洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2021年第01期

• 煤气化技术在中国：回顾与展望

  王辅臣

  系统回顾了煤气化技术在中国150多年的发展历史，从新中国建立前、新中国建立到改革开放前、改革开放后3个阶段，分别介绍了我国引进各类煤气化技术的过程及其应用情况；以改革开放前和改革开放后2个阶段，重点概括了我国煤气化技术领域的艰难探索、系统深入研究和技术示范与应用过程中取得的重要进展与成果；对我国自主开发的主要煤气化技术的研发历程、技术特点、应用情况及最新进展进行概要阐述，并对地下气化、催化气化、加氢气化、超临界水气化、等离子体气化等新型气化技术的国内研发进展进行简要述评；总结了我国煤气化技术引进、自主研究与工程应用经验，从降低装置投资、提高系统效率、实现环境友好、协同处理液/固有机废物、融合信息化技术、开发新技术、保护知识产权等方面对煤气化技术的未来发展进行了展望。

• 生物柴油的制备及其在浮选中的应用进展

  张梦妮, 程敢, 李玉龙

  石油是人类生活中不可或缺的重要能源，石油产品是细粒煤浮选提质的重要捕收剂。我国石油对外依存度高，替代品寻找日益迫切。生物柴油清洁环保、可再生、可生物降解，其性质与石化柴油相近。论文总结了生物柴油主要制备方法：直接混合法、水解法、均相酸碱催化法、非均相酸碱催化法、酶催化法、超临界流体法等。结果表明，生物柴油与石化柴油混合作为捕收剂用于煤泥浮选，能够提高精煤回收率，降低药剂消耗。未来应该在生物柴油的制备技术及推广方面进一步发力，以促进经济的持续健康发展。

• 水煤浆粒度级配模型和实践的研究进展

  李强, 廖长林, 侯健, 张建胜

  水煤浆是一种煤基液态燃料，具有与燃料油相似的物理特性，是煤炭高效清洁利用的一个重要途径，可以显著减少氮氧化物和二氧化硫的排放。目前我国水煤浆需求量已突破2.5亿吨/年，粒度级配作为影响水煤浆浓度的重要因素，使不同大小的煤颗粒能够互相填充，尽可能的减少空隙，提高颗粒的堆积效率和水煤浆浓度。本文分析了粒度级配对水煤浆的影响，指出在水煤浆制浆过程中，粒度级配只涉及物理破碎和研磨，能耗相对较小，对于提升浓度的效果显著，具有广泛的适用性和经济性。论述了近年来新发展的粒度级配理论和模型，特别是隔层堆积理论和分形级配理论，并给出了具体的计算方法和公式，以及假设和适用性。通过举例的方式给出近年来隔层堆积理论的发展和应用，以及对于堆积效率的具体评价；分析了分形级配理论的可行性和新的进展，以及在指导烟煤和褐煤级配时的应用效果；给出了三峰级配的工艺流程，级配方案和工业实践案例。在粒度级配提高水煤浆浓度的基础理论和应用实践方面，国内外学者已经做了大量工作。但在具体的理论细节方面，比如隔层堆积对于任意粒度分布的简化计算方面、分形级配的拟合精度方面和三峰级配的粒度堆积评价方面还需要更加深入的研究。在级配理论应用于实践过程中，基础理论和工业实践的结合还有待于进一步提高。在粒度级配的基础上，建议引入内在水分等影响因素，在将来研究中建立一个跨煤种的预测模型。

• 低阶煤热解影响因素及其工艺技术研究进展

  刘壮, 田宜水, 胡二峰, 马大朝, 邵思, 李沫杉, 戴重阳

  我国低阶煤储量巨大，全组分高效利用煤炭资源有助于确保我国能源安全，低阶煤热解可以得到高值化的煤气、焦油以及半焦，实现其高值化梯级利用。本文通过论述低阶煤热解过程的三个阶段阐明了其热解机理，详细阐明包括煤阶、温度、粒径、升温速率、气氛等热解条件以及酸洗、水热、溶胀、离子液体等预处理方法对低阶煤热解反应特性的影响。催化热解通过定向调控获取高品质热解产物，基于催化剂特性的差异和催化行为的不同，分类梳理了不同催化剂对低阶煤催化热解的影响，包括分子筛、过渡金属化合物、碱金属化合物、天然矿石等。在低阶煤热解技术的研究现状和最新进展的基础上，对低阶煤固体热载体、气体热载体以及内构件移动床热解工艺技术进行了总结，并进一步提出了相关展望，加快低阶煤热解技术的发展。

