介绍
在加州大学尔湾分校(UCI)Henry Samueli工程学院中的激光、火焰、喷雾实验室，研究员们正寻求创造更绿色的能源。Derek Dunn-Rankin教授和助理John Garman博士所领导的项目旨在探索煤的完全燃烧和低排放。更特别的是，Dunn-Rankin教授的研究小组专注于煤-能量的高效转换，残余颗粒物的控制及收集过程中自然释放的毒素如汞，防止对环境造成影响。
尽管当今油和天然气大行其道，各种绿色能源如风能、太阳能等逐渐流行，对煤燃烧的了解比过去任何时候都重要。
根据Garman所说，美国40%的火车运煤是用于发电。2005年煤消耗超过10亿吨，90%用于发电。根据能源信息管理部，居民用煤量在2006年创下新低25.8吨后，大有回归之势，2007年增长了9%，2008年前8个月增幅约10%。
项目范围
Dunn-Rankin和他的小组正开展一个项目，由通用电气和加州大学行业大学合作研究计划(IUCRP)提供部分经济支持，该项目研究煤、生物质燃料或两者混合物在最后阶段燃烧的基本过程。
“我们所做的一部分是检察碳燃烧的过程，研究哪些过程影响灼烧后的少量不燃物。”Gavaram说道。
该项目也寻求对煤燃烧有更好的了解及潜在地减小汞排放，燃煤电厂的汞排放占相关人为活动所导致污染排放的4成。
除此，煤燃烧后的副产物包括飞灰。由于其特定形状、尺寸和化学组成，飞灰是混凝土的重要成分，它既能改善混凝土的耐久力又可提高强度。飞灰也是一种绿色建筑材料因为它可取代一部分水泥生产过程中的排放物。因此，若Dunn-Rankin及其小组可以发现燃烧煤的高效方法，那么煤灰中的碳含量将降低至5%以下，不但燃烧效率提高，过程的残余也可得到潜在回收。
基于这个目标，Dunn-Rankin的小组改变停留时间、温度、氧浓度和其他相关因素，目的是观察了解燃烧过程中颗粒间相互的作用。同时进行的研究还有利用凝结的硫酸氢铵和粉煤灰作为吸附剂来捕获汞。
Opto绿色基金
Garman在过去的几年中使用Opto 22的自动化产品和控制软件。一个同事拜访UCI看到Opto 22硬件用于大学的水油乳液研究，Garman意识到他的项目可以申请Opto绿色基金。
“捐赠包括自动化硬件、软件和工程服务，面向涉及可代替或新型能源、节能环保等项目、产品、机器的服务公司、研究单位、教育机构和政府部门等。” Arun Sinha，Opto 22业务部总监解释道。
经过简要的申请提交和审阅，Garman获得了Opto 22的旗舰产品SNAP PAC系统硬件和软件，包括一台机架式可编程自动化控制器和模拟量输入、模拟量输出及串口模块。Garman的系统包括一个0-10V模拟输出模块用于控制煤进入反应器的速度(一般0.5-10g/m)。一个8通道热电偶模块监测一系列聚集控制数据的热电偶，用以维持反应器的适当温度;模拟输入模块与氧气监测器相互通讯，则用于保证测试环境的O2水平维持在3%。
过程是如何实现的
“我们利用Fluent公司的复杂CFD(计算流体力学)软件，当燃烧煤和生物质燃料时，我们使用运算法则模拟、解决并分析流体流动及气液间作用，” Garman解释道。
在硬件方面，小组使用Fossil Energy Research公司(FERCo)的仪表，FERCo是一家工程服务公司，专注于研发，尤其在燃烧和排放控制方面，估算收集到的灰烬颗粒中残余碳含量。
“对于我们的研究，只需灼烧很少量的粉煤(2-5g 最低)，将其装入滴管炉，也被称为夹带流反应器(EFR)，” Garman说道。
这个将近15英尺高，塔状熔炉用于生成研究煤和生物质燃料燃烧所需的高温反应环境。制定不同的试样进料和熔炉停留时间，这样就可以重现出最佳的实验环境。通过丙烷和电热混合，熔炉升温到1200°C以上，燃烧持续超过24小时。粉煤试样是由小范围空气流动送入熔炉。当煤燃烧后，用激光测量EFR径向的颗粒尺寸和温度，读取排放监测记录。
