近日，我校環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院張作泰副教授課題組在熱態(tài)爐渣余熱資源耦合利用方面，特別是生物質(zhì)氣化與余熱回收耦合熱力學(xué)計(jì)算方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在InternationalJournalofHydrogenEnergy，Energy和BioresourceTechnology等國際知名期刊上。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國冶金工業(yè)每年產(chǎn)生超過兩億噸高爐渣和七千萬噸鋼渣，這些熔體溫度最高達(dá)到1650℃，所蘊(yùn)含的熱量相當(dāng)于二千萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的熱值。目前其余熱回收率低于2%，如何實(shí)現(xiàn)這些熱態(tài)爐渣的余熱資源的高效耦合利用一直是世界難題。而高溫熔體余熱回收的關(guān)鍵，在于高溫冷卻過程中物性變化的有效控制以及熱量賦存形態(tài)的有效轉(zhuǎn)化。

張作泰課題組長期致力于高溫熔體余熱的高效回收以及能質(zhì)耦合利用。采用化學(xué)法回收高溫余熱是近年來的新興方向，具有合成高價(jià)值產(chǎn)物和整合多個(gè)工業(yè)等一系列優(yōu)點(diǎn)。從能量利用的角度，高溫熔體余熱可以提供生物質(zhì)或污泥氣化熱源，一方面可以減少生物質(zhì)燃燒供熱，減少排放、節(jié)約能源；另一方面，熔體與生物質(zhì)耦合會帶來氣化熱力學(xué)的變化，特別是產(chǎn)氣的品質(zhì)變化。張作泰課題組基于熱力學(xué)計(jì)算，對此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果顯示，當(dāng)氣化介質(zhì)為水蒸氣時(shí)，高爐渣對污染物排放影響顯著（IntJHydroEnergy2016，41）；而當(dāng)氣化介質(zhì)為二氧化碳時(shí)，鋼渣對于目標(biāo)氣體產(chǎn)出和污染氣體排放效果更為突出，因此，可以合理控制包括反應(yīng)溫度與氣氛在內(nèi)的反應(yīng)條件（Energy2016，114）。為了更深入地了解鋼渣對氣化的影響，課題組更進(jìn)一步計(jì)算了鋼渣特征（包括堿度和鐵氧化物含量）對氣化熱力學(xué)的影響，提出了一個(gè)耦合冶金工業(yè)、化工工業(yè)以及農(nóng)業(yè)的多系統(tǒng)模型（BioresourTechnol2017，223）。這對冶金行業(yè)能源利用、資源回收，以及處理生物質(zhì)這一農(nóng)業(yè)廢棄物都具有重要意義。

該系列工作的第一作者為張作泰指導(dǎo)的博士研究生孫永奇，張作泰是論文的通訊作者，瑞典皇家工學(xué)院的S.Seetharaman教授參與部分研究工作。上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金的資助。