高热值城市生活垃圾归类分流处置的能值分析

生活垃圾处理已成为限制城市化进程和城市经济发展的重大问题之一,采用垃圾归类分流处置方法可以有效地促进垃圾减量化和资源化的效果。以西安市典型高校校园生活垃圾为代表性高热值焚烧型城市生活垃圾,通过绘制能值系统图辨析卫生填埋-沼气发电、焚烧发电、生物质燃料混烧发电等3种垃圾处理系统的能值投入和产出过程。依据垃圾物理组成和热值数据分别计算了2种处理系统的能值产出率、环境负载率、能值投资率、可更新能源投入率和能值可持续指数等5项基本能值指标,并从能量利用的角度对3种生活垃圾处理方法的环境可持续性与经济竞争力进行了比较分析。能值分析结果表明,采用生活垃圾焚烧和生物质燃料混烧发电处理法在能量转化效率和环境影响方面具有显著优势,对高热值焚烧型生活垃圾采用"归类分流-集中焚烧处理"的方式有利于提高城市生活垃圾减量化处理的环境效益与经济收益。     

基于EGR的乙醇-生物柴油-柴油发动机排放性能

在单缸风冷四冲程直喷柴油发电机上,燃用柴油、生物柴油、10%乙醇-45%生物柴油-45%柴油(E10B45D45)和20%乙醇-40%生物柴油-40%柴油(E20B40D40),采用16%、28%EGR率,测试并分析了经济性,NO_x、HC和CO的排放性能和烟气的光吸收系数。研究表明:柴油的油耗最低,生物柴油次之,随着乙醇含量的增加,混合燃料的油耗增加;随着乙醇含量的增多,NO_x排放量降低,与燃用柴油相比,E10B45D45和E20B40D40平均可降低约16.1%和30.2%;采用EGR可有效降低NO_x排放,对应16%、28%EGR率,E10B45D45的NO_x排放可平均降低19.3%和39.5%,E20B40D40平均降低10.7%和43.5%;随着乙醇含量的增多,HC排放量显著升高,对比于柴油,E10B45D45和E20B40D40分别升高了59.8%和172.1%;采用EGR后,HC排放增加;随乙醇含量的增加,CO排放也明显增大,对比于柴油,E10B45D45和E20B40D40分别升高了58.6%和131.1%;采用EGR后CO排放增加;各燃料中,柴油在小、中负荷烟气的光吸收系数最低,大负荷时却最高;不宜在小负荷时采用较高的乙醇掺混比和较大的EGR率。     

生物质能利用技术控制污染物排放的作用

化石燃料燃烧利用过程中排放的大量毒害气体和CO2对生态环境造成重大危害,由此产生的环境问题越来越引起世界各国的关注,相应的控制排放技术不断发展,其中生物质能利用由于其CO2零排放成为最有发展潜力的技术之一.采用LCA方法,选择生物质气化联合循环发电、生物质热裂解发电、生物质与煤混烧发电3种方案与燃煤发电进行了对比,分析生物质利用过程减排温室气体CO2、毒性气体(SOX、NOX)的作用.结果表明,在生产1 kW*h电能的生命周期中,3种生物质发电方案的CO2排放量远远小于燃煤发电,特别是生物质气化联合循环发电和生物质热裂解发电两种方案减排CO2达到了87%～94%.由于生物质低硫和低氮特性,该两种方案中NOX和SOX的减排量也非常显著,即使是生物质与煤按1∶9(质量比)混燃都可以达到25.2%和8.9%的减排效果.综合而言,生物质能的利用,不论是气化、热解或者共燃都是减排CO2、NOX和SOX有效措施.     

中国火电行业CO2排放特征探讨

收集了2007年中国火电行业的燃料消耗数据,利用<2006年联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)国家温室气体清单指南>中提供的CO2缺省排放因子,估算了中国火电行业的CO2排放量,分析了火电行业的CO2排放特征.结果表明,煤电机组发电的CO2排放量最高,占火电行业CO2排放总量的93.2%,燃气、燃油机组发电的CO2排放量仅占6.8%.煤电机组构成中,亚临界机组发电的CO2排放量最高,其次为超临界机组,两者的CO2排放量占火电机组发电CO2排放总量的28.4%;超高压、高温高压和中温中压机组发电的CO2排放量共计占21.6%.从区域分布来看,山东省、江苏省、内蒙古自治区、河南省、山西省、河北省、浙江省、广东省、辽宁省、安徽省的火电行业CO2排放量占中国火电行业CO2排放总量的66.00%,这与火电机组的区域分布密切相关.     

