洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2024年第07期

• 工业固废CO2矿化协同减污降碳关键技术进展

  李磊, 潘鑫, 刘鲁豫

  针对工业过程CO2和固废排放的问题,减污降碳刻不容缓。CO2矿化技术在封存CO2的同时固废得到资源化利用,受到广泛关注。论述了不同工业固废作为CO2矿化原料的利用情况,对比分析了不同矿化工艺优缺点及CO2矿化机理,总结了不同CO2矿化工艺研究现状和工业化应用情况。研究发现,目前针对固废CO2矿化缺乏机制性解释,无法有效控制金属离子的浸取过程和矿化过程中气液固传质的效率,同时矿化形成的碳酸盐产品存在粒径大、易团聚、功能单一等问题。未来需进一步研究浸渍过程中表面溶剂扩散等控制浸取速率和程度的机制;深入研究碳酸盐成核结晶动力学机制及碳酸盐晶体形貌、粒度调控方法;构建煤基固废浸取、矿化溶质气-液-固传输模型,进行工艺参数优化和过程强化并确定放大规律;进一步加强CO2矿化利用技术全生命周期和经济评价;最后,需加大CO2矿化利用技术的中试、示范技术集成和成套工艺建设,为规模化减污降碳技术的工业化发展奠定技术支撑。

• 煤气化粗渣特性分析及利用技术研究进展

  张可伟, 廖昌建, 王晶, 金平, 王坤, 徐婉怡

  煤气化是实现煤炭清洁高效利用的核心技术,我国煤气化渣产量大、利用率低,通常采用堆存与填埋方式处置,造成严重的土地资源浪费与环境污染。气化渣的资源化利用已成为煤化工行业的研究重点,尤其是占气化渣总排放量70%~80%的气化粗渣。介绍了3种主要煤气化工艺及气化粗渣的形成过程,总结了气化粗渣的理化特性与环境风险,归纳了气化粗渣在建材化利用、土壤改良及高值化利用方面的研究进展。受煤种、煤气化工艺等主要控制因素影响,不同来源气化粗渣的理化特性与环境风险不尽相同,但具有一定共同性。从理化特性看,粗渣粒径远高于细渣,约50%以上粗渣粒径超过0.5mm,且小于0.5mm各粒度级粗渣含量随粒径减小而降低,粗渣还具有较小的比表面积和较大的平均孔径。粗渣中残炭含量低于细渣,粗渣残炭质量分数在3%~20%且在各粒度级内分配不均,0.25mm左右中等粒度级粗渣残炭含量较高。粗渣中无机组分均以SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3为主,其中酸性氧化物占45%~75%,碱性氧化物占20%~45%。从环境风险看,气化粗渣中存在一定重金属富集现象,富集较多的重金属包括Ba、Co、Cs、Th等亲石元素与Cr、Ni等难挥发或半挥发性元素。此外,粗渣中Ni、Cd、As、Cu与Zn等重金属的酸可提取态含量较高,具有较大环境风险,需特别关注。粗渣的理化特性及其环境风险对适用的资源化利用方式影响较大:粗渣由于残炭含量较低、硅铝等无机组分含量较高,可广泛应用于矿井回填、筑路、水泥与混凝土、陶粒与墙体材料等建材化利用领域;残炭含量较高的气化粗渣具有更疏松多孔的结构特征,可用于土壤改良;粗渣的特殊结构和丰富的硅铝组分使粗渣在制备多孔吸附材料及制备陶瓷方面潜力很大;粗渣还可用于制备催化剂或提取回收氧化铝等其他高值化利用。气化粗渣中含有一定种类重金属,具有一定环境风险,制约了粗渣的综合利用。因此,粗渣资源化利用前,要全面分析粗渣中各种重金属的富集情况与赋存状态,严格把控粗渣环境风险评价,避免粗渣资源化利用带来的二次污染。

