洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2025年第6期

• 基于石灰石加绿氢制备CaO的低碳水泥生产系统模拟

  邓雨萌, 伍嘉文, 曹洪杰, 李英杰

  水泥生产是全球CO2排放的主要来源之一，目前广泛研究的碳捕集利用与封存技术面临高能耗的问题。在传统水泥生产过程中，大量CO2的排放主要来自石灰石的分解。通过将绿氢引入分解炉，不仅可以还原石灰石制备CaO，还能显著降低分解炉温度，并把CO2转化为高附加值化工原料CO，从而实现低碳和低能耗的水泥生产。为了探究用石灰石中温加氢分解替代石灰石高温煅烧分解对水泥生产系统能耗、CO2排放量、㶲效率及成本的影响，采用Aspen Plus软件对基于石灰石加氢制备CaO的低碳水泥生产系统进行模拟，并与采用单乙醇胺捕集CO2的传统水泥生产系统进行对比分析。结果表明，与采用单乙醇胺碳捕集技术的传统水泥生产系统相比，基于石灰石加氢制备CaO的水泥生产系统通过将生料源CO2转化为CO，显著减少了后续单乙醇胺碳捕集单元处理的CO2量，从而在能耗、CO2排放量和CO2生成量（包括封存的CO2）方面分别降低了19.42%、52.91%、37.55%。㶲分析表明，由于发生热力学不可逆的化学反应，系统㶲损主要集中在预热分解单元和回转窑；换热器的㶲损则主要源于冷热两侧的大温差。此外，基于石灰石加氢制备CaO的水泥生产系统不仅能够生产水泥熟料还可以产出合成气，从而提升了系统的有效输出㶲，使㶲效率从传统系统的31.11%增加到75.63%。成本分析表明，与采用单乙醇胺碳捕集技术的传统水泥生产系统相比，绿氢使基于石灰石加氢制备CaO的低碳水泥生产系统成本增加了122.66%。然而合成气的高利润抵消了这部分成本，并实现了430.15元/t熟料的净利润。基于石灰石加氢制备CaO的水泥生产系统在能耗、CO2排放量、㶲效率和成本等方面具有显著优势，展现出良好的工业应用前景。

• 钙基溶液双流体雾化特性及其热解制备CaO微球的储热性能

  罗童, 罗聪, 谭增强, 杜振, 李小姗, 邬凡, 张立麒

  基于钙循环技术的热化学储能系统可以适配第三代聚光太阳能电站以实现光热的高效利用。常规的CaO储热材料面临反应活性低以及循环储/放热性能稳定性差等关键问题，严重制约了系统效率的提升。为获得高性能钙基储热材料，提出了一种基于双流体雾化技术的喷雾热解法，以硝酸钙与柠檬酸的水溶液为前驱体，制备了多孔中空CaO微球。首先，利用喷雾激光粒度分析仪研究了不同流量的前驱体溶液（10～20 mL/min）在不同雾化气流量条件下（10～30 L/min）的雾化特性，发现更低的溶液流量和更高的雾化气流量会导致喷雾呈现更小的Sauter平均粒径（SMD）和跨度更窄的粒径分布，但是当雾化气流量超过20 L/min时，喷雾的SMD和粒径分布则趋于稳定。在此基础上，选取10 mL/min的前驱体溶液流量进行喷雾热解，利用X射线衍射仪、粉末激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、同步热分析仪和氮气吸附−脱附等测试手段研究了气液体积流量比（ALR，1000～3000）对于合成CaO微球的晶粒尺寸、粒径分布、微观形貌、循环储放热性能以及孔隙结构参数的影响。结果表明：CaO微球的SMD随ALR的增加而减小，与前驱体溶液雾化特性变化规律一致。而循环储/放热性能则随着ALR的增加呈现先增加后减小的趋势，当ALR为2000时性能达到最佳，在此条件下制备CaO微球的SMD为12.5 μm，拥有高比表面积31.63 m2/g，初次循环碳酸化转化率达到92.68%，30循环累积储能密度为46.13 kJ/g，相较分析纯CaO提升2.32倍。

