洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2021年第06期

• 烟气净化用活性炭脱硫脱硝机理研究与发展趋势

  解炜, 李小亮, 陆晓东, 麻荣福, 吴倩, 吴涛, 李龙

  基于烟气净化用活性炭特性阐述其脱硫脱硝机制，列举了活性炭干法烟气净化技术的适用领域，将关键应用指标与实验室测试相结合。根据烟气净化用活性炭应用状况及运行成本分析，探讨烟气净化用活性炭生产技术的发展趋势。结果表明：活性炭干法烟气净化技术适用于烟气流量大、污染物成分复杂的矿石烧结、球团等烟气净化处理，装置占地小、流程短且可靠性高，适用于场地空间受限的焦化烟气处理升级改造工程，且运行成本较低。活性炭烟气净化技术的主要优势是在低温（＜200 ℃）条件下仍具有SCR脱硝催化活性，但在超低排放标准实施的背景下，脱硝效率偏低为其主要劣势之一。在现有烟气净化用活性炭应用及运行状况下，降低烟气净化用活性炭生产成本是关键。选用含碳量高的固体废弃物作为原料，采用干式黏结剂成型、炭化-活化一体工艺是未来发展趋势。

• 煤气化渣资源化利用研究进展及应用展望

  朱菊芬, 李健, 闫龙, 尚军飞, 王玉飞, 李强, 王建友

  介绍了煤气化渣的主要来源、危害以及煤气化渣的理化特性，论述了不同煤气化工艺（包括固定床、流化床、气流床）产生的煤气化渣利用的研究现状，讨论了煤气化渣在锅炉掺烧、水泥和混凝土填料、制砖、吸附、工业材料及农业方面的利用现状，展望了煤气化渣的应用前景。目前煤气化渣利用率低，炭灰相互制约，锅炉掺烧和建工建材为主要利用途径，高值化利用大多处在实验室研究阶段。锅炉掺烧是就地解决煤气化渣的主要途径，煤气化渣水分高、残炭较低、热值不够，在实际应用中还应考虑经济效益和对锅炉系统的稳定性影响；建工建材是煤气化渣的规模化消纳路径，但煤气化渣烧失量较高已超过国家和行业标准，残炭属于惰性物质，会影响水泥和混凝土及砖材的质量；吸附在实际工程领域可能会存在水体二次污染、生产技术复杂和投资风险较高等问题，目前仍需结合生产实际进一步优化设计及试验；制备催化剂载体、橡塑填料、碳硅复合材料、聚合氯化铝絮凝剂、陶瓷材料等工业材料是目前研究热点，产品附加值高，但成本高，工艺复杂，大多处于实验室研究阶段，需开发具有可行性的工业路线，进一步拓展煤气化渣高值资源化利用方式，为其高值化利用提供技术支撑；煤气化渣用于沙土改良、堆肥添加剂、重金属降解等方面研究较多，但煤气化渣中的重金属对环境的风险仍需深入研究。为了提高企业经济效益，解决煤气化渣环保难题，针对煤气化渣堆放和填埋现状，基于煤气化渣产量大、碳铝硅资源丰富、比表面积大、孔隙结构发达的特性，建议煤气化渣分级利用，逐步开发工艺简单、可行性强且具有经济效益的煤气化渣灰炭分离利用等技术，适度开发煤气化渣在生态领域的应用，实现煤气化渣的无害化、减量化和资源化。

• 粗煤气除尘工艺与设备研发进展

  茹毅, 朱丽云, 王振波, 韩霄

  在粗煤气生产过程中，由于气流夹带作用，使粗煤气中含有大量固体颗粒物，造成下游生产单元设备冲蚀、堵塞甚至失效，同时粗煤气含尘还会导致严重的大气污染问题。笔者对现有粗煤气除尘工艺与设备优缺点进行对比分析，重点介绍了几种具有发展前景的预除尘和精除尘工艺，指出预团聚技术具有除尘效率高、经济性好的特点，但因其能耗高、二次污染大、运行周期短等缺点明显，目前仍停留在实验室研究阶段，未见相关工业应用的报道；陶瓷基过滤器、颗粒床过滤器等高温干法除尘虽已实现一定规模工业化，但除尘设备仍存在运行周期受限、维护成本过高的缺点。通过分析现存工艺问题，提出预团聚技术可考虑多种技术合理配合运用，组合后的复合预团聚技术能够实现不同技术间的优势互补，最大限度提高预团聚技术除尘效率和综合经济性；高温干法除尘应考虑提升过滤材料强度、耐热性和抗疲劳性等问题，并通过优化除尘工艺来改善除尘装置运行环境。最后，展望了几种具有应用前景的粗煤气除尘工艺的潜在优势，为粗煤气除尘工艺的研究优化提供思路，以确保粗煤气的高效回收利用，减少能源企业“三废”排放。