• 煤气化渣气流分级提炭分质试验

  杨凯, 张乾, 栾春晖, 彭泽宇, 黄伟

  煤气化渣提炭分质是实现其减量化、资源化、高值化利用的关键。基于此,提出研磨破碎-气流分级的干法提炭工艺,利用研磨使气化渣中炭灰结合物解离,再利用气流分级机内离心力和气体曳力作用,将解离所得的细颗粒进行高效分离。通过设计均匀试验并对各影响因素进行回归分析,获取优选试验条件并对该试验条件下的提炭效果进行验证。结果表明,气流分级提炭受多因素耦合作用影响,其中分级机频率和引风机频率是影响提炭效果的关键。均匀试验优选条件为分级机频率175Hz、引风机频率5Hz,喂料螺旋频率5Hz,二次风口全开;该条件下所得富炭产品的收率为25.86%,烧失量49.76%,较原气化渣烧失量提高了26.91%,与试验预测值(49.64%)较一致,且试验效果明显优于未研磨破碎直接气流分级的气化渣。优选条件下气流分级得到的富炭产品的平均粒径(Dav)为5.95μm,满足橡胶补强填充料的粒度要求,其热值为16.73MJ/kg,亦可作为细粉燃料等使用。同时,气流分级可实现较好的气化渣脱炭效果,所得脱炭渣烧失量低于10%,有利于其在建材等领域应用。研磨破碎-气流分级方法可实现气化渣的提炭分质,有利于其下游利用。

• 电石渣浮选脱硅制备高品质活性氧化钙工艺

  张凯旋, 朱干宇, 李会泉, 马伟平, 张建波, 孟子衡, 桂夏辉

  电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出了适宜电石渣体系的脱硅药剂制度,研究了浮选前后电石渣中的元素组成变化和焙烧后氧化钙产品的性能变化,提出了电石渣浮选脱硅焙烧制备活性氧化钙的工艺路线。结果表明:电石渣中主要成分为氢氧化钙,含有部分二氧化硅和铝硅酸盐等硅类杂质,且颗粒分布较均匀,主要集中在低粒级分布。通过400g/t六偏磷酸钠和125g/t十二胺结合的一次反浮选脱硅试验,电石渣中硅类杂质得到有效分离,浮选后的电石渣精矿中硅质量分数由3.14%降至2.85%,且钙回收率达87.9%;浮选分离硅类杂质后的电石渣经900℃焙烧后可完全转化为氧化钙,制备的氧化钙产品中氧化钙质量分数为94.46%,抗压强度由3.17MPa提升至3.87MPa,冶金活性由341.6mL提升至385.5mL,产品性能有所提升。上述研究可为电石渣循环回用提供参考。

• K2CO3活化低阶煤和污泥共水热炭制备多孔炭及其对CO2和SO2吸附性能

  宋瑞珍, 陈云霄, 杨晓阳, 王嘉伟, 王宝凤, 赵瑞东

  我国低阶煤储量大,低阶煤材料化利用是当前国家重大需求。另外,我国城市污泥排放量逐年增加,高含水率污泥资源化利用至关重要。低阶煤和污泥水热碳化可有效资源化利用原料内的硫氮元素,制备硫氮掺杂水热炭。水热炭孔隙较不丰富,对其进行活化造孔可丰富其孔隙结构,制备得到硫氮掺杂多孔炭。选用较为温和K2CO3作为活化剂,探究K2CO3活化不同次烟煤与污泥水热炭制备多孔炭材料的性质,并研究多孔炭对CO2和SO2的吸附性能。结果表明,次烟煤和污泥水热炭经K2CO3活化改性后,硫氮元素含量相较于原来的水热炭均有所减少,多孔炭的比表面积由原水热炭的23.92m2/g增至331.77m2/g,孔体积由原水热炭的0.07cm3/g增至0.23cm3/g。制备的多孔炭对CO2和SO2具有一定的吸附效果,次烟煤与污泥质量比为7∶3,水热碳化温度为160℃时,经700℃K2CO3活化所制备的多孔炭在25℃下,对CO2吸附量为1.56mmol/g;次烟煤与污泥质量比为1∶1,水热碳化温度为160℃时,所制备的水热炭经活化后,其在吸附温度为120℃时,对SO2的吸附量为52.2mg/g,且随着水热碳化温度升高,其吸附量有所下降,共水热炭相比于单一水热炭对CO2和SO2的吸附性能更好。研究结果可为低阶煤和污泥清洁高效利用和低成本CO2、SO2吸附剂开发提供理论依据。