• Ni-MgO/CaO中空微球受限空间强化CO2捕集与原位转化制合成气

  贾中昊, 邵斌, 谢志成, 胡军

  CO2捕集与原位转化(iCCC)技术是解决全球气候变暖的有效技术路径，将iCCC技术应用于工业高温烟气CO2捕集与原位逆水煤气变换(RWGS)反应过程，可以充分利用高温烟气的热能，在同一装置下实现CO2原位转化为合成气。双功能材料理性设计是实现高效iCCC技术的关键。以NaOH活化的多孔碳球为硬模板，通过Ca、Mg、Ni金属离子的共吸附和煅烧去碳模板，得到了具有中空微球结构的系列xNi-MgO/CaO双功能材料。其中空微球结构不仅降低了CO2吸附过程的扩散阻力、同时还提供了CaO/CaCO3在吸附过程中体积膨胀的缓冲空间；在中空微球受限空间上形成的NiO-MgO固溶体作为物理屏障分隔催化位点Ni0颗粒，有效抑制活性金属在高温下的烧结。通过筛选Ni/Mg比例和反应温度、H2体积分数等反应条件，考察了xNi-MgO/CaO双功能材料的等温CO2捕集和原位加氢转化性能。在优化反应条件下，反应温度为650 ℃、氢气体积分数为10%时，10Ni-MgO/CaO在10次吸附−转化循环中材料的CO2吸附量保持在10 mmol/g，CO2转化率维持在94%以上，CO选择性稳定在100%。动力学研究进一步证明了Ni-MgO/CaO中空微球受限空间结构对CO2捕集与加氢反应速率的强化作用。

• 高温钙基固体吸附CO2捕集技术研究进展

  杜振, 张立麒, 张杨, 刘博, 朱文韬, 罗聪, 喻江

  在全球气候变化和“双碳”目标的推动下，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术成为工业领域实现温室气体减排的关键。高温钙基固体吸附CO2捕集技术因成本低、吸附容量高而备受关注，然而CaO吸附剂在循环过程中易烧结、磨损，致使性能衰减，限制了其规模化应用。综述了近年来CaO吸附剂的改性方法、规模化制备工艺、反应器设计以及钙循环中试装置的研究进展。在改性方法上，有机酸、碱金属盐、生物质衍生材料、金属氧化物及固体废弃物等均可用于改性CaO吸附剂，例如，丙酸改性的石灰石在100次循环后CO2捕集能力为未处理样品的4倍。吸附剂颗粒制备技术包括挤压法、滚圆法、挤压–滚圆法、浇铸法、核壳法等，不同方法制备的颗粒在机械强度、CO2捕集能力等方面各有差异。例如，挤压−滚圆法结合喷雾干燥技术制备的吸附剂微球，25次循环后CO2吸附量较高且抗磨损能力强，旋转3000次后的失重率低于0.8%。在反应器方面，流化床反应器应用最为广泛，但存在颗粒磨损的问题；移动床反应器可缩小反应器尺寸，但存在阻力的问题。另外，多个国家和地区的中试装置验证了钙循环CO2捕集技术的可行性，如德国斯图加特的200 kWh平台、西班牙La Pereda的1.7 MWh平台等，可实现约90%的CO2捕集效率。最后，指出未来需突破低成本规模化制备工艺，解决现有成型技术原材料成本高、成品率低等问题；优化反应器传热传质性能；推进构建余热梯级利用的能量集成系统，降低捕集能耗，从而推动CaO吸附剂CO2捕集技术从工程验证迈向工业化应用的关键跨越。

• 二氧化碳捕集与利用一体化技术研究进展

  孙书桩, 郭亚飞, 赵传文, 邵斌, 胡军, 孙楠楠, 李嘉楠, 秦昌雷, 金波, 梁志武, 张肖宇, 刘文强, 张毅然, 曲雅琨, 孙洪满, 王耀祖, 余柏呈, 周会, 赵虓仝, 朱园, 吴春飞

