洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2019年第01期

• 钙基脱硫剂对循环流化床NOx排放影响研究进展

  柯希玮, 蔡润夏, 吕俊复, 张缦, 吴玉新, 杨海瑞, 张海

  近年来提出的燃煤电厂大气污染物超低排放标准对CFB锅炉的污染物治理提出了更高的要求。为解耦CFB锅炉高效脱硫和低NOx排放之间的矛盾，需要更加深入了解钙基脱硫剂对含氮反应的影响。目前普遍认为，石灰石脱硫和NOx排放2个过程，通过各含钙化合物相互转化和对含氮反应选择性催化构成一个整体，而影响其中任一环节的因素都可能使最终NOx排放量发生变化。笔者围绕CFB燃烧条件下NOx基本反应，各含钙化合物间相互转化规律和表面选择性含氮催化反应性，以及烟气组分、温度和配风等影响因素，阐述了钙基脱硫的影响。通常，投放钙基脱硫剂会导致NOx排放量升高，N2O排放量降低，这是多方面因素共同作用的结果，如CaO催化挥发分氮氧化生成NO、促进CO等还原性气体氧化消耗、促进N2O分解等。而脱硫产物CaSO4及CaS等也对NO还原表现出明显的催化活性，实践发现基于钙基脱硫和喷氨脱硝的同步脱硫脱硝技术是可行的。未来还需进一步定量研究石灰石脱硫与NOx排放之间的相互作用规律，并在此基础上开发一体化脱硫脱硝技术，以期实现CFB锅炉NOx和SO2的双超低排放。

• 生物质预处理制成型燃料研究进展

  曹忠耀, 张守玉, 黄小河, 宋晓冰, 吴渊默

  生物质能具有CO2零排放、普遍易得、价格低廉等优势。生物质成型处理有利于其远距离运输与长时间储存。但是，生物质细胞壁高分子聚合物形成了物理和化学抗降解屏障，严重阻碍了生物质成型燃料品质的提高，因此，采用预处理技术是实现生物质能源高效利用的必要手段。目前，生物质预处理技术主要分为物理法、物理-化学法、化学法和生物法四大类。由于各种预处理技术对生物质化学组分占比以及结构的影响不同，预处理后的生物质成型燃料所体现出的物理性质和燃烧特性各有特点。本文介绍了生物质原料中的纤维素、半纤维素以及木质素等主要化学成分的结构特点及其对成型过程的影响，并从提升生物质成型燃料的物理性质和燃烧特性角度总结了蒸汽爆破预处理、低温热解预处理及水热预处理3种预处理技术的研究进展。总体而言，水热预处理技术使处理后生物质成型燃料在燃烧热值、能量密度、耐久度以及机械强度等各方面性能得以全面提升，但是水热预处理成本较高且对环境有影响。未来生物质成型燃料预处理技术的研究方向应从平衡生物质燃料品质与预处理成本之间的关系、减少污染物排放、预处理过程流程配置差异性集成和精确工艺参数匹配等方面为基础，开发适于规模化灵活生产的节能高效生物质预处理技术。上海理工大学碳基燃料洁净转化实验室利用水热预处理技术制备高机械强度生物质成型燃料及成型炭燃料，并获得过程副产物-木醋液，开发了多产品、环境友好的生物质综合利用技术。

• 气流床气化炉的原料反应性评价、过程强化及环境影响

  黄于益, 梁鼎成, 解强

  “富煤、贫油、少气”的能源赋存特点决定了在相当长的时期内我国煤化工与石油化工相互依存、互为补充的必要性，发展煤化工是发挥我国煤炭资源优势、降低石油对外依存度、保障我国能源安全的重要途径。论文首先对气流床气化炉的原料煤反应活性评价方法做了综述性分析，着重阐述了煤在气流床气化炉内高温、高压环境下组成、结构及性质的变化规律，并深入探讨了工艺强化对环境带来的新的污染问题。结果表明，现有的评价方法难以真实反映出原料性质是否与气流床气化工艺相匹配，有必要对化工生产过程中气流床气化炉内的生产环境进行模拟，建立起合适的原料性质评价体系，重点探究对生产过程影响最深的气化反应活性；对气化工艺参数的强化是有限度的，一味的强化并不总是对化工生产有益，寻找工艺和技术经济指标的最优点是工艺强化的研究方向；高温、高压的气化条件下煤中的大分子有机物大多分解，使得酚类、焦油、COD、BOD等传统污染物含量大幅下降，但煤中部分微量元素在高温高压下易挥发、易活化特征以及现代煤化工规模利用煤的累积效益，使得煤中微量有害元素或造成不可忽视的环境影响，其中以Hg、As等微量元素造成的危害最大。为气流床气化工艺寻求合适原料的评价体系、寻求过程强化的限度、对新型污染源的污染进行调研并建立可能的防治方法是现代煤化工进一步发展必须解决的瓶颈问题。