• 气化渣基脱硫活性焦制备工艺与性能评价

  潘文杰, 樊盼盼, 王洋, 高艳春, 樊晓婷, 李翔宇, 鲍卫仁, 王建成

  煤气化过程中产生的气化渣的处置问题日趋严重。气化渣中的残余炭具有较发达的孔隙结构和较大的比表面积,具有制备活性炭和其他高附加值碳材料的潜质。通过水介重力分选方法得到高品质气化渣分离炭后,采用配煤法制备脱硫活性焦,可实现气化渣的高附加值利用。通过单因素试验法及正交试验法考察在气化渣分离炭高掺比条件下配煤种类、比例及炭化、活化工艺条件对脱硫活性焦结构和性能影响。研究表明,气化渣分离炭在掺入比例为50%时,活性焦的最佳配煤组成为:焦煤29%、长焰煤8%、煤沥青13%;最佳炭化条件为:升温速率5℃/min、炭化温度700℃、炭化时间30min;最佳活化条件为:活化温度900℃、升温速率8℃/min、活化时间120min、活化水量1.0mL/(g·h)。利用固定床反应装置对气化渣基脱硫活性焦进行脱硫和再生性能评价,在最佳配方和工艺条件下,公斤级试验制备的脱硫活性焦耐磨强度为97.26%,耐压强度为696.3N(实测值),灰分为11.66%,碘吸附值为378.78mg/g,脱硫值为28.5mg/g,满足脱硫用煤质颗粒活性炭指标A型优级品的技术指标且再生性能良好。以气化渣分离炭作为碳源制备脱硫活性焦在大幅降低活性焦生产成本的同时,也为气化渣的高值化利用提供了一条可行途径,对气化渣的减量化、资源化、高值化利用具有重要意义。

• 煤气化细灰熔渣制备泡沫微晶玻璃

  周丽, 任强强, 崔瑞芳, 李林宣, 李伟

  由于缺乏成熟的大规模工业化处置技术,大量堆存的煤气化细灰造成严重的环境污染和资源浪费。流化熔融处置煤气化细灰可实现碳灰分离和灰分的改性提质,使灰分转变为富硅铝元素的玻璃相熔渣;泡沫微晶玻璃由于其特殊的玻晶交织结构使其具有良好的机械性能和保温隔热性能,确立了熔渣制备泡沫微晶玻璃的高值化利用思路。以煤气化细灰熔渣为原料,采用无机凝胶铸造工艺制备泡沫微晶玻璃,研究了主要工艺参数预固化时间和烧结温度对泡沫微晶玻璃析晶特性、孔结构和抗压强度的影响。结果表明:泡沫微晶玻璃析晶特性和孔结构与烧结温度、预固化时间均呈现相关性。较高的烧结温度可促进烧结过程中晶相析出进而强化泡沫微晶玻璃的抗压强度。预固化时间影响泡沫玻璃胚体的网络结构,导致晶相析出时克服的阻力不同,从而影响晶相种类。预固化时间30min时,泡沫玻璃胚体在烧结析晶过程中易发生大孔径孔隙坍塌。抗压强度随孔隙率的增大而减小,随孔径增加呈非线性减小。预固化时间为90min时,可获得良好的孔隙结构。抗压强度受到析晶特性和孔隙结构特性的共同作用。烧结温度900℃时可强化抗压强度,尤其是预固化时间90min时,泡沫微晶玻璃的抗压强度为3.77MPa;而700和800℃时,抗压强度是否增大与预固化时间相关。预固化时间60min、烧结温度900℃时,析出大量晶体,孔隙率为66.20%且孔径均匀分布,抗压强度为1.40MPa。