  碳捕集与利用（CCU）技术在能源结构低碳化转型与碳净零排放中起着关键作用，但受制于冗长的工艺步骤和高企的能源资金投入难以推广实施。集成二氧化碳（CO2）捕集与利用（ICCU）为一体可通过原位催化转化的方式协同实现CO2升级和吸附剂再生，避免了传统CCU技术中高耗能的温压变换再生和气体压缩储运等中间步骤，显示出极具竞争力的工业应用前景。本文总结了ICCU领域国内外的最新研究进展，从与CO2捕集集成的反应出发，分析应用于ICCU过程的“捕集–催化”双功能材料的设计准则，探讨材料与碳捕集与催化转化性能的构效关系，解析原位催化转化的反应机理，以期为材料与过程的理性设计提供参考。结合非热催化转化技术，本文综述了前沿的研究进展，展望了其在ICCU领域的发展前景与方向。基于ICCU设计思路耦合其他高碳排过程，拓展了相关的应用场景，为相关过程创新提供了思路。本综述总结了ICCU系统及双功能材料体系的发展现状、前景与机遇，从材料到过程进行了综合的评论，为该领域未来的研究及工业化提供了重要参考。

• CO2加氢制甲醇工业催化剂结构及操作条件影响模拟研究

  林振利, 解勤勤, 谢楠楠, 翁俊旗, 杨道明, 束忠明, 叶光华, 周兴贵

  二氧化碳加氢合成甲醇是一种有效的减碳技术，其关键在于开发高性能甲醇合成工业催化剂。基于颗粒分辨计算流体力学，建立了CO2加氢合成甲醇体系从工业催化剂颗粒到固定床反应器的双尺度模型，并利用该模型研究工业催化剂颗粒结构与操作条件对甲醇合成反应的影响。首先，通过对比试验测得催化剂床层压降，验证了颗粒分辨计算流体力学模型的准确性，其中通过模拟计算得到的压降与试验值相差小于10%。接着，研究了催化剂颗粒的孔径、孔隙率以及粒径对甲醇合成反应的影响，发现当催化剂颗粒孔径为50 nm、孔隙率为0.4时，二氧化碳具有较高转化率的同时，还拥有较高的甲醇选择性，当粒径为8 mm时，在保持高二氧化碳转化率与甲醇选择性时，还能降低床层压降。最后，考察了流速、压力、温度与二氧化碳浓度对反应的影响，发现流速的提高不仅会快速降低二氧化碳转化率，还会增加床层压降；压力的增加使得反应器内的反应物浓度提高，这有利于二氧化碳转化率与甲醇选择性的提高；对于入口温度在515 K附近时，拥有较高的二氧化碳转化率与甲醇选择性，若低于515 K，则反应受到动力学限制不利于二氧化碳转化率提高，若高于515 K则甲醇合成反应受到热力学限制的影响，二氧化碳转化率略微下降；二氧化碳入口浓度的提高则会降低二氧化碳转化率与甲醇选择性。研究结果可以为甲醇合成反应中催化剂结构与操作条件的优化提供一定的理论指导。

