洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2021年第05期

• 黑山露天矿薄煤层煤炭干法分选

  陈建强, 李功民, 夏云凯, 张博, 陈增强, 闫光辉, 盛成, 赵跃民, 段晨龙

  基于黑山露天煤矿气候环境采用干法分选工艺对该地区煤炭进行提质。为明晰原煤可选性，对黑山露天矿薄煤层进行了煤质资料分析，确定了煤种及原煤质量，分析了原煤浮沉特征。同时对80～0 mm原煤进行了分选试验，通过床层颗粒能量分布确定了分选过程中床层密度分布规律，采用响应面交互试验分析了各因素对灰分离析度的影响，确定了最佳分选条件，并用分选试验验证了该分选技术的可行性。结果表明，黑山露天矿薄煤层原煤属中等可选，随频率、振幅和气速的增加（均会引起能量增加），密度分布差异和灰分离析度呈先增加后减小的趋势，合适的床层能量输入有利于颗粒按密度离析分层。响应面分析表明灰分离析度对各因素变化敏感性较高，在频率32 Hz，振幅2.8 mm，气速0.6 m/s时，灰分离析度最大为0.98。在最佳分选条件下，80～0 mm原煤分选密度为1.97 g/cm3，可能偏差E为0.22 g/cm3，精煤产率为74.92%，精煤灰分为21.77%；对13～0 mm精煤再选后，灰分较主选精煤降低6.79%，80～0 mm精煤综合产率为66.99%，灰分为17.91%，干法分选工艺可有效提高黑山矿薄煤层的产品煤质量。

• 干法重介质流化床多元加重质流化特性与低质煤高效分选

  姜永宁, 齐健, 巴玉龙, 王庆飞, 张真兴, 郭君伟, 张博

  煤炭气固流态化干法分选是干旱缺水及高寒地区细粒煤分选提质、矿物加工以及固废资源化的重要途径，工业应用潜力大。目前，用于分选的流化床已有较多研究，其基础理论研究也较为深入，研究领域包括流化床的形成、流化床空气动力学以及流化床流动模型与模拟等，但干法重介质流化床的低密度分选技术和密度调节范围仍待完善。加重质的合理选择对干法重介质流化床选煤具有重要意义,其与流化床干法选煤系统的净化回收流程、分选机的操作参数及分选效果密切相关。采用干法重介质流化床对二元加重质单一组分、窄粒级、宽粒级以及三元加重质在流化床中的流化特性进行研究，对比分析磁铁矿粉、硼铁矿粉流化特性、膨胀率与粒度的关系。试验结果表明，磁铁矿粉和硼铁矿粉均能达到良好的流化状态。随加重质粒度的减小，起始流化气速显著降低，膨胀性能逐渐增强。与150～125 μm硼铁矿粉和74～45 μm磁铁矿粉混合相比，125～74 μm硼铁矿粉与74～45 μm磁铁矿粉混合后的床层压降波动较大。300～74 μm粒级硼铁矿粉与74～45 μm粒级磁铁矿粉在9种不同质量配比下，床层压降均无明显波动。随加重质粒度的减小，膨胀性能逐渐增强；窄粒级二元加重质混合均匀程度随硼铁矿粉含量的增加而提高；宽粒级二元加重质混合时，稳定流化后的流化曲线随细粒级的增多而波动加剧，难以形成稳定的分选环境；随着煤粉含量增加，三元加重质的流化效果逐渐变差。为保证流化床床层密度较好的均匀稳定性，三元加重质中煤粉含量不宜超过15%。

• 干法重介质流化床煤炭颗粒受力特性与分选研究

  戴林, 房淑海, 李思维, 吕冠男, 柴学森, 段晨龙, 周恩会

  近年来，干法重介质流化床干法分选技术的快速发展为世界干旱缺水地区的煤炭洁净分选提质提供了一条有效途径。在干法重介质流化床中，上升气流驱动加重质颗粒流化形成具有似流体性质的气固两相流床层，营造适合煤炭分选的均匀稳定的流态化环境。入选煤炭颗粒在床层中迁移、浮沉，受到自身重力、气流曳力、介质阻力、床层浮力等多种力的综合作用按密度分选。煤炭颗粒物性特征、床层密度分布、流化床操作参数等是影响煤炭颗粒受力特征、沉降特性及分选效果的关键因素。为此，着重研究了加重质颗粒在流化过程中的迁移过程和床层密度空间分布规律，定量评估了床层密度均匀稳定性；研究了颗粒粒度、密度、浸没深度与流化气速对入选煤炭颗粒受力特性的影响规律，采用响应面分析方法对比了不同影响因素的扰动规律与影响程度，建立了表征各影响因素与煤炭颗粒综合受力关系的关联式；确定了入选煤炭颗粒各密度组分的迁移路径与稳定分布区域。研究结果表明：以磁铁矿粉（0.3~0.074mm，2.36 g/cm3）与玻璃微粉（组成的0.3~0.074mm，1.14 g/cm3）组成二元加重质作为流化介质颗粒可以形成密度均匀的气固流化床层，二元加重质颗粒混合均匀稳定，床层密度波动控制在±0.01g/cm3以内；各主要影响因素对入选颗粒受力影响显著性程度依次为粒径、浸没深度与流化气速；入选煤炭颗粒给入床层后，各密度组分快速松散、沉降、分层，分选时间≤8s，高于床层密度的煤炭颗粒快速下沉，沉降于40mm床高以下区域；低于床层密度的煤炭颗粒沿床层表面附近区域松散、横向迁移，分布在160mm以上床高区域；中间密度颗粒松散、沉降并行，整体分布于45mm床高以上的床层区域。