• 分子动力学模拟在煤结构及相关研究中的应用

  王善彪, 秦志宏, 周婧兰, 连露露, 杨小芹, 林喆

  随着计算机技术的深入发展和不同类型分子动力学模拟软件的开发运用，更多的煤科学科研人员从事煤大分子的动力学模拟计算领域研究，从煤的结构特征、孔径分布特性、热力学特性和基于孔径分布的吸附特性等方面，深入研究煤炭这一聚集体系所表现出的深层信息，理解其所能表现出的动力学行为特征，从而有效解决了实验室中无法解决的一些问题，为煤炭的高效综合利用提供了更多的基础理论支持。笔者综述了分子动力学模拟技术在煤大分子结构、煤炭吸附性质、油页岩干酪根分子结构及分子识别等方面的研究进展，简要介绍了相关的研究成果，指出利用计算机技术研究煤结构及其功能机制存在的不足，认为这种不足往往不是计算技术如分子动力学模拟本身的问题，而是复杂煤结构解析不到位的问题。若结合萃取反萃取之煤全组分分离方法以及由此建立的煤嵌布结构模型新理论，并通过分子动力学模拟技术深入研究煤族组分分子结构细节、热变化行为和性质演变等，不仅能验证相关理论的正确性，完成试验技术所不能完成的工作，而且有可能进一步推进煤结构和煤反应性机理的研究。

• 等离子体煤气化技术研究进展

  龚泽儒, 王晓娜, 吕俊复, 张戟

  等离子体煤气化技术是一种能够实现煤的超洁净使用的新技术，具有很大的潜在应用前景。介绍了等离子体煤气化的基本原理及3种典型技术：水蒸气等离子体煤气化技术、等离子体辅助煤气化及CO2等离子体煤气化技术，其中水蒸气等离子体煤气化中碳转化率可达93%～94%，比常规气化合成气浓度高十多个百分点；等离子体辅助煤气化以用氮气、氩气为工作等气体，实现了气化剂与工作气体的分离以及发生器和反应器的分离；CO2等离子体煤气化技术为煤炭的清洁利用和CO2的资源化利用提供了可借鉴的方法。同时，笔者还论述了学科交叉产生的最新成果：即等离子体煤气化技术在电站燃煤锅炉点火启动和降低氮氧化物方面的应用。在锅炉点火启动方面，与常规等离子体点火技术相比，采用等离子体煤气化技术虽然会增加成本，但相对于燃用低挥发分煤的煤粉锅炉每年上千吨的节油量，经济效益显著。在氮氧化物减排方面，烟台龙源电力技术股份有限公司采用等离子体辅助煤气化技术与低NOx燃烧技术相结合，以达到深度降低氮氧化物的目的，且解决等离子体煤气化普遍存在的煤处理量少、能耗高的问题，试验结果表明，采用60 kW等离子体发生器即可处理5 t/h煤量，实现了低能耗的等离子体辅助煤气化。据估算，该技术的初投资略低于SCR脱硝技术，而运行费用则仅为SCR的一半。因此建议将基于等离子体点火的内燃技术引入等离子体煤气化技术，可大幅提高煤处理规模、降低能耗，与低NOx燃烧技术相结合并实现工业化，将会推动其在电站燃煤锅炉技术领域的快速发展，成为一种具有很好应用前景的煤炭清洁高效利用手段。