• 二氧化碳催化加氢制烯烃的研究进展

  韩建翔, 崔喜雯, 孙剑

  在全球气候变化和能源结构转型的背景下，CO2的高效转化与利用成为实现“双碳”目标的关键路径之一。烯烃作为重要的化工原料，其传统生产方式高度依赖化石资源，导致高能耗与高碳排放。因此，利用绿氢将CO2催化加氢转化为烯烃，不仅有助于减少温室气体排放，还能缓解对石化资源的依赖。基于此，系统综述了近年来CO2加氢制烯烃领域的研究进展，重点探讨了催化剂的设计和催化机理。首先，概述了CO2加氢制烯烃的主要技术路线，包括CO中间体路线和甲醇中间体路线。随后，阐述了催化剂的设计策略，包括主催化剂的选择（如铁基、钴基催化剂）、助剂的添加（如碱金属、过渡金属助剂）以及载体的优化（如金属氧化物、碳材料载体）。这些策略通过调控催化剂的电子结构、表面酸碱性以及活性位点的暴露，显著提升了CO2加氢制烯烃的催化性能。在催化机理方面，深入分析了CO中间体路线和甲醇中间体路线的反应机理。CO中间体路线涉及CO2的吸附与活化、CO的生成与扩散以及费托过程中的C-C偶联与加氢等步骤，而甲醇中间体路线则通过串联反应实现CO2到烯烃的转化，突破了Anderson-Schulz-Flory分布的限制，显著提高了低碳烯烃的选择性。最后，展望了未来CO2加氢制烯烃技术的发展方向，包括开发更高效、更稳定的催化剂体系，以及设计多级反应器或膜反应器等新型反应器，以提高反应效率。综上，综述了CO2加氢制烯烃催化剂的设计与催化机理，分析了不同技术路线和催化剂策略的优势与不足，并提出了未来研究的方向和重点。随着绿色化学和可持续发展理念的深入推广，CO2加氢制烯烃技术有望成为实现碳中和目标的重要途径之一。

• 光热催化CO2加氢研究进展

  李洋洋, 黄思懿, 田鑫, 许狄, 定明月

  耦合绿氢将CO2催化转化为高值化学品是实现大规模CO2减排、绿氢储运的重要途径，对于推动“双碳”目标和绿色能源转型具有重要意义。但传统热催化CO2加氢技术通常依赖高温条件，存在反应条件苛刻、能耗高、催化剂易失活，产物选择性难以调控的问题。近年来，光热催化CO2加氢发展迅速，与热催化技术相比，光热催化能够耦合可再生太阳能资源，减少化石能源的使用，同时能够实现温和条件下的CO2加氢反应，一定程度提升催化剂运行稳定性，引起学术界和工业界的广泛关注。然而，由于CO2分子的化学惰性和反应路径复杂，不同产物的生成涉及竞争反应路径，实现CO2高效和定向的光热催化转化极具挑战。近年来，研究者通过设计高效光热催化剂、优化反应体系、探究光热协同机制等策略，在提升CO2转化率和优化目标产物选择性方面取得了显著进展。基于此，系统总结了光热催化CO2加氢的研究进展。首先对光热催化CO2加氢反应和催化剂体系进行了介绍，围绕光热催化CO2加氢制备CO、CH4、甲醇和C2+产物的新型催化剂体系进行了总结，研究了光热材料（金属纳米颗粒、半导体、MOF材料等）在光照条件下产生的光生电子效应或光热转换效应，激发光生载流子和促进反应体系的快速升温参与催化过程，并探讨了催化剂的组成、结构（如粒径、缺陷、界面）与反应性能之间的关系。其次总结了光热催化CO2加氢反应机制，介绍了光热催化对产物选择性和反应性能的调控机制；一方面，通过降低关键反应路径能垒，使反应更倾向于生成特定产物，显著提高目标产物选择性，另一方面，电子转移可优化CO2、*CO和*HCOO等反应物和关键中间物种的吸附和转化动力学，从而加速反应进程。最后，对光热催化CO2加氢反应的发展前景进行总结和展望。目前光热催化技术发展仍面临反应机制不明、催化剂光能利用率低和长期稳定性差等挑战，未来需开发全光谱响应材料，调控特定产物的选择性（如C2+），提升催化剂稳定性，开发具有高稳定性催化剂并深入研究光热协同机制以实现产业化应用。

