Thermodynamics of an ideal generalized gas: II

The property that power means are monotonically increasing functions of their order is shown to be the basis of the second laws not only for processes involving heat conduction, but also for processes involving deformations. This generalizes earlier work involving only pure heat conduction and underlines the incomparability of the internal energy and adiabatic potentials when expressed as powers of the adiabatic variable. In an L-potential equilibration, the final state will be one of maximum entropy, whereas in an entropy equilibration, the final state will be one of minimum L. Unlike classical equilibrium thermodynamic phase space, which lacks an intrinsic metric structure insofar as distances and other geometrical concepts do not have an intrinsic thermodynamic significance in such spaces, a metric space can be constructed for the power means: the distance between means of different order is related to the Carnot efficiency. In the ideal classical gas limit, the average change in the entropy is shown to be proportional to the difference between the Shannon and Rényi entropies for nonextensive systems that are multifractal in nature. The L potential, like the internal energy, is a Schur convex function of the empirical temperature, which satisfies Jensen's inequality, and serves as a measure of the tendency to uniformity in processes involving pure thermal conduction.     

气固耦合下填埋场气体渗流数学模型

本文首先假定垃级土内无机物的密度不变,在考虑降解率变化的情况下,围绕密度、质量与体积三者关系,推导了垃级土一维降解沉降模型,并利用该模型计算由于降解作用引起的体积变化.然后结合垃圾土的孔隙度方程、垃级土骨架的可变形性以及填埋气体的可压缩性,应用岩土力学和渗流力学理论,建立以气体压力、质点位移为基本变量的气固耦合渗流数学...     

超低排放典型燃烧源颗粒物及水溶性离子排放水平与特征

研究以自行开发建立的超低排放高湿废气中总颗粒物（total particulate matter,TPM）的直接冷凝采样系统及监测方法,应用于3台北京市超低排放典型燃烧源烟气中颗粒物的排放监测.分析和评估超低排放典型燃烧源排气中颗粒物及其水溶性离子的排放水平与组成特征,探究可过滤颗粒物（filterable particulate matter,FPM）和可凝聚颗粒物（condensable particulate matter,CPM）及其水溶性离子的相互作用与影响因素.结果表明：北京市超低排放燃煤锅炉FPM基准氧含量排放浓度介于1.04~1.11mg·m^-3之间,TPM基准氧含量排放浓度介于3.82~8.69mg·m^-3之间,均满足国家超低排放颗粒物限值要求（10mg·m^-3）,燃煤电厂TPM排放浓度超过了北京市颗粒物排放标准限值要求（5 mg·m^-3）.燃煤供暖锅炉CPM及其总水溶性离子排放水平分别为3.05mg·m^-3和1.30mg·m^-3,显著低于燃煤电厂,与燃煤电厂的负荷和烟温较高有关;燃煤电厂锅炉CPM及其总水溶性离子排放浓度分别是燃煤供暖锅炉的2.2~2.4倍和1.7~2.2倍.燃气电厂TPM及其总水溶性离子排放水平分别为1.99mg·m^-3和1.44mg·m^-3,均明显低于燃煤锅炉.CPM是燃烧源排气中颗粒物的主要形式,在超低排放锅炉烟气中CPM对TPM的质量贡献显著增加,并随烟温的升高而增加,燃煤锅炉为72.6%~88.1%,燃气电厂为93.1%,且水溶性离子总量的66.1%~94.2%存在于CPM中.排气烟温显著影响颗粒物及其水溶性离子的赋存形态、脱除效率与排放水平.SO₄^2-是燃煤锅炉颗粒物的主要特征离子,排放浓度介于0.98~1.18mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的27.7%~49.6%,来源于烟气脱硫;F^-是燃煤电厂颗粒物中又一主要特征离子,排放浓度介于1.91~2.32mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的54.4%~56.1%,可能与燃料煤含氟量高有关;NH₄⁺是燃气电厂颗粒物的主要特征离子,排放浓度为0.92mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的64.2%,来源于选择性催化还原法（selective catalytic reduction,SCR）脱硝过程中的NH₃逃逸,其排放浓度显著高于燃煤锅炉,可能与燃气电厂缺少其它净化设施的协同去除效应有关.     