• 化学气相沉积法制备高氮掺杂碳纳米笼的电容去离子性能

  薛玉红, 伊尔夏提·地力夏提, 古丽格娜·皮达买买提, 白翔, 伏桂仪, 魏贤勇, 何晓燕, 赵红光, 王艳丽

  电容去离子(CDI)是一种基于电场力驱动的快速去除水中带电离子的新型脱盐技术,在盐水预富集和降低零排能耗方面极具潜力。但目前CDI技术受限于多孔碳电极低电吸附活性及不可控的孔结构分布导致脱盐容量和电荷效率较低,限制其进一步应用。为此,以吡啶在为碳源、碱式碳酸镁为模板剂通过化学气相沉法,构建了高活性表面、结构可控的N掺杂碳纳米笼状结构(N-CNC),探究其脱盐性能。通过精准控制载气与吡啶进入量,制备的N-CNC是由3~5层石墨化碳层层堆叠的空心长方体形貌,且外壁平均壁厚在1~2nm,其中N质量分数高达4.2%。得益于这种优异的孔隙结构分布和丰富的表面化学性质,N-CNC展现出以赝电容贡献为主的电化学行为。组装N-CNC//N-CNC对称模块,采用单通道脱盐模式脱盐测试,结果表明,盐吸附量和电荷效率分别为21.8mg/g和82%,能耗低至0.71Wh/g。进一步使用自组装CDI模块处理煤化工高盐水,在1.2V吸附电压下获得Cl-、SO2-4和NO-3电吸附脱盐容量分别为33.4、20.5和8.9mg/g,其中Cl-/SO2-4选择性比高达5.1。本研究提供了一种简便可控的N掺杂碳纳米笼状结构制备方法,为CDI浓缩工业卤水预富集应用提供理论和技术支撑。

• 固废基ZSM-5合成及其改性研究进展

  张丽宏, 赵旭辉, 郭彦霞

  工业生产过程中产生大量粉煤灰、赤泥和煤气化渣,其堆积不仅侵占土地,还会严重破坏生态环境,危及人类健康。这3种固废均含有硅铝元素,且含量较高,硅铝比(氧化硅和氧化铝物质的量比)波动幅度较大。ZSM-5(ZeoliteSoconyMobil5)是一类硅铝比范围较宽的沸石分子筛,具有独特的孔道结构和良好的稳定性,在吸附和催化方面应用广泛。利用富含硅铝的固废制备ZSM-5是其高值化和资源化利用的重要途径之一。系统总结了富含硅铝的固废的活化除杂预处理通用方法,并且基于粉煤灰、赤泥和煤气化渣的理化性质特点,综述了固废基ZSM-5的合成及金属改性、磷改性、水热改性和酸碱改性4种方法的研究进展。分析固废作为硅铝源对ZSM-5合成、结构和性能的影响,指出固废在活化除杂过程中硅铝比的调控、杂质元素的去除转化、及主要元素的迁移转化规律是研究重点;讨论不同改性方法对ZSM-5结构和性能的影响机制,提出固废基ZSM-5中硅铝在骨架和非骨架中的分布、铁钙等杂元素的含量和存在形态、孔结构对改性效果起到非常重要的作用。通过对典型富含硅铝元素的固废基ZSM-5合成及其改性过程中存在问题和研究现状的分析和讨论,提出了粉煤灰、赤泥和煤气化渣多源固废复配,在无机模板剂或无模板剂条件下水热晶化制备ZSM-5,对固废基ZSM-5高效精准改性是未来发展方向。