• 气化渣中战略性金属Li、Ga、Ge和In的赋存形态与迁移规律

  单天琦, 杨策, 刘金昌, 付宗品, 赵云鹏

  气化渣是现代煤化工过程中产生的主要固体废弃物。如何高效提取和利用煤气化渣中所蕴含的战略性金属资源，从而实现气化渣的高值化利用已成为当前的研究热点。目前，气化渣中战略性金属元素赋存状态与迁移规律尚不清晰。本研究首先利用ICP−MS、SEM−EDS和XRD分析了气化渣中战略性金属Li、Ga、Ge和In的质量分数和矿相组成，然后通过逐级化学提取法探究了这4种元素在气化渣中的赋存状态，并利用Factsage热力学软件模拟了气化过程中Li、Ga、Ge和In的化学形态演化规律。结果表明：相较于榆林原煤，Li与Ga在气化细渣与粗渣中均有所富集；Ge与In在气化过程中挥发性较强，大部分随着合成气冷却富集在气化细渣中。气化渣中战略性金属Li、Ga、Ge和In主要以金属氧化物态、有机结合态和残渣态形式存在，少部分Li以离子交换态和酸溶态存在。皮尔森相关性分析表明：Li与Ga之间相关性较强，两者在分配规律上具有一致性，并且它们与Si和Al呈强正相关性，这表明Li和Ga在气化渣中主要与铝硅酸盐形式结合；Ge与S呈较强正相关性，推测Ge在气化渣中主要赋存在硫酸盐矿物中。这些发现有助于阐明煤气化渣中战略性金属元素的赋存状态和气化过程迁移规律，从而为煤气化渣的综合利用提供理论参考。

• 融合数据驱动与启发式算法的煤元素碳含量校验

  孙栓柱, 陆佳慧, 江宇泷, 周春蕾, 朱洁雯, 杨晨琛, 汤红健, 段伦博

  “碳达峰”“碳中和”政策背景下，燃煤发电行业的减排降碳势在必行。提升碳排放数据的质量水平，强化碳排放监管要求，是保障燃煤发电行业降碳成效的必要举措。入炉煤元素碳含量作为碳排放核算过程中的关键参数，对于燃煤发电企业上报的入炉煤元素碳含量数据的校核尤为重要。对此，提出了一种针对入炉煤元素碳含量数据的智能校验方法。首先，收集了近1 000组国内外典型动力煤的工业分析和元素分析数据。其次，融合高斯过程回归和启发式优化算法，基于美国煤质数据集建立了入炉煤元素碳含量的回归预测机器学习模型，模型在训练集和测试集上的回归系数R2分别为0.989 8和0.987 7，体现出优良的拟合与预测能力，实现了对入炉煤元素碳含量数据的精确预测。然后，以中国标准煤样数据、中国典型燃煤机组的煤质分析数据为案例进一步验证了机器学习模型的泛化能力，模型在中国标准煤样数据上的元素碳含量预测平均相对误差仅为1.68%，在典型燃煤机组数据上的预测回归系数为0.987 7，均取得了准确的预测效果，验证了模型对入炉煤元素碳预测的精度与适用性。最后，进一步将该模型部署到了我国某600 MW燃煤发电机组生产过程中，模型预测值与实测值的平均相对误差为0.79%，实现了以班组为频次的入炉煤元素碳含量及时准确监测，助力燃煤发电企业上报的元素碳含量数据校验。

• 资源型地区电力消费演变的驱动机制与政策启示 以山西省为例

  王彦霞, 狄子琛, 薄宇, 吴海滨, 鲁玺, 程芳琴

  新型电力系统构建背景下，资源型地区承担着能源保供与碳减排双重压力，低碳转型面临巨大挑战。制订有效的发展政策是稳妥有序的重要支撑，而明晰政策对电力消费的驱动机制是关键问题。以资源型地区山西省为例，构建了LMDI-Shanxi模型，解析了经济规模、产业结构、能耗强度、电气化程度、人口规模、人口结构和电力消费水平对终端电力消费的驱动机制；探究了政策与各驱动因素的内在关联，提出资源型地区平稳转型的政策建议。结果表明：2000—2021年，山西省终端电力消费增长了2 103.01亿kWh，经济规模和电气化程度是电力消费的主要促进因素，贡献率分别为96.71%、33.29%；能耗强度和产业结构是主要抑制因素，贡献率分别为−39.50%和−1.14%。经济规模、能耗强度、产业结构和电气化程度变化归因于产业转型政策和环保政策的大力推进，重点行业的产能压减、节能减排和转型升级以及对新兴产业的支持发展等措施优化了产业结构，2011—2020年抑制了82.47亿kWh终端电力消费增长；还降低了产业能耗强度，且2000—2021年减少711.69亿kWh的终端电力消费；而随着城镇化建设，居民电力消费水平增长并在2000—2021年促进了211.76亿kWh的电力消费。经济规模和电气化程度决定了山西省终端电力消费将持续增长，为兼顾电力保供和碳减排，需要加强产业转型和节能环保政策力度；另外，还可加大火电灵活性改造等政策支持，以增强电网的安全运行能力，促进火电与新能源电力共生互补和协同发展。

