氢安全研究现状及面临的挑战

氢能具有储运便捷、来源多样、洁净环保等突出优点,许多国家把发展氢能作为重要的能源战略。氢安全是氢能大规模商业化应用的重要保障。在分析国内外氢安全领域近年来最新研究进展的基础上,依次从氢泄漏与扩散、氢燃烧与爆炸、氢与金属材料相容性及氢风险评价等方面,系统总结了国内外氢安全研究面临的挑战,并对我国氢安全的发展提出了建议。     

Chemical composition and properties of ashes from combustion plants using Miscanthus as fuel

Miscanthus giganteus is one of the energy crops considered to show potential for a substantial contribution to sustainable energy production. In the literature there is little data available about the chemical composition of ashes from the combustion of Miscanthus and practically no data about their physical properties. However, for handling, treatment and utilization of the ashes this information is important. In this study ashes from two biomass combustion plants using Miscanthus as fuel were investigated. The density of the ashes was 2230 ± 35 kg/m~3, which was similar to the density of ashes from straw combustion. Also the bulk densities were close to those reported for straw ashes. The flowability of the ashes was a little worse than the flowability of ashes from wood combustion. The measured heavy metal concentrations were below the usual limits for utilization of the ashes as soil conditioner. The concentrations in the bottom ash were similar to those reported for ash from forest residue combustion plants. In comparison with cyclone fly ashes from forest residue combustion the measured heavy metal concentrations in the cyclone fly ash were considerably lower. Cl-, S and Zn were enriched in the cyclone fly ash which is also known for ashes from wood combustion. In comparison with literature data obtained from Miscanthus plant material the concentrations of K, Cl-and S were lower.This can be attributed to the fact that the finest fly ash is not collected by the cyclone de-dusting system of the Miscanthus combustion plants.     

浸没燃烧技术处理高浓度有机废水研究

针对现阶段高浓度有机废水处理困难的问题,提出了一种基于浸没燃烧技术的处理方法,设计制作了1台浸没燃烧装置,并开展了高浓度有机废水浸没燃烧实验研究,探究了过量空气系数、二次风量、燃烧温度等参数对燃烧尾气中CO、NOx排放的影响,以及浸没深度、燃烧温度对高浓度有机废水COD去除的影响。实验结果表明:该工艺对高浓度有机废水中的有机物去除效果明显,温度在900℃以上,浸没深度达到20 cm时,COD去除率可达90%以上。该方法可作为废水处理设备,与生物法等处理技术联用,应用前景广阔。     

武汉市秸秆燃烧VOCs排放估算及管理对策

秸秆燃烧是我国人为源挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)排放的重要来源之一,其排放对气候变化和人体健康都有很大影响.对该来源VOCs排放量的可靠估算是在区域或城市范围内进行排放效应分析和污染控制的重要前提.根据2005~2011年武汉市农作物的总产量,采用排放因子分析法估算了武汉市及主要6个农作物产区的秸秆燃烧VOCs的排放量,并分别计算其耕地排放强度(I c)和区域排放强度(I r).结果表明,武汉市2005~2011年年均秸秆燃烧VOCs排放量约为(3 163±139)t,I c和I r分别为(1.52±0.06)t·km-2和(0.37±0.02)t·km-2.粮食类和油料类农作物秸秆燃烧是主要的排放源,需优先控制7大类21种VOCs物质.武汉市分区VOCs排放量从大到小排序依次为黄陂区、新洲区、江夏区、蔡甸区、汉南区、东西湖区,前4个区的排放总量占到武汉市的近九成.江夏区、汉南区、黄陂区和新洲区应作为秸秆燃烧VOCs排放的优先控制区,尤其是能作为全国代表性的江夏区,应引起高度重视.在进行区域或城市范围的秸秆燃烧产生污染物质的生态风险评价时,该污染物的I c和I r都是需要考虑的重要基础数据.最后,提出大力发展农村秸秆资源综合循环经济利用是解决区域或城市范围内秸秆燃烧产生环境问题的可行之径.     

流化床O2/CO2气氛下添加SiO2对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O2/CO2气氛下添加SiO2对PM2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制,试验在1123 K、O2/CO2气氛下进行,并采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM2.5.结果表明,添加SiO2是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素.添加SiO2后,生成PM1的质量浓度均降低,而PM1-2.5的质量浓度均略有增加;PM2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2 μm和2.0μm左右.随着SiO2添加量的增加,PM2.5中的S、K、Na、Cu和Pb元素的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径减小,S、K、Na、Cu和Pb元素的含量有增高的趋势.     