• 低阶煤含酚氨热解废水零排放处理技术进展

  杨雪婷, 宋国良

  从技术原理和优缺点等方面论述了常用的7种热解废水处理技术，对每种技术处理热解废水的可行性进行了对比分析。采用“预处理—生化处理—深度处理—浓盐水处理”技术路线处理热解废水时，出水能够达到排放要求，并可对水资源进行回用，在一定程度上实现了热解废水的零排放，适用于水资源缺乏地区，但该流程工艺复杂，且技术路线对微生物的依赖性强，而微生物对于烃类有机物及氨酚等有毒物质的耐受程度有限，限制了其对高浓度热解废水的处理能力。相比之下，热处理技术通过可控的高温化学反应来破坏有害物质的分子结构，不受水温、水质的影响，可以更好地去除热解废水中的有机物和有害物质，生成CO2和H2O等无害物质，真正实现热解废水的零排放，是一种非常有潜力的热解废水处理技术。最后提出了半焦高温后燃协同热解废水焚烧一体化技术，煤首先在流化床热解炉中热解，热解过程中产生的热解废水在压缩空气雾化下喷入燃烧炉中，以煤热解后的半焦燃烧放热为热解废水高温焚烧提供热量，炉膛内的还原性气氛使含氮有机物绝大部分转化为NH3、HCN和N2，燃烧炉内产生的NOx浓度较低。在高温后燃室内喷入后燃风，可将燃烧炉内未反应完全的CO及残炭充分燃烧，保证系统燃烧效率，后燃室内高温烟气的热量可产生高温蒸汽用于发电和供热。半焦高温后燃协同热解废水焚烧一体化技术将低阶煤的梯级利用与高温后燃技术相结合，利用循环流化床高温后燃技术的优势降低半焦和热解废水燃烧过程中的污染物排放，在高温环境下将有机有害物质完全分解的同时保证NOx、SO2等污染物的原始排放达标，具有广阔的应用前景。若对废液焚烧条件进行深入探索、提高废液处理量，该技术不仅可用来处理热解废水，还可处理其他工业废水，能有效缓解我国废液处理问题。

• 水煤浆制备、应用现状及其新进展

  徐彤, 何国锋, 李磊

  结合制备水煤浆的影响因素综述了水煤浆制备研究现状、作为清洁燃料的应用现状及水煤浆典型气化技术，并结合水煤浆技术存在的问题对水煤浆未来发展方向进行展望。随着中等变质程度煤种资源的紧张和煤价攀升，拓宽水煤浆原料煤种尤为重要，配煤及褐煤改性的方式能够有效改善低阶煤的成浆特性，且水煤浆能够与废弃物协同处理实现废弃物的减量化、无害化、资源化利用，具有经济环保双重效益，符合国家“增效降耗的政策导向”；水煤浆添加剂对浆体性质的影响至关重要，以阴离子型添加剂应用最广，而以利用腐植酸、木质素等生物质资源为原料开发的水煤浆添加剂具有深远意义，开发高效经济的水煤浆添加剂以提高煤浆浓度、降低黏度是水煤浆技术的研究重点；制浆工艺是水煤浆制备技术的核心，合理的制浆工艺能够提高水煤浆质量、降低制浆成本，不同制浆工艺核心点在于不断提高颗粒的堆积效率，通过改善颗粒粒度分布达到煤浆提浓的目的，成为低阶煤提浓的主流技术，新型制浆工艺开发过程中应在拓宽原料煤煤种，不断提高煤浆浓度的同时，考虑制浆过程中的能耗，提浓降耗的新型制浆工艺的开发研究对未来水煤浆技术的发展具有重要意义；水煤浆作为清洁燃料主要应用于电站锅炉、工业锅炉、陶瓷等建材行业，作为气化原料主要应用于煤化工气化技术，如德士古气化技术、多喷嘴对置式气化技术、晋华炉气化技术，未来水煤浆气化必定朝着技术自主化、多元化、装置大型化的方向发展。