• 气化飞灰精准分离及资源化利用

  赵旭, 张一昕, 苗泽凯, 郭振坤, 周璐, 刘坤基, 武建军

  煤炭气化技术在中国经济发展中发挥着极其重要的作用，但气化过程中，部分未反应的炭及细渣会由合成气带出，产生大量的气化飞灰，引发固体废弃物的处理及资源化利用问题。由喷淋收集得到的飞灰，经初步絮凝脱水后，水分含量在55%~60%，其余为残炭和玻璃体的混合固体颗粒。为实现气化飞灰的资源化利用，必须对气化飞灰的结构特征、持水特性以及水与固体颗粒之间的相互作用进行深入研究，寻求气化飞灰科学高效的分离及资源化利用技术。论述了气化飞灰脱水脱炭的意义，分析了飞灰持水特性及水分脱除技术，重点阐述了飞灰综合利用方案，并对气化飞灰精准分离及资源化利用方向进行展望。课题组前期试验表明，飞灰基沸石具有较高的表面积、独特的孔隙特征和优异的离子交换能力，可用于土壤、废水等中重金属的去除，以及作为吸附剂用于土壤中污染物的固定。飞灰的化学组成成分与黏土相似。传统陶瓷原料资源储量日益减少，国内外研究表明，飞灰制备陶瓷地砖可行。利用飞灰代替传统陶瓷中石英，在一定烧结温度下，通过抗折强度、吸水率、收缩率、失重率等变化研究对试样陶瓷性能的影响，说明添加飞灰的陶瓷性能优于传统陶瓷。通过泡沫浮选法分离气化飞灰固体颗粒，分别得到纯度较高的气化飞灰残炭和玻璃体，以分离后的残炭作为催化石墨化的碳源，在高温热处理过程中加入催化剂，对其进行催化石墨化处理，以探索气化飞灰制备石墨化材料的可行性，残余炭在较高温度和适量的催化剂条件下，得到了与商用石墨的性能相似的有序石墨化材料。气化飞灰和电厂粉煤灰都具有较高的硅铝含量，这使得气化飞灰成为沸石分子筛等多孔材料的潜在重要来源，而制备沸石也是飞灰回收利用中效益最高的途径，这项工艺不仅减轻了灰渣废料带来的环境负担，更应用于催化、分离、吸附等方面。未来应深入研究飞灰中水的赋存形态及其与飞灰颗粒的相互作用机制，同时构建灰-水作用界面模型，在此基础上寻求飞灰脱水新技术，进一步降低飞灰含水量。研究能耗低、效率高、污染少的残炭-玻璃体分选技术，降低分选产品的杂质含量。研究分选后残炭和玻璃体资源化利用新领域，最大限度发挥气化飞灰的价值。

• 煤中低温热解挥发分和硫脱除研究进展

  杨凤玲, 任磊, 贾阳杰, 吴海滨, 狄子琛, 程芳琴

  针对目前我国民用燃煤煤质较差，污染物无法集中处理，污染环境等问题，基于煤热解原理和硫的赋存形态，分析了气氛、添加剂、升温速率对煤热解过程的影响，论述了国内外目前较为成熟的粉煤干馏工艺，分析了粉煤干馏和块煤干馏的优缺点，提出了粉煤成型热解的工艺思路。重点介绍了目前山西大学和山西领君重工集团联合开发的无烟碳化型煤热解工艺路线，提出了一种洁净煤清洁燃烧多联产工艺系统。粉煤干馏工艺都以粉煤和粒煤为原料，易造成粉尘沉积和堵塞，无法高效分离。块煤可提高焦与油的分离效率，但非胶黏性煤热解过程中会粉化，效率不高。以半焦为热载体会降低半焦利用效率，产生大量焦粉，焦粉民用燃烧需成型，且难以黏结成型，鉴于此，提出了配煤成型热解的思路。热解后半焦粉末经成型可提高油、气产率，强度较好，与焦油高效分离，其产品可根据工艺控制挥发分供民用。煤成型热解联产无烟碳化型煤工艺生产的型煤整体利用率高，产生的污染物提取可制成高附加值副产品，有效控制粉尘污染，提高煤炭的品质和价值。无烟型碳挥发分和发热量高于无烟煤，强度高，用于民用燃烧完全符合国家标准。洁净煤清洁燃烧多联产工艺将循环流化床发电、洁净煤生产和粉煤灰陶粒制作有机结合，可有效利用电厂预热作为热源，并将干馏型煤生产的干馏气用于陶粒烧结的气源，得到洁净型煤产品，实现了固废综合利用和洁净燃烧。

• 我国煤制燃料油技术进展及工业化现状

  胡发亭, 颜丙峰, 王光耀, 谷小会, 常秋连

  我国富煤贫油少气，以煤为原料生产清洁燃料油具有重要意义。为实现我国煤制燃料油产业健康有序快速发展，论述了煤直接液化、煤间接液化、煤油共炼3种煤制燃料油技术的定义、原理以及工艺流程，概述了煤制燃料油技术在我国的发展历程、技术研究进展及工业化应用现状。对3种煤制燃料油技工业应用过程中存在的问题、技术难点进行分析，并展望了应用前景。3种煤制燃料油技术在我国均已建成工业示范项目，步入了商业化发展阶段，煤直接液化和煤油共炼由于技术和原料的特殊性，目前均只是建设了一套工业示范装置，而我国已投产或试车成功的煤间接液化项目有10个左右，总产能近千万吨。煤直接液化技术吨油煤耗小，投资和运行成本低，今后应重点提高循环溶剂的质量和数量；煤间接液化技术成熟，是我国重点推广的煤制燃料油技术，未来的发展趋势是拓展产品种类，提高产品附加值；在同时具备适合液化的煤和重质油资源的企业适宜发展煤油共炼产业。国家应加大煤制油研发投入，重点解决目前存在的水耗、能耗、碳排放高等问题，并给予政策支持，促进煤制油产业快速发展，保障国家能源安全。以规划为先导，积极稳妥发展煤制燃料油产业，是煤炭行业未来发展的新格局新趋势。