• 煤催化加氢气化研究进展

  严帅, 夏梓洪, 陈彩霞, 曲旋, 毕继诚

  煤加氢气化制天然气技术具有工艺路径短、热效率高等优点，其应用基础研究备受关注。但是煤中存在部分致密的芳香碳结构，加氢反应性较差，即使在苛刻的反应条件下（~1000℃，~7 MPa H2），仍难以转化。通过引入催化剂，进行煤催化加氢气化可在温和的反应条件下实现煤的碳转化率和CH4收率的同步提高。本文首先论述了碱金属（K、Na等）、碱土金属(Ca)和过渡金属（Fe、Co、Ni等）催化剂对模型碳加氢气化的催化作用原理。然后，探讨了反应温度、氢气压力、和碳结构对C-H2催化反应的影响规律。在以上基础上，考虑实际应用，分析了适用于原煤催化加氢气化的最佳催化剂及工艺条件，并从CH4和轻质液体焦油等产物生成规律、煤中碳结构随着反应的进行的衍变过程等角度，讨论了催化剂分别对煤加氢热解和热解半焦加氢气化的催化作用行为。最后，提出煤催化加氢气化联产CH4和轻质液体焦油技术从基础走向应用的进一步研究建议。

• 高钠煤灰烧结特性研究进展

  黄东东, 张守玉, 常明, 石岳, 林春雨, 徐嘉庆, 张培争, 张华, 胡南

  中国的新疆准东煤具有储量巨大、开采成本低、挥发分高、硫含量低等特点，是优质的动力用煤。但准东煤钠含量高，燃烧利用时易在受热面上形成烧结性积灰，产生严重的结渣，极大地限制了高钠煤的开发利用。因此，要实现高钠煤的清洁高效利用，需充分认识高钠煤灰的烧结特性。本文总结了高钠煤积灰结渣机理，概述了高钠煤灰烧结机制，探讨了二者之间的内在关联。高钠煤在燃烧过程中，煤中碱金属（主要为钠）释放并以Na2SO4、NaCl及Na的形式存在于烟气中，与受热面接触并于其上冷凝形成粘性内白层，内白层捕获飞灰颗粒后反应生成低熔点化合物，其烧结温度降低，使锅炉受热面上发生沾污增强型的“沾污烧结”过程。高钠煤灰的烧结过程包含固相烧结、液相烧结和气相烧结三种方式，对煤灰烧结过程的影响因素包括反应温度、化学组成、煤灰粒径、反应气氛、添加剂种类、锅炉设计和锅炉运行工况等。其中添加剂按氧化物种类可分为碱性氧化物和酸性氧化物，一般情况下碱性氧化物可以降低煤灰烧结温度，酸性氧化物可提高煤灰烧结温度。未来对于提高高钠煤灰烧结温度的研究方向可从新型添加剂出发，找到既能固定烟气中的钠，又能与灰渣中的低熔点含钠矿物质反应生成高熔点化合物的单一或混合成分的添加剂。同时，关于钠蒸气对积灰结渣在微观层面上的动态特性的影响机制也需进一步研究。本文概述了煤灰烧结温度的测量方法，热导率分析法、压力测量法、热机械分析法、筛分法和压降法，其中压降法是目前为止测量烧结温度较为准确的方法。最后介绍了上海理工大学碳基燃料洁净转化实验室在高钠煤灰烧结特性方面的研究方向，以期为解决燃用高钠煤锅炉积灰结渣问题提供一定的参考。

• 煤粉着火燃烧过程光学诊断研究发展

  齐洪亮, 孙锐, 彭江波, 于欣, 朱文堃, 曹振, 于杨, 高龙, 张泽岳

  煤炭作为重要的化石燃料，储量丰富，尽管新能源和可再生能源快速发展，煤炭资源在未来几十年里仍将作为我国一次能源重要组成部分。同时煤炭利用带来很多环境污染问题，因此未来煤炭资源的利用逐渐向高效、低碳、低污染物排放利用方式转变。随着光学技术的不断发展，涌现出多种适用于煤粉燃烧诊断的原位非接触式光学诊断技术，极大地促进了燃烧学的发展，为煤炭的清洁高效利用提供了更多实验手段。本文介绍了国内外一些研究者在煤粉着火、不同方式下燃烧特性的光学诊断研究方面主要进展，对煤粉单颗粒和煤粉颗粒流的着火燃烧过程的光学诊断研究进行了总结。目前常用的煤粉燃烧光学诊断技术主要包括：全光谱成像、CH*/C2*化学发光成像、平面激光诱导荧光（PLIF）、双色/三色高温计、米氏散射、激光诱导白炽光、相干反斯托克斯-拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等多种先进的光学诊断技术，可对煤粉单颗粒、颗粒流的着火延迟、脱挥发分、挥发分燃烧、着火模式、环境因素（环境温度、氧浓度、气氛）、富氧燃烧、水-氧燃烧、煤中碱金属释放等多方面的关键问题进行光学诊断研究，为煤炭的清洁高效利用提供了理论和实验基础。但目前取得的成果还不够完善，需要继续深入开展煤粉燃烧的光学诊断试验研究，对污染物NOx的生成及排放、新型水氧燃烧技术中水蒸气作用机理等方面深入探索，开发出新型清洁燃烧技术，为我国煤炭资源清洁高效利用做出进一步贡献。

