城市污泥焦膨胀特性对可吸入颗粒物排放的影响机理研究

通过利用自行搭建的流化床实验系统,建立了燃烧条件与城市污泥膨胀特性之间的构效关系,影响因素主要包括燃烧温度、升温速率与样品粒径.在利用差示扫描量热法(DSC)获得污泥燃烧演变机理的基础上,研究了亚微米颗粒物(PM₁)与超微米颗粒物(PM_1～10)的排放特性,并结合所形成颗粒物的微观特性,揭示了城市污泥焦膨胀特性对颗粒物排放规律的深层次影响机理,以及颗粒物形成的关键作用机制,研究发现:污泥在不同升温条件下的燃烧过程随温度的变化规律相似,均由两个显著的放热峰与两个平缓的吸热峰组成;随着升温速率的提高,燃烧所形成污泥焦的膨胀率均呈现先增大后减小的趋势,主要受到挥发分析出过程的影响;样品粒径与膨胀率之间呈反比例关系,且燃烧温度主要通过影响颗粒物内部结构的催化演变过程,对污泥焦的膨胀特性产生影响;随着燃烧温度的升高,颗粒物的整体排放量呈现逐渐增长的趋势.     

基于相邻内腐蚀缺陷交互作用的油田注水管道剩余寿命研究

为研究内表面含多腐蚀缺陷的油田高压注水管道剩余寿命问题,采用现场腐蚀挂片试验得到注水管道内腐蚀速率并分析腐蚀缺陷分布规律,在此基础上通过有限元方法研究含不同尺寸的相邻内腐蚀缺陷管道的失效压力,得到油田注水管道的剩余寿命。结果表明,腐蚀缺陷深度越大,双腐蚀缺陷交互作用间距越大,当d/t≤0.4时,相邻腐蚀缺陷轴向间距的极限作用距离L_(lim)=2.0 mm;d/t≥0.6 mm时,极限作用距离L_(lim)2.0 mm;腐蚀缺陷越长,腐蚀缺陷之间交互作用越小,极限作用距离也越小。选取胜利油田8条注水管道为计算实例,可得管道的剩余寿命在1～5年范围内,其中2号和6号管道较为危险,在实际运行中应该加强关注和管理。     

煤气化装置水煤浆管线爆炸事故调查分析

在事故调查的基础上,对某公司煤气化装置水煤浆管线爆炸事故的发生过程、原因进行了剖析,对事故各阶段的关键参数进行了工艺计算,利用爆轰理论得出水煤浆管线爆炸的机理,并从材料力学角度,对爆炸压力进行核算,对爆炸机理予以印证.最后,根据分析结果,从设计角度提出了防止事故重复发生的技术措施,为本质安全设计提供依据.     

改性赤泥催化剂制备及其催化燃烧甲苯性能

以赤泥固废为原料,采用酸溶-碱沉淀耦合焙烧处理方法制备低成本改性赤泥催化材料,通过XRF,BET,H₂-TPR,热重分析,FT-IR等手段进行表征测试分析,结果发现,酸溶-碱沉淀法耦合焙烧改性后的赤泥比表面积较原始赤泥提高了约26倍,较原始赤泥的甲苯催化活性大幅度提高.H₂-TPR结果表明,改性后赤泥的还原峰温度向低温方向移动,还原峰面积增大,说明改性后的赤泥氧化还原能力增强.在反应温度为300℃时,原始赤泥的甲苯转化率仅为11.6%,改性赤泥的甲苯转化率接近100%.甲苯浓度在1000~4000mg/m³条件下浓度升高,催化甲苯活性降低;空速对甲苯催化活性影响较大.对制备的催化剂进行稳定性测试,研究发现催化剂并无失活或恶化迹象,表明催化剂具有较优良的稳定性.     