• 基于机器学习的气固流化床最小流化速度预测

  包国强, 顾维根, 穆维国, 周南, 崔森, 李志强, 李妍娇, 周恩会, 赵跃民, 董良

  气固流化床以其高效、可灵活操作等优点广泛应用于煤化工、煤燃烧和煤炭分选等领域。最小流化速度作为气固流化床最主要的操作参数之一，与流化床的操作设计紧密相关。现有的最小流化速度预测模型大多为经验或半经验公式，其准确性和便捷性还存在较大问题。为准确预测气固流化床最小流化速度，基于机器学习建立气固流化床最小流化速度预测模型，并探索模型的内部信息。从颗粒性质与设备条件等方面综合考虑，研究气固流化床的最小流化速度，以系统评估对最小流化速度的综合影响。采用随机森林模型验证了其预测最小流化速度的可行性，并考察了设备参数、颗粒密度和颗粒粒度3个影响因素在预测最小流化速度时的相对重要性。结果表明，最小流化速度与颗粒粒径、颗粒密度和床体直径均呈正相关，皮尔逊相关系数分别为0.79、0.31、0.14，颗粒粒径与最小流化速度相关性最强。随机森林能够根据颗粒性质(密度、粒度)与床体直径准确预测最小流化速度，模型的决定系数达到0.875。特征相关性分析揭示了各特征因素对目标变量的影响方式，颗粒粒度与最小流化速度相关性最强，为预测气固流化床最小流化速度提供借鉴。

• 煤炭干法分选的发展与挑战

  李思维, 常博, 刘昆轮, 周晨阳, 董良, 段晨龙, 赵跃民

  煤炭作为一种不可再生的国家型战略资源，依然是全球最重要的基础能源之一。低品质煤潜在储量可观，已成为实现我国能源保障不可或缺的能源资源。选煤是实现煤炭高效、洁净利用的源头技术，传统的湿法选煤技术严重依赖水资源，干法选煤技术因其不用水、成本低、无污染等特点，为煤炭资源的清洁高效分选提质和煤炭工业转型发展提供了有效方法。详细分析了风力分选、复合式干法分选、光电分选、重介干法分选技术的工作原理、研究现状和工业应用进展，并对国内外煤炭干法分选技术的进展进行梳理。在理解分选技术进展的基础上，指出了现有干法分选技术入料粒级窄、水分要求高、智能化程度不高等局限性，对煤炭干法分选技术发展的趋势进行展望，指出了下一步研究重点，包括突破细粒煤分选的理论瓶颈，实现全粒级煤炭的干法分选、开发高效的煤炭分选与干燥协同技术，破解原煤水分限制的难题、加快干法精选技术攻关，降低炼焦煤等高品质煤的加工成本、开展分选机放大的理论研究，实现分选设备的持续大型化及煤系共伴生矿物、煤系固废资源化利用等，为干法选煤技术的研究提供借鉴。

• 入炉煤质在线软测量技术研究与应用进展

  成艳亭, 宋立信, 池锋, 马超, 景强, 王洋

  当前主流在线煤质检测装置需要进行核射线及其他能束的探测，设备构造复杂，使用和维护成本较高，在我国火电领域普遍未能实现入炉煤质的在线检测。由于煤质波动导致的发电过程控制效率欠佳普遍存在，近十几年来入炉煤质的在线软测量技术开始受到关注和应用。煤质软测量技术以电厂DCS系统联入的分布式测点为依托，从机理分析和数据学习出发驱动煤质的在线辨识，而无需复杂设备的投入，迎合火电生产控制的需求。然而由于燃煤品质参数较多，不同品质参数的软测量技术方法不同，入炉煤质软测量缺乏系统的技术体系论证。论述了入炉煤质参数的软测量技术分类和原理，对煤质在线软测量进行误差分析，最后对未来两类入炉煤质软测量技术的发展应用提出建议。按照技术特点将入炉煤质软测量技术分成基于机理分析的软测量和基于机器学习的软测量两大类。煤质在线软测量技术更易在火电生产中推广应用，针对实际入炉煤质进行实时跟踪，可实现火电生产过程的有效调控。燃煤全品质是多参数体系，基于机理分析的煤质软测量技术，可对制粉、燃烧、传热、做功过程进行分析，建立燃煤品质参数与现场分布式测点间的机理模型，形成不同技术路线;该体系理论依据明确，但分析过程影响因素复杂难以进行精准建模，尤其对于变负荷工况下的入炉煤质辨识难度较大。基于机器学习的煤质软测量技术克服了机理分析过程的困难，其有效应用对于样本的采集处理、智能建模过程有较高要求。

• 水煤浆分散剂研究进展

  李果, 乔军强, 芦海云

  水煤浆气化和燃烧技术是洁净煤技术的重要组成部分，提高水煤浆质量对实现煤炭资源的清洁高效利用具有重大的环境和经济价值，其中水煤浆分散剂是影响制备水煤浆质量的主要因素之一，开发新型高效的水煤浆分散剂一直是研究的热点。以腐植酸磺酸盐和木质素磺酸盐为代表的常规分散剂具有明显的制浆成本优势，但水煤浆浆体的稳定性较差且表观黏度较高，不适合长时间存储或长距离运输；以萘型和聚羧酸型为代表的分散剂在上述两方面显著优于前2种，但吨浆成本较高，虽然通过几种分散剂的复配可以在一定程度上弥补上述不足，但利用化学改性提高分散剂性能的研究从未间断，如增加羧基、羟基、磺酸基等亲水性官能团或聚合接枝不同结构类型的侧链结构的方式以增强分散剂性能。通过分析上述研究成果，发现虽然一段时间内水煤浆分散剂仍以复配型的木质素型和萘型分散剂为主，但利用低成本的改性剂对聚羧酸型和非离子型分散剂进行改性是未来的研发重点，有望实现高性能低成本分散剂的突破，此外，利用改性天然产物或废弃物获得水煤浆分散剂也是重要的研究方向，具有一定的环保和循环经济意义。