• 贵州六枝煤与CuFeMnO4复合氧载体化学链燃烧时硫演化特性

  李炜光, 丁宁, 林德顺, 王梦家, 屈鑫鑫, 姚丹毅, 郝帅, 王保文

  煤中黄铁矿硫含量较高，直接用于煤化学链燃烧，迁移复杂、造成诸多不利影响，需予以重点关注。选取贵州六枝煤（LZ），对其进行酸洗脱灰及定向去除黄铁矿硫后、再添加定量黄铁矿模型化合物作为燃料（LZ-DP+FeS2），自制CuFeMnO4复合氧载体，在双温管式炉中，对二者在不同温度下反应时氧的传递、硫的演化及交互作用加以系统研究。结果显示，Mn的掺杂有效增强CuFeMnO4中Fe3+的还原、氧的传递及其反应活性；LZ-DP+FeS2煤单独热解时其中黄铁矿硫演化复杂并产生H2S、SO2、COS和CS2等不同气相硫组分，而加入定量CuFeMnO4时先后分解释放O2并传递其中晶格氧，使各类气相硫在高温下被充分氧化形成更多的SO2。多次循环试验显示，CuFeMnO4在保持良好再生能力的同时，定向固硫能力增强，在煤化学链燃烧中具有极大的应用潜力。

• 一种新型低负荷稳燃燃烧器的气固流动特性

  黄椿朝, 李争起, 路跃, 王誉霏, 陈智超

  现有燃用劣质煤锅炉无助燃最低稳燃负荷为50%，难以满足深度调峰需求。前人的研究主要聚焦于降低NOx排放，而非低负荷稳燃，试验条件大多设置为满负荷，缺乏对低负荷工况的研究。为解决燃用劣质煤锅炉深度调峰能力不足的问题，研发了一种新型低负荷稳燃技术。该技术保留了原有燃烧器的二次风结构，通过耦合中心给粉技术，引入旋流缝隙风，并结合对预混段和扩口的优化，可在最低30%负荷下仅依靠自身回流区实现稳燃。将该技术应用于1台350 MW劣质煤锅炉的LNASB燃烧器上，得到低负荷稳燃LNASB燃烧器。通过实验室气固两相试验，在30%锅炉负荷下，分析了缝隙风量对新型燃烧器气固流动的影响。试验结果表明：缝隙风可调控回流区形态和尺寸。缝隙风量为内二次风量的66%时，回流区为大环形，长度1.0d，直径0.48d，下边界距中心轴线0.075d (d为外二出口直径)。缝隙风量为44%时，为中心回流区，长度0.7d，直径0.60d。缝隙风为22%和0%时，回流区变为小环形，长度0.5d，直径分别为0.24d和0.32d。66%、44%、22%和0缝隙风量时的总回流率分别为0.74、0.55、0.29和0.38，旋流数分别为0.872、0.934、0.784和0.512，气相/颗粒相的扩散角分别为37.8°/36.3°、38.4°/36.6°、35.1°/32.0°、36.0°/35.4°。在径向r=0~50 mm，66%和44%缝隙风量的轴向速度低于22%和0缝隙风的工况。22%缝隙风时切向速度的衰减更快。相同x/d下 (x为测点到出口的距离)，无缝隙风时的径向速度大于有缝隙风时的工况，且负值范围更小。在x/d=0.1之后，66%和44%缝隙风时的湍流强度峰值高于其他2个工况。随着缝隙风量的减小，相同位置的湍流动能呈逐渐增大的趋势。相同位置下，0缝隙风量时湍流动能耗散率低于有缝隙风存在时的工况。4种工况下的颗粒浓度沿径向呈“内浓外淡”分布。66%缝隙风量时，x/d=0.3~0.7存在明显的颗粒回流，且回流的起点靠近燃烧器中心。44%缝隙风量时，x/d=0.5~0.7内存在中心区域的颗粒回流。0缝隙风量时，峰值位置位于r/d=0.15附近，高浓度颗粒位于一次风边缘，明显的颗粒回流发生在x/d=0.1~0.3。22%缝隙风量时，颗粒没有明显的回流。