• 湿法脱硫烟气水回收技术研究进展

  马双忱, 别璇, 孙尧, 龚春琴, 曲保忠

  湿式石灰石石膏法是目前应用最为广泛的烟气脱硫方法，但其涉及的水问题不可忽略，雾霾、白色烟羽、石膏雨等环保问题均与水问题有关。同时烟气中水资源含量大，实现烟气水回收对于电厂节水意义重大。论述了现有烟气中水分来源以及烟气水回收技术，分析了烟气水回收技术的原理、优缺点和研究应用情况等。实现水回收的方法有冷凝法、膜法以及吸收法。冷凝法水回收技术回收的水质较差，具有一定腐蚀性，但水回收量较大；吸收法水回收技术系统较为简单，回收水质也较好，但有吸收溶液随烟气带出的风险；而膜法水回收技术的回收水质好，不涉及污染物排放，但其回收水量仍有提升空间，清理、减小甚至防止污堵是限制该技术发展的关键。电厂须根据实际情况选择具体的冷凝技术，在电除雾器运行状况稳定、除雾效果好的电厂可优先考虑膜法水回收技术；有余热回收需求的电厂，可优先考虑冷凝法。最后指出从根本上解决水问题的方法是转变烟气脱硫方式。干法脱硫由于不涉及废水问题，也不会增加烟气中水蒸气含量，同时避免了腐蚀等问题，是烟气脱硫技术里最有潜力的方法之一。

• 选矿废水中残留药剂生物降解技术研究进展

  张东晨, 王方略, 董敬申, 郑婧, 秦华昱, 程娟, 付鹏

  选矿药剂通常用于调节矿物表面和浮选介质的物理化学性质，扩大有用矿物与脉石矿物间的亲疏水性差异，从而达到更好的分选效果。选矿药剂种类繁多，含有残留药剂的选矿废水直接外排会对环境造成严重污染。生物降解作为一种新型生化处理方法，具有成本低、能耗少、无二次污染等优点，因此研究高效降解选矿废水中残留药剂的方法尤为重要。论述了当前黄药、黑药、羟肟酸类、松醇油等选矿药剂生物降解技术的研究进展，分析了影响降解效果的工艺因素和选矿药剂生物降解研究存在的主要问题，并对今后的研究工作进行展望。影响黄药生物降解效果的因素有黄药初始浓度、pH、温度，振荡速率、降解时间、碳氮比、氮源和金属离子等。外加碳源可促进黄药的降解。CS2、ROCSSH和单硫代碳酸盐是烃基黄药的主要降解产物，并伴有少许双黄药油液滴生成，属于一级酶促降解动力学。黄原酸盐分解的中间产物是过氧化黄原酸盐。不同外加碳源同样会促进黑苯胺药的降解。羟肟酸类捕收剂降解反应是一级反应动力学。影响对松醇油的降解因素有pH、接种量、温度、摇床转速、松醇油初始浓度、反应时间等。针对选矿药剂生物降解研究存在的主要问题，今后的研究工作应借鉴相近领域的生物技术手段筛选出高效降解菌株，在降解机理上开展更深入研究，在分子水平上改造基因，利用基因工程技术构建新的降解菌株。同时，应加快选矿废水生物降解设备的研制。

• 无机盐与表面活性剂在低阶煤表面的协同吸附

  王梦霞, 车晓宇, 吕梦璇, 李琳, 张庆建

  针对低阶煤表面含氧官能团多、亲水性强、可浮性差等问题，采用非离子型表面活性剂——壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）和无机盐（NaCl、CaCl2、AlCl3）对低阶煤泥表面进行吸附改性研究，分析其协同改性行为。吸附试验表明，NP-10在低阶煤泥表面的平衡吸附量随着其浓度增加逐渐升高，达到一定值后趋于稳定，吸附符合Langmuir等温吸附模型。吉布斯自由能（ΔG）和标准吸附焓均（ΔH）为负值，说明该吸附过程为放热且自发过程，吉布斯自由能（ΔG）随温度升高逐渐减小，说明温度的升高能促进吸附过程。吸附动力学研究表明，准二级动力学方程适合描述NP-10在低阶煤泥表面的吸附动力学机制。Na+、Ca2+、Al3+三种离子能促进低阶煤泥对NP-10的吸附，其中Al3+的促进效果最好，Ca2+次之，最后为Na+。X射线光电子能谱（XPS）试验表明，低阶煤泥表面吸附NP-10后，煤泥表面碳元素含量显著增高，氧元素含量明显降低，说明NP-10的亲水基与低阶煤泥表面的含氧官能团结合，实现了对煤泥表面含氧官能团的有效覆盖，提高了低阶煤泥的疏水性。Na+、Ca2+、Al3+三种阳离子电解质的加入，使低阶煤泥表面的氧元素含量分别降低了5.79%、6.77%、7.42%，含氧官能团含量进一步减少，尤其对C-O官能团影响最为显著。3种阳离子电解质都能促进低阶煤泥对壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）的吸附，促进效果为Al3+>Ca2+>Na+。