• SCR脱硝副产物硫酸氢铵特性研究：现状及发展

  焦坤灵, 陈向阳, 别璇, 刘道宽, 马双忱

  燃煤电厂加装以NH3和尿素为还原剂的脱硝装置后，还原剂NH3与烟气中的硫氧化物和水蒸气反应生成硫酸氢铵（ABS），ABS沉积会造成选择性催化还原法（SCR）脱硝效率降低、下游热力设备，如空气预热器(APH)和静电除尘器（ESP）堵塞等一系列问题。ABS的生成和沉积与运行环境有关，但业内对ABS特性存在不少模糊认识。为此，本文从ABS问题的出现导入，指出了火电厂宽负荷脱硝情景下ABS影响加重的原因，对ABS在SCR反应器和空预器内生成、迁移和沉积的行为开展综述，总结了ABS重要特性，如生成方式、生成温度、露点温度、挥发和沉积特性和分解特性等。基于以上总结，对ABS生成-迁移-挥发-分解-沉积的特性研究提出建议，指出了研究ABS迁移挥发特性对SCR和空预器整体影响的方向和发展趋势。

• MgO吸附剂捕集CO2的研究进展

  徐运飞, 李英杰, 王涛, 雷文涛

  煤大规模燃烧产生的CO2加剧了温室效应，CO2捕集、利用和储存（CCUS）是一种可实现燃煤电站大规模碳减排的关键技术。固体材料吸附CO2技术被认为是具有良好应用前景的碳捕集技术。在众多固体CO2吸附剂中，MgO因具有较高吸附容量、较低成本、较低再生能耗和广泛可用性被认为是理想的CO2吸附材料。本文综述了常规MgO的CO2吸附性能，针对MgO吸附CO2存在的问题，重点介绍了提高MgO吸附CO2性能的方法，主要包括优化结构和添加碱金属熔融盐等可行方法。最后综合分析了MgO吸附剂用于工业CO2捕集的优势及面临的挑战，并对今后的研究方向进行了展望。

• 多孔碳结构调控及其在二氧化碳吸附领域的应用

  王秀, 郝健, 郭庆杰

  CO2大量排放引发的温室效应已成为当今世界面临的重要环境问题。燃煤发电厂是CO2的集中排放源，其排放量约占总排放量的42%，因此，燃煤发电厂烟道气中CO2的高效捕集迫在眉睫。吸附技术操作简便，能耗低，易于实际应用，被认为是最具前景的烟道气CO2捕集技术。近年来，多孔碳吸附剂因原料来源广、理化特性可控性强以及目标吸附质适应性高等优点，成为当前CO2捕集技术的研究热点。本文综述了近年来多孔碳的制备方法，物理活化法、化学活化法、炭气凝胶法和模板法等，以及制备方法对孔径结构、杂元素掺杂缺陷和多孔碳表面性能的调控。并阐述了孔径结构、元素掺杂和表面官能团改性对CO2吸附量、循环稳定性、烟道气中CO2吸附择性的影响，归纳了多孔碳吸附在实际应用中亟需解决的问题和关键技术。

• 煤化工VOCs治理技术应用现状及展望

  李辉, 王登辉, 惠世恩

  煤化工涉及煤的气化、液化、炼焦以及低温干馏等化学工艺，是挥发性有机化合物（VOCs）的重点排放行业。随着我国VOCs减排的深入推进，煤化工VOCs废气的综合治理受到了广泛关注。通过分析煤化工行业VOCs排放源和其排放特征以及主流VOCs治理技术的优缺点，给出具有针对性的VOCs治理技术选择建议。无组织排放VOCs污染防治应从源头控制VOCs泄漏，优化生产技术和改进工艺装备，加强推广气体泄漏与检测（LADR）技术。末端VOCs治理需要综合考虑技术性能、环境性能和经济性能：有回收价值的VOCs废气优先考虑回收技术，回收价值较低或没有回收价值的废气宜采用销毁技术；单一末端治理技术难以有效实现VOCs的减排控制，采用组合技术治理VOCs可以达到更高的净化效率、有效减少二次污染、降低耗能。针对煤制气、煤制焦行业VOCs主要排放源和排放特征的不同，分别给出VOCs治理技术选择建议。通过总结技术研究进展和工业实际应用情况，展望未来研究方向，以期为后续的工业应用选择和深入基础研究提供参考。