农林生物质锅炉烟气排放特性及其SNCR脱硝效果的数值模拟

以河北省典型生物质发电厂生物质锅炉为研究对象,在对其农林生物质燃料组成进行分析的基础上,借助FLUENT软件对生物质锅炉烟气排放特性及SNCR脱硝性能进行数值模拟。结果表明,与单一生物质相比,小麦秸秆、果木枝、树皮3种生物质按照0.3∶0.4∶0.3配比构成的农林混合燃料具有更低的N含量(0.39%)。不同生物质燃料燃烧排放的烟气中NO平均质量浓度由高到低依次为小麦秸秆(503.6 mg·m^-3)>果木枝>树皮>混合燃料(369.2 mg·m^-3);排放的SO₂平均质量浓度由高到低依次为小麦秸秆>混合燃料>树皮>果木枝;CO：树皮>小麦秸秆>混合燃料>果木枝;排放的CO2平均质量浓度由高到低依次为混合燃料>果木枝>树皮>小麦秸秆。SNCR脱硝数值模拟得出,将还原剂(尿素)喷嘴高度设置在8～11 m、喷嘴数量为10个、反应温度约为900 K、氨氮比为1.5时,SNCR脱硝率最高(78.7%)、NO排放浓度最低(78.7 mg·m^-3     

循环流化床锅炉燃煤技术热电厂生命周期评价

运用生命周期评价方法,应用Gabi5.0软件对采用循环流化床锅炉燃煤技术的热电企业进行资源耗竭和环境影响分析,计算各生产单元生命周期清单的全球变暖潜值、酸化效应潜值、富营养化潜值、非生物资源耗竭潜值、人体毒性潜值以及光化学烟雾和臭氧生成潜值等主要环境影响类型,对燃煤发电过程进行生命周期评价。结果表明,全球变暖和非生物资源耗竭为发电运行过程中主要的环境影响因素,分别占53%和15.05%;锅炉燃烧阶段的环境影响最重,占整个生命周期影响值的77.12%,并且除生物耗竭潜值外的其他5项指标均为发电运行阶段各个单元中最高。采用SNCR脱硝技术减少燃烧过程中NOx的排放量,并对该技术方案进行生命周期评价,比较方案实施前后的环境影响。     

基于酸催化的生物质制乙醇工艺条件优化

纤维素乙醇被认为是最佳的替代燃料之一,但依然存在纤维素水解效率低和水解糖液中有害物质影响酵母菌活性等问题,从而导致其生产成本过高,无法实现工业化生产。选取水稻秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、毛竹等4种典型生物质,进行了基于酸催化法与同步酶解发酵法制取纤维素乙醇工艺条件的优选研究,采用DNS还原糖测定法测定原料还原糖转化量以表征预处理效果,并使用气相色谱法测定乙醇转化率。结果表明:水稻以5%固体装载量在125℃下经0.5%稀硫酸处理10 min后,产糖率达28.74%,处理效果在4种生物质中最优;发酵2 d后的水稻和小麦的乙醇转化率分别为51%和54%,显著高于高粱与毛竹;发酵5 d后高粱和毛竹的乙醇转化率达到了61%和65%,高于水稻和小麦。以上结果对改善传统生物质生产纤维素乙醇产率低的问题,具有一定的实际指导意义。     

混合燃料中含氧量对柴油机有害物质排放量的影响

通过柴油机试验,研究了混合燃料中含氧量对柴油机有害物质排放量的影响.试验结果显示,在混合燃料中含氧量低于10.4%(质量分数,下同)时,CO和HC排放量随含氧量增加而减少;但随着混合燃料中乙醇所占比例增加,当混合燃料中含氧量达25.3%时,CO和HC排放量均增加到含氧量为10.4%时的2.5倍左右;当混合燃料中含氧量低于10.4%时,NOx排放量随其增加而少量增加.但当混合燃料中含氧量达25.3%时,NOx排放量较燃用柴油时减少50%以上;碳烟排放量则随着混合燃料中含氧量增加而不断减少.     

