为了实现相变复合材料在生产过程中成本与碳排放的双降低，创新性地选用煤矸石作为骨架材料，并以NaNO₃作为相变材料来制备复合相变储热材料。

借助冷压热烧结法，成功制备出9种不同配比的复合相变储热材料。对煤矸石基复合相变材料的关键性能进行了深入探究，涵盖热储存能力、微观结构、机械强度、化学相容性以及经济可行性等。

研究结果显示，当煤矸石与NaNO₃的质量比为4.5：5.5，即得到样品SC3，该样品各项性能均达到优良状态。样品SC3的机械强度可达49.33 MPa，在100~335 ℃温度范围内，其热储存能力为399.29 J/g，热导率为1.484 W/（m·K），且各元素分布均匀，具有良好的化学相容性。此外，样品SC3在历经1 858次加热-冷却循环后，仍具有优异的热储存性能、稳固的机械强度以及良好的外观形貌。

在全球气候治理紧迫性与煤电行业低碳转型需求的双重背景下，碳捕集与封存（carbon capture and storage，CCS）技术被视为实现电力系统深度减排的关键路径。然而，CCS技术应用面临的高成本问题严重制约其规模化推广。本文主要针对燃煤电厂CCS成本优化难题开展研究。

应用覆盖“捕集-压缩-运输-封存”全流程的ITEAM-CCUS量化评估模型，整合地质碳封存评估、技术经济分析及源汇匹配优化模块，基于国内165个燃煤电厂样本，开展了系统的多参数敏感性分析，揭示了全链条成本驱动机制。

研究表明，全流程CCS平准化成本均值为303元/t，其中捕集与压缩环节成本占比超过80%，是降本的关键。捕集成本受吸收剂再生热耗、煤价及电厂利用小时数影响最为显著；压缩成本与电价呈现强相关性；管道运输成本受运输距离和规模效应制约；封存成本对储层渗透系数、厚度及深度等地质参数极为敏感。

基于上述量化发现，提出了一个系统性的“规模-地质-能效协同”降本范式，其路径涵盖捕集环节的低能耗技术创新、全链条的规模化基础设施共享、系统运行的精细化管控，以及碳市场联动与集群基金等政策激励。该研究可为推动煤电行业CCS技术的科学部署与商业化应用提供重要的理论依据与实践参考。

为提升热电联产系统的能源利用效率与综合性能，解决传统系统热效率与㶲效率较低的问题，提出一种耦合固体氧化物燃料电池（SOFC）与溴化锂吸收式热泵的新型热电联产系统。

首先，构建了系统的热力学与经济性分析模型。该系统利用SOFC进行富氧燃烧，产生的高温烟气依次用于空气预热、甲烷预热、水预热及蒸汽制备，并将所制蒸汽驱动溴化锂吸收式热泵以实现供热；随后，采用参数敏感性分析方法，系统探究了水碳比、SOFC工作温度及燃料利用率3个关键参数对系统性能的影响规律。

研究表明：随着水碳比增加，SOFC发电效率与系统热效率呈下降趋势，而热泵性能系数（COP）稳定在1.72左右；随着工作温度升高，发电效率与系统热效率均显著提升；随着燃料利用率提高，发电效率增大，但系统热效率有所降低。在水碳比为2、工作温度1 000 ℃、燃料利用率0.85的优化工况下，系统发电效率达52%，㶲效率为56.6%，热效率达100.54%。相较于参比系统，该系统热效率提升了20%，㶲效率提升2.6%，有效能平准化成本为0.102 6美元/（kW·h），动态投资回收期为8年。

该耦合系统通过优化能量梯级利用模式，显著提升了能源利用效率与综合性能，具备良好的经济性与工程应用潜力。研究揭示的关键参数影响机制可为系统优化设计与运行调控提供理论依据。

为实现“双碳”目标，燃煤热电联产系统需满足高效、灵活、减污降碳的要求。

提出了一种耦合真空变温吸附捕碳的超低排放分流供热与低温回热超临界二氧化碳（S-CO₂）燃煤热电联产（SR-SCO₂-CHP-ULE-VTSA）系统，并以单乙醇胺捕碳的SR-SCO₂-CHP-ULE-MEA系统为对照，进行了㶲性能对比分析。