• 煤直接液化残渣性能及应用研究进展

  张雅婕, 薛永兵, 刘振民

  煤直接液化过程中经减压蒸馏产生了约30%左右的煤液化残渣，煤直接液化残渣主要由未分离的重油、未转化的煤、催化剂等有机质与无机质构成，开发煤直接液化残渣的高效清洁利用方式，有利于实现煤炭资源的合理化应用，有利于提高煤液化工艺的完整性、降低液化成本。论述了煤直接液化残渣的组成与结构，介绍了煤直接液化残渣中有机沥青烯、前沥青烯、有机大分子残渣、无机灰渣、催化剂的化学组成，通过不同的萃取方式，可以实现煤液化残渣的高效萃取及应用。系统介绍了煤直接液化残渣在气化制氢、气化制浆、共气化工艺及气体排放等方面研究，煤直接液化残渣的热解可以制备煤焦油，共热解方式改变了煤焦油的结构，提高了煤焦油的产率。煤直接液化残渣作为碳素制品可以为其提供碳源，同时煤直接液化残渣中的无机催化剂促进了新型炭材料的形成。煤直接液化残渣的结构与天然湖沥青结构相似，是潜在的沥青改性剂，利用族组成分析法评价了改性沥青的改性效果，其能够实现对石油沥青的改性；通过相容性评价，进一步优化了煤直接液化残渣的改性性能。对煤直接液化残渣的应用做了进一步展望，煤直接液化残渣在性质与应用方面的研究相当一部分还处于试验研究阶段，煤直接液化残渣的萃取与应用存在许多问题。

• 2-甲基萘的合成应用研究现状及展望

  胡发亭, 李军芳, 毛学锋, 常秋连, 吴艳, 马博文, 刘敏

  2-甲基萘是煤衍生油、石油焦油、重质芳烃中含量较高、用途广泛、价值较大的重要化工原料。为了延伸2-甲基萘的加工产业链，提高其资源利用率，论述了2-甲基萘的各种合成化合物的特点、性质及用途，以及合成这些化合物的技术特点、研究现状及最新进展。重点介绍了2-甲基萘合成制2-甲基萘醌和萘基高聚物前驱体2种关键技术，并对主要合成方法进行对比分析。2-甲基萘氧化合成制2-甲基萘醌可以分为气体氧化法、过氧化物氧化法和其他氧化物氧化法。气体氧化法以空气为原料，廉价易得，适用于连续操作的大规模工业化生产，不过反应条件苛刻，原料转化率和产物收率有待提高。过氧化物氧化法绿色环保、反应条件温和，但过氧化物成本高、性质不稳定，限制了其在工业生产中的应用。其他氧化物氧化法主要以氧化性盐类为氧化剂，氧化性强，原料转化率和产物收率高，但要防止过度氧化，同时氧化过程中产生的重金属废水、废料需要彻底处理，会增加企业环保成本。2,6-二甲基萘和2-甲基-6-酰基萘是重要的萘基高聚物前驱体，2-甲基萘可以通过歧化、甲醇烷基化和转移甲基化反应合成2,6-二甲基萘。甲醇烷基化法合成2,6-二甲基萘具有原料价格便宜、技术相对成熟、工艺过程简单等优势，是具有较大应用前景的2,6-二甲基萘合成工艺路线。2-甲基萘酰化合成制2-甲基-6-酰基萘具有副产物少、转化率高、收率高等优点，是目前合成萘基高聚物前驱体领域的研究热点。

• 烧结烟气中NOx治理技术及发展趋势

  周海成, 高志芳, 龙红明, 徐辉, 王光应, 高丽

  烧结烟气是钢铁工业污染物的最大排放源，现阶段冶金脱硫除尘工艺逐渐成熟，但NOx的脱除仍处于起步阶段，部分企业存在NOx排放超标现象，随着环保指标进一步提高，优化NOx治理工艺，降低冶金烟气中NOx排放成为钢铁行业污染治理的重中之重，应当给予更多重视。介绍了烧结过程中N的作用机理，其中挥发性氮参与氧化还原反应，高温低氧条件促进还原反应生成N2，抑制NOx生成，同时高温促进焦炭氮吸附及异相还原反应；总结烧结烟气特点，其成分较为复杂、污染物含量高、含水量和含氧量大、烟气温度较低导致对SCR催化剂温度窗口要求较低，这些特点进一步制约烧结烟气治理的发展；对比分析了当前几种典型脱硝工艺及烧结烟气脱硝技术存在的问题，SCR脱硝法为当前主流脱硝工艺，催化剂的催化活性组分和性能是该技术的核心和关键，也是近年来的研究热点，指出稀土改性含铁尘泥γ-Fe2O3新型铁基低温催化剂是确实可行的脱硝催化剂研究方向，具有抗碱金属中毒、低温催化活性好、经济可靠等特点，并可进一步扩大冶金资源利用范围；展望了脱硝发展方向和新工艺，等离子脱硝和微生物脱硝研究起步相对较晚，但由于其受烟气温度影响较小可达到较好脱硝效果，具备优异发展前景，但存在若干问题未实现工程应用；改善工艺如引进烟气再循环、空气分级燃烧、低氧燃烧等燃烧中控制技术，通过优化烧结混合料结构如强化制粒效果、厚料层高碱度烧结等可协调烧结后烟气脱硝工艺，降低烟气NOx排放浓度；分级治理烧结烟气存在投资运行费用高、占地面积大等缺点，开发可靠经济高效的脱硫脱硝一体化工艺具有重要意义，脱硫工艺耦合SCR脱硝是烧结烟气污染物治理发展的重要方向；通过参考脱硫脱硝新技术和新思路，提出烟气再循环+CO催化氧化+SCR脱硝+CFB/SDA脱硫的工艺流程，可为钢铁厂脱硝技术研究及发展提供参考。

• 水蒸气在NOx控制技术中机理研究及应用进展

  王菁, 张瑞娉, 杨凤玲, 王东生, 吴少华, 程芳琴

  电厂实际运行中发现，水蒸气能够降低选择性非催化还原反应(SNCR)烟气脱硝过程中脱硝剂的用量，对脱硝和燃烧产生一定的促进作用。围绕水蒸气在不同脱硝技术中的作用效果和反应机理，对相关文献进行总结。研究发现，水蒸气对SNCR脱硝、再燃脱硝以及先进再燃脱硝技术均有促进强化作用。水蒸气的加入能促进SNCR脱硝反应中OH自由基的产生，可与NH3还原剂反应生成NH2基团，从而提高脱硝效率。水蒸气对再燃脱硝的促进作用，主要通过提高挥发分中HCN、NH3等析出促进NO还原。添加水蒸气可以使先进再燃技术的脱硝效率提高到80%以上，水蒸气对生物质先进再燃脱硝与对再燃脱硝的作用机理类似，而对煤粉先进再燃作用机理不详。综上，水蒸气对先进再燃脱硝的作用机理应包括对SNCR脱硝与再燃脱硝2部分的共同促进作用及2者之间的相互作用，但目前研究较少关注水蒸气对再燃燃料的影响。应进一步研究水蒸气对先进再燃脱硝的作用机理和操作条件，为水蒸气在脱硝技术中的应用提供有力理论支撑。