中小型燃用烟煤层燃炉NO_x排放特征分析

以86台中小型燃烟煤层燃炉(≤65 MW)的燃料特性分析数据和NOx排放实测数据为基础,通过统计分析方法,研究了锅炉出力、过量空气系数、燃煤挥发分、燃煤氮含量对NOx排放浓度的影响,分析了我国中小型燃烟煤层燃炉NOx的排放与管理控制现状。结果表明,中小型燃用烟煤层燃炉NOx平均排放浓度为324.6 mg/m3;锅炉出力对NOx排放浓度不具有显著影响;燃煤挥发分增高,NOx排放浓度降低;过量空气系数和燃煤氮含量增大,NOx排放浓度增高;并建议在国家层面上尽快制订燃煤锅炉NOx排放标准限值。     

中小型燃用烟煤层燃炉NOx排放特征分析

以86台中小型燃烟煤层燃炉（≤65 MW）的燃料特性分析数据和NOx排放实测数据为基础,通过统计分析方法,研究了锅炉出力、过量空气系数、燃煤挥发分、燃煤氮含量对NOx排放浓度的影响,分析了我国中小型燃烟煤层燃炉NOx的排放与管理控制现状。结果表明,中小型燃用烟煤层燃炉NOx平均排放浓度为324.6 mg/m^3;锅炉出力对NOx排放浓度不具有显著影响;燃煤挥发分增高,NOx排放浓度降低;过量空气系数和燃煤氮含量增大,NOx排放浓度增高;并建议在国家层面上尽快制订燃煤锅炉NOx排放标准限值。     

高盐高浓度废水微生物燃料电池的启动

通过加入不同比例的乙醇辅助高盐高浓度废水条件下微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC)的启动实验,发现在加入乙醇的微生物燃料电池的启动,较不加入乙醇的微生物燃料电池的启动更容易。分别进行了乙醇加入量(经换算后所得COD值)为原水COD值的0%、5%、10%、15%和20%这5组实验,通过比较得出,乙醇加入量为原水COD值10%左右时,启动最佳。     

基于支持向量机的湿法脱硫塔污染治理优化与能效评价

环境污染排放治理与系统综合能耗之间的协同优化与评价是解决我国环境与能源不堪重负的理论前提。针对燃煤电厂脱硫系统协同优化与评价的关键问题,基于湿法脱硫控制系统在线运行数据的支持向量机(SVM)智能深度自学习,构建了脱硫系统实时在线污染排放指标和系统综合能耗指标的协同预测模型,明晰了关键调控参数-污染排放治理-系统综合能耗之间的协同耦合规律,据此提出了工业级锅炉脱硫塔的污染排放治理与系统综合能耗的创新协同评估方法。结果表明:出口二氧化硫排放浓度和系统综合能耗指标与氧含量呈负关联协同耦合关系,与浆液密度呈先减后增的协同耦合关系,而污染排放治理与系统综合能耗指标呈负关联协同耦合关系;提高氧含量并将浆液密度控制在约1 250 kg·m~(-3),可使系统污染排放治理与综合能耗指标均处于最优状态,协同优化可使系统综合能耗指标最大降幅达8.3%。示范工程验证表明:脱硫系统污染排放与综合能耗指标的协同预测模型精准可靠,其最大误差小于10%。综合上述结果,基于支持向量机的回归方法可应用于工业级湿法脱硫锅炉的污染排放治理与能效评价,对实际脱硫工程的优化运行具有指导意义。     

我国氮氧化物排放因子的修正和排放量计算:2000年

根据我国城市的发展状况 ,采用城市分类的方法 ,将我国 2 6 1个地级市按照人口数量分为 5个类别。每类城市选取一个典型城市进行实地调查 ,对我国燃烧锅炉和机动车的NOx 的排放因子进行了修正 ,提出了适合我国目前排放水平的各类城市的固定源和移动源的排放因子。并依据 2 0 0 0年中国大陆地区的电站锅炉、工业锅炉和民用炉具的燃料消耗量和机动车保有量 ,以地级市为基本单位 ,估算了 2 0 0 0年我国各地区的NOx 排放量 ,分析了分地区、分行业、分燃料类型的NOx 排放特征。 2 0 0 0年我国NOx 排放总量为 11.12Mt,其中固定源占 6 0 .8% ;移动源占 39.2 %。NOx 排放在地域、行业和燃料类型上分布均不平衡。NOx 的排放主要集中在华东和华北地区 ,其排放量占全国排放量的一半以上。燃煤为最重要的NOx 排放源 ,其排放量占燃料型NOx 排放量的 72 .3%左右。     

