- 杜逸云;刘路尧;陈越;于吉庆;张馨艺;张栋顺;刘先海;李标;王桂楠;张汉飞;
“双碳”背景下,利用可再生电力电解水制氢合成氨,不仅可以消纳可再生能源,解决氢能储运难题,也促进传统合成氨工艺的绿色转型。为了探究不同制氢方案对合成氨系统技术经济性的影响,对比分析了质子交换膜电解槽制氢、质子交换膜电解槽和碱液电解槽制氢比例为1:1以及碱液电解槽制氢3种制氢方案的系统热力性能和经济性能的表现,并利用夹点分析和数学规划相结合的方法,分析了质子交换膜电解槽和碱液电解槽协同制氢合成氨系统的冷热物流集成情况。结果表明:上述3种制氢方案的系统?效率依次为60.3%、56.1%和52.5%,而氨的碳排放也因系统净耗电量的增加而增加;受益于碱液电解槽成熟的制氢工艺,碱液电解槽制氢方案的投资回收期最短,为6.4年,质子交换膜电解槽制氢方案投资回收期最长,达到了12.8年;质子交换膜电解槽和碱液电解槽协同制氢的合成氨系统热集成分析表明,系统中低于100℃的低温余热可经过冷公用工程排向环境;此外,提升电解槽运行温度,有利于改善系统的热力性能,而降低电价、提升系统年运行时长有助于改善系统的经济性。
2025年05期 v.54;No.462 1-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 1112K] [下载次数:134 ] |[网刊下载次数:20 ] - 李宇航;田舒嫚;张普选;晋中华;邓磊;车得福;王志超;
综述了燃煤电站锅炉掺氨燃烧的燃烧特性及其对锅炉的影响,旨在为大规模应用氨作为燃煤替代燃料提供理论和实践依据。通过系统回顾现有文献,研究氨燃烧的基本特性、火焰传播特性、火焰形态及其对燃煤锅炉的影响,同时探讨了富氧燃烧、预热燃烧及氢气助燃等强化燃烧的方法。结果表明:氨煤混燃虽提高了酸露点但能够减缓受热面积灰、结渣、磨损和高温腐蚀等问题,氨的反应性较差可能导致炉膛损失增大,但采用增氧燃烧等策略可以减少这些损失;对于氨与小分子气体燃料的混合燃烧研究较多,但氨与煤等大分子固体碳氢燃料的混合燃烧行为研究较少;掺氨燃烧对锅炉传热、受热面安全及锅炉效率的影响显著,火焰温度降低、煤烟产生量减少、烟气组分变化会影响传热效果和受热面状态,需关注低温腐蚀和未燃尽氨的排放问题。掺氨燃烧是一种有效的低碳燃烧技术,但在大型火力发电锅炉中的应用还面临诸多挑战,需要进一步深入研究燃烧机理和实际应用效果,以优化燃烧设备和提高系统效率。
2025年05期 v.54;No.462 13-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 959K] [下载次数:185 ] |[网刊下载次数:21 ] - 张志银;胡慧敏;何正光;杨洁;颜凯;张博涵;温昶;
针对光反应和热反应依次进行的光热协同分解水制氢技术,以溶胶凝胶法合成的CeO_2及其金属掺杂催化剂为研究对象,实验测试了3种元素(Fe、Cu、Zn),3个比例(5%、10%、15%)掺杂CeO_2催化剂的光反应生成氧空位和热反应产氢的效果。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)、光致发光(PL)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、感应耦合等离子体(ICP)、BET比表面积测试法(BET)等手段对金属掺杂催化剂进行表征分析。研究结果表明:10%Cu掺杂CeO_2光热制氢效果最好,这是因为Cu纳米颗粒具有最小的尺寸,导致Cu掺杂CeO_2催化剂具有最小的禁带宽度,从而能够吸收更高能量的光子,增强了光吸收能力,提升了光生载流子的分离和结合速率,有利于形成光生氧空位,从而增强了热反应过程中分解水制氢的能力。
2025年05期 v.54;No.462 25-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 956K] [下载次数:154 ] |[网刊下载次数:4 ] - 杨晓;姚明宇;韩伟;冯鹏辉;张可臻;
利用太阳能、风能等可再生能源制氢已成为新能源消纳及“双碳”目标的重要途径。主要介绍了国内外氢能政策及战略布局,分析了可再生能源电解制氢技术的优点及技术瓶颈,并对大规模可再生能源制氢系统的分类、协调控制优化及能量管理进行了梳理。在此基础上,对目前可再生能源电解制氢装机容量及制氢成本进行了简要剖析,可为我国可再生能源制氢体系建设及终端能源的清洁替代提供参考。
2025年05期 v.54;No.462 33-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1001K] [下载次数:962 ] |[网刊下载次数:7 ] - 佟勇婧;王军;池立勋;程思昱;段立强;张汉飞;王秋实;王浩博;黄龑;