• 超低排放燃煤电厂污染控制设备协同脱汞研究进展

  曹晓满, 刘亚文, 张军梅, 蒋鹭翔, 郭娜, 王祖武

  目前燃煤电厂烟气汞的治理主要依靠常规污染物净化装置协同脱除。为了解我国超低排放电厂污染物净化设施的协同脱汞能力，对电厂汞排放现场测试数据进行统计分析。研究发现相同类型的污染物净化设施对汞的脱除能力有很大差别，选择性催化还原法（SCR）的汞氧化效率在13.2%～91.1%，平均氧化效率为52.7%；不同类型除尘器对汞的去除效果差异很大，其中低低温电除尘器（LLT-ESP）>电袋除尘器（ESP+FF）>普通电除尘器（ESP）。湿式石灰石-石膏法（WFGD）脱硫系统脱汞平均脱汞效率为54.3%，大部分WFGD的脱汞效率主要由Hg2+的去除贡献得到。不同超低排放改造技术路线中以低低温电除尘器为核心的技术路线的平均脱汞效率最高，为91.3%。超低排放改造后机组的平均脱汞效率为80.1%，相比改造前提高约10%。

• 难沉降煤泥水全流程处理技术研究进展

  杨彦斌, 屈进州, 朱子祺, 周安宁

  针对湿法选煤工艺中难沉降煤泥水净化处理过程存在的煤泥沉降困难、处理效率低、成本高等难题，从煤泥水源头控制、煤泥水处理方法及煤泥水终端处理装备等方面着手，结合神东矿区难沉降煤泥水处理的生产实际，讨论了煤泥减量化技术和药剂制度优化、水质调节、电磁场强化、微波处理、微生物处理、高效浓缩压滤等新技术的研究与应用现状，分析了难沉降煤泥水全流程处理技术在工业化应用过程中存在的问题，并对该技术的发展趋势进行了展望。煤泥减量化技术是难沉降煤泥水处理的源头，通过采用驰张筛等对物料进行高效干法脱粉，可减少进入煤泥水系统的煤泥量；对于已建成且工艺比较成熟的选煤厂，常采用优化工艺流程、减小筛板筛篮筛缝、调整操作工艺参数等措施减少次生煤泥产率；在满足生产要求的条件下，采用无压给料重介旋流器、减小矸石脱介筛筛缝、单独处理矸石稀介质、单独沉降并处理高频筛筛下水等措施减少矸石细泥的混入；加强生产组织和水量管理，有助于控制煤泥水系统的水量，防止粗颗粒物料的混入。难沉降煤泥水处理技术是煤泥水处理的核心，可向煤泥水中加入无机钙盐等高价金属阳离子，以调节煤泥水水质，促使煤泥颗粒凝聚；采用电磁振动高频筛等对浓缩池入料进行深度分级，有效降低煤泥产率；通过改进浓缩、压滤工艺流程及设备，采用电场、磁场、微波场处理和微生物絮凝药剂来协调强化对煤泥水的絮凝沉降效果，降低化学药剂对环境的副作用。煤泥水终端处理装备是难沉降煤泥水处理的落脚点和抓手，目前主要朝着大型化、国产化、高效化、智能化等方向发展。

• 煤层气脱氧技术研究进展

  张进华, 刘书贤, 秦强, 何立新

  煤层气是一种非常规天然气资源，近年来我国井下抽采煤层气利用率不足40%，主要是由于低浓度煤层气得不到有效利用，低浓度煤层气富集利用是有效的解决途径，但是氧含量过高是限制煤层气利用的重要瓶颈。针对煤层气在利用过程中因为氧气存在带来的安全隐患和利用难题，介绍了我国煤层气资源概况，综述了近年来燃烧法、变压吸附、深冷分离等煤层气脱氧技术的研究进展，介绍了脱氧技术原理和相应催化剂、吸附剂等脱氧材料的进展情况。结果表明，催化燃烧法技术较为成熟，廉价、高反应活性催化剂的开发是提升脱氧效果的关键，用于低浓度煤层气脱氧需考虑CH4消耗带来的经济性下降；碳材料燃烧法的关键在于温度的控制，减少工艺飞温造成的CH4裂解；变压吸附法的核心在于高CH4/O2选择性吸附剂，选择性的高低直接决定了分离的可行性和经济性；对于深冷分离，需要低温条件并且能耗较大，适合大规模气源的处理；变压吸附和深冷分离均有一定的工业示范基础，但处理低浓度煤层气均存在穿越爆炸极限的风险，工艺的安全评估以及抑爆措施是进一步完善的重点；化学链燃烧法、非金属还原和膜分离目前均处于实验室初期探索阶段，有待进一步深入研究。最后指出除了各项技术不断完善以外，未来将根据气源浓度和脱氧后气体利用工艺需要来选择煤层气脱氧技术，根据各项技术的优缺点进行技术的耦合。

