨迹是准确模拟其燃烧过程的基础和关键,也是该领域的难点。但在稀相流条件下,目前还缺乏非球形生物质大颗粒气固两相动力学通用模型。建议加强生物质颗粒高效燃烧气固两相动力学模型的基础理论研究,通过颗粒分辨的直接数值模拟获得各种典型的非球形颗粒的曳力升力系数和力矩系数的新关联式,耦合非球形颗粒平移及旋转运动,构建适用于非球形生物质大颗粒的通用气固两相动力学模型,进一步开展试验验证后应用于工业界的多相流模拟中,为揭示生物质与煤粉直燃耦合过程中的颗粒输运和热转化特性提供支撑。

• 水泥分解炉煤/生物质耦合预热特性试验

  李鹏鹏, 任强强, 吕清刚, 王超, 张驰, 韩绍博

  在干法水泥生产技术中,分解炉内燃料燃烧和原料分解对水泥质量和污染物排放有重要影响。与燃料直接注入分解炉燃烧相比,燃料经循环流化床预热处理后再注入分解炉燃烧不仅可以提高分解炉内燃烧性能,减少有害气体排放,同时预热处理也可以增加水泥分解炉的燃料适应性。主要研究煤与生物质混合燃料在进入分解炉前由循环流化床预热后的预热特性,即不同因素对固相预热燃料和煤气的影响。研究表明:氧碳比(单位时间内O2与C的摩尔质量比)的增大会导致预热炉内反应和颗粒碰撞更为剧烈,导致预热燃料粒径减小;同时氧碳比增加会使煤和稻壳耦合预热产生的焦炭灰分增加,其他组分减少;外热源升温可明显提升CO、CH4、H2等煤气有效燃烧组分的生成,提高固相燃料中各组分的转化率。

• 15 MW生物质循环流化床NOx和温室气体排放特性

  孙锦余, 刘晓伟, 戴高峰, 赵小军, 郑仕杰, 薛东发, RAHMANUrZia, 王学斌

  生物质是零碳可再生能源,对我国实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。虽然被视为清洁能源,但生物质燃烧过程仍会排放NOx(NO、N2O)和温室气体(CH4、N2O、CO2),有必要对生物质直燃的NOx和温室气体排放特性进行研究。测量某15MW生物质循环流化床的NOx和温室气体排放,并探究了改变床压、一二次风比、前后墙二次风比、废木料掺烧比例等因素对NOx和温室气体排放特性的影响。燃烧调整试验表明:升高床压有利于降低NO排放,但降幅很小,且会造成CO和CH4体积分数上升,CO2体积分数降低;随一二次风比增大,NO排放略降低,这意味着可适当降低二次风以降低NO排放量,CO和CH4体积分数降低,CO2体积分数升高;当前墙二次风开度/后墙二次风开度较小或较大时,均有利于降低NO,CO和CH4排放量也较低;高含氮废木料掺烧比例由20%增至50%时,NO和CO2排放量先升高后降低,CO和CH4排放量先降低后升高。研究表明当前生物质循环流化床锅炉采用低过量空气系数控制NOx排放时,CO和CH4排放浓度显著提高,一方面降低了燃烧效率,另一方面CH4作为温室气体排放也需引起关注;炉内燃烧调整手段对NOx降低有限,高含氮燃料在不完全燃烧的情况下还会生成NH3和HCN。

• 与燃煤电站和S-CO2循环耦合的生物质气化发电系统性能分析

  于志勇, 王新刚, 吴高磊, 朱子民, 卢荻, 陈衡

  为充分利用生物质资源,提出了与燃煤机组和超临界二氧化碳循环的生物质气化系统概念,该系统的生物质气化利用过程与燃煤机组及超临界二氧化碳循环的高度耦合。合成气经二氧化碳冷却后,经净化后送入燃气轮机燃烧。烟气经燃气轮机,超临界二氧化碳循环,锅炉给水逐步回收热量,提升了生物质的利用率,进而提高了发电效率。以660MW燃煤机组和16t/h生物质气化炉为例,通过对系统仿真,对其进行了热力学和经济性分析。结果表明,所提出的耦合系统引入了46.66MW的生物质能,额外发出了21.09MW功率,生物质能效率可达45.20%,效率可达41.67%,可充分利用生物质中能量。系统净现值约40468万元,且约需2.94a即可收回成本,具有良好的经济效益。