• 浮选尾煤再选技术研究现状及分析

  李文秀, 张国栋, 王大鹏

  尾煤浮选是炼焦煤充分回收的重要途径，然而浮选尾煤再选回收有一定难度。系统分析归纳了当前浮选尾煤再选的方法主要包括油团聚、重选、浮选以及重选-浮选联合的方法，主要为直接回收和解离+二次分选的技术模式。油团聚法适用于细粒煤泥分选，采用废弃植物油成本低且绿色环保，但尚未广泛应用；重选法回收浮选尾煤主要通过设备联合再选回收粗粒煤泥，回收得到的煤灰分相对较高，多掺入中煤销售；重选-浮选联合法主要为分级后粗粒煤泥重选、细粒煤泥浮选，有效降低灰分精煤，但回收成本相对高；浮选法涉及影响因素较多因而回收浮选尾煤存在更多可能性，加强对浮选尾煤表面性质的研究有助于确定合理高效的回收方法，超声波、等离子体处理煤泥或捕收剂的新方法为再选浮选尾煤提供了新思路。

• 垃圾焚烧处置中二噁英和重金属污染控制技术进展

  陈怀俊, 牛芳, 王乃继

  论述了二噁英和重金属的污染及形成过程，对比分析了焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术和焚烧后的飞灰处置技术。垃圾焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术主要包括燃烧前垃圾的分类分选及预处理；燃烧中的促进垃圾完全燃烧或添加二噁英生成抑制剂都能减少二噁英的生成；燃烧后的烟气急冷技术能避免二噁英再次生成，通过烟气净化技术降低烟气中二噁英和重金属的排放浓度，使烟气达标排放，并将烟气中的二噁英和重金属转移到飞灰中，对二噁英和重金属的最终处置主要针对飞灰进行。目前飞灰处置技术主要分为固化稳定化+填埋、分离提取、飞灰的资源化利用。固化稳定化+填埋技术成熟、操作简单、处置成本相对较低，其中化学药剂稳定化+填埋是我国飞灰处置的主要手段之一，但该技术存在二噁英和重金属的长期稳定性不足等问题，且填埋会占据大量土地资源，主要用作飞灰暂存技术。分离/提取飞灰中重金属和氯盐可以实现飞灰资源化利用，但垃圾中重金属和可溶盐的成分及含量、投资成本高及后续废水的处理难度大等问题制约了分离/萃取技术的应用，目前并未实现大规模工业化应用。通过水洗也可去除飞灰中部分重金属和大量氯盐，常用作飞灰的预处理，促进后续对飞灰的资源化利用。飞灰资源化利用的关键在于重金属的长期稳定性和二噁英的彻底降解，并达到相关产品的性能要求，实现飞灰的资源化利用。飞灰高温处置技术可有效固定重金属、彻底分解二噁英，是最具前景的飞灰处置技术之一，但由于飞灰高温处置技术投资及运行成本高、能量消耗大，且我国高温处置技术相对落后，该技术并未实现大规模应用。水泥窑协同处置技术通过高温固化直接实现飞灰的资源化利用，并不会额外消耗更多的能量，该技术已成为我国除化学稳定化+填埋外最主要的飞灰处置方式。水热法和机械化学法相对于高温处置能耗较低，具有很好的发展前景，目前还处于试验研究阶段。

• 1 000 MW超超临界双切圆燃煤锅炉炉膛燃烧特性模拟

  周亚明, 王新宇, 黄亚继, 高瑞斌, 蒋欣军, 万旭, 刘宇谦, 刘晓东, 戴维葆, 陈国庆

  为探究双切圆锅炉燃烧规律，确定其高温腐蚀发生区域，以一台1 000 MW超超临界双切圆燃煤锅炉为研究对象，采用Fluent软件模拟其炉膛燃烧运行。分析炉膛内速度场、温度场、O2、CO和NOx气体的分布，以探究双切圆锅炉的燃烧特性。结果表明：数值模拟结果与锅炉实测参数基本吻合；模拟的速度场、温度场和气体体积分数云图都存在2个对称分布的椭圆，符合双切圆锅炉的规律；温度和各气体沿高度方向截面平均体积分数分布符合低NOx燃烧方式的规律；水平烟道烟气仍存在速度偏差和温度偏差，烟气速度和温度沿炉膛宽度都呈“M”型分布，极大值都出现在炉膛宽度12和22 m处，速度偏差和温度偏差会导致对流换热器热负荷偏差，建议在锅炉改造时既可以采用增大偏差管流量或减少受热管路长度的方法，预防偏差管超温，也可以使用反切风技术，消除残留余旋；由于烟气偏斜的现象，热角上游区域CO体积分数非常大，局部超过0.1，有发生高温腐蚀的风险，建议通过改变一次风入射角度的方法，减少切圆半径以防止烟气刷墙，同时可根据实际腐蚀情况，在水冷壁加装贴壁风装置，以保护水冷壁。