任一电负荷下，SR-SCO₂-CHP-ULE-VTSA系统的㶲效率均高于SR-SCO₂-CHP-ULE-MEA系统，原因在于VTSA捕碳子模块的㶲损仅为MEA的不足1/3，100%电负荷时，其㶲效率为39.84%，高于对照系统的35.16%；不同电负荷下，SR-SCO₂-CHP-ULE-VTSA系统可通过供热分流比x₁与驱动真空泵的CO₂涡轮机分流比x₂的匹配实现热电解耦，任一电负荷下随着分流比x₁与x₂的增大系统㶲效率均减小，x₁与x₂的最佳值随着电负荷的减小而增大，100%电负荷时，x₁、x₂的最佳分流比分别为0.52与0.14；SR-SCO₂-CHP-ULE-VTSA系统的减碳量显著，与SR-SCO₂-CHP-ULE-MEA系统相比，100%~30%电负荷下减碳量从11.9 g/（kW·h）提高到85.3 g/（kW·h）。

SR-SCO₂-CHP-ULE-VTSA系统可作为高效低碳燃煤热电联产的可行解决方案，在实现“双碳”目标中发挥重要作用。

生物质发电对我国实现“双碳”目标至关重要，但其锅炉普遍存在因燃料高氯、高碱引发的高温腐蚀问题，严重制约了机组蒸汽参数与效率的提升。本文旨在系统梳理该问题的机理、影响因素及防控技术，为相关研究与实践提供参考。

首先概括了生物质锅炉高温腐蚀的典型特征，系统阐述了氯、碱金属和硫等关键介质的腐蚀作用机理；进而分析了温度、烟气成分、灰分组成及材料属性等因素对腐蚀行为的影响规律；最后，归纳总结了燃料预处理、涂层防护、添加剂抑制及外置床等经试验或工程验证的防控技术，并比较了它们的应用特点及经济性。

未来研究可从三方面深化：一是融合先进材料科学技术揭示多介质耦合腐蚀的微观机理；二是开发高温稳定性好的新型防护材料；三是构建“燃料-添加剂-运行-防护”一体化协同控制策略。通过机理研究、材料开发与系统防控技术的协同创新，有望为生物质锅炉安全、高效、低成本运行提供关键支撑。

针对低品位余热的高效回收与利用，提出了一种“树杈翅片+泡沫金属”的相变储热单元，并通过响应面法与正交试验对结构与材料参数进行协同优化。

在典型工况（80 ℃、0.005 m/s）下，树杈翅片较直翅片可将PCM熔化时间缩短10.7%，其最优参数为长度比1.143、宽度比1.057、分支角68.987°。系统结构方面，双换热管逆流可将熔化时间降至558 s，进一步填充泡沫金属后缩短至181 s。提高孔隙率虽增加相变材料比例，但会削弱金属骨架作用，延长熔化时间。

综上所述，采用树杈翅片和泡沫金属可显著提升相变储热装置的储热效果。进一步地，采用梯级储热可提高储热效率，提出三级级联的最优配置为：第1段0.9孔隙率泡沫镍+相变材料正十八烷，第2段0.5孔隙率泡沫镍+相变材料正十八烷，第3段0.5孔隙率泡沫镍+相变材料硬脂酸。

研究结论可为50~60 ℃低品位余热的高效捕获与再利用提供一体化设计依据。

压缩空气储能技术成熟、运行灵活，是一种很有前景的储能技术。为有效提高压缩空气储能系统的性能，提出了将其与光热电站耦合的集成系统。

储能阶段，采用光热电站回热系统中的低温冷凝水冷却压缩机出口的高温压缩空气，从而回收利用压缩热。释能阶段，采用光热电站中的高温熔盐和高温给水梯级加热释放的压缩空气。通过系统集成，有效利用了压缩热，同时减少了原有压缩空气储能系统的蓄热设备。构建集成系统的热力学模型，并对所提出的耦合系统进行了能量分析、㶲分析和经济性分析，以评估系统性能。