• 市政污泥与煤配伍(磨制)焚烧特性试验

  贾子秀, 王志超, 屠竞毅, 杜智华, 李宇航, 周广钦, 张喜来, 姚伟, 谭厚章

  为探究燃煤电站协同处置市政污泥对机组现有设备系统和运行状况的影响,开展实验室掺烧试验与现场实炉掺烧试验。试验结果表明,实验室掺烧水分13%的干污泥,掺入污泥比例20%,混合燃料着火温度升高36℃,燃尽率下降1.5%;随污泥比例增加,燃料可磨性下降,结渣倾向加重。现场试验掺烧水分40%的污泥,掺烧比例10%及以下,输煤、制粉系统运行正常,锅炉结焦状况、汽水参数、风烟参数等均在正常范围内;烟气中二噁英毒性当量最高值为0.038ng/m3(11%O2,以TEQ计),HCL、HF质量浓度最高分别为2.50、0.23mg/m3,烟尘质量浓度≤10mg/m3,SO2质量浓度≤35mg/m3,NOx质量浓度≤50mg/m3,均满足国家排放标准;飞灰、大渣、石膏中的氰根离子、烷基汞、重金属、氟离子排放均满足国家标准要求。污泥掺烧比例10%及以下时,机组的输煤系统、制粉系统、燃烧系统、送引风机等辅机均能适应,不会对飞灰、大渣、石膏的品质及利用产生影响,且烟气中的NOx、SO2、烟尘、二噁英、HCl、HF等均可达标排放。进一步提高污泥掺烧比例时,仍需注意制粉系统的干燥出力与研磨出力核算,同时需监测炉膛烟温变化及管壁结渣情况、污染物排放情况,合理安全地解决污泥处置问题。

• 700 MW燃煤锅炉耦合污泥发电的工程应用

  叶骥, 陈创庭, 邹祥波, 饶睦敏, 魏帅, 毛铁英, 秦士伟, 匡草, 陈公达, 胡智慧, 陈天驰, 姜媛, 王群

  近10a,国内学者和工程技术人员进行了大量燃煤耦合污泥发电技术相关的学术研究和工程应用,然而大部分研究和应用均在机组70%负荷以上开展,鲜见燃煤耦合污泥发电在碳减排效果方面的相关研究。为掌握燃煤耦合污泥发电技术在机组中低负荷工况下对锅炉的全方位影响规律,在某700MW四角切圆粉煤锅炉上开展了50%负荷下燃煤耦合生活污泥发电现场工程试验,系统研究了燃煤耦合污泥发电对锅炉热效率、污染物排放、二噁英排放、副产物重金属含量、CO2排放的影响。结果表明:在50%额定负荷下,与不掺烧污泥相比,掺烧3%的污泥使锅炉热效率下降了0.52%,掺烧6%的污泥使锅炉热效率下降1.03%;随污泥掺比上升,炉渣含碳量相应升高,直接导致物理不完全燃烧热损失增加;掺烧污泥对燃煤电厂锅炉粉尘、SO2、NOx等常规污染物排放无明显影响,电厂机组环保设施的处理能力可完全保证掺烧污泥时常规污染物符合超低排放标准;掺烧污泥比例越大,烟气净化装置对二噁英的脱除率相应升高,所有工况的二噁英毒性当量均低于DB31/1291—2021《燃煤耦合污泥电厂大气污染物排放标准》规定的0.01ng/m3;粉煤灰中的Cr、Cu、Zn,炉渣中的Cr、As、Ba、Ni、Zn,脱硫石膏中Cu对污泥掺烧比例相对敏感,考虑副产物用于土壤改良的情况下,掺烧污泥工况的电厂副产物重金属含量仍符合相关农业标准;通过理论计算,掺烧3%污泥约多排放0.15%的CO2,掺烧6%污泥约多排放0.3%的CO2,耦合污泥发电技术的应用需在污泥类型、污泥前处理、掺烧负荷、燃烧调整等多方面进行优化,方可实现减污降碳协同增效。