Reinvestigation of the Henry’s law constant for hydrogen peroxide with temperature and acidity variation

Hydrogen peroxide is not only an important oxidant in itself;it also serves as both sink and temporary reservoir for other important oxidants including HOx(OH and HO2) radicals and O3 in the atmosphere.Its partitioning between gas and aqueous phases in the atmosphere,usually described by its Henry's law constant(KH),significantly influences its role in atmospheric processes.Large discrepancies between the KH values reported in previous work,however,have created uncertainty for atmospheric modelers.Based on our newly developed online instrumentation,we have re-determined the temperature and acidity dependence of KH for hydrogen peroxide at an air pressure of(0.960 ± 0.013) atm(1 atm = 1.01325 × 105 Pa).The results indicated that the temperature dependence of KH for hydrogen peroxide fits to the Van't Hoff equation form,expressed as lnKH = a/T-b,and a =-ΔH/R,where KH is in M/atm(M is mol/L),T is in degrees Kelvin,R is the ideal gas constant,and ΔH is the standard heat of solution.For acidity dependence,results demonstrated that the KH value of hydrogen peroxide appeared to have no obvious dependence on decreasing pH level(from pH 7 to pH 1).Combining the dependence of both temperature and acidity,the obtained a and b were 7024 ± 138 and 11.97 ± 0.48,respectively,ΔH was(58.40 ± 1.15) kJ/(K·mol),and the uncertainties represent σ.Our determined KH values for hydrogen peroxide will therefore be of great use in atmospheric models.     

城市生活垃圾填埋场产气规律研究

研究城市垃圾填埋气体成分及产气规律。方法通过深圳市玉龙坑垃圾填埋场现场抽气试验理论计算。结果场区内填埋气体含量分别为ＣＨ４６２．２％，Ｏ２１．０％，ＣＯ２３４．７％，其余气体２．１％；     

燃烧温度对柴油固体颗粒物形貌及氧化特性影响的试验研究

依据柴油机缸内的燃烧环境状态,采用TF-1200X管式炉,采集了柴油在不同温度条件下燃烧产生的颗粒物.应用扫描电镜SEM、X射线衍射仪和热重分析仪,对不同燃烧温度下颗粒的平均粒径、计盒维数、元素质量分数、颗粒表面氧化活性等变化规律进行了研究.结果表明:燃烧温度介于523～623 K之间时,柴油燃烧形成的固体颗粒物主要由颗粒状焦组成,呈片状和珠串状,颗粒中的C元素质量分数随燃烧温度的增加而增加,颗粒着火温度、活化能随燃烧温度的增加而降低;燃烧温度大于723 K时,颗粒呈球状和团簇状,平均粒径随温度的增加而减小,颗粒的C元素质量分数、计盒维数及活化能随燃烧温度的增加而增加,颗粒着火温度随燃烧温度的增加呈上升趋势;柴油在523～923 K之间燃烧形成的颗粒物,随着热重氛围气中氧体积分数的增加,颗粒氧化放热速率增加,活化能变化不大.     

燃煤电厂细颗粒物排放粒径分布特征

目前细颗粒物区域污染已成为普遍现象,控制燃煤电厂细颗粒物的排放是控制大气中细颗粒物的重要途径之一,而了解燃煤电厂细颗粒物的排放粒径分布及其形成的可能原因和影响因素显得尤为重要.针对浙江某电厂660 MW燃煤机组,在120、100、90和85℃四种不同运行工况下,采用Dekati ELPI+对电除尘器入口和出口以及烟囱60 m横断面处烟尘进行多平台同步采样测试,以研究该电厂所排放细颗粒物的粒径分布特征、不同工况下细颗粒物的排放浓度及其变化规律.结果表明:① 不同工况下,电除尘器出口和烟囱60 m横断面处颗粒物数浓度都主要集中在亚微米态（粒径 < 1 μm）,并随粒径增大而数浓度快速减小.② 随着烟冷器出口烟气温度的降低,烟气经过除尘装置后,无论是颗粒数浓度还是质量浓度均有一定程度的下降,但当烟气温度降至90℃时,继续降温对电除尘器除尘效果的影响基本趋于恒定.③ 无论燃用设计煤还是校验煤,当烟冷器出口烟气温度相对较低时,经脱硫后积聚模态颗粒物质量浓度较除尘后有明显增加;而烟气温度较高时,呈现出脱硫后较除尘后粗模态颗粒物质量浓度增长的现象.④ 当原烟气稀释倍数从7倍增至10倍时,6~27 nm粒径段颗粒物数浓度呈指数倍增长,说明稀释过程主要影响纳米级颗粒物的数浓度.⑤ 燃用设计煤,烟冷器出口烟气温度90℃时,电除尘器对PM₁的去除效果最明显为63.9%~99.8%,可见降低电除尘器入口运行烟温,可促进其对亚微米态颗粒物的捕集率.      