• 煤化工VOCs吸附处理技术研究进展及展望

  廖正祝, 田红

  为了避免煤化工有组织和无组织排放的挥发性有机物VOCs (Volatile Organic Compounds)对环境造成巨大危害，煤化工VOCs吸附技术作为一种既能控制VOCs排放，又能回收吸附材料重复利用，同时还能回收有价值的VOCs再利用的技术，被认为是一种经济、有效且具有前景的VOCs去除技术。分析了吸附的物理过程与化学过程及其影响因素以及解吸附的过程与方法，对吸附材料的改性研究及发展进行了分析，分析了吸附装置的结构、吸附特点及优缺点，对吸附技术及其与其它技术的组合工程应用进行了概述。通过总结吸附技术研究进展和工程实际应用情况，展望了吸附技术未来研究方向，以期为吸附技术处理煤化工VOCs的进一步研究和工程实践应用提供帮助。

• 城市生活垃圾焚烧飞灰组成特性及重金属熔融固化处理技术研究进展

  杨凤玲, 李鹏飞, 叶泽甫, 张培华, 吴少华, 程芳琴

  近年来，我国城市生活垃圾清运量以每年5%左右的增速发展，垃圾焚烧处理能力不断提升，而垃圾焚烧过程会产生占焚烧总量3%~5%的垃圾焚烧飞灰。随着垃圾焚烧处理能力的不断提升，垃圾飞灰产量逐年增加，飞灰处置压力越来越大。城市生活垃圾焚烧飞灰作为一种高重金属浸出毒性的危险废弃物，对环境存在较大危害。论述了城市生活垃圾焚烧飞灰的组成特性及重金属的分布和性质，从飞灰熔融过程原理、重金属转化特性、重金属固化影响因素等方面阐述了熔融处理垃圾飞灰技术的研究进展，探究了飞灰组分和熔融条件对熔融过程及重金属固化效果的影响。论述了等离子熔融技术和熔融固化重金属的效果，最后对飞灰复配熔融及冷却过程优化处理给出参考性建议，并指出飞灰熔融处理技术未来发展方向。垃圾焚烧飞灰中重金属主要以其氧化物、氯化物、硫酸盐形式存在，熔融处理可以改变飞灰组分及相态，使飞灰发生多晶转变和熔融相变过程，重金属离子发生同晶置换反应，被固化在硅酸盐的Si—O四面体晶格结构中，很大程度上降低了飞灰的浸出毒性并实现熔渣资源化利用。熔融处理过程中，熔融气氛、时间及飞灰组分对过程特性和重金属的迁移转化影响较大，冷却方式不同会影响玻璃体熔渣的物理性质。根据重金属的熔点和沸点特性，在熔融处理后，烟气和二次飞灰中会携带部分挥发性强、沸点低的重金属。在今后研究中需要对烟气和二次飞灰进行冷却或二次捕集处理，并对烟气成分进行探究。由于熔融处理过程耗能大、投资高、关键设备研发难攻关，我国垃圾焚烧飞灰熔融处理技术仍处于技术研发阶段，尚无稳定化工业运行实例，但已有部分中试研究试验。熔融处理前，应先分析飞灰组成成分，根据飞灰组成进行预处理。通过添加助熔剂、调节飞灰碱度对飞灰进行复配熔融处理，降低熔融处理的能耗，高效稳定处理重金属。在实验室稳定有效试验的基础上，可以对等离子体熔融处理装置进行技术改进和创新，提高等离子火焰稳定性，实现熔渣的高效分离，提升装置耐久性。

• 煤气化灰渣中残炭对灰渣流动性影响的研究进展

  王冀, 孔令学, , 白进, 李怀柱, 郭振兴, 白宗庆, 李文

  煤气化是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的有机质转化为气体燃料或下游原料的过程。液态排渣气化炉气化过程中，煤中有机质转化为合成气，矿物质经过烧结、熔融逐渐转化为固体的灰后进一步转化为液态的熔渣。由于煤中有机质在气化过程中不能达到完全转化，导致气化灰渣中含有未反应的煤焦颗粒，形成气化灰渣中的残炭。残炭的存在不仅降低了煤气化过程的碳转化率，而且对灰渣的流动性有重要的影响。本论文综述了近年来关于液态排渣气化炉灰渣中残炭及对灰渣流动性研究的最新发展动态，首先对灰渣中残炭的形成原因进行了介绍，其次重点介绍了残炭含量和理化性质、煤灰化学组成等对煤灰熔融性和灰渣黏温特性的影响规律及机制,最后介绍了灰渣中矿物质与残炭的碳热反应。