• 市政污水污泥水热耦合干化系统能耗模拟

  冯昱恒, 韩梦曦, 余天驰, 金则陈, 胡维杰, 张鹏飞, 陆利烨, 吴乃新

  干化+焚烧技术已逐渐成为我国大中城市中心城区污泥的重要处置手段,水热炭化预处理可提高污泥脱水性能,进而降低系统能耗,但对水热+干化污泥预处置过程的能耗分析还鲜有报道。研究了200~260℃下水热炭化预处理污泥的三相产物分布及水热液有机组分构成,在此基础上建立了水热+空气干化系统的能量-质量流模型,并分析了水热条件对系统能耗的影响,最后与空气干化系统、厌氧发酵+空气干化系统能耗进行对比。发现釜内压力为8MPa,水热反应温度由200℃上升至240℃时,由于水热液中热值较高的有机组分芳香烃、含氮杂环比例明显下降,水热反应釜能耗由184kJ/kg(以原污泥计)降至161kJ/kg,温度上升至260℃时,由于水蒸气气相分率明显增加及水热液中芳香烃含量回升,能耗上升至278kJ/kg。受水蒸气气相分率影响,240℃下水热反应能耗随压力升高而降低,压力升至4MPa后降低趋势迅速放缓。直接空气干化系统在干化空气温度为110℃时,系统总能耗为1942kJ/kg;厌氧消化+干化系统由于对沼气进行高效热回收利用,消化时间为10d时,系统热耗低至212kJ/kg,总能耗为984kJ/kg;而水热炭化+干化系统由于有效提升了污泥脱水性能,使系统总能耗进一步降低,240℃水热温度下系统总能耗为597kJ/kg。研究结果为污泥独立焚烧或与燃煤电站耦合燃烧前预处理方式的选择和优化提供了基础数据和理论依据。

• 固体回收燃料掺烧对污泥燃烧特性的影响

  孙飞凡, 袁世震, 卢如飞, 陈颖泉, 乔世轩, 胡艳军, 王树荣

  为了掌握固体回收燃料(SolidRecoveredFuel,SRF)掺烧对污泥焚烧处置的热反应特性及烟气环境特性的影响,通过使用德国耐驰公司生产的热综合分析仪、SEM、XRD和GA-21plus烟气分析仪着重解析了不同掺烧比例时SRF与污泥混燃过程的热重规律、综合燃尽特征指数、结渣特性和烟气中NOx排放特性。结果表明:混烧过程存在明显的多峰失重现象,主要集中在192.3~645.3℃;SRF掺烧提高了燃料的失重速率,掺混比11%时,最大失重速率达0.14%/min,显著高于污泥单独焚烧的失重速率。随着SRF掺烧比提高,燃料的着火温度和燃尽温度降低,充分燃烧阶段向低温区域偏移。SRF掺混比为11%时,稳定燃烧性能指数和综合燃烧性能指数分别提升了1.38倍和1.17倍,改善了污泥单独焚烧时的着火特性。另外,SRF掺混后燃料灰熔融温度升高,灰分黏附程度降低,颗粒聚团强度降低,从而减弱了污泥单独焚烧时结渣情况,然而掺混燃烧导致烟气中NOx排放量增加。