CDM在光伏产业中的应用研究

太阳能是国际社会公认的最理想的替代能源,中国太阳能资源丰富,由于欧美各国市场需求的增大,中国光伏产业取得了快速的发展。但目前中国光伏产业还处于起步阶段,仍面临着资金和技术等难题,而清洁发展机制(CDM)是一种基于市场的灵活履约机制,在中国光伏产业中引入清洁发展机制,不但有利于减少温室气体的排放,而且可大大缓解因资金和技术所带来的问题,并带来一系列环境和社会效益。其次,以锦州市一座10 MW光伏并网电站为例,计算了其年减排量,并对发电收益和CDM项目收益进行了比较及论证。     

基于激光烧结升温特性分析的月壤原位成型技术研究

目的分析利用激光烧结技术实施月壤原位成型的特点及方案,为月壤原位成型工程化设计和分析提供借鉴。方法基于国内外月壤原位成型技术路径,对比分析激光烧结成型技术方案的优势。通过激光照射条件下多层月壤颗粒升温模型,分析加热温度随激光器输出功率、月壤粒径、聚焦光斑直径及激光扫描速度的变化规律。基于“纪念碑”成型任务,提出一种基于封闭烧结腔和补给移动机构的激光烧结方案。结果激光烧结成型技术方案的优势是成型体性能及精度较高,无需添加辅料,非接触式,便于操作和控制,能耗及体积可接受。月壤颗粒能达到的温度取决于能够接受到的辐射能量,无论是提升激光器输出功率,还是缩小光斑直径,都能提升颗粒接受到的辐射能量密度。降低扫描速度,则颗粒接收辐射能量的时间增长,而月壤颗粒粒径变小,由于颗粒质量与粒径是三次方的关系,也能够提高单个颗粒接收到的辐照能量。激光烧结成型系统由控制装置、激光光源、补给装置、移动装置及电源组成,基于初步的分析计算,建议的系统耗能约为300 W,光斑直径为50μm,成型效率约为38 g/h。结论基于激光烧结技术路径的月壤原位成型技术具有一定的优势,建议采用低功率、小光斑、低扫描速度的技术策略,初步估算的技术指标具有工程可实现性。     

DBD降解氮中甲苯气体产生的二次有机副产物检测

为了研究低温等离子体降解有机废气过程中产生的二次有机副产物的形成机理及其影响因素,以介质阻挡放电(DBD)产生的低温等离子体降解氮中甲苯气体为研究对象,利用质子转移反应飞行时间质谱仪(PTR-TOF-MS)实时在线检测降解尾气中有机副产物的成分及其浓度,分析了二次有机副产物形成的机理,探讨了影响二次有机副产物生成的关键因素.研究发现,氮中甲苯低温等离子体降解尾气中主要的有机副产物为HCN和CH3CN,其浓度与待降解甲苯的平均可资用能有关.由平均可资用能的测试分析可知,在DBD有机物降解装置、电源输入功率、降解气体流量等参数确定的情况下,待降解有机物存在一个浓度极值,大于该浓度极值将使得降解尾气中有机副产物的浓度明显增加.在低温等离子体降解装置参数确定的情况下,控制待降解有机物的浓度是减少有副产物产生的有效手段和方法.     