• 含尘含油高温热解煤气除尘技术研究进展

  杨帅强, 都林, 李松庚, 宋文立

  高温热解气除尘问题是影响煤热解技术实现规模化应用的重要问题之一，急需解决。本文分析了热解煤气所携带粉尘的特点，对含尘含油热解气高温除尘技术研究进展进行了分析和讨论，以期对未来热解气除尘技术进行工业应用有所帮助。含尘热解气具有组成复杂，对温度敏感，重质组分容易冷凝，粉尘粒径小，分离难度大的特点。旋风分离器用于热解气除尘，对于10μm上的粗粉尘除尘效率较高，一般用作热解气除尘的预分离器。静电除尘技术、金属微孔过滤除尘技术（金属膜除尘技术）和颗粒床除尘技术对含尘热解气中粒径较小的粉尘除尘效率较高，适合进行精细除尘。现有热解气除尘技术试验结果表明，过滤温度过低，焦油容易冷凝，造成油气收率下降，温度过高，热解气二次反应加剧导致过滤过程积碳严重，影响除尘器运行周期。除尘效率方面，金属微孔除尘技术的过滤效率最高，其次为颗粒床过滤效率，静电除尘过滤效率最低。过滤压降最高为金属微孔过滤技术，静电除尘器压降最低，颗粒床过滤压降介于两者之间。各种除尘技术用于热解气除尘均有自己的独特特点，充分利用各种技术的优点，通过技术组合有望保证除尘工艺技术的高效稳定运行。目前，热解气除尘技术基本都处于中试及示范工程阶段，但中试时间一般较短，缺乏长期的运行数据，热解气除尘技术实现工程应用需要进一步研究。

• 混合菌协同降解煤泥水中聚丙烯酰胺的试验研究

  张东晨, 王方略, 王涛, 戴雯

  为解决煤泥水中残留聚丙烯酰胺降低浮选效果和污染环境等问题，对黄孢原毛平革菌与球红假单胞菌等体积混合降解聚丙烯酰胺时的环境条件和营养物质利用情况进行了研究，同时对降解产物采用红外光谱和粘度法进行研究，并对降解液进行酶活测试分析。研究表明，黄孢原毛平革菌和球红假单胞菌单独添加时对聚丙烯酰胺的降解率分别为30.2%和24.9%，混合菌降解率为34.3%。在最佳条件下，混合菌对聚丙烯酰胺降解率达到37.5%。在不同的条件下降解效果明显不同，添加少量的葡萄糖和酒石酸铵可以促进降解；且温度对聚丙烯酰胺降解影响显著。降解后的聚丙烯酰胺分子结构的侧链酰胺基水解成羧基，作为微生物所需的氮源；在强氧化酶作用下，碳链骨架打断，导致分子量下降，提供微生物所需的碳源；降解液中检测出漆酶（Lac）、锰过氧化物酶（Mn P）和木质素过氧化物酶（Li P），酶活分别为16.48U/m L、12.09U/m L和6.73U/m L。

• 非离子型分散剂对低阶煤制备水煤浆的影响

  刘瑶瑶, 李倩雯, 徐成功, 李琳

  为了改善低阶煤制水煤浆品质差的现状，实现低阶煤的高效清洁利用，采用一种非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚（NPEO-40）作为分散剂制备低阶煤水煤浆。神东煤（SDC）低阶煤水煤浆实验表明，当NPEO-40用量为1.0%时，最大成浆浓度C1000为67.5%；在水煤浆浓度范围为60%～68%时，浆体稳定性随浓度的升高而降低。等温吸附研究表明，NPEO-40在低阶煤表面的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型，且吉布斯自由能ΔG0ads为-29.27 KJ/mol，说明反应自发进行。浸润实验表明，1.0%的NPEO-40用量适于SDC在溶液中的浸润。对吸附前后的煤进行XPS C1s窄程扫描，C-C/C-H官能团含量由80.81%下降到70.12%。含氧官能团C-O，C=O，和O=C-O总含量由19.19 %增加至29.88%，说明吸附后SDC的亲水性增强，利于煤颗粒在水中分散。

• 准东煤水热提质及废液催化气化特性研究

  陈萱, 张小培, 余圣辉, 张成

  本文开展了准东煤水热提质改性及衍生废液催化气化的实验研究，探究了提质后三相产物特性及废液的催化气化特性。结果表明，水热温度升高，煤样的固体回收率降低，废液中总有机碳（TOC）和气体产物显著增大，但至少有97.8%的碳元素分布在固相产物中。废液催化气化产生了富含CH4、H2的可燃气，最高占比达到70%。Ni/C催化剂中Ni元素对废液的气化起到催化作用，催化效率随着水热温度、气化温度的升高而升高，随液时空速的升高而降低。优选的催化气化实验条件：Ni/C催化剂、水热温度为300 ℃、催化气化温度为350 ℃和液时空速为150 h-1。