室内木柴燃烧排放水溶性离子粒径分布特征

基于实验室模拟燃烧和稀释通道采样系统,采用荷电低压撞击采样器采集了6种典型木柴燃烧排放的14级粒径段颗粒物.采用离子色谱分析了8种水溶性离子,获得水溶性离子的分粒径排放因子和排放特征.结果表明,Ca²⁺的排放因子呈双峰分布,在0.25~0.38和2.5~3.6μm粒径段出现峰值,分别为0.14和0.16mg/kg.其余离子的排放因子为单峰分布.NH₄⁺、NO₃^-和SO₄^2-的排放因子在0.25~0.38μm粒径段出现峰值,分别为0.41、0.58和0.84mg/kg.K⁺和Cl^-的排放因子在0.15~0.25μm内出现峰值,分别为0.89和0.99mg/kg.木柴燃烧排放总水溶性离子的质量中值粒径为（0.30±0.07）μm,各离子的质量中值粒径范围为0.24~0.44μm.PM_0.094、PM_0.94、PM_2.5和PM₁₀中水溶性离子的排放因子变化范围分别为1.04~9.33、5.00~48.87、5.46~52.00和6.14~53.68mg/kg.木柴燃烧排放颗粒物中K⁺/Cl^-、K⁺/NO₃^-、K⁺/SO₄^2-和SO₄^2-/NO₃^-比值随粒径变化而变化,其排放初始值在应用于源解析和生物质燃烧排放气溶胶传输老化研究时需引起关注.木柴燃烧排放PM₁₀中的阴阳离子当量比值为0.80±0.11,颗粒物的酸度随颗粒物粒径而改变,亚微米颗粒物和细颗粒物的酸度高于超细颗粒物和粗颗粒物的酸度.本研究对构建生物质燃烧排放分粒径水溶性离子清单,更新和改进相关气候和空气质量模型的参数设置,识别烟气传输过程中的老化具有重要意义.     

燃烧生成棕色碳的三维荧光光谱分析

模拟燃烧11 种常见物质(秸杆、木材、煤和生活垃圾等),并收集烟气中可溶于甲醇的有机产物,利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(EEMs)对收集的甲醇可溶性有机物(MSOM)进行表征.进一步,结合非负矩阵分解法(NMF)提取三维荧光光谱主要组分的特征激发/发射光谱,根据荧光信号轮廓差异对不同种类物质进行区分,旨在建立棕色碳溯源依据.结果显示,秸杆和木材燃烧源棕色碳在紫外-可见吸收光谱上呈现相似的谱形,均在265nm处存在肩峰;瓦楞纸板和塑料燃烧源棕色碳的吸收则随波长增加单一下降.由于基本组分相同,各生物质及纸板对应的棕色碳的EEM有着相似的轮廓,NMF解析结果表明,生物质和纸板的MSOM存在3种主要荧光组分,分别为两种类腐殖质C1、C2和类蛋白质C3;煤的EEM在长波处有较强的分布,可归因于芳香类基团,由其EEM分解出M1、M2和M3荧光团,三者位置均较生物质红移.根据荧光团位置以及光谱信号轮廓特征,可对生物质和煤进行区分;泡沫、塑料袋和塑料瓶属于有机高分子材料,其EEM与生物质有较大的差别,且三者之间也存在差异,泡沫和塑料袋的MSOM含有4种荧光成分,而从塑料瓶的MSOM中只可得到两种荧光团,特征明显.     

我国典型秸秆露天燃烧黑碳的高时间分辨率排放特征及其排放清单

农作物秸秆燃烧是大气中黑碳(black carbon,BC)气溶胶的主要来源之一。目前农作物秸秆燃烧排放黑碳的研究主要集中在通过离线样品分析获得的BC排放特征,缺少实时在线排放特征的研究。本研究收集了我国具有代表性的4种农作物秸秆(小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆),通过在实验室燃烧平台模拟农作物秸秆露天燃烧的过程,利用黑碳仪获得农作物秸秆燃烧过程中BC的实时浓度排放变化;利用质量重建,获得BC在线排放因子。结果表明:农作物秸秆在明燃过程中BC的排放因子较为稳定。通过平均排放因子的计算,获得小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆的BC排放因子分别为(0.32±0.05) g?kg~(-1)、(0.31±0.13) g?kg~(-1)、(0.31±0.09) g?kg~(-1)和(0.44±0.01) g?kg~(-1)。在排放因子的基础上,结合我国农作物秸秆露天燃烧量,最终建立了2015年我国省级(不含港澳台地区)典型农作物秸秆燃烧的BC排放清单。     