秸秆焚烧对哈尔滨空气质量的影响研究

对2015—2016年哈尔滨重污染天气的分布特征与规律进行分析,依据黑龙江省近10年主要作物秸秆产量、草谷比、焚烧比例和排放因子估算秸秆焚烧对PM2.5贡献量,并结合后向轨迹模型从气象要素、火点分布等方面分析哈尔滨重污染天气的成因。结果表明,哈尔滨2015—2016年重污染天数49d,重污染率6.7%,优良天数515d,优良率70.5%,秋冬重污染天数占重污染总天数的79.6%;2006—2015年黑龙江省秸秆露天焚烧总量18 944.49万t,PM2.5排放总量163.00万t,其中玉米、稻谷、豆类PM2.5排放量最高,分别占PM2.5总排放量的60.73%、23.13%、9.09%;10—11月为秸秆焚烧期,该时段风速小湿度低,稳定的气象条件不利于污染物扩散和颗粒物沉降,是造成污染物累积从而导致重污染天气的重要原因;当地及周边农业种植区秸秆焚烧是造成哈尔滨2015年、2016年10—11月重污染天气的主要原因,且秸秆焚烧对城市空气质量的影响具有数天的滞后现象。     

污泥热解气为燃料的SOFC-MGT联合发电系统能效分析

污泥热解气是利用价值较高的生物质能源。以污泥微波热解气为燃料,建立固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell)-微型燃气轮机(micro gas turbine,m GT)联合发电系统的模型,分析发电系统的性能,研究工作温度、电流密度、燃料利用率等运行参数对系统能效的影响。结果表明,设计工况下以污泥热解气为燃料的SOFC-MGT联合发电系统的发电效率达到55.9%,热电联产(CHP)效率高达74.8%,是高效的生物质能源利用方式。温度和电流密度对SOFC的性能具有较为明显的影响,合理提高工作温度和电流密度有利于提高SOFC的功率密度。研究还表明,燃料利用率增加时,SOFC的发电效率明显提升,整个系统的效率参数变化不明显,应从热解气组成和系统的安全性考虑,选择适当的燃料利用率。     

水力发电技术的生命周期评价

以广东省内某一小型水电站为研究对象,对其进行了较系统的生命周期评价.通过目标和范围的确定,对水电站的各子过程进行了生命周期清单分析及环境影响潜值计算.分析表明,该水电站的总能耗为2.02g/(kW·h),其中煤占主要部分,占93.92％；该水电站排放的污染物中,CO2占绝大部分(96.70％),其次是粉尘(2.75％)；水电站的建设耗材生产子过程的能耗以及污染物排放量最大,该过程的能耗占总能耗的97.00％,污染物排放量占总排放量的94.41％；与常规燃煤电厂相比,每发电10000kW·h,该水电站可节约标煤3.98t,减少排放CO29.9648t、SOx79.927kg、NOx 49.92kg、粉尘499kg,水力发电具有非常显著的节能和环保效应；该水电站每发电lkW·h的总环境影响潜值为4.31×10-6人当量,其中粉尘是最主要的环境影响因素,这是由于水泥、钢材等建设耗材在制造生产过程中产生了大量的粉尘.     