• 基于Aspen Plus的西部典型煤化学链气化模拟研究

  潘 鑫, 胡修德, 马晶晶, 袁妮妮, 郭庆杰

  利用Aspen Plus软件模拟研究中试规模下，西部典型煤和煤中水分含量对化学链气化过程的影响，并提出了模拟煤中不同水分的方法。结果表明，宁夏羊场湾煤（NX）和陕西神木煤（SX），合成气产率高于2.0 Nm3/kg(coal)，冷煤气效率高于0.9。云南昭通煤（YN）煤合成气产率低于1.0 Nm3/kg(coal)及冷煤气效率最低，合成气产率和冷煤气效率：NX>SX>XJ>NM>YN；因水分会增加水蒸汽带走热量，煤中水分含量越高越不利于气化。当煤中含水量从22.38%（wt）降到0时，合成气产率增大，冷煤气效率增大了34.5%。气化反应器所需热降低了8.89%。研究为工艺设计（增设煤干燥装置）和实际生产中原料选择（碳含量高、水分少、挥发分小）以及中试装置的放大，提供理论指导。

• 基于定性趋势分析的气流床水煤浆气化炉烧嘴运行状态诊断

  李姗姗, 龚岩, 郭庆华, 于广锁

  气流床水煤浆气化技术是一种清洁高效的煤炭能源利用技术，工艺烧嘴是该气化工艺过程的核心设备之一。烧嘴在使用过程中会随操作时间逐渐被磨损和烧蚀，使用运行时间过长的烧嘴存在安全隐患易引发安全事故，而目前对烧嘴运行状态的诊断除烧嘴本身的联锁外仍主要依赖操作人员的工程经验。定性趋势分析是一种基于过程历史的数据驱动方法，在过程监测和故障诊断中得到了广泛的应用。将定性趋势分析应用于气流床水煤浆工业气化装置的数据分析，探究不同烧嘴运行时长的气化装置生产数据之间的差异，提出了一种基于数据波动差异判断烧嘴运行状态的诊断方法。对比两个不同烧嘴运行时长的气化装置生产数据的趋势基元序列及基元分段数据变化率，结果表明，烧嘴运行时间增长在数据上的体现主要在数据的波动频率及波动幅度两个方面，烧嘴运行时间越长，煤浆流量、烧嘴压差、渣口压差及出口合成气CH4含量四组数据的波动幅度越大，波动频率越高。实际应用中可以通过对比烧嘴数据的波动频率与波动幅度来判断烧嘴运行状态，主要监控趋势基元序列及趋势基元分段的数据变化率两类参数，当基元序列频繁出现相反趋势或数据变化率增大为初始参数的几倍时，可以认为烧嘴运行状态已趋于不稳定，需要监控烧嘴运行或更换烧嘴。基于数据波动差异判断烧嘴运行状态的诊断方法能够帮助操作人员及时判断烧嘴运行状态，实现计算机辅助判断与工业大数据的结合，研究对气化炉长周期安全稳定的运行具有重要意义。

• 拟泡-乳曳力模型在大型高温费托流化床反应器中的CFD模拟研究

  王腾, 夏梓洪, 陈彩霞

  以大型高温费托流化床反应器为研究对象，开展计算流体力学模拟。为提高计算效率，提出了基于局部非均匀假设、适用于粗网格的拟泡-乳三相非均匀曳力(PBTD)模型，建立三维流动-传递-反应模型，预测反应器内的流场和组分浓度分布。研究结果表明：在粗网格条件下，非均匀曳力模型可以预测床层内相含率的分布情况，预测的床层膨胀高度与经验公式计算值接近，偏差为1.2%。反应器出口气体组分的质量分数与实验测量值相近，偏差在1.5%-16%之间。模拟结果证实：基于非均匀假设的PBTD模型适用于模拟工业规模的鼓泡流化床反应器，对其设计开发和工业运行具有指导价值。

• 表面积对煤基电容炭电化学性能的影响

  张风梅, 张传祥, 张兆华, 李媛媛, 苏怡帆, 黄光许, 邢宝林, ,

  以河北无烟煤为原料，KOH为活化剂，采用化学活化法制备具有超高比表面积的煤基电容炭，考察电容炭的比表面积对电容器电化学性能的影响。结果表明：随着碱煤比的增加，所制样品的比表面积、总孔容、中孔率增加。当碱煤比达到3.5时，所制多孔炭的比表面积、总孔容、中孔率分别为3389 m2/g、2.041 cm3/g、49.9%。对于无机/有机体系，当电容炭的比表面积小于2400 m2/g时，电容器的比电容随比表面积的增大增幅明显。当电容炭的比表面积大于2400 m2/g时，随着比表面积的继续增大，对无机体系，电极材料的比电容几乎维持不变，比电容最高可达331 F/g；对有机体系，电极材料的比电容虽持续增加，但增幅减缓，比电容最大为192 F/g。由此可知，提高电极材料的比表面积有利于提升超级电容器的电化学性能，但并非比表面积越大越好。以煤为原料制备电容炭，可提升煤的附加值，具有很好的市场前景。