• 660 MW高效超超临界CFB锅炉四循环回路气固均匀性数值模拟

  韩平, 张东旺, 谢国威, 辛胜伟, 郑伟佳, 顾从阳, 张缦

  循环流化床（CFB）燃烧技术正朝着高参数大型化方向发展，分离器个数相应增加。采用多分离器并联布置的结构会出现气固分布不均的偏流现象，非对称结构下分离器系统的流量分配不均问题与结构非对称性有很大关系，为了解M型布置的660 MW高效超超临界CFB锅炉多分离器并联引起的气固偏流现象，采用欧拉双流体模型进行热循环回路内气固流动特性数值分析,获得了系统的压力分布、炉膛以及分离器内的气固流动特性，分析了M型布置的超超临界CFB锅炉多分离器并联引起的气固偏流形成的原因。模拟结果表明，循环流化床的循环回路整体压力分布呈现斜“8”字分布的方式，4个循环回路在炉膛内的压力分布基本一致；4个分离器间的气体流量分布较为均匀，但固体流量却呈现中间低、两边高的分布状态。这与4个出口烟窗的位置布置以及分离器的入口烟道角度、长度等设计条件有关。结构对称的分离器表现基本一致，但由于炉内气固流场的波动性，瞬时运行过程中分离器较容易处在偏流运行工况下，不利于分离工作。床料在炉膛内分布较为均匀，但炉内气固流场的波动性易造成分离器瞬时处于偏流工况下，不利于分离工作。

• 350 MW超临界CFB锅炉不同负荷下运行影响试验

  张鹏, 范浩东, 余耀, 贺建平, 杜佳军, 辛胜伟, 张缦, 杨海瑞

  为提高火电厂发电效率，适应煤炭清洁高效利用要求，煤电锅炉机组正向大容量、超临界参数方向发展。循环流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)锅炉具有燃料适应性广、高效脱硫、低氮氧化物排放、负荷调节范围宽等优点，近年来随着超临界技术在CFB锅炉上成功应用，使得超临界CFB锅炉技术完美融合了CFB和超临界2种技术。目前我国已成为世界上最大的超临界CFB锅炉市场，正式投入商业运营的超临界CFB锅炉已超过40台，其中350 MW超临界CFB机组成为主力机组。为应对电网深度调峰和超低排放的要求，确保CFB锅炉安全、环保、经济运行，需进一步研究不同负荷下机组运行性能。在350 MW机组上研究了不同负荷下CFB锅炉的气固流动、传热特性、锅炉效率以及污染物排放规律，结果表明：超临界CFB锅炉机组具有较好的负荷适应能力，合理的床温等参数控制为SO2、NOx污染物控制创造了有利条件，并且机组在80%～90%的负荷范围内运行时其经济性最佳，同时为了兼顾电网调峰要求，需要针对CFB锅炉炉内温度分布、负荷分配及污染物控制进行更深入研究。

• 1 000 MW超超临界单炉膛双切圆锅炉水冷壁贴壁气氛影响因素

  刘同干, 刘晓东, 何利军, 戴维葆, 孔俊峰, 陈国庆, 戴家麒, 马江英

  为了研究影响单炉膛双切圆锅炉水冷壁贴壁气氛变化的因素，以某电厂超超临界1 000 MW燃煤机组单炉膛双切圆燃烧方式锅炉为研究对象，基于现场试验，通过测量不同负荷和不同运行参数下锅炉水冷壁近壁区烟气成分（O2、CO和H2S），研究机组负荷、运行氧量、分离燃尽风风量、煤粉细度等因素对水冷壁贴壁气氛中O2、CO和H2S体积分数的影响。结果表明，热角位置(2、3、5、8号角)还原性气氛较强,中高负荷下，热角位置O2体积分数基本为0，CO体积分数超过50 000×10-6，热角位置发生高温腐蚀的可能性大；低负荷下，热角位置可测量到不同浓度的O2，CO体积分数降低到30 000×10-6，仅有局部位置存在高温腐蚀的可能；随着炉膛高度的增大，贴壁气氛的还原性逐渐增强，第3层热角位置贴壁气氛还原性最强；机组负荷越高，贴壁还原性气氛越强，负荷由50% BRL向75% BRL转变过程中，热角位置贴壁气氛中O2体积分数迅速下降，CO体积分数迅速升高，还原性气氛急剧增强；适当提高运行氧量，减少燃尽风量，可以提高主燃区的过剩空气系数，贴壁气氛中CO体积分数下降，还原性强度减弱；降低煤粉细度，有利于煤粉的着火和燃烧，贴壁气氛中CO体积分数下降，可在一定程度上减弱贴壁气氛的还原性强度。燃烧调整可以缓解贴壁气氛还原性强度，并不能从根本上解决高温腐蚀问题。