• 高效动力煤分选工艺研究

  崔广文, 隋文浩

  为解决动力煤分选工艺中脱泥分级筛筛下＜2 mm煤泥分级脱水后产品掺入混煤，使部分精煤进入混煤的问题，以高家梁动力煤选煤厂为例，通过分析高家梁动力煤选煤厂煤质特性，使脱泥筛筛下＜2 mm煤泥进入三锥角旋流器进行再选，通过改变三锥角旋流器的结构、操作参数等，分析其分选效果及经济效益。最后提出了高效动力煤分选新工艺流程和动力煤分选展望。粗煤泥分选试验结果表明，分选后精煤灰分为8%时，产率为3091%，尾煤产率为1741%，灰分为4834%，细煤泥产率为5168%。增加三锥角旋流器后，部分粗颗粒煤泥通过分选得到精煤，每年可多出高发热量精煤1541万t，灰分为8%，精煤价格为298元/t，其余所有产品去末煤系统，产率为105%，灰分为4834%，总效益达到1 66463万元。三锥角水介分选旋流器作为一种新型高效的粗煤泥分选设备，具有结构简单、占用空间小、入料粒度范围宽、适应性强、分选精度高和稳定可靠等优点。三锥角旋流器用于动力煤选煤厂粗煤泥分选，完善了动力煤选煤厂工艺流程，实现选煤效益最大化。

• 钙及其赋存形态对煤热解过程中氮转化的影响

  潘凤萍, 罗嘉, 张煜枫, 肖黎, 黄卫剑, 徐义书

  燃煤NOx生成与煤中含氮物质的种类及其在热解、燃烧中的转化特性密切相关。利用酸洗—物理混合/溶液浸渍添加方法制备获得含不同赋存形态Ca的煤粉，在水平管式炉上研究了不同赋存形态Ca对煤热解过程中氮转化特性的影响。结果表明，无机形式存在的Ca会使热解后的焦氮含量升高，而有机形式存在的Ca倾向于降低热解后的焦氮含量。添加以Ca(OH)2为模型物质的无机含钙矿物会抑制煤热解过程中NH3的生成。添加以醋酸钙为模型物质的外在或内在有机含钙矿物后，NH3均降低而HCN生成量升高，表明有机含钙矿物会促进煤中氮向HCN的转化。与以外在矿物形式添加的醋酸钙相比，以内在矿物形式添加的醋酸钙对热解中氮转化行为的影响较小。

• 神木煤焦与流化床气化带出细粉的CO2气化特性

  樊红莉, 李风海, 黄戒介

  为了研究煤焦与流化床气化带出细粉的CO2气化特性，用热重分析仪考察了不同气化温度和CO2分压对神木煤焦与细粉气化行为的影响。结果表明，固定CO2分压提高气化温度或固定气化温度提高CO2分压都能加快神木煤焦和细粉气化反应的进行，缩短达到一定碳转化率所需时间；神木煤焦和细粉的反应速率随碳转化率的增大均先快速增大到最大值，而后缓慢降低；神木煤焦和细粉的CO2气化反应活化能均随碳转化率的升高而增大，在相同的碳转化率下，神木煤细粉的反应活化能大于神木煤焦。与神木煤焦相比，神木煤细粉的CO2气化反应活性较低。

• 含钙和含铁矿物对粉煤气化堵渣的影响机理

  李寒旭, 毛立睿, 陶然, 胡侠, 华桂义

  为了研究粉煤气化的堵渣机理，选取气流床粉煤气化过程中产生的工业渣样(正常渣样和非正常渣样)和在不同还原性气氛与温度下烧制的试验渣样，利用X-射线荧光光谱(XRF)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜和能谱仪(SEM-EDX)等研究渣样的灰成分、晶体矿物组成、微观形貌和微区化学组成等性质，结果表明：非正常渣中钙长石的生成和铁的析出是导致堵渣的主要原因；熔渣析铁的主要原因是在还原性气氛下，赤铁矿被还原的中间产物FeO、FeSx转变的中间产物FeS形成Fe-O-S共熔体；气化炉操作温度的波动易导致钙长石晶体生成，而钙长石的大量析出与铁质矿物的富集和单质铁的析出存在内在联系。

