评估将熔盐热能存储（TES）技术集成到燃煤联合热电（CHP）电厂中的套利潜力

《Journal of Energy Storage》：Assessing the arbitrage of integrating a molten salt thermal energy storage (TES) into a coal-fired combined heat and power (CHP) plant

煤自燃机理研究中，水分含量对煤氧吸附的影响通过低温液氮吸附法、空气吸附量热计实验和分子动力学模拟综合分析。结果表明：水分增加使煤氧吸附量、吸附热流及放热量均呈下降趋势；孔隙结构层面，水分分子占据孔隙导致氧传输路径受阻；动力学参数层面，氧扩散系数与吸附能随湿度升高负相关；吸附位点层面，氧分子扩散阻力增大促使吸附位点向高能区转移。揭示了水分子通过缩小有效孔隙、阻断氧传输通道及占据低能吸附位点抑制煤氧吸附的三重机制。

　　

张艳妮|侯云超|翟凡燕|杨丹|邓军

西安科技大学安全科学与工程学院，中国陕西省西安市雁塔中路58号，710054

摘要

煤炭自燃是煤炭固有的特性，其初期过程本质上是一个级联传递过程：物理吸附激活氧气能量引发化学吸附和氧化反应，而其动态平衡过程受到煤-水-氧多相界面耦合效应的调控。因此，了解水分对煤炭氧吸附的影响特征对于进一步揭示煤炭自燃机制和发展新型水分调控抑制技术具有重要意义。在本研究中，通过低温液氮吸附、空气吸附量热法实验和分子动力学模拟，研究了水分含量对煤炭-氧吸附过程的影响。结果表明，随着水分含量的增加，比表面积和累积孔体积呈负相关，而与平均孔径呈正相关；揭示了煤-水-氧多相界面吸附耦合的热释放规律。即随着水分含量的增加，煤炭的氧吸附能力、吸附热流和热释放量均呈现单调递减趋势；确定了水分含量对煤炭-氧吸附微观特性的影响：在孔结构层面，水分子的空间占据效应会改变氧的传输路径；在动力学参数层面，氧扩散系数和煤炭氧吸附相互作用能与水分含量呈负相关；在吸附位点层面，随着水分含量的增加，氧扩散阻力增大，促使吸附位点逐渐向高能量吸附区域迁移。同时揭示了水分含量影响煤炭氧吸附的构象机制，即水分子通过减少孔隙空间、阻塞氧传输路径以及占据低能量吸附位点来抑制煤炭的氧吸附。

术语表

符号说明

符号	名称	符号	名称
CO2	二氧化碳	N2	氮气
CO	一氧化碳	O2	氧气
H2O	水	MD	分子动力学
MC	蒙特卡洛模拟	$\mathrm{BJH}$	Barret-Joyner-Halenda
BET	Barret-Joyner-Halenda	NVT	正则系综

煤炭样品

实验用煤炭样品采自中国陕西省梁水井煤矿的烟煤，其水分含量分别为5%、7%、9%和13%。新鲜煤炭样品经过密封处理后带到实验室，去除表面氧化层，然后使用粉碎机和筛分机将其粒径控制在0.15–0.18毫米，随后在真空烘箱中干燥12小时。表1展示了煤炭的工业分析和元素分析结果。

孔结构表征

基于BET和BJH理论计算模型（BET模型通过测量不同压力下的吸附量来确定煤炭样品的比表面积，基于多层吸附理论；BJH模型基于毛细聚结理论，通过分析吸附等温线的脱附分支来表征煤炭样品的孔体积和分布），通过分析吸附等温线的脱附分支，可以了解

结论

（1）利用低温液氮吸附方法研究了不同水分含量下煤炭的孔结构变化，发现随着水分含量的增加，比表面积和累积孔体积与水分含量呈负相关，而与平均孔径呈正相关；通过空气吸附量热法实验系统，研究了水分含量对煤炭氧吸附能力的影响。

作者贡献声明

张艳妮：撰写、审稿与编辑、验证。侯云超：撰写、原始稿撰写、方法论设计、概念构建。翟凡燕：撰写、审稿与编辑、数据整理。杨丹：撰写、审稿与编辑、数据整理。邓军：撰写、审稿与编辑、资源提供。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

本工作得到了陕西省自然科学基金杰出青年学者项目（项目编号：2023-JC-JQ-46）和国家自然科学基金（一般项目，项目编号：52174199、52474252）的支持。