• 淀粉类厨余阴燃处置参数寻优及烟气释放特性

  严超, 张煜, 黄经春, 徐明厚, 乔瑜

  阴燃是一种针对高含水有机固废的低能耗处置技术,针对剩米饭开展自维持阴燃试验,以期为餐厨垃圾阴燃处置的工业化应用和相关尾气净化装置的开发提供技术参数支撑。研究了砂料比、点火温度、达西流速等参数对剩米饭减重效果和阴燃烟气各组分浓度的影响作用。结果表明,淀粉类餐厨的热解焦在500℃以上才能发生氧化反应。为保证淀粉类餐厨能在较低能耗工况下实现自维持阴燃处置,需保证阴燃体系系统低位热值大于0.72MJ/kg。对于系统低位热值稍低于此数值的混合物料,可通过提高点火温度和增大达西流速等助燃措施实现自维持阴燃。由于米饭高挥发分特性,阴燃体系中底部物料挥发分会在低温沙盖层区域部分冷凝,故阴燃处置末期原本不含可燃有机质的沙盖层会出现剧烈氧化放热。砂料比过高或过低均不利于剩米饭的阴燃处置;适当提高点火温度和达西流速均会增强大米阴燃处置效果;对于含水率60%的湿米饭,大米与石英砂质量比为4,达西流速为4cm/s、点火温度为350℃时处置效果最好。阴燃反应全过程内烟气中CO2、CO和VOCs浓度均呈先增加、再平稳、后下降的变化趋势。调控阴燃试验参数,自维持传播段CO2体积分数在6.75%~9.41%,CO体积分数在1.37%~2.51%,VOCs体积分数在109×10-6~251×10-6。湿米饭含水率越高,实现自维持阴燃所需最小达西流速越高;达西流速提高至8cm/s,最高能实现75%含水率淀粉类餐厨的处置。

• 垃圾焚烧炉中城市生活垃圾掺烧高热值工业固废的数值模拟

  杨旭, 余昭胜, 何玉荣, 宾衍辉, 马晓茜

  垃圾焚烧炉的高效稳定运行及减少NOx排放是目前城市生活垃圾焚烧过程中所面临的挑战。以某500t/d垃圾焚烧炉为对象,研究了城市生活垃圾(MSW)掺混高热值废弃物(ISW)下不同配风方案对燃烧过程、流场分布的影响和最佳选择性非催化还原(SelectiveNon-CatalyticReduction,SNCR)工艺参数。结果表明,不同各级一次风配比床层对应的最高温度基本不变,但增加炉排一二级风室配风,挥发分析出和固定碳燃烧提前,挥发分析出最大速率提高。良好的二次风喷入角度能有效组织炉内气流流动,在工况7下,炉内高温贴墙现象最轻,流线分布较合理,因此该工况下的二次风角度设置最合理。喷入SNCR还原剂显著减少NOx排放量,喷射速度为50m/s时,脱硝效率最高,可达33.96%。因此在实际使用中,建议采用合适的配风和二次风喷入角度,并结合SNCR技术进行NOx减排。

• 燃煤耦合垃圾焚烧发电系统的全流程模拟与评估分析

  张利娟, 张睿, 刘冬

  传统的垃圾焚烧发电厂具有发电效率低、投资大、环保成本高等缺点,难以市场化运营,长期依赖财政补贴。同时,我国现存大量的燃煤发电机组规模大、参数高、机龄新、环保设施齐全,但受双碳政策的限制,无法长期满负荷运行,造成了固定资产的巨大浪费。因此,开发燃煤耦合垃圾焚烧发电技术可充分利用现有燃煤机组协同处理垃圾,提高垃圾发电效率、降低垃圾发电成本、降低设备投资、降低燃煤机组碳排放。针对燃煤耦合垃圾焚烧发电系统开展了全流程模拟,并与燃煤发电系统进行对比,计算及评估分析系统的发电效率、经济性、环保性以及电力生产全流程碳排放。结果表明,对燃煤发电机组进行垃圾耦合改造后,系统发电效率仅下降0.95%;经济性明显改善,内部收益率由18.72%提高至21.89%,投资回报期由9.72a降至9.12a,但环境折算损失明显增加;改造后系统电力生产碳排放降低了14.02g/kWh(以CO2计)。研究结果表明,燃煤耦合垃圾焚烧发电系统在技术和经济上具有可行性。