• LIBS直接测量输送带上原煤煤质可行性研究

  何勇超, 喻子彧, 师利宝, 覃淮青, 周亚宁, 张礼峰, 莫爵徽, 赵航, 姚顺春

  入炉煤质特性在线检测对电厂锅炉优化运行、推动智能电站发展具有重要意义。近年来激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术因其强大的在线分析能力，广泛应用于煤质特性检测领域。依据电厂输煤系统的运行情况提出了一种在输送带上LIBS直接测量原煤煤质的在线检测方案，以满足入炉煤质在线检测的基本需求。为验证检测方案的可行性，搭建了入炉煤输送带模拟平台和LIBS测量系统，34个实际原煤样品作为测量对象放置在输送带上开展LIBS连续测量并获取光谱数据。根据直接测量原煤获取的光谱特征，确定CN388.176 nm作为光谱筛选和内标方法所用的特征峰。采用有效光谱筛选、光谱平均和合理内标选取的光谱预处理方法，减小无效光谱和光谱信号波动的不利影响。结合偏最小二乘（Partial Least Square，PLS）方法建立了相应的煤质定量分析模型，实现了灰分、挥发分和发热量的良好测量。灰分、挥发分和发热量模型的回归系数R2分别为0.98、0.97和0.97，预测集均方根误差分别为1.33%、1.03%和1.11 MJ/kg，平均绝对误差分别为1.24%、0.97%和0.88 MJ/kg。研究结果验证了LIBS在输送带上直接测量原煤煤质的可行性，为电厂提供了可行的煤质特性在线分析方案。

• 超超临界燃煤机组蒸汽管回转-煤泥干燥技术

  王林伟, 刘先航, 刘云杰, 梅玉柱, 孔国强

  为探索煤泥等劣质煤在大型燃煤机组的综合利用技术，深入了解超超临界燃煤机组中，蒸汽管回转干燥机-煤泥干燥系统的煤泥干燥特性及应用效果，进行了实验室静态试验和工业化试验。在温度150～200 ℃的静态条件下对50～150 mm大粒径煤泥团进行恒温干燥，分析了煤泥团粒度与干燥时间的关系，并利用全国首个超超临界燃煤机组中新建的蒸汽管回转干燥机-煤泥干燥系统（进料量25 t/h）进行工业化试验，探究了系统主要参数对煤泥干燥效果的影响，分析了系统热效率及能耗等重要指标。结果表明，在实验室静态试验条件下，粒径150 mm的煤泥团含水率从24%降至15%所需干燥时间超过50 min；煤泥团干燥过程经历预热快速干燥阶段（＜10 min）和稳定干燥阶段2个阶段，且随干燥温度升高，预热快速干燥阶段时长缩短。在工业化试验中，由于干燥机内煤泥存在解聚现象，相似条件下煤泥干燥时间较实验室结果略有缩短；随进料量增加，煤泥产品含水率将增大，当超过17%时，系统易堵料；汽源压力为0.35～0.80 MPa时，为利于煤泥干燥可适当降低进汽温度使其不超过195 ℃。另外，在试验运行条件下系统热效率可达到58.6%，平均处理1 t煤泥消耗0.112 t蒸汽及3.94 kWh电量。

• 水煤浆热解特性及影响因素

  冯帆, 于娟, 张曜, 李博扬, 林晨, 张忠孝

  水煤浆热解产物的分布、组成和产率对水煤浆的高效燃烧具有重要影响，同时水煤浆热解产生的H2、CH4、CO等气体有助于改善脱硝温度窗口，提高脱硝效率。采用高频加热炉对神木煤制成的水煤浆进行热解，测定并分析了热解气的产率和组成成分，探究了热解温度和加热速率对水煤浆热解特性的影响。结果表明，随着温度的升高，水煤浆的除水失重率持续增加，从700～1 200 ℃增加了约10%，挥发分和热解气体的产率继续增加，从0.50 L/g增加到0.73 L/g，说明水煤浆的热解程度逐渐增加。热解气体的组成主要是H2、CO、CH4和CO2。随着温度的升高，总热解气体中H2、CH4、CO2和CO总体积分数在700～900 ℃降低，在900～1 100 ℃保持稳定，1 100 ℃以上继续下降，从最初700 ℃ 时的90%下降到1 200 ℃时的78%，其中H2、CO2和CH4体积分数呈阶梯式下降，而CO体积分数几乎不变，H2体积分数下降最明显，约6.1%，而CH4则下降了约4%，CO2下降了2.6%左右。随着温度的升高，H2、CO2和CH4产率先增加后减小，峰值出现在1 100 ℃左右，而CO产率则持续增加。升温速率也影响挥发物的产率，升温速率667 ℃/min的除水失重率比400 ℃/min高6%，但总体影响不大。研究结果为掌握水煤浆初级热解产物的形成特征提供了参考。

• 基于水蒸气气化的天然气动力多联产系统热力性能分析

  王丹, 何松, 李胜, 高林

  我国能源结构呈现“富煤缺油少气”的特点，以煤气化技术为核心的天然气动力多联产系统在我国有广泛的应用前景。然而目前基于传统气化技术构建的煤基多联产系统在能源利用效率进一步提升方面存在限制。以水蒸气气化工艺为核心，集成了带有热化学回热单元的、高效的串并联综合型天然气动力多联产系统，并在Aspen Plus中搭建了系统模型，基于热效率、相对节能率(火用)效率等指标分析了该系统的能量利用特性。结果表明，与基于传统气化的天然气动力多联产系统相比，新系统的热效率和(火用)效率分别提升了5.5%、5.8%。同时，对于不同的分流比存在最佳的化工岛未反应气循环倍率使系统热力性能最优，分流比为0.5、0.7、0.9、1.0时，对应的最佳循环倍率分别是4.8、4.4、4.3、4.0；串联型多联产较串并联综合型多联产系统能更合理地利用能量，串联型多联产系统在最佳循环倍率时的热效率、相对节能率和(火用)效率分别达到68.06%、20.24%、69.43%；(火用)分析表明，该系统(火用)损失最大的部分主要分布在气化单元和联合循环单元，两项损失分别为17.0%、6.3%，占比分别达到总(火用)损失的49.4%、18.3%。基于热化学回热型水蒸气气化技术的多联产系统，具有较高的能量利用效率和碳减排效果，可以为煤的高效低碳利用提供一种有效的节能方式。