• 配风方式对燃煤锅炉掺烧污泥影响的数值模拟研究

  孟涛, 邢小林, 张杰, 周磊, 张涛, 王长安

  本文采用涡耗散模型，对600 MW的四角切圆煤粉锅炉掺烧市政污泥进行数值模拟研究。对于燃煤耦合污泥发电技术，前人的研究主要聚焦在掺混比等条件的影响，而主燃区过量空气系数等因素的影响规律尚不清晰，因此本文主要研究了主燃区过量空气系数以及二次风配风对燃煤锅炉内污泥掺混燃烧及NOx生成的影响。研究结果表明：随着污泥掺混比增加，炉膛温度和NOx浓度有所降低。随着主燃区过量空气系数增加，出口NOx浓度则大幅度增长。在本文研究的过量空气系数范围内，考虑温度和NOx浓度，推荐主燃区过量空气系数0.84。二次风的配风本文研究推荐采用束腰配风方式。本文的研究结果的可以为电站燃煤锅炉掺混污泥给予相应的参考以及为掺烧污泥优化运行提供指导。

• 高温富氧燃烧过程中煤灰特征元素对煤粉成灰特性的影响

  刘庄, 吴晓峰, 范卫东, 张翔, 刘煜

  沾污结渣是未来富氧燃烧锅炉运行的主要问题之一，由于高浓度CO2的辐射传热和化学性质的差异，富氧锅炉的沾污结渣情况更加严重。近年来学者针对富氧情况下煤灰的沾污结渣情况进行了系统分析，得出了较为详实的结果，但仍缺乏富氧情况下基于煤灰内特征元素和气氛对于煤粉燃烧成灰的相关研究。本文选取煤粉结渣中的关键元素Ca、Na、Fe作为特征元素，选取特征元素的氧化物或氢氧化物作为添加剂，选取灰成分以Al、Si为主的山西无烟煤作为实验煤，定量研究富氧情况下特征元素对于煤粉高温成灰特性的影响，得出了较为系统和关键的结论。实验发现，富氧氛围下特征元素含量较高时，煤粉的反应时长随氧气浓度增大先减少后增加；Fe和Na会显著降低灰熔点特征温度，但Ca对于煤灰的变形温度影响不明显；富氧情况下，高Ca煤中随着氧气浓度升高，出现钙硅铝酸盐和莫来石晶相，随着温度升高，钙长石等硅铝酸盐生成，Na、Fe等元素非晶相化加强；高Fe煤中Fe随着氧气浓度升高从氧化物向硅铝酸铁转变，随着温度升高，顽火辉石与磁铁矿含量升高，钙铁硅氧化物含量先增加后减少；高Na煤得到的低氧煤灰Na主要以霞石成分存在，氧气浓度升高导致逐渐转化形成硅酸钠盐；随着温度升高，Na的形态会从稳定的酸式盐往硅酸钠盐或其它稳定非晶体转变。分析特征元素的赋存形态能够专注于主要金属及其氧化物对于煤灰化学形态的影响，能够有效监控煤粉的熔融特性，对于进一步研究煤灰熔融状态、分析真实富氧燃烧炉膛结渣特性有着重要意义。

• 不同挥发分含量煤种与热解半焦混燃热态试验研究

  陈登科, 闫永宏, 彭政康, 王兴益, 孙刘涛, 孙锐

  半焦是低阶煤经低温热解后的产物，着火和实现稳定燃烧较原煤需更高温度，为拓展其在电厂动力用煤等领域的应用，有必要引入一些易燃高挥发分煤种作为混燃燃料；同时国内外关于混煤燃烧研究多是基于小型试验台和数值模拟，而非中试规模的试验系统。基于此，在350 kW热态试验炉上开展了不同挥发分含量煤种（褐煤、烟煤、次烟煤）与神木热解半焦混燃热态试验研究。通过测量燃烧器下游主燃区不同轴向位置、径向位置处炉膛温度以及O2，CO，CO2，NOx等气体成分浓度，研究掺混煤质变化对混合燃烧（半焦质量掺混比50%）的着火特性以及NOx生成影响。结果表明：混合燃料浓侧煤粉射流的着火优于淡侧，O2消耗及燃烧产物生成也主要集中在浓侧；随着混合煤质Vdaf含量增加，混煤射流着火距离减小，燃点下降，燃烧器出口与稳定燃烧区之间的距离随之缩短；主燃区出口截面处，褐煤+半焦、烟煤+半焦、次烟煤+半焦混合射流中心的NOx浓度分别为473、462、532 mg/m3（6% O2下，下同），对于褐煤+半焦、烟煤+半焦混合射流NOx浓度差值较小，仅为11 mg/m3。综合考虑着火距离、燃烧强度和主燃区NOx排放量，适合较大比例混合热解半焦（半焦掺混比50%）混燃煤质的Vdaf 含量不宜低于16%。