所提系统的往返效率和㶲效率达74.95%和79.78%，储能密度为8.18 MJ/m³；此外，该系统的动态投资回收期为4.42年，净现值为4 935.89万元。

所提出的光热电站与压缩空气储能集成系统效率提升显著，具备良好的经济性，可为可再生能源耦合储能系统开发提供参考。

燃煤烟气多污染物在活性炭上的低温（–20~–40 ℃）氧化吸附可实现其一体化脱除，具有良好的应用前景和环境效益。

在–20 ℃的低温条件下，分别研究了惰性气氛和模拟烟气中分级孔活性炭、煤基活性炭和2种椰壳活性炭对NO和SO₂的吸附过程。

实验结果表明，惰性气氛下，4种活性炭对NO的吸附性能较弱，饱和氮容低于0.07 mg/g；吸附SO₂的饱和硫容为31.70~57.07 mg/g。在模拟烟气条件下，O₂的氧化作用使得活性炭的饱和氮容提高了3个数量级，饱和硫容提高了2~5倍，性能最优的椰壳活性炭–2的饱和氮容可达175.70 mg/g，饱和硫容可达320.65 mg/g。DFT计算表明，锯齿形边缘炭模型上NO、SO₂及其氧化物的吸附结合能遵循NO₂> SO₃> SO₂>NO的顺序，表明NO和SO₂被氧化为NO₂和SO₃后，其在活性炭表面的吸附能力得到显著增强。

研究结果可为低温条件下燃煤烟气中NO和SO₂的一体化吸附脱除提供重要的理论依据。

针对某660 MW超超临界四角切圆一次再热锅炉在低负荷下再热汽温偏低与屏式过热器局部超温问题，提出了一种燃烧器区域烟气再循环墙式布置方法，旨在实现协同提升再热汽温、抑制屏式过热器（屏过）超温，并确保燃烧稳定。

基于数值模拟方法，在40%额定负荷条件下对该布置方式开展了优化研究：首先对比分析了基准工况以及角式与墙式集中布置烟气再循环方式的效果，进而探讨了墙式分组布置的可行性。

研究结果表明：角式布置会显著增加煤粉气流的着火距离，不利于低负荷下的燃烧稳定；向火侧或背火侧墙式集中布置均可提高高温再热器吸热量，但难以同时缓解屏过局部超温；向火侧墙式分组布置可显著增强高温再热器的吸热效果，但仍存在屏过局部超温风险；背火侧墙式分组布置虽可降低屏过超温风险，但对再热器吸热量的提升效果有限；采用“向火侧下组两层+背火侧上组一层”的分组运行方式，可使高温再热器吸热量提高18.9%，有效缓解屏过局部超温问题，且不恶化燃烧稳定性。

上述研究结果可为新一代煤电机组锅炉在宽负荷范围内的安全、灵活与高效运行提供设计参考和优化依据。

为研究锅炉低负荷条件下生物质气掺烧对燃烧稳定性及炉内参数的影响，以某660 MW四角切圆锅炉为对象，提出稳定性指标，并结合数值模拟与人工神经网络开展研究。

在100%、70%、50%和30%负荷下对纯煤与掺烧工况进行对比分析。

结果表明：掺烧工况温度稳定系数M_T与基准工况偏差小于3.9%，低负荷条件下炉内燃烧总体稳定；当负荷由100%降至70%，纯煤工况主燃区平均温度下降147.87 K，而掺烧工况仅下降69.37 K，温度衰减更缓；在30%负荷下，掺烧工况还原区与燃尽区NO_x体积分数分别为0.051 2%和0.044 4%，低于纯煤工况的0.093 3%和0.078 6%，其他参数波动幅度更小；进一步构建人工神经网络预测模型描述炉内参数间的复杂关系，纯煤与掺烧工况温度、CO₂和NO_x预测回归系数R²均大于0.96。

该研究可为生物质气化掺烧锅炉低负荷运行优化与参数预测提供支撑。