微波辐照再生载苯酚活性炭的实验研究

在无载气、无预处理条件下,将载苯酚的饱和活性炭放入微波炉中再生.通过改变微波辐照功率、辐照时间、能量密度、活性炭处理量和活性炭再生次数,研究微波再生活性炭的效果及影响因素.结果表明,活性炭再生率随微波辐照功率、辐照时间和能量密度的增加而逐渐提高,且高微波辐照功率更有利于活性炭再生和能量利用.10 g饱和活性炭在700 W微波辐照功率下再生5 min,再生率为74%,而在300 W微波辐照功率下再生45 min,再生率可达96%;此外,活性炭再生量越大,能量利用率也越高.研究还表明,微波辐照能实现活性炭的反复多次再生,再生炭的吸附性能可部分或完全恢复.微波再生载苯酚活性炭过程中,部分苯酚随水分蒸发,大部分苯酚经高温裂解为CO₂,少部分裂解为链状有机物或缩合为环状有机物.      

多炉一塔脱硫工艺烟气系统的优化

多炉一塔脱硫工艺的烟气系统通常设置GGH和增压风机,但在工程实践中会出现较多运行问题,如失速、喘振、高能耗等。以某自备电厂3台220t/h燃煤锅炉烟气脱硫工程为例,针对多炉一塔湿法脱硫工艺是否设置GGH和增压风机进行了技术经济分析,并对烟气系统的控制监测方案进行了优化,最终采取了取消GGH、改造引风机、优化烟气系统控制监测的设计方案。可为小型燃煤电厂多炉一塔脱硫工艺提供参考。     

我国海上油井管腐蚀与防护研究进展

总结了我国海洋环境油井管的防腐实践,为类似油气田开发提供技术参考。指出了我国海上油气井的环境与腐蚀状况,针对腐蚀环境特征,分仅含二氧化碳井下环境、含硫井下环境及热采井高温环境进行防腐技术总结。海洋环境油井气井内、外腐蚀均较严重,外腐蚀主要为海洋环境大气腐蚀,内腐蚀失效的原因多为CO2引发的腐蚀,此外因作业需要,井筒内流体性质的变化也加剧了内腐蚀失效。针对单独CO2腐蚀环境,建立了海上特色的防腐图版,并提出三种低成本防腐策略;针对H2S腐蚀环境,开展了不同材质的腐蚀规律研究与服役寿命预测;针对热采井高温腐蚀环境,开展了氧含量、高温腐蚀与热应力叠加强度变化研究。研究认为,海洋环境油气井外腐蚀可采取涂敷、牺牲阳极、阴极保护,井下CO2腐蚀可以采用防腐选材图版选择合适材质,为降低成本可以采用组合管柱防腐,含H2S环境可采用碳钢或低铬钢,以降低硫化物应力开裂(SSC)和应力腐蚀(SCC)风险,热采井宜控制含氧量及热强度衰减的影响。     

CaO对城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气的影响

为高效资源化利用城市生活垃圾,提出了一种城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气方法. 在城市生活垃圾原位水蒸气气化过程中添加CaO,对CO₂进行高温吸收,促进H₂产生. 考察了n(Ca)/n(C)(CaO与垃圾原料中碳元素的摩尔比)、反应温度及垃圾含水率等因素对H₂产率以及气化特性的影响. 结果表明:随着n(Ca)/n(C)由0增至1.5,φ(H₂)和H₂产率(以w计)分别由25.89%、10.86g/kg增至45.90%、31.56g/kg;水蒸气的引入提高了CaO的碳酸化反应活性,促进了H₂的产生,但当含水率高于39.45%时,则会降低产气品质;反应温度高于750℃时,虽能强化城市生活垃圾、焦油的热分解等反应产生更多的H₂,但不利于CaO的碳酸化反应,最佳的操作温度为700～750℃;对固体残留物进行XRD和SEM分析可知,反应温度高于750℃会降低CaO的活性,不利于CaO对CO₂的吸收. 以CaO为添加剂的城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气是一种有效的城市生活垃圾资源化利用方式.      

瓦斯发电站燃气内燃机烟气脱硝方案研究

自2011年国家将氮氧化物总量纳入总量控制指标范围以来,环保主管部门针对煤层气发电项目氮氧化物排放总量政策逐渐收紧,对迅速发展的瓦斯发电项目来说氮氧化物排放浓度和总量的控制得到越来越多的重视.结合近5年来山西省瓦斯发电站实际环评过程中遇到氮氧化物排放浓度控制的问题,针对燃气内燃机高温、低烟尘、低二氧化硫的烟气排放特点,选择四个脱硝工艺方案进行了探讨,对企业制定脱硝方案具有一定的参考价值.     