• 化学改性对半焦吸附性能影响

  李军

  半焦具有固定碳含量高、反应性好、孔隙发达等特点，是一种良好的吸附剂，其表面含有大量含氧官能团，易被修饰，通常用作吸附剂或催化剂，经过改性的半焦可以产生更多的孔隙，具有更好的吸附能力。为了研究化学改性对半焦吸附性能的影响，以神木气体热载体立式热解炉生产的半焦为原料，采用酸、碱等不同改性处理方式对其进行改性。通过FTIR、SEM、氮气吸附等方法研究了酸、碱对半焦的孔结构、形貌、比表面积以及脱灰率和吸附性能的影响。结果表明：半焦经过处理后灰分降低，酸碱联合处理脱灰率高达89.5%。酸改性后的半焦其羧酸、酚类等表面酸性含氧基团的数目增加，比表面积、孔容、孔径以及对亚甲基蓝和碘值的吸附量均有所降低。而碱改性后的半焦比表面积、孔容、孔径以及对亚甲基蓝和碘值的吸附量均增加，表面微孔数量增多，微孔比表面积和微孔孔容分别为0.009 7 m2/g、35.519 4 cm3/g，对亚甲基蓝和碘值的吸附量为1.05、714.11 mg/g，表现出良好的吸附性能。不同改性处理条件下，半焦吸附性能的高低分别为：碱处理半焦>原半焦>酸碱联合处理半焦>酸处理半焦。

• 50 MW循环流化床煤炭分级转化多联产技术开发

  李超, 李广民, 夏芝香, 澹台姝娴, 方梦祥, 骆仲泱

  为了进一步推进煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用，实现煤炭清洁高效资源化利用，通过试验研究和理论分析相结合的方法，利用1 MW流化床热解分级转化工业示范装置对煤炭热解分级转化产物的释放及其组分分布特性进行研究，分析了温度、煤种特性对挥发产物煤气产率、焦油产率、煤气组分、煤气热值等的影响，并对煤炭热解-燃烧双流化床协同耦合运行调控特性进行研究，最后以获得的1 MW流化床热解分级转化过程的相关产物转化特性参数及运行特性参数为基础，进行了50 MW循环流化床煤热解燃烧多联产工艺装置设计开发。结果表明，该装置煤气主要成分CH4与H2含量分别高达41.97%、28.32%，设计煤种条件下焦油产量3.16 t/h，煤气产量35 262 Nm3/h，煤气热值达到26.7 MJ/Nm3,焦油提取率达到90%以上，实现了较高的煤气热值与焦油回收率，为煤炭热解分级转化多联产技术工业化应用提供借鉴。

• 高效燃烧制备AC/SWCNTs自支撑薄膜材料及其电化学性能

  冯宇, 李珊珊, 赵佳辉, 王淼, 王建成, 米杰

  以无水乙醇为碳源、二茂铁为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂，通过改变催化剂前驱体的添加量，采用低压预混火焰燃烧法制备了3种不同组分比例的无定形碳（Amorphous Carbon，AC）/单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes，SWCNTs）薄膜，随后将其作为自支撑负极材料组装钠离子电池。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、拉曼光谱和热重分析等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和组成进行分析，并通过充放电性能测试分析材料的电化学性能。研究发现，随着催化剂含量的增加，碳材料的层间距逐渐增大，材料的晶化程度降低，无定形碳成分增多，为Na+的可逆储存提供了空间。利用TG分析材料组成，发现当催化剂含量为0.018 g时，样品（AC/SWCNTs-3）具有最大的无定形碳含量，为67.01%。此时，样品的碳层间距最大，实现了Na+的高效嵌入/脱出，而相互交联的SWCNTs网络结构为电子的传输提供通道，作为附着无定形碳的载体延缓了容量的衰退，表现出最佳的电化学性能。经过60圈倍率性能测试，AC/SWCNTs-3表现出良好的可逆性，可逆比容量达到220.7 mAh/g，在50 mA/g电流密度下循环150圈，电极仍可维持146.7 mAh/g 的比容量。此外，样品AC/SWCNTs-3的反应过程是扩散控制占主导的储钠机制。在扫速0.1 mV/s下，电容贡献率为19.3%。综上，在AC/SWCNTs复合材料中，无定形碳提供了丰富的活性位点，中空管状结构的SWCNTs可作为电子快速传输的通道，保证了Na+在电池工作过程中的快速扩散和可逆存储，使AC/SWCNTs复合材料在钠离子电池中表现出更好的电化学性能。

• 300 MW贫煤锅炉低氮燃烧深度优化技术

  江紫薇, 苏胜, 任强强, 吴运凯, 尹子骏, 江龙, 胡松, 汪一, 向军

  贫煤锅炉燃烧过程中，保证贫煤燃料的稳定着火、燃烧及燃尽特性，必须充分满足和保证燃烧过程温度、氧量等要求，这一定程度上与NOx生成控制要求的低氧、低温条件存在矛盾。因此在贫煤锅炉应用低氮燃烧技术过程中，如何保证锅炉低氮燃烧，又不影响锅炉燃烧性能，一直以来都是低氮燃烧技术的难点。在锅炉低氮燃烧技术初步方案的基础上，通过系统分析与设计，提出了切实可行的低氮燃烧技术深度优化改造方案。针对某300 MW贫煤锅炉，通过数值模拟分析了空气分级低氮燃烧方式以及底二次风喷口面积对锅炉燃烧及NOx排放的影响。在锅炉增设3层新型SOFA风进行低氮燃烧改造初步方案基础上，通过进一步计算与分析，提出了增大底二次风喷口面积1.5倍的低氮燃烧深度优化改造方案。模拟结果表明，NOx排放量由原先的473.4 mg/m3减少为265.3 mg/m3，改造后NOx排放量减少了40%以上，同时能保证锅炉温度场和氧量场分布均匀。改造后锅炉实际运行结果表明，NOx排放量由优化前的481.6 mg/m3降至269.1 mg/m3，NOx排放量减少了44.1%，有效实现了贫煤锅炉安全、高效、低污染运行。