• 煤粉空气分级燃烧中还原性气氛的模拟预测及分析

  陈登高, 李振山, 蔡宁生

  空气分级燃烧是广泛采用的煤粉低氮燃烧技术，使用数值模拟方法对其进行模拟预测，有助于燃烧设备的改进并优化燃烧，实现在燃烧中进一步降低污染物排放。空气分级燃烧数值模拟中对还原区的准确模拟是预测氮氧化物排放、硫化氢高温腐蚀等的基础。笔者旨在提出一种合理预测煤粉空气分级燃烧还原性气氛的数值模拟方案，并将其应用于实际锅炉的模拟，并探讨了还原性气氛预测准确性对氮氧化物排放、焦炭燃烧等的影响。主要内容包括：① 对煤粉空气分级燃烧过程进行原理分析，提出数值模型开发及其应用的研究思路，即是通过小型电加热沉降炉模拟实际锅炉分级燃烧温度和组分浓度场，测量组分、焦炭转化等参数用于模型开发和验证，最后将开发的模型嵌入商用数值模拟平台，实现分级燃烧全过程模拟。基于此，搭建了能够反映实际锅炉空气分级燃烧温度场和组分浓度场特性的电加热沉降炉试验平台，并通过在线称重给煤速率、气体浓度组分测量，对试验系统的稳定性进行了验证。② 设计不同工况的空气分级燃烧试验，并获取沿程CO、H2、焦炭转化率等关键数据，基于数值模拟的动力学优化方法获取空气分级燃烧状态下还原区焦炭的气化反应动力学参数。通过开发用户自定义函数的方式在Fluent平台上实现了焦炭气化以及还原性气氛的模拟预测，并将其应用于600 MWe超临界墙式对冲炉分级燃烧的数值模拟。③ 分析比较了在模拟中不考虑气化和考虑气化时对炉内温度、还原区气氛、氮氧化物的分布和焦炭转化的影响。结果表明，文中提出的空气分级燃烧数值模拟方案能实现对实际锅炉空气分级燃烧特别是还原区的合理预测；在模拟中不考虑焦炭气化将导致还原性气体浓度明显偏低，进而导致颗粒燃尽推迟，炉膛出口氮氧化物浓度偏高。

• O2/CO2气氛下烟气物性参数对燃煤锅炉对流传热影响的模拟研究

  张恬, 闫凯, 乌晓江, 韩志江, 周月桂

  新疆准东煤作为一种可开发利用前景广阔的高碱金属煤种，易沾污结渣特性极大限制了其高效利用。前人大量研究了准东煤在常规气氛下的燃烧特性，但鲜见其在富氧气氛下的燃烧和传热特性相关研究。为了研究富氧气氛下燃用准东煤对碱金属释放及换热器传热性能的影响，运用化工流程分析软件Aspen Plus建立空气和富氧气氛下准东煤燃烧工艺流程模型并进行反应模拟。通过控制氧燃比恒定并调节O2/CO2配比进行变工况分析，使准东煤燃烧绝热火焰温度与空气气氛下较为接近，对应工况下锅炉内具有相似的温度分布。借助吉布斯反应器模拟得出反应物系在满足相平衡和化学平衡的条件下所得产物组分及状态参数、Na元素的赋存与转化规律，为预测Na元素释放形式提供参考。由于富氧燃烧烟气富含高浓度CO2且水蒸气含量增加，富氧燃烧方式下燃煤烟气的传热特性将发生显著差异。运用带有Boston-Mathias α函数的Peng-Robinson立方状态方程(PR-BM物性方法)对准东煤在空气和富氧气氛下燃烧产生的烟气进行物性估算，对比分析不同气氛下烟气密度、比热容、导热系数、黏度随温度的变化规律，为分析空气及富氧气氛下准东煤燃烧烟气的对流传热特性差异提供更为准确的参数。采用外掠管束强制对流传热修正计算方法分析了不同燃烧气氛下锅炉烟道内各对流受热面的传热性能。并采用CFD软件对一束高温再热器管屏进行“烟气-管壁-蒸汽”流固耦合传热数值模拟，对比空气及富氧气氛下燃煤烟气物性参数对换热器传热系数的影响。结果表明：40% O2/60% CO2气氛下，Na元素释放规律与21% O2/79 %N2基本一致。随着烟温的降低，Na存在形式逐渐由NaCl和NaOH向Na2SO4转变。但烟气再循环的富集作用会加剧准东煤灰沾污结渣。由于富氧燃煤烟气中三原子气体浓度增加，物性参数发生变化使得对流传热性能增强，各对流受热面传热系数约为常规工况的124~127倍。在换热器结构和烟气及蒸汽入口流速、温度相同时，富氧工况下再热器各管圈对流传热系数较常规工况增加约21.43 W/(m2·K)，出口蒸汽平均温度提高约11.32 K。