• 煤矸石富镓母液中低浓度硫酸镓水解沉淀制备氧化镓

  赵峥, 武文粉, 韩玉琴, 侯新娟, 李少鹏, 张建波, 李会泉, 冯利利

  我国煤矸石中蕴藏大量镓资源,镓的伴生回收利用逐渐成为研究热点。伴生镓经酸法提取与富镓母液电解造液制备金属镓,镓综合回收率仅60%。随着氧化镓需求量增加,研究富镓母液直接水解沉淀制备氧化镓新工艺,通过缩减金属镓制备流程,显著提高镓产品综合回收率。然而富镓母液中镓离子浓度低、且与硫酸根共同作用水解转化机制尚不明确,为实现低浓度硫酸镓母液中氧化镓的高效制备,开展水解过程工艺和转化机理研究。通过正交试验考察硫酸体系下镓水解过程的反应温度、反应时间、搅拌转速、体系pH、初始镓浓度等因素对镓沉淀率和水解产物的影响,结合理论计算不同pH下镓的羟基配离子形态变化,明确低浓度硫酸镓溶液水解过程镓的转化机理,进一步通过单因素试验优化得到最优镓水解参数,水解产物经过煅烧制备得到氧化镓。结果表明,镓水解过程影响因素排序依次为体系pH、反应时间、初始镓浓度、搅拌速率、反应温度。硫酸体系不同沉淀pH下镓羟基配离子形态转变与沉淀物相对应规律为pH6.5时,溶液中以Ga(OH)-4为主,沉淀物相由无定形氢氧化镓氧化缩合为羟基氧化镓。根据正交和单因素试验优化得到硫酸镓溶液沉淀工艺参数为pH=5.0、初始镓质量浓度1000mg/L、反应时间20min、搅拌速率150r/min、反应温度20~25℃,镓回收率达99.5%以上,沉淀物相为无定形氢氧化镓。

• 金属载体强相互作用对二苯并呋喃加氢脱氧反应影响

  王栋, 杜朕屹

  煤焦油作为煤炭热解的主要产品之一,产量大、用途广,合理有效地利用中低温煤焦油可促进煤炭资源的清洁高效转化。通过催化加氢脱氧实现对中低温煤焦油中氧原子脱除,可提高油品的氢碳比和稳定性,获得高品质燃料。二苯并呋喃含量高,反应活性低,选择其作为模型化合物,用于加氢脱氧反应研究。金属载体强作用(SMSI)的调控被广泛用于多相催化领域,但其对加氢脱氧反应影响尚不清楚。为探究SMSI对加氢脱氧反应的作用机理,用镍钛锆水滑石作为催化剂前驱体,通过改变Zr的比例,制备不同金属载体强相互作用的Ni基催化剂(Ni/mZrO2@TiO2-x,m=0~0.5),用于模型化合物二苯并呋喃的加氢脱氧反应。通过HRTEM、H2-TPD和CO-pulse等表征发现催化剂在还原中部分载体被还原为TiO2-x并在Ni颗粒表面形成包覆层,产生氧空位。随着Zr比例增大,SMSI强度降低,导致包覆层和氧空位含量减少。280℃、6MPa下对不同SMSI强度的催化剂进行活性评价,发现随着SMSI强度降低(Zr比例增大),脱氧产物收率由60.7%增至94.8%后降至66.9%,在Ni/0.4ZrO2@TiO2-x催化剂上呈现最佳脱氧性能;且该催化剂经5次循环活性未出现明显下降,稳定性好。研究结果表明,催化剂加氢脱氧性能由SMSI产生的包覆层和氧空位共同决定,Ni的包覆程度与加氢性能呈负相关,而氧空位含量与脱氧性能呈正相关。