• 电厂燃煤锅炉局部烟道导流装置设计优化

  莫逊, 朱冬生, 叶周, 涂爱民

  电厂燃煤锅炉尾部烟道流场对其设备使用寿命影响很大。为了改善锅炉尾部烟道的流场，解决低温省煤器的管束由于流场不均匀而产生的磨损泄漏问题，研究不同设计结构的导流装置对该系统内流场的影响，基于ANSYS18.0-FLUENT流场模拟软件，对原系统烟道的流场进行了模拟分析，结果表明，因烟道截面变化及方向偏转导致低温省煤器前烟道流速不均匀，无导流板的情况下，在Y=1 700 mm处的换热器截面的标准偏差值Cv达到70.7%，导致换热器流场不均匀从而使得局部流速过高而加剧管束磨损。根据烟道特点，在每个影响流场的关键位置设置了若干个不同结构参数的导流板，经过对一系列设计方案的详细分析和比较发现，在烟道方向偏转或截面突变位置设置的导流装置的板件长度、间距和安装角度对流场有显著影响。根据影响烟道流场位置的不同特点，对导流装置所有结构参数进行优化分析后，获得最佳优化导流装置的结构参数，设计出性能优异的导流装置。在对应位置增加对应导流装置后，方案1的换热器区域速度标准偏差为65.1%，方案2的换热器区域为55.4%，而方案3使得换热器区域的流场大幅改善，换热器区域的速度标准偏差可降至9.6%，且系统阻力只增加了109.8 Pa,达到设计要求。该方案可实施性高，效果明显，为实际工程设计提供借鉴。

• 大型燃煤机组中速磨煤机一次风流场优化及数值模拟

  张健, 向柏祥, 黄军, 李燕, 王鹏

  为减小占地面积，降低单位造价成本，近20 a来国内新建的燃煤机组布置通常十分紧凑，其中侧煤仓布置成为燃煤机组常见的选择之一。侧煤仓布置存在2个问题，一是远端磨煤机管道较长，易导致风粉分配不均；二是一次风管道大幅度缩短，风量的测量装置没有合适的安装位置，一次风测量准确性下降。为避免某电厂660 MW超超临界侧煤仓布置燃煤锅炉由于中速磨煤机一次风测量失真，导致燃烧和配风发生大幅波动，磨煤机出口粉管堵粉、着火和炉膛出口NOx浓度超标等事故。基于数值模拟软件Fluent对磨煤机入口一次风圆形管道的流场进行了研究，分别计算了原始设计和将风管道取直后的一次风流场分布。结果表明，随着一次风流量的提高，位于管道转弯后1～3倍直径处的一次风流速分布存在一个明显的转捩点。入口风流速在9.5 m/s时，位于该点前后的风量测量失真造成风量大幅波动。取直入口管道，一次风道流场更为规则，流场的转变趋向平缓，避免了一次风测量失真。通过安装整流装置，将风量测量装置移至风粉管底部，适当延长直管段长度等也可以在较大程度上规避风量测量失真的现象发生。若现场空间不具备条件，避免在较短的管道内出现三通、转弯、变径或阀门等容易引起流动稳定性变差的部件或结构，同样可避免一次风量测量失真对机组扰动的影响。

• 多级调风预燃式旋流燃烧器冷态试验研究

  牛艳青, 薛旭峰, 张浩, 惠世恩

  煤粉预热低氮燃烧技术是燃烧技术领域的研究重点。为了响应“节能环保、绿色低碳经济”的时代发展要求，针对煤炭燃烧过程中产生大量污染物如NOx、SOx等环境问题，基于前人研究结果，设计开发了一种多级调风预燃式旋流燃烧器。耦合预燃室煤粉预热燃烧技术与空气分级燃烧技术，生成高还原性氛围回流区，在有效控制NOx生成的同时，提升难燃煤种着火性能。主要通过冷态模型试验，研究了不同配风比对多级调风预燃式旋流燃烧器空气动力场的影响，利用新型三孔探针测速方法进行了流场测试与分析。结果表明：在总风量一定的情况下，一次风率、旋流内二次风率及外二次风率分别为20.8％、37.5%和31.2%时，回流区长度、宽度、面积和回流率达到最大值，回流效果最好，有利于煤粉着火与低NOx燃烧。预燃室的存在有利于形成煤粉稳定燃烧的回流区，其中旋流内二次风是影响回流区气流特性的主要因素，主导形成预燃室内的中心回流区；外二次风通过卷吸炉膛内的气流影响预燃室回流区温度，是预燃室内外围回流区生成的根本原因；具有一定刚性的一次风和直流内二次风会压缩回流区，影响燃烧器的稳燃效果。

• 低氮燃烧模式下燃煤锅炉水冷壁沉积物与腐蚀层成分分析

  王毅斌, 王萌, 谭厚章, 张思聪, 张晓东, 杨祖旺

  低氮燃烧改造后煤粉炉内最上层燃烧器同燃尽风喷口之间区域水冷壁附近的还原性气氛变强，管壁发生硫化型高温腐蚀的风险骤增。以一台330 MW四角切圆煤粉锅炉为对象，取样收集炉内多处水冷壁区域进行了灰渣与腐蚀层元素与矿物相表征，分析炉内水冷壁结焦的原因以及管壁高温腐蚀机制。结果表明，不同位置水冷壁所黏附熔渣中Si和Al元素均主要以莫来石（Al6Si2O13）和硅线石（Al2SiO5）形式存在，提高了灰颗粒的熔融温度；而Fe元素主要以Fe2O3存在，其富集度显著高于碱金属或碱土金属。B层和F层燃烧器水冷壁所在高度区域黏附层状沉积物中高度富集S、Zn元素及少量Pb元素，Zn元素质量分数高达20%，主要以PbS、ZnS和ZnAl1.04S2.13的形式存在。F层燃烧器高度收集灰渣表面所附着的浮灰中仍含有约7%未燃尽碳，说明该区域旋转气流存在刷墙行为；灰样由Si、Al、Fe、C、S和Zn元素构成，主要以莫来石、赤铁矿、硫化物形式存在。管壁硫化氢腐蚀层以Fe1-xS、Fe7S8、Fe9S10和Fe3O4为主，还含有少量PbS和PbO1.57。腐蚀层中Fe1-xS存在多种晶型结构，可能源于当地不同的H2S分压和温度。黏附灰渣中的含Zn和Pb组分主要通过气化-冷凝和所黏附未燃尽碳颗粒释放析出2种方式富集，而富硅铝酸盐和富铁颗粒则主要是通过惯性撞击和热泳沉积的方式发生黏附。