• 凝汽器水位扰动下火电机组调节过程的动态响应特性

  冯福媛, 梁惠勋, 张淇钧, 陈衡, 徐钢, 刘彤

  在“双碳”目标与新能源大规模并网的时代背景下，传统火电机组亟需提升运行灵活性以满足电网调峰调频需求。凝结水节流技术通过调节凝结水流量改变汽轮机低压缸的进汽量，实现机组输出功率的快速响应。为研究凝汽器水位扰动下火电机组调节过程的动态响应特性，基于Modelica语言环境下的Dymola仿真平台，构建了某600 MW超临界再热机组的动态热力模型。模型以质量守恒、能量守恒及传热学基本定律为理论基础，对锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、高压加热器及低压加热器等设备进行模块化建模，并在模型中加入了汽温控制系统和水位控制系统，前者通过调节减温水流量维持主、再热蒸汽温度稳定，后者根据水位偏差动态调整泵的转速或阀门开度。通过在100%、90%、50%、40%额定负荷4个典型工况下，对凝汽器水位进行+0.1～+0.5 m的阶跃扰动，以分析凝结水质量流量和机组功率等关键参数的动态响应特性。结果表明：同一运行负荷下，凝汽器水位扰动量越大，相应的机组输出功率的增量越大；不同运行负荷下，相同的凝汽器水位扰动量下，机组在高负荷运行时，凝结水质量流量超调量较小，且更容易达到稳定，同时，高负荷运行时，机组输出功率响应速度较快，且机组输出功率的增量更大，高负荷时机组输出功率增量为0.85~5.68 MW，相比于低负荷下0.36～2.26 MW的功率增量更加明显。

• 丙烷MILD燃烧方式下碳烟生成特性

  田松杰, 任豪, 徐顺塔, 席礼阳, 涂垚杰, 刘豪

  中强度低氧稀释 (Moderate or Intense Low-oxygen Dilution，MILD)燃烧是一种新型低氧稀释燃烧技术，能够同时实现低NOx和碳烟排放。基于化学动力学分析软件CHEMKIN-PRO中的对冲火焰模型，通过数值模拟研究了丙烷MILD燃烧方式下碳烟的生成路径及其与常规燃烧之间的差异，并深入探讨了拉伸率（50~80 s−1）和CO2稀释（体积分数0~60%）对丙烷MILD方式下碳烟生成路径的影响。结果表明：MILD燃烧方式下碳烟生成的主要路径是2C3H3→A1、A1−+H(+M)⇌A1(+M)、A1−+CH4⇌A1+CH3、A1−+C2H4⇌A1+C2H3、C6H5CH3+H=A1+CH3和C4H5−2+C2H2=A1+H ；与常规燃烧相比，MILD燃烧方式下2C3H3→A1和A1−+H(+M)⇌A1(+M)反应速率降低，减少了A1生成进而抑制了碳烟成核，最终导致碳烟表面质量生长速率降低78.6%，最终碳烟峰值体积分数降低了83.7%；相比之下，MILD燃烧方式下2C3H3→A1路径对碳烟生成的贡献率降低了7.7%，而C6H5CH3+H=A1+CH3和C4H5−2+C2H2=A1+H路径的贡献率重要性明显上升，分别提升5.36%和7.59%；此外，MILD燃烧方式下碳烟峰值体积分数随拉伸率的变化呈非线性特征，碳烟峰值体积分数随拉伸率的增加呈现先升高后降低的趋势，其机理源于成核速率的非单调变化与表面生长速率的持续上升之间的竞争效应。CO2的物理和化学效应随着稀释比例的上升呈增加趋势，在稀释范围为0~40%时，CO2的物理效应对碳烟峰值影响不大，CO2通过CO+OH⇌CO2+H反应促进H消耗从而削弱PAH生长所需的HACA机制，导致A1和A4物质的量分数显著降低，在CO2稀释比例为60%时碳烟峰值体积分数进一步降低至6.4×10−9，从而进一步减少MILD燃烧方式下碳烟的生成。