• 300 MW燃煤电站细颗粒物化学团聚系统运行及经济性分析

  秦占峰, 朱宝宇, 郭沂权, 赵永椿, 李高磊, 张军营

  为实现燃煤电厂的超低排放，对电厂安装细颗粒物化学团聚强化除尘系统的300 MW燃煤机组进行了细颗粒物化学团聚强化除尘技术工业应用试验，综合考察了化学团聚系统对机组除尘效率及电厂运行参数的影响，并对细颗粒物化学团聚强化除尘技术的经济性进行分析。机组全年运行数据表明，喷入团聚剂，脱硫后颗粒物平均浓度为37 mg/m3，较未喷团聚剂时下降约447%。以300 MW机组为例，化学团聚技术一次工程投资仅需600万元左右，不及湿式静电除尘技术投资额的1/2，经济性良好。连续喷入化学团聚剂后，ESP后及脱硫后SO2浓度有所下降；O2浓度平均上升约05%；ESP后烟气温度下降3~8 ℃。细颗粒物化学团聚强化除尘系统取得了良好的除尘提升效果。

• 基于富里酸的载银碳基吸附剂脱除元素态汞的研究

  刘新强, 张华伟

  汞是煤中有害微量元素之一，具有很强的挥发性，几乎所有的汞在煤燃烧过程中都会释放进入大气，对环境和人体健康造成影响。焦炉煤气甲烷化制取液化天然气过程中，为降低元素态汞的污染，通常在液化前将Hg0脱除。本文针对工艺要求，利用富里酸廉价、储量丰富、碳含量≥40%、具有亲水性和弱酸性、可与金属离子发生离子交换反应生成络合物等优点，选取富里酸为模板剂和碳源，利用其分子结构中丰富的表面官能团易与银离子螯合的特性，采用冷冻干燥、高温碳化等手段原位合成了纳米银负载的碳基吸附材料Ag/FA，用于低温脱除还原性气体中的元素态汞(Hg0)。对合成的材料进行分析表征，重点考察了操作温度、空速、H2S影响等因素对吸附剂脱汞性能和寿命的影响。XRD表征结果表明，单质银出现了4个尖锐的衍射峰，分别对应单质银的不同立方晶面，这说明纳米级单质银粒子以高分散形态成功负载到碳材料中，并计算出银颗粒的平均粒径约为12 nm。吸附剂评价结果表明，在反应温度为30~60 ℃，空速小于60 000 h-1时，吸附剂具有良好的脱汞性能，脱汞效率可保持在99%以上，并具有一定抗H2S毒化能力。当穿透率为5%时，吸附剂的汞吸附量可达到650 μg/g。Ag/FA吸附剂在经过4次再生后，仍保持95%以上的脱汞效率，且吸附50 h后的Hg0吸附量为552 μg/g。Hg-TPD表征结果表明，吸附剂表面负载的纳米银粒子是汞吸附的活性位，气态汞首先扩散到吸附剂表面，然后与吸附剂上负载的银粒子反应生成Ag-Hg合金。本文利用腐植酸可以螯合银离子的特性，制备的基于腐植酸的Ag/FA新型气态汞吸附材料，可有效脱除焦炉煤气甲烷化气体中的单质汞，具有优良的吸附效率和吸附容量。

• 大同煤温和超临界热溶-炭化耦合转化过程研究

  罗化峰, 乔元栋, 徐青云, 杨磊, 赵潞恒, 李灿

  为了实现低阶煤的分级提质高效综合利用，以大同煤为原料，利用温和超临界热溶-炭化耦合技术对其处理，获得热溶油和高比表活性炭材料，采用SEM、XRD、FT-IR对活性炭进行表征，并评价其对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明，煤的热溶率达到26.23%，热溶残渣炭材料和大同煤炭材料的收率分别为45.95%和46.87%；热溶残渣炭材料最高吸附量达到1 340 mg/g，对亚甲基蓝的脱除率达到95.7%；而大同煤炭材料最大吸附量仅为1 040 mg/g，对亚甲基蓝的脱除率为74.3%。说明通过温和超临界热溶-炭化耦合技术不仅可得到一定数量的热溶油，热溶残渣还可在中低温条件下制备高比表活性炭材料，该材料对亚甲基蓝的吸附性能优于普通活性炭。