基于能值分析的农村污水处理工艺可持续性评价

随着我国城镇化和农村污水治理工作的不断推进,开展农村污水治理可持续性发展研究具有重要的现实意义。从工艺、地域等角度入手选取5个典型案例,分析农村污水处理工艺的可持续性。采用能值分析法探讨同种工艺在不同地区及不同工艺在同一地区的可持续性特点,并结合污水处理系统独特的复杂性对传统能值分析法进行改进,以更好地考察各系统对生态环境的影响及其可持续性。结果表明,对比分析分处常州、北京、广州的1#、2#和3#人工湿地系统,常州的1#系统的可持续性最强,北京的2#系统的可持续性最弱;对比地域相同的4#MBR、5#SBR、1#人工湿地系统发现,3个系统的可持续性依次增强。     

底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵及残渣甲烷发酵的影响

为研究底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵过程中乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性的影响,在中温(37±0.2)℃条件下,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在底物浓度为2%、3%、4%和5%下开展周期为50 d的序批式厌氧发酵实验,探索不同底物浓度下玉米秸秆发酵乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性。结果表明:底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵影响显著,当底物浓度为3%时,玉米秸秆厌氧发酵乙醇产量最大,达到39.04 g;底物浓度过低或过高均不适合后期厌氧发酵产甲烷的进行,当底物浓度为3%时,玉米秸秆乙醇发酵残渣表面纤维结构被破坏最明显,残渣厌氧发酵产甲烷实验最早在3 d出现产气峰值,挥发性固体单位甲烷产量为26.82 mL·g~(-1),并且累积产气量最高,挥发性固体单位累积甲烷产量达到270.01 mL·g~(-1),玉米秸秆乙醇发酵残渣还有较高的产气潜能;通过质量平衡分析得到,底物浓度为3%时,玉米秸秆生物转化过程中TS和VS去除率最高,分别为59.12%和79.07%。该研究可为玉米秸秆乙醇发酵工程提供参考。     

北京农村地区燃煤污染物的排放测试

针对农村地区燃煤炉灶设计了污染物排放因子测定系统,通过碳平衡法测定了不同炉灶不同燃料的污染物排放因子,从北京市延庆、怀柔、平谷和房山4个地区农户家中选取12种煤样,选取了北京地区应用广泛的10种土暖气炉和3种蜂窝煤炉分别测定了污染物排放因子数据。测定结果表明:土暖气炉燃烧劣质散煤的PM_(2.5)和SO_2的排放因子最高,分别为3.73 g·kg~(-1)(干燃料)和1.78 g·kg~(-1)(干燃料),燃烧优质散煤和煤球时的PM_(2.5)排放因子依次减小,分别为3.33 g·kg~(-1)(干燃料)和2.20 g·kg~(-1)(干燃料)。优质散煤的SO_2排放因子最低(0.16 g·kg~(-1)(干燃料)),NO_x的排放因子最高(2.99 g·kg~(-1)(干燃料))。当考虑单位有效热量输出时,相对于劣质散煤,燃烧优质散煤和煤球PM_(2.5)、SO_2的排放因子有所下降,PM_(2.5)分别减少了12.9%和8.4%,SO_2分别减少了91.2%和73.8%,但优质散煤NO_x排放因子增加了42.3%。结合调研数据,核算了北京农村地区燃煤污染物排放数据,结果表明,北京农村地区燃煤PM_(2.5)排放总量为1.84万t,占本地污染排放的贡献率为11.2%~16.3%。     

小麦秸秆预处理对厌氧消化性能的影响研究

针对小麦秸秆厌氧消化水解限速步骤,研究了酸、碱和污泥发酵消化液(以下简称消化液)预处理对小麦秸秆厌氧消化性能的影响。结果表明,酸和消化液预处理可以加速小麦秸秆水解酸化,在厌氧发酵第4天时产气中测得甲烷,早于对照和碱预处理。与对照相比,酸、消化液和碱预处理后小麦秸秆和污泥共消化体系的产气量可分别提高13.7%、12.0%和9.2%,产甲烷量可分别提高7.4%、9.5%和5.2%,但碱预处理会延滞厌氧消化产甲烷阶段。厚壁菌门(Firmicutes)是厌氧消化反应器中最主要的菌门,主要包括己酸菌属(Caproiciproducen s)、乙醇生孢产氢菌属(Hydrogenispora)、瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)、罗伊氏乳杆菌属(Lactobacillus)和Ruminiclostridium_1属等,其中己酸菌属和乙醇生孢产氢菌属可以作为小麦秸秆和污泥共消化的监测指标,在厌氧消化前期反应器中微生物主要为己酸菌属,而后期主要为乙醇生孢产氢菌属。