提出一种新型集成化学链制氢的CO_2零排放固体氧化物燃料电池/燃气轮机/有机朗肯循环混合动力系统,在实现高效发电的同时,高效分离捕集CO_2。系统以甲烷为燃料,通过化学链反应产生氢气进入燃料电池,避免了电池内部积碳现象发生,电池阳极出口回路至化学链,燃料反应器出口与电池阴极出口气体进入燃气轮机做功,排气余热被有机朗肯循环系统回收利用,进一步提高系统效率;并建立了系统模型并进行热力学性能分析,得到系统性能随燃料流量、燃料利用率、电池工作温度及系统工作压力的变化规律。结果表明:系统综合能源利用效率可达74.10%以上,电效率可达62.42%以上,?效率达到57.73%;敏感性分析表明,系统工作压力达到7×10~5 Pa时,系统性能达到最优。
2025年05期 v.54;No.462 44-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 989K] [下载次数:120 ] |[网刊下载次数:4 ] - 郭伟;贺春光;韩伟;付康丽;张顺奇;姚明宇;安佳坤;
光伏发电充分利用了太阳能绿色清洁、分布广泛、储备丰富的优势,但光伏组件的发电效率往往因工作温度升高而下降,严重影响系统性能。针对这一问题,通过实验研究了基于Y形翅片的相变材料对光伏电池的冷却效果,重点分析了Y形翅片的分杈角、位置长度和长度比等结构参数对系统热电性能的影响。研究结果表明:与无翅片系统相比,带有Y形翅片的系统平均光电转换效率提高了0.37%,同时石蜡的平均熔化速率增加了21.52%;位置长度对熔化速率的影响最大;分杈角为60°、长度比为2、位置长度为0时,Y形翅片能够使腔体内温度均匀性达到最佳。光伏电池通过耦合Y形翅片和相变材料进行散热,有望解决相变材料热导性差导致的熔化不均、内部温度分层、局部温度过高以及热斑等实际应用中的问题。
2025年05期 v.54;No.462 54-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1254K] [下载次数:103 ] |[网刊下载次数:2 ] - 马兆耀;张向宇;文海南;刘雯;王志超;余波;
燃煤掺氨燃烧是实现煤电机组减碳的重要路径之一,为进一步探究高比例掺氨燃烧的可行性,建立了氨煤混燃的机理模型,采用计算流体动力学(CFD)模拟计算了4 MW机组锅炉氨煤混燃及纯氨燃烧过程,CFD计算结果与试验数据误差小于3%。试验结果表明:氨煤混燃时,氨掺烧比例每提高20%,火焰温度下降约30℃,二氧化碳体积分数降低约20%;当掺氨比例从0增加到40%时,炉膛出口NO质量浓度增加约77.33%,飞灰含碳量由4.65%增加至6.16%;氨掺烧比例从0增加到60%时NO质量浓度增加约136.44%;氨煤混燃时过量空气系数选择1.15,燃尽性和氮氧化物生成达到最优;氨燃料分两级投入方式相比于不分级方式能够使炉膛出口NO体积分数降低31.07%;与煤粉和氨煤混燃火焰相比,纯氨燃烧时火焰温度低,着火距离长且切圆直径较大,纯氨燃烧时炉膛出口NO质量浓度为475 mg/m~3,逃逸氨量接近于0。
2025年05期 v.54;No.462 64-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 978K] [下载次数:229 ] |[网刊下载次数:5 ] - 田禾青;何灿;郭茶秀;
微纳颗粒掺杂是熔盐相变储热材料改性的重要方法。以40Li_2CO_3-60Na_2CO_3(质量分数)二元碳酸熔盐为基体熔盐,CuO和CuCl_2作为添加剂,利用高温熔融法分别制备了CuO-Li_2CO_3-Na_2CO_3、CuCl_2-Li_2CO_3-Na_2CO_3和CuO-CuCl_2-Li_2CO_3-Na_2CO_33种复合熔盐相变储热材料,对其热物性进行了测试,研究了添加剂对二元碳酸熔盐和复合熔盐相变储热材料的改性效果。结果表明:添加质量分数0.24%CuO的Li_2CO_3-Na_2CO_3熔盐较基盐熔点下降5.2℃,相变潜热下降98.1J/g,固相和液相平均比热容分别下降0.39J/(g·℃)和0.77J/(g·℃),上限使用温度上升4℃;添加质量分数0.06%CuO的Li_2CO_3-Na_2CO_3-CuCl_2熔盐较基盐熔点上升9.6℃,相变潜热下降15J/g,固相和液相平均比热容分别上升0.07J/(g·℃)和0.12J/(g·℃),上限使用温度上升17℃;2种熔盐在添加CuO后导热性能均得到提高。
2025年05期 v.54;No.462 73-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 976K] [下载次数:52 ] |[网刊下载次数:2 ]