• 厨余垃圾烘焙-气化制氢模拟研究与㶲和技术经济分析

  赵常希, 谢迪, 黄经春, 乔瑜, 徐明厚

  烘焙是一种极具前景的厨余提质预处理手段,能显著提升后续气化合成气品质,但其技术经济可行性尚待评估。基于此,提出一种厨余烘焙-气化制氢工艺,并与直接气化制氢工艺比较,对2种工艺进行热力学分析和经济分析,评估其可行性。利用AspenPlus研究了气化温度和水碳比(η)对厨余直接气化和烘焙-气化2种工艺制氢能力的影响。研究发现,温度和η提高了2种工艺的制氢能力,温度950℃,η为1.5~2.0为厨余直接气化和烘焙-气化工艺较理想的操作参数。通过分析效率和经济效益,对5.5万t/a含水率55%的厨余烘焙-气化制氢工艺进行综合评价,以探究该工艺的可行性。结果表明:引入烘焙预处理,总损增加813.2kW,占整个工艺的10.5%。直接气化系统的效率为56.7%,烘焙-气化系统效率较直接气化提升2.8%。从经济角度分析,烘焙-气化设备总投资成本为512万美元,年运行成本为297万美元,最低H2销售价格为2.94美元/kg,直接气化工艺最低H2销售价格则升高9.5%。因此,厨余的烘焙-气化工艺制氢无论在热效率还是经济成本上相比直接气化更具优势。

• 氨-煤在沉降炉中掺烧试验及氨的氧化动力学

  闫卫东, 秦世泰, 杨凯, 李广滨, 李明, 王学斌, 谭厚章, 张嘉烨

  发展先进的碳减排技术、实现双碳目标已成为能源领域最迫切的攻关难题。我国燃煤电厂碳排放占比很大。氨作为零碳燃料,在热值、合成、运输等方面具有显著优势。氨在燃煤锅炉中混烧是实现大规模利用的重要途径,然而大规模掺烧过程中NOx排放控制将是未来面临的主要挑战之一。在沉降炉试验平台对氨煤开展混燃试验,研究温度(1000~1300℃)、空燃比(0.8~1.5)、掺烧比例(0~30%)等对NOx排放的影响。结果表明,控制较低燃烧温度和空燃比是抑制氨向NOx转化的关键。在空燃比1.5、掺烧20%氨工况下,1200和1300℃下NOx排放量可达780×10-6和1870×10-6。随氨掺烧比例增加,NOx排放水平线性增长,但整体燃料氮向NO的转化显著下降。借助详细化学反应机理(Glarborg2018、Mendiara2009、Konnov)计算结果表明,Konnov机理预测结果更接近试验结果。进一步采用Konnov机理讨论了燃烧温度、空燃比等变量对纯氨燃烧NOx排放的影响,发现温度与NOx排放浓度呈指数型增长,而空燃比由1.0提高至1.1时NOx排放总量发生突变。引入混合因子讨论氧化剂与氨的混合水平对NOx排放的影响,发现延长氨与氧化剂的混合距离能显著降低NOx排放强度。

• 大比例掺氨下煤粉火焰区喷氨位置对燃烧及NO生成特性的影响

  徐连兵, 陈璟, 魏书洲, 杨凯, 张超群, 张文振, 刘欣, 王学斌, 马仑

  掺烧零碳燃料氨是一种现实可行的燃煤发电减碳技术手段。以某40MW煤粉燃烧试验炉为研究对象,基于数值模拟研究了煤粉大比例掺烧氨且不采用深度空气分级条件下,纯氨或氨/空气混合气从煤粉火焰区不同位置(根部火焰区、中部火焰区及尾部火焰区)送入炉内时燃烧及NO生成特性。结果表明,无论是纯氨还是氨/空气混合气送入炉内,均使飞灰含碳量略有增加;由于主燃区氧量相对充足,混氨燃烧NO生成显著且出口NO浓度高于单煤燃烧。在纯氨送入方式下,随喷氨位置由煤粉火焰根部区逐渐下移至煤粉火焰尾部区,飞灰含碳量和出口NO浓度逐渐降低。然而,在氨/空气混合气送入方式下,随喷氨位置由煤粉火焰根部区移动至煤粉火焰尾部区,飞灰含碳量和NO浓度逐渐增加。综合考虑燃尽及NO排放特性,纯氨送入时建议由煤粉火焰尾部区送入炉内,而氨/空气混合气送入时建议由煤粉火焰根部区送入炉内,既可有效减弱掺氨对煤粉燃尽特性的影响,又可控制NO生成。