• 大型燃煤机组SCR装置超低排放改造流场优化

  郑妍, 姚宣, 王冬生, 陈训强, 李晓金

  基于燃煤机组SCR系统普遍出现的性能不稳定、氨逃逸超标等问题，以具有代表性的某660 MW超临界煤粉锅炉SCR脱硝系统为例，拟结合喷氨格栅和驻涡型喷氨混合器特点，进行多维度的驻涡脱硝喷氨混合装置优化改造研究，并分析了烟气在烟道各位置流动、变化和相互混合的过程，提出了基于分级多效混合、多排分区、强制整流的优化方案。依据CFD模拟计算结果，提出的SCR脱硝系统的流场优化方案可以充分实现流场分布和NH3/NOx混合分布均匀的要求，即反应器内第1层催化剂入口截面NH3/NOx混合不均匀性低于5%；烟气气流速度不均匀性低于15%；烟气到达第1层催化剂的入射角小于10°。对原脱硝装置进行相应改造后，脱硝装置出口NOx浓度总体分布均匀，平均浓度低于超低排放限值，且氨逃逸浓度远低于设计值3×10-6,现场实测结果进一步验证了改造方案的可靠性。流场升级的改造方法对于指导大型燃煤机组SCR系统的超低排放改造具有借鉴意义。

• 超低排放燃煤电厂可凝结颗粒物排放特性

  孙和泰, 黄治军, 华伟, 石志鹏, 段伦博

  为探究国内某超低排放燃煤电厂中污染物控制装备（APCDs）对可凝结颗粒物（CPM）排放的影响规律，采用美国环保署推荐的EPA Method 202A方法对机组湿法脱硫系统（WFGD）前后和湿式电除尘器（WESP）后的烟气进行平行取样。通过样品分析得到了该燃煤电厂CPM在烟道不同位置处的质量浓度以及成分组成，通过进一步数据分析研究了CPM在APCDs中的迁移转变过程以及电厂现有APCDs对CPM的协同脱除效果。结果表明：ESP后的烟气中CPM含量已经占据主导地位，在WFGD入口、WFGD出口和WESP出口的质量浓度分别为24.07、12.71和7.72 mg/Nm3；在总颗粒物（TPM）中占比分别为61.83%、53.34%和76.06%。随着烟气流动，CPM中无机部分占比逐渐下降，从WFGD入口的69.38%下降至WESP出口的54.40%。CPM无机部分中主要以SO2-4、NO-3、Cl-等酸根阴离子为主，SO2-4质量浓度占比始终最高。WFGD和WESP对CPM的脱除效率分别为47.20%和39.26%。WFGD+WESP对CPM的联合脱除效率为67.93%。研究结果可为燃煤电站CPM排放规律和控制方法提供数据支撑。

• 酸化蒸发法对亚微米细颗粒物团聚和脱除性能的影响

  李锦萍, 熊英莹, 宋婷婷, 赵超群, 胡飞

  了更好地反映燃煤粉尘的脱除效果，通过烟气温湿酸灰耦合试验台，采用酸化蒸发法，测试了模拟烟气在降温过程中耦合增湿、酸化及改变飞灰颗粒物浓度的不同工况下，除尘前后模拟烟气中颗粒物的脱除效率及粒径的变化，进行了亚微米细颗粒物的团聚及脱除性能试验研究。将绝对湿度4.20%、飞灰颗粒物质量浓度72.362 μg/m3、温度120 ℃的模拟烟气，降温冷凝到极限80 ℃工况的过程中，调节烟气湿度、酸度、飞灰颗粒物质量浓度分别为8.90%、4.183×10-6、385.27 μg/m3的最佳工况下，亚微米细颗粒物体积分布平均粒径由20.370 μm团聚为51.355 μm；经脱除后，脱除效率达到99.63%，个数分布平均粒径由1.769 μm减小至0.869 μm，亚微米细颗粒物有效脱除。试验结果表明，烟气的温湿酸灰耦合蒸发，改善了飞灰颗粒物对雾化液滴的吸附,增强了亚微米细颗粒物间的相互黏附，加剧了亚微米细颗粒物的团聚，形成了被除尘器高效捕捉的团聚体粒径，促进了亚微米细颗粒物的脱除。

• 高炉煤气羰基硫催化水解过程影响因素

  王斌, 林玉婷, 李玉然, 王健, 朱廷钰

  目前对高炉煤气脱硫进行源头控制，有利于推进钢铁行业全流程超低排放改造。高炉煤气脱硫的难点是羰基硫（COS）的脱除，针对高炉煤气温度波动频繁、压力大、组分复杂等排放特征，采用氧化铝催化剂催化水解COS，考察了温度、氯离子、粉尘和氧气对羰基硫水解转化率的影响，并分析了各因素对COS水解的影响程度以及影响机理。结果表明，温度对COS催化水解的效率影响最为显著，温度由50 ℃升高到150 ℃时，水解效率由49%增加到90%，较高温度有利于COS水解反应的发生；Cl-使催化剂比表面积降低20.1%，孔容积降低40.0%，Cl-使催化剂失活包括2方面，一是减少了水解催化剂表面碱性中心，二是堵塞催化剂孔道、覆盖部分活性位点，Cl-的失活作用最显著；高炉煤气中纳米级粉尘会堵塞催化剂孔道，使催化剂比表面积降低43.5%，孔容积降低60.0%，随着粉尘的累积，水解效率明显下降；O2体积分数为0.5%时，随着反应时间的延长，水解效率由85%降至82%，没有明显下降，但当O2体积分数提高到1%时，水解效率由85%降至66%，O2体积分数升高后硫沉积的抑制作用明显。水解催化剂的抗氯、抗粉尘、抗氧是需重点关注的因素，工业上可采取在水解前预脱除多组分，以减少高炉煤气杂质对COS水解效率的影响。