• 330MW亚临界CFB锅炉烟气再循环深度调峰运行性能研究

  张思海, 张双铭, 张俊杰, 苗苗, 王家兴, 张缦, 杨海瑞

  为了消纳新能源上网，循环流化床（CFB）锅炉机组利用自有调峰能力强的特点，可以积极参与深度调峰灵活性运行。但超低负荷运行时，受密相区流化安全的约束，一次风总量无法持续下降，从而破坏了固有的一二次风分级还原特性，导致更多的氮氧化物生成。同时，炉膛出口温度远低于选择性非催化还原（SNCR）温度窗口，导致设置在分离器内的脱硝系统效率下降。烟气再循环技术是一种适合CFB锅炉低负荷运行的NOx控制技术，本文介绍了330MW亚临界CFB锅炉机组烟气再循环改造前后的运行性能对比，结果证明，在超低负荷条件下，采用烟气再循环技术能在维持密相区流化安全的同时，显著降低一次风量，强化密相区还原氛围，同时降低密相区温度，延迟炉膛内燃烧，显著提高炉膛出口烟温，进而有效避免了分离器内SNCR脱硝效率的降低。并针对烟气再循环系统内的腐蚀提出了合理的运行控制策略。

• 颗粒形状对全散射法测量颗粒物质量浓度的影响

  夏继胜, 邹 军, 吴凯, 谈紫星, 黄静, 黄国辉, 黄玮珍, 韩金克, 刘小伟

  燃煤电厂排放颗粒物作为大气颗粒物主要来源之一受到广泛关注，实现颗粒物质量浓度的精确在线监测意义重大。激光全散射法作为一种常用的颗粒物质量浓度在线监测方法，受颗粒特性影响较大，易造成较大的测量偏差。为探究颗粒形状对全散射法测量的影响，搭建了全散射法测试台架，并采用球形二氧化硅颗粒对测试系统进行标定，标定结果显示，球形二氧化硅颗粒质量浓度与消光程度高度线性相关，相关系数R2大于0.99，测量浓度与真实浓度偏差仅为1.8%。进一步采用633 nm与532 nm波长激光分别对3种非球形（棱形、不规则和片状）二氧化硅颗粒进行测试试验。测试结果显示，3种形状颗粒物的质量浓度与消光程度均高度相关，R2均高于0.99；3种形状颗粒物质量浓度的测量值与真实值偏差与颗粒形状及激光波长相关，对比发现，入射波长为633 nm时，不规则、棱形和片状颗粒的质量浓度测量值与真实值的测量偏差分别为16.1%、27.4%和36.6%；入射波长为532 nm时，3种颗粒质量浓度的测量偏差分别为4.8%、11.4%和17.4%；颗粒形状一致条件下，532 nm入射波长时的测量偏差明显较小，通过波长的选择可降低颗粒形状变化造成的测量偏差。

• 用于混煤燃烧控制砷排放模型研究

  曹娜, 余圣辉, 许豪, 张成

  混煤掺烧是控制燃煤砷排放的有效方式，但由于缺乏相关的配煤模型，限制了该技术的应用。本文根据燃煤过程中砷的挥发释放机制，提出一种用砷的释放指数P来表征煤燃烧过程砷的释放特性的配煤模型。该模型综合考虑煤的灰分含量、灰中各主量矿物元素含量、各矿物元素对砷的固定系数以及煤中砷含量等因素。结果表明，随着煤灰固定系数由23.12增加到50.90，煤灰的气相砷吸附量由3.39 mg/g增加到6.14 mg/g；随着释放指数P增大，砷的固定率减小，且随着温度升高，两者相关性由900 ℃的0.67增加到1300 ℃的0.86。根据P值筛选煤种进行掺烧，当掺混煤种P值差异较大时，掺烧低P值煤种，不仅能降低混煤中的砷含量，还能促进高P值煤的砷在灰中富集，促进率达77.14%；但当掺混煤种P值差异较小时，掺烧低P值煤种反而促进砷的释放。本模型能较好的筛选煤种，为混煤掺烧控制砷等痕量元素的排放提供了新的思路。

• ACF电吸附过程动力学特性和脱盐影响因素试验研究

  马岚, 黄陆月, 许勇毅, 王峰, 刘畅, 马双忱

  本文研究了电压、溶液浓度、pH和温度对ACF电吸附容量的影响。动力学研究表明：电压是离子吸附速率的主要因素；电压小于0.8V时，适用于准二级动力学方程，电压大于0.8V后适用一级动力学模型，电压越大离子吸附速率越快。等温吸附模型研究表明：增大电压和初始浓度可以提高电吸附容量，吸附过程适用Langmuir吸附等温模型来描述。弱酸性条件更有利于电吸附除盐性能的提高；温度升高对离子吸附有抑制作用，室温为最佳实验温度。