• 燃机烟气与燃煤锅炉耦合燃烧技术

  赖金平, 陈辉, 张文振, 刘欣, 李朝兵, 何陆灿, 葛铭

  为有效利用燃机排烟热量,探索燃煤锅炉与燃机烟气耦合燃烧可行性。根据燃烧学基本理论,分析燃机烟气混入对燃煤锅炉的燃烧理论空气量、烟气量、燃烧器喷口速度等参数影响,提出燃机烟气与燃煤锅炉耦合燃烧技术方案。运用全尺寸数值模拟技术,分析烟气耦合对燃煤锅炉燃烧特性影响。数值模拟结果表明,烟气耦合后燃煤锅炉火焰切圆直径变大;煤粉气流初始温度增加,挥发分析出提前,煤粉着火提前;燃煤锅炉烟气量增大,锅炉炉膛温度降低,水冷壁吸热量下降;炉膛出口NOx排放质量浓度由222.1mg/m3升至229.5mg/m3,焦炭燃尽率由98.91%降至96.9%。结合数值模拟结果,分析烟气耦合后发电机组能耗。虽然机组发电煤耗较耦合前升高2.0g/kWh,但燃机烟气的余热利用效率由约80%提升至约93%,折算机组煤耗降低10.98g/kWh,全厂能耗降低8.98g/kWh,表明燃机烟气与燃煤锅炉耦合燃烧技术方案可行。燃机烟气替代了大部分燃煤锅炉二次风量,通过燃煤锅炉空预器的风量大幅降低,造成空预器换热量大幅下降,排烟温度大幅升高,需在空预器后增加余热利用装置。

• 松木生物质颗粒预热燃烧特性试验

  章锦阳, 欧阳子区, 丁鸿亮, 苏坤

  使用于松木生物质颗粒作为燃料,结合先进的自预热燃烧技术,实现燃料在炉膛内的流态化燃烧。通过千瓦级预热燃烧试验平台,对木本生物质颗粒在不同预热温度下的预热改性进行了全面深入的探索。使用BET、SEM扫描电镜与拉曼光谱带对比的方法对高温生物质半焦的比表面积、总孔容积、氮气等温吸附脱附特性、颗粒表明形态等关键物性参数进行检测和分析。分析结果显示,随着预热温度的升高,氮气吸附量明显增加,说明改性后的生物质半焦具有更多的孔隙结构。结合碳微晶结构分析,松木生物质颗粒在高加热速率下解聚脱挥发导致大分子碳链断裂产生小分子挥发物从而改善反应活性。在燃烧特性方面,改性后的高温生物质半焦可在下行燃烧室内迅速实现稳定燃烧,且燃烧效率高达99%以上。在NOx排放上,所有实验工况均将燃烧温度控制在1100℃以下避免产生热力型NOx。预热后松木生物质颗粒的NOx排放浓度并未随预热温度的单调变化而增减。842℃时,NOx排放质量浓度达到峰值,随后开始下降。在试验温度范围内,当预热温度设定为705℃时,NOx排放质量浓度达到最低值,即97.79mg/m3。综上,为确保松木生物质预热燃烧后具有较低的NOx排放和高燃烧效率,推荐的最佳预热温度为705℃。

• 1 000 MW对冲锅炉倒“N”型粉量分布

  葛铭, 赖金平, 姜志成, 吕智嘉, 王佳杨, 仇召宏, 吴玉新

  以侧煤仓布置的1000MW对冲锅炉制粉系统为研究对象,分析粉管粉量、煤粉细度和粉管综合阻力的分布规律。发现粉量和煤粉细度分布大体呈现倒“N”型趋势。粉量大的粉管,其煤粉细度大;粉量少的粉管,其煤粉细度小,二者呈现正相关。粉管综合阻力呈现“N”型分布,与粉量、煤粉细度分布呈负相关。各粉管粉量分布趋势由粉管综合阻力不同导致,磨煤机参数的变化不改变这种分布规律。1号机组制粉系统粉量最大偏差为37.7%,2号机组制粉系统粉量最大偏差为84.4%,均远超规程要求的±10%偏差内。动态分离器厂家不同,其分离效果存在优劣,导致粉量偏差程度不同。粉量分布特点要求燃烧器配风必须针对性进行调整。提高旋流强度、开大二次风量、关小燃尽风、提高运行氧量等措施利于缓解偏烧。粉量大的燃烧器,其内二次风量开大、外二风量关小。低负荷奇数台磨煤机运行时,针对性提高粉量偏差最大磨煤机的风煤比。单台单侧运行的磨煤机掺烧难燃煤种或降低分离器转速以提高其火焰中心。燃烧调整试验后,1号机组偏烧问题得到解决,2号机组由于粉量偏差大仍存在一定程度偏烧。对于粉量偏差过大的制粉系统,可通过煤粉侧和二次风侧的改造彻底解决偏烧问题。粉量分布特性和优化调整思路为同类型机组解决偏烧问题提供参考。