• 不同空气分级模式下氨煤掺烧数值模拟

  牛涛, 张文振, 魏书洲, 张超群, 李明, 初伟, 刘平, 马仑, 王学斌

  氨作为零碳燃料和良好的储氢介质,近年来引起广泛关注。未来在燃煤电厂掺烧零碳燃料是碳减排的重要途径。在空气深度分级模式下,对氨煤掺烧进行了数值模拟,讨论了煤燃烧区域不同过量空气系数α工况下炉内的温度场、组分浓度场及NOx排放情况,而各工况总的过量空气系数均维持在1.2。模拟了4个燃烧工况(α=0.696、0.840、0.912、0.996)。对温度场的统计结果表明,随α降低,煤粉燃烧第1阶段的着火位置提前,但形成的高温火焰长度缩短,喷氨口附近的温度更低。在α=0.696工况下,可明显区分出煤粉火焰和氨燃烧火焰。随α提高,二者界限逐渐模糊。α降低有助于在氨燃料喷入上游形成一个较长的还原区,因此氨发生氧化反应的概率降低。但随α降低,炉内燃尽情况降低,CO排放浓度、飞灰含碳量及氨逃逸量提高。炉内NOx浓度统计结果表明,随α降低,NOx排放水平显著降低。进一步对炉内H2浓度进行统计,发现α=0.696工况下,炉内最高H2体积分数可达2%,这意味着该工况下氨的分解反应显著增强。由于氨的消耗反应是3个总反应竞争的结果,因此分解反应的增强使氨直接参与氧化的反应减弱。而H2生成的增加也进一步提高了NOx被还原的几率,使炉内NOx排放水平进一步降低。总之,在实际煤粉炉掺氨运行工况下,可通过空气深度分级的方法,调控氨燃烧区域的温度、氧气浓度,实现低NOx排放。

• 含水量对电厂玉米秸秆燃料自加热特性的影响

  闫泓池, 陈鑫科, 马仑, 苏现强, 方庆艳

  生物质储运过程中存在微生物生长代谢产热引起的自加热现象,可能引起生物质自燃。含水量是影响微生物生长代谢产热的重要因素。设计并搭建了120L自加热保温试验箱,以玉米秸秆为对象,在含水量20%~95%开展测试,研究含水量对其自加热特性的影响,采用温度和氧气浓度消耗速率分别表征自加热程度和微生物代谢活性。结果表明,玉米秸秆自加热达到的最高温度与峰值产热均随含水量增加先升高后降低,含水量50%时最高温度为41.1℃,含水量80%时最高峰值产热为157J/(s∙m3)。含水量低于35%时,峰值产热量随含水量变化差异较小;含水量在35%~80%时,峰值产热量与含水量呈线性关系,含水量每增加15%,峰值产热量平均增加33.43J/(s∙m3);含水量超过80%时,峰值产热量下降。微生物比生长速率与氧气消耗速率呈正比,二者随含水量增加均先升高后降低,含水量80%时氧气消耗速率达到最高值0.056%/min,微生物代谢活性最强。研究结果为分析玉米秸秆自加热特性,进而提出生物质安全储运措施提供参考。

• 硫掺杂针状焦基多孔碳的制备及其储钠性能

  肖雪, 李佳纯, 孟祥桐, 邱介山

  开发廉价、高效、稳定的钠离子电池用碳负极材料是电化学储能领域的重要研究方向之一。以针状焦为碳源,升华硫为硫源,通过机械球磨结合硫掺杂的两步工艺制备了硫掺杂针状焦基多孔碳材料(S-NC),并应用于钠离子电池的负极。SEM、TEM和XPS表征结果证实,硫掺杂策略能够有效减小碳材料的粒径,增加碳材料的层间距,同时提高碳骨架的缺陷密度。氮气吸脱附测试结果表明,相较未掺杂碳,S-NC的孔容显著提升,并富含介孔。电化学测试结果显示,当掺杂温度为600℃时,制备的硫掺杂碳(S-NC-600)表现出优异的储钠性能。在电流密度为0.05A/g时,S-NC-600的比容量为487.3mAh/g;在2A/g高电流密度下,比容量为275.5mAh/g,且经1000次循环充放电后,容量保持率为90.7%,展现出良好倍率性能和循环稳定性,可为高效钠离子电池用碳负极的制备提供理论支撑。