• 综合胺法碳捕集与电化学转化利用一体化模拟分析

  仇东亚, 赵传文, 金冬玲, 郭亚飞

  当前过量的CO2排放已经引发了严重的气候危机，其中燃煤电厂的CO2排放占据了较大比例，因此针对烟气碳捕集的研究成为关键。化学吸收法在碳捕集领因其成熟的技术，有望成为大规模碳减排应用的技术之一，但是较高的能耗和投资成本限制了其进一步发展。传统的碳捕集与利用（Carbon Capture and Utilization,CCU）工艺中，捕集与利用2个步骤往往是分开进行的，前人们通过研发新型吸收剂、开发节能工艺等手段对捕集过程进行优化，同时开发更加高效安全的CO2利用和封存技术。但是单独优化每个过程带来的能源效率回报不断减少。因此研究人员开始考虑综合碳捕集和利用技术的经济和能源效益，有学者提出使用电化学转化代替传统的吸收剂在解析塔内升温再生，将CO2捕集和电化学转化利用整合在一起。基于传统的MEA湿法捕集工艺，利用Aspen Plus对基于有机胺的电解质来实现CO2捕集与转化利用一体化（Integrated Carbon Capture and Utilization, ICCU）的方法建模分析，对两种工艺进行了技术经济分析。结果表明：相对于常规的CCU工艺，ICCU工艺的CO2转化率和CO产量分别提升了6%和33%;同时ICCU工艺的能源效率（38.94%）也略高于CCU工艺（37.8%）,伴随着电解能耗的相应增加，因此总体能源效益的改善并不显著。对电解温度进行灵敏度分析，发现当电解温度的升高，2种工艺的能源效率均呈下降趋势，但ICCU工艺的能效一直高于工艺；并且ICCU工艺的成本不断增加，当温度升高5℃，成本增加2%左右。在整体成本方面，ICCU工艺也具有一定的优势（6399.17元/t），并且系统能耗的下降是进一步降低成本的关键。综合来看，ICCU工艺在经济和能源效益都实现了一定的提高。

• 煤矸石高温流态化制备建筑用砂的试验研究

  高佳辉, 李婷, 付亮亮, 张庆瑾, 许光文, 白丁荣

  煤矸石是煤炭生产过程中产生的大宗固体废弃物，不妥善处置不仅对生态环境造成严重影响，也会导致大量资源浪费。基于快速和大型化的技术需求，提出一种基于高温流态化技术，通过热化学反应将煤矸石高效、低成本、可规模化的转变为优质建筑用砂石骨料的工艺方法。选用3种来自不同典型地区的煤矸石原料在直径160 mm的高温流化床装置上进行试验研究，获得了煤矸石颗粒的高温流态化特性及制得材料的强度特性，验证了新工艺方法的可行性。研究结果表明：随着温度的升高，多层次宽筛分煤矸石颗粒的最小流化速度减小，流态化稳定性提高；在稳定流态化条件（2倍最小流化速度）及适当操作温度和原料球形度条件下，煤矸石煅烧产品特性能够满足优质建筑用砂的标准要求。其中产品强度（压碎值）与煅烧温度和物料球形度有关，提高原料颗粒球形度和热转化温度能够有效提升产品的强度（降低压碎值）。