• 燃料电池气体扩散层表面液相涌出行为

  刘帅, 姚晓航, 张礼斌, 王忠, 裴昊

  燃料电池流道内的两相分布特性对于提升燃料电池水管理能力至关重要,探究多液滴在流道表面流动行为利于优化结构及运行条件。使用流体体积(VolumeofFluid)法对液态水从气体扩散层(Gasdiffusionlayer)涌出到流道内的动态过程进行模拟,研究流道内气体流速、GDL表面接触角和水孔间距对水涌出过程和流动行为影响。结果表明,液滴在GDL表面经历了生长、分离、传输和碰撞凝并等过程。气体流速明显影响压降和液滴分离周期,随着气体流速增加,压降增加,液滴分离周期从14.7ms降至4.7ms,水去除能力显著增强,高气体流速造成液滴形态和流动情况不稳定。GDL表面润湿性改变了表面张力,影响液滴形态和流动,显著影响水覆盖率,随着接触角增大,GDL表面平均水覆盖率从20.03%降至9.01%;水孔间距对液滴碰撞周期影响大,小水孔间距时液滴在生长中发生凝并,大液滴飞溅造成流道内气流速度下降,压降和GDL表面水覆盖率产生大波动;大水孔间距时,流道内速度场受影响明显,前一液滴获得大速度后发生碰撞更易造成液滴飞溅,导致最大水孔间距时水覆盖率下降,从16.84%(D=0.8cm)骤降至14.69(D=1.2cm)。研究结果为流道表面接触角,GDL孔隙分布、进气条件等参数优化提供理论指导和技术借鉴,改善质子交换膜燃料电池水传输能力提高工作效率。

• 高掺量煤气化渣制备免蒸压加气混凝土

  李颖, 李辉, 吴锋, 李肽脂

  为实现煤气化渣资源化利用,以煤气化渣为主要原料,高盐废水作拌合水,辅以Ca(OH)2和NaOH制备出免蒸压加气混凝土。前期用正交试验和单因素试验方式,制备煤气化渣基胶凝材料。选取强度最高配比作为加气混凝土基体材料配比。主要研究双氧水和硬脂酸钙对加气混凝土物理力学性能及孔结构影响,并用XRD及SEM等微观检测方法分析不同养护温度加气混凝土的水化产物。结果表明:以煤气化渣的质量基准,外掺入占煤气化渣总量10%的NaOH、10%的Ca(OH)2,拌合水为高盐废水,煤气化渣基胶凝材料28d抗压强度最高,达68.8MPa。此外,向该胶凝材料中掺入双氧水作发气剂、硬脂酸钙作稳泡剂,制备出免蒸压加气混凝土。随双氧水掺量增加,加气混凝的孔径逐渐增大,连通孔增多,故干密度和强度一同降低。加入适量硬脂酸钙后,孔分布更均匀且孔的形态趋于规则的圆形,故强度明显提升。当双氧水和硬脂酸钙的掺量分别为5%、1.5%,养护温度80℃时加气混凝土的抗压强度最高,达2.9MPa,对应干密度617.2kg/m3。微观分析表明:高掺量煤气化渣基加气混凝土的水化产物主要为C-S-H凝胶、C-A-H凝胶和沸石。孔壁处主要为相互交错重叠的箔片状C-S-H凝胶,存在少量杂乱交织的细长针棒状C-S-H凝胶。这些水化产物相互交联,使孔壁结构较为密实,利于强度的提高。