• 煤系腐植酸基层次孔炭的制备及电化学性能

  刘迎宾, 黄光许, 李媛媛, 张风梅, 王欠欠, 邢宝林, 张传祥, 谌伦建

  为提高煤炭利用率，以煤系腐植酸为前驱体，KOH为活化剂，在较低碱炭比（≤1）和活化温度（700 ℃）条件下制备双电层电容器用炭电极材料。利用低温N2吸附对所制炭材料进行孔结构表征，采用恒流充放电、循环伏安和漏电流测试等手段评价其在3 mol/L KOH中的电化学性能。结果表明，所制炭材料呈现典型的层次阶梯孔径分布，孔径主要分布在0.5~5.0 nm，包括05~1.8 nm微孔和3.5~4.6 nm中孔；氧元素含量均超过20%。随着碱炭比升高，相应炭材料含氧量、比表面积、总孔容和微孔孔容逐渐升高，最高分别为26.67%、878 m2/g、0.66 cm3/g和0.407 cm3/g；中孔率先升高后降低，最高为62.1%。微孔主要是腐植酸在活化过程中挥发分析出和部分含氧官能团热解性成的，高的中孔率主要由于钾的扩孔作用。4种层次孔炭电极材料在3 mol/L KOH电解液中具有良好的充放电可逆性和典型的双电层电容特性，其质量比电容、比电容保持率最高分别达256 F/g、84%，漏电流≤0.015 mA。各炭材料具有合理的孔径分布，同时含有丰富的含氧官能团，有利于缩短电解质离子在电极材料内部的扩散路径和提高电极材料与电解液的润湿性，降低扩散阻力，是一种理想的双电层电容器用炭电极材料。

• 煤气化渣制备聚合氯化铝工艺研究

  胡文豪, 张建波, 李少鹏, 李占兵, 孙志刚, 李会泉

  我国煤气化渣(CGR)年产量巨大，但综合利用率低，现有堆存与填埋方式具有较大的环境风险与经济压力，规模化消纳与资源化利用需求迫切。以煤气化渣酸浸液制备聚合氯化铝絮凝剂为目标，重点考察了铝酸钙粉用量、聚合温度、聚合时间和酸洗液循环次数对聚合氯化铝产品指标的影响。结果表明，煤气化渣酸洗液循环次数达到4次时，液相中铝离子浓度为28 g/L，氧化铝含量可达5.28%；以该富铝酸液为反应原料，反应温度80 ℃，反应时间120 min，铝酸钙粉用量1250 g/50 mL时，得到聚合氯化铝产品中氧化铝质量分数为10%~11%，盐基度为44%~50%，且产品中铅、铬、砷等重金属元素含量极低，各项性能指标均符合GB/T 22627—2014中水处理剂聚合氯化铝的制备标准。

• 焦粉吸附深度处理焦化废水研究

  闫博华, 李希龙, 蒋庆, 徐龙, 马晓迅

  为了解决焦化废水经常规生化处理后污染指标不符合排放标准的问题，利用焦化厂生产过程中自身产生的焦粉，用于焦化厂废水处理工艺中生化出水的深度处理环节，考察了焦粉投加量、焦粉粒径、溶液pH值、吸附时间对焦化废水COD和色度去除率的影响，通过正交试验设计优化了工艺条件得到最优工艺方案，最后采用SEM-EDX对比分析了焦粉使用前后的形貌变化及表面元素分布。结果表明：焦粉投加量从40 g/L增至120 g/L时，COD和色度去除率显著提高；焦粉投加量大于120 g/L时，两者去除率增速减缓，投加量超过200 g/L后，两者去除率基本稳定。焦粉粒径超过5~6 mm后，COD和色度去除率基本稳定不变。焦化废水pH值调节至8附近时，两者去除率达到最大值。吸附时间从05 h逐渐增加到25 h时，COD和色度去除率显著提高；超过25 h后，两者去除率基本稳定。通过L18（37）正交设计试验设计优化的最佳方案为焦粉投加量200 g/L，焦粉粒径5~6 mm，溶液pH值8，吸附时间3 h；在优化条件下的多次平行试验表明，COD平均去除率达到668%，色度平均去除率达到712%。SEM-EDX表征显示，吸附前，焦粉孔径大，表面有较大缝隙，吸附后孔径和缝隙明显减小，分析原因可能是有较多物质附着在焦粉表面及孔道内造成。吸附后焦粉表面碳、氧、硫、氮元素相对含量大幅增加，这说明焦粉对焦化废水中的有机物和部分含硫、含氮物质具有较好的吸附性能。