单光子/光电子在线质谱实时分析聚氯乙烯热分解/燃烧产物

实验室研制了低能光电子磁场增强电离(MEPEI)和单光子电离(SPI)复合电离源,该电离源具有电离化合物范围宽、碎片离子少、质谱图简单等优点,结合飞行时间质谱(TOF-MS)实现了聚氯乙烯(PVC)热分解/燃烧产物的在线分析.针对不同的目标化合物,MEPEI/SPI复合电离源通过调节电离区电场强度,可以快速在SPI和SPI-MEPEI之间切换.PVC热分解/燃烧产物中电离能大于光子能量(10.60 eV)的HCl和CO2(12.74 eV、13.77 eV)利用MEPEI模式电离;而烯烃、二氯乙烯、苯系物、氯苯、苯乙烯、茚满及萘系物等可通过SPI-MEPEI复合模式电离.通过实时监测PVC主要燃烧产物的信号强度随温度的变化趋势可推断出,PVC燃烧产物主要是通过两种机制生成:①250～370℃时,PVC发生脱氯及分子内环化反应,产生大量的HCl、苯和萘;②380～510℃时,PVC发生分子间交联反应,生成烷基芳烃,如甲苯和二甲苯/乙苯等.实验结果表明,SPI/SPI-MEPEI复合离子源TOF-MS分析速度快,应用范围广,在在线分析中具有广泛的应用前景.     

基于BP神经网络的煤层自燃预测

在全面分析影响煤层自燃因素的基础上,建立了煤层自燃预测的人工神经网络模型.应用该模型对某煤田的多个煤层样本进行了训练和预测,网络经过10次训练后,误差达到设定的最小值,6次预测测试中最大误差仅为0.027 8,最小的为0.000 1.研究表明,该模型精度较高,可用于预测煤层自燃的实际应用.     

含硫油品储罐腐蚀产物自燃性的研究

通过模拟储油罐中硫铁化物的生成方式, 分析和研究了H2S气体在无氧条件下,与不同相对湿度的Fe2O3、Fe3O4和Fe(OH)3反应所生成的硫铁化物的自燃性.不同相对湿度的试样经6 h硫化后,其自燃性明显不同.以Fe2O3试样为例,相对湿度为0的硫化产物氧化升温最高为256 ℃,平均升温速率为10.8 ℃/min; 相对湿度为5%、10%和15%的硫化产物,氧化升温最高温度分别为474 ℃、408 ℃和388 ℃,平均升温速率分别为20.5 ℃/min、18.3 ℃/min和13.5 ℃/min.实验结果表明, 不同相对湿度、不同物质的硫化产物,其自燃性有显著差异,样品的相对湿度对硫化产物的自燃性有重要影响.对各种干燥样品的硫化产物进行电镜分析发现,由不同物质硫化所生成的硫化产物结构不同,致使其自燃性有较大差异.硫铁化物氧化反应放热是引发油罐着火的主要因素.     

Modification of Ce02-ZrO2 catalyst by potassium for NOx-assisted soot oxidation

Potassium-modified ceria-zirconia catalyst was synthesized by wetness impregnation method. The ageing treatment was performed in static air at 800℃ for 20 hr to evaluate the thermal stability of the catalyst. The catalysts were characterized by X-ray diffraction,BET surface area, oxygen storage capacity, NOx-temperature programmed desorption and soot-temperature programmed oxidation measurements. By introduction of potassium, the maximum soot oxidation rate temperature (Tm) of the ceria-zirconia based catalyst decreased from 525 to 428℃ in the presence of NO under a loose contact mode. The shift of Tm of the K-modified catalyst after ageing is only 15℃. The enhanced activity of the aged catalyst mainly lies in the promotional effect of potassium on the NOx/oxygen storage cacity as well as the soot-catalyst contact.     

小型燃煤工业锅炉NO_x形成与释放规律模拟研究

NOx是我国十二五期间重点控制的污染物,燃煤工业锅炉是其重要来源。为了研究燃煤工业锅炉NOx的形成与释放规律,在实验室模拟了不同煤种的燃烧过程。采用原煤/焦炭燃烧法分别研究挥发分氮和焦炭氮生成NOx的反应,探讨燃料型NOx的形成与释放规律,并解释试验模拟条件下燃煤NOx产污系数和现场实测值的差异。结果表明,试验中烟煤、无烟煤、煤焦的NO转化率平均值分别为25.77%,22.17%和11.98%,产污系数平均值分别为4.31,5.08和2.00kg/t,高于现场实测结果核算值。燃煤工业锅炉NOx以燃料型为主,燃料型NOx的形成和释放是一个复杂的多相反应过程,由挥发分氮的氧化还原反应和焦炭氮的氧化还原反应组成,煤种、温度、空气流量、粒径、氧含量等因素对4种反应各自影响及影响程度并不相同。