高温煤气中氯化氢脱除反应动力学研究

在此对自制脱氯剂GH1与高温煤气中的氯化氢反应等温动力学与高温脱氯过程反应动力学进行了研究。等温动力学得出反应的反应级数为1,表观活化能为10.9kJmol。基于固定床反应器恒定模式行为,采用化学反应控制、产物层扩散控制及两种混合控制对脱氯过程的研究结果表明:自制脱氯剂GH1与高温煤气中的氯化氢气体的反应主要受化学反应控制,同时产物层的扩散控制是不容忽视的。     

煤低温干馏工艺发展与环境保护

本文简要介绍了煤低温干馏的三种主要工艺:气体热载体内热式、固体热载体内热式及外热式,并对三种工艺的工艺技术、资源能源消耗及综合利用、污染物产生及排放水平进行了对比。结果表明,目前广泛采用的气体热载体内热式炉虽然投资小、工艺成熟,但从资源及环境角度,固体热载体内热式炉和外热式炉具有较为明显的优越性。加快技术升级、改进煤气脱硫及剩余氨水处理措施是目前煤低温干馏行业亟待解决的环境问题。     

Does the inertia of a body depend on its heat content?

Einstein's assertion that, based on the relativity principle, inertial mass is to be associated with all forms of energy, was contested by Planck, who showed that a transfer of heat is to be associated with a transfer of inertial mass. The equivalence between mass and energy is interpreted in terms of the equivalence of the rate of heating of a body and the rate of increase of its inertial mass. In an adiabatic process, where the proper mass remains constant, it is the heat content, and not the energy, which is conserved because the pressure, and not the volume, is Lorentz-invariant. There are two categories of relativistic quantities: inertial and thermodynamic, which are transformed into one another by the work necessary to keep the body in motion at a constant velocity. In a non-adiabatic process, the rate of heating is Lorentz-invariant, and it must always be greater than the power that it generates. Therefore, the amount of heat developed in the rest frame has a corresponding inertial mass.     

RTO热力平衡核算及天然气消耗量影响因素分析

以某船舶涂装车间运行数据为依据,建立了蓄热式高温氧化炉（Regenerative Thermal Oxidizer,RTO）的热力平衡关系式,核算了RTO空载和满载运行的数据,验证了炉温与挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）浓度的关系;讨论了排风量、沸石转轮浓缩倍率、换热器热利用率和VOCs浓度四个关键参数对天然气消耗量的影响.结果显示,入炉VOCs浓度每增加1000mg/Nm³,炉温上升约21℃,排风量越小,沸石转轮浓缩倍率、换热器热利用率和VOCs浓度越大,天然气消耗量越低.基于本研究建立的热平衡方程,结合RTO实际工程应用中的注意事项,结果表明,在烘干阶段按照工艺要求的3次/h确定车间最小排风量,将沸石转轮浓缩倍率设定为10~14倍,选用换热器热利用率在0.7以上的换热器能在保证RTO安全运行的前提下显著降低天然气消耗量.     

基于静态压降法量化表征某型贮箱气密性方法研究

目的 弥补运载火箭靶场测试中仅采用静态压降法定性判定贮箱气密性的不足,进一步提高贮箱气检结果的可信度。方法 提出基于静态压降法量化表征某型贮箱气密性的方法。首先,依据气体理想状态方程,得出基于静态压降法表征贮箱气密性的量化方法,并对计算结果进行验证。其次,综合考虑箱压变化、温度、大气压力、稳压时间和测量时间等影响因素,对上述量化方法进行修正,得到基于静态压降法表征某型贮箱气密性改进型量化计算方法。结果 改进后的计算方法精度更高。在此基础上,通过对限制改进型量化计算方法精度的影响因素进行分析,提出了进一步提高改进型量化计算方法精度的优化措施。结论 提出的基于静态压降法量化表征某型贮箱气密性方法可行,能够为后续更好开展靶场气检工作提供有力支撑。