高速列车隧道会车流场的CFD分离涡数值模拟

目的研究高速列车隧道会车压力波及列车尾流特性。方法建立某型高速列车三节车模型,采用脱体涡方法数值模拟两列车以350km/h在隧道内等速会车的流场。数值模拟的空间离散化压力项、密度项及修正的湍流黏度项使用二阶迎风格式,动量项使用有界中心差分格式,时间离散采用预处理二阶精度差分格式,用壁面函数处理隧道壁,使用雷诺时均法作方法对比。计算列车车头、侧墙及尾车等部位的压力时间历程,然后使用傅里叶变换对尾车测点进行频谱分析,最后对尾流中不同位置的湍流强度进行分析。结果头车所受压力波动最为剧烈,中间车次之,尾车最小。列车侧墙同一垂向位置不同高度压力变化相差不大。列车尾涡主频在3.85Hz附近,其可能对列车横向振动有一定的影响。结论尾涡是两个不断向后发展的中等强度涡旋,在充分发展段,其湍流强度会有一个较为明显的抬升,之后逐渐减弱。会车侧涡流由于横向发展较为迅速,导致其强度较小且减弱速度较快。     

基于鼓泡反应器高压联合脱除富氧燃烧烟气中NOx和SOx的建模分析

富氧燃烧技术能有效地实现碳捕集,但NO_x和SO_x等酸性气体的存在不利于CO_2的运输和封存。CO_2的压缩是运输前的必要过程,故研究烟气在高压下联合脱硫脱硝,对碳捕集和封存技术的应用具有重大意义。基于实验获得的传质系数,并结合文献中的反应机理和动力学建立鼓泡反应器的传质及动力学耦合模型,通过龙格-库塔数学方法对这一非稳态问题进行求解,模拟研究了NO和SO_2单独吸收和不同压力下联合吸收过程中产物的变化规律。结果表明:NO_x和SO_x在液相中的相互作用促进了SO2、NO2的吸收和液相中SO_4~(2-)、HSO_4~-的大量生成,同时也生成了大量的温室气体N_2O;联合吸收过程中,溶液的pH从7迅速降低到5以下,结束时溶液pH约为2; HADS(HNO(SO_3)_2~(2-))和HAMS(HNOHSO_3~-)为主要N-S化合物;压力提高,有利于SO_4~(2-)、NO_3~-、HADS和HAMS的生成,同时也导致N_2O的生成量增多。     

废气再循环系统参数对柴油机燃烧特征的影响

为进一步优化柴油机燃烧过程,减少燃烧污染物排放.围绕EGR（exhaust gas recirculation,废气再循环技术）废气组分和废气温度等系统参数对柴油机燃烧特征的影响机制,采用试验与模拟相结合方法,分别研究了通入废气、N₂、CO₂时以及不同EGR废气温度时对柴油机燃烧过程的影响,阐明了燃烧关键中间产物的生成规律.结果表明,①通入CO₂时,柴油机的缸内最大爆发压力和放热率峰值最低,滞燃期最长,燃烧持续期最短,·OH、H₂O₂、CH₂O·和CO等关键中间组分的生成规律与通入N₂时相反.②通入N₂时,柴油机的缸内最大爆发压力和放热率峰值最高,滞燃期最短,燃烧持续期最长并;并且通入N₂时,·OH的峰值最高,形成时刻最早,H₂O₂、CH₂O·以及CO的峰值均有所降低且形成时刻提前.③随着废气温度增加,缸内最大爆发压力降低,放热率曲线由单峰向双峰分布发展,放热率峰值有较大幅度的降低,滞燃期缩短,燃烧持续延长,缸内·OH、H₂O₂、CH₂O·以及CO的峰值均有所降低,并且生成的区域范围变窄.④废气成分中,CO₂对燃烧过程和关键中间产物的影响最大,是阻滞燃烧反应的主要气体成分,通过控制EGR废气成分和温度可以有效改善柴油机燃烧过程,拓宽EGR技术的工况使用范围.研究显示,EGR废气成分对燃烧中间产物的自由基衍化历程影响较大,有必要进一步开展EGR废气成分预处理研究,精确控制EGR废气温度,有助于改善燃烧过程,控制排放污染物中间产物的生成历程和排放量.