• 330 MW火电机组锅炉旋流低氮燃烧技术改造及模拟分析

  蒙涛, 康志忠, 梁双荣

  近年来，我国大力推进燃煤发电机组超低排放改造，火电行业NOx排放得到有效控制，但尚有一批早期投运的机组在节能减排方面存在技术瓶颈。国内某电厂330 MW机组锅炉为改善炉内燃烧特性和降低SCR系统入口NOx浓度，对锅炉制粉系统、燃烧器结构和布置方式等提出了一系列改造方案。为预测改造效果，利用FLUENT软件进行了数值模拟，采用考虑详细化学反应的涡耗散概念（EDC）模型来计算伴随煤粉和气体热载体混合快速热解机理的燃烧过程，其中包含了焦炭对NO的异相还原反应。通过观察炉内流场、温度场、O2和NO的分布，分析了改造方案对锅炉炉内各量场、污染物排放的影响。模拟结果表明：制粉系统改造后细煤粉比表面积加大，快速热解反应条件充分，挥发分释放速率提高，氢组分及CO含量高，消耗氧量，减少了NO生成。改变燃烧器结构和布置方式改善了炉内空气动力场，炉内速度分布更均匀，各层旋流燃烧器出口回流区及还原区较明显，也有利于煤粉气流的着火和降低NOx的生成。改造后炉膛出口NOx排放质量浓度可由552 mg/m3下降至345 mg/m3，与改造前后现场试验数据较为接近，且趋势相符，从而验证了模拟方法的准确性和改造方案的合理性。

• 1 000 MW燃煤机组负荷变化对颗粒物排放特性影响

  李洋, 罗林, 吴建群, 吴昊, 于敦喜

  研究燃煤机组负荷变化对颗粒物排放特性的影响规律有利于实现煤炭的清洁经济利用。某电厂1 000 MW超超临界燃煤机组运行负荷在600～900 MW时，采用低压撞击器（DLPI）对静电除尘器（ESP）前后和烟囱入口颗粒物进行采集测量。采用称重法获得颗粒物的质量浓度，采用X射线荧光探针（XRF）对其化学成分进行分析，揭示燃煤机组负荷变化对颗粒物排放特性的影响规律。结果表明，机组运行负荷变化对ESP前颗粒物的生成浓度没有影响，但负荷降低促进煤中Na、Ca和S向细颗粒物（PM10）迁移。负荷降低使矿物交互作用减弱是导致煤中矿物向PM10迁移比例增加的主要原因，将增大电厂的除尘难度。机组高负荷运行（70%以上）时，负荷变化对ESP除尘效率影响不明显，但低负荷运行时会降低ESP除尘效率。机组湿法脱硫和湿电系统（WFGD+WESP）可进一步有效脱除烟气中颗粒物。机组运行负荷降低可延长烟气在WFGD和WESP中的停留时间，减少二次携带颗粒物的生成，进一步提高WFGD+WESP的除尘效率，保证机组在不同运行负荷条件下烟囱排放颗粒物质量浓度低于10 mg/Nm3。

• 煤直接液化循环溶剂加氢研究

  张伟, 赵鹏, 刘敏, 李文博

  为研究煤直接液化循环溶剂加氢反应规律并进行过程优化，以0.1 t/d连续装置获得的液化重油为原料，利用100 mL/h固定床连续装置进行了加氢试验，探讨了溶剂加氢体系的产物分布特征，考察了不同工艺参数对循环溶剂性质与结构组成的影响规律，利用500 mL高压釜进行了不同加氢深度的循环溶剂与淖毛湖煤液化性能验证。结果表明，在360～380 ℃，制备循环溶剂的加氢体系C1～C3气体产率不足0.2%，油产率接近100%，主要发生氧氮硫杂原子的部分脱除和芳烃的部分饱和反应，具有浅度裂化的反应特性，加氢产物保持了大比重和高芳烃的结构特征。在合适的温度范围内适度降低空速，可使更多的氢气进入溶剂内部，改变溶剂中芳烃-环烷烃-链烷烃的分子结构分布，特别是单双环芳烃的比例，有利于提升循环溶剂的供氢性能。在380 ℃，15 MPa和空速1 h-1条件下生成的循环溶剂中烷基苯、环烷基苯、二环烷基苯以及双环芳烃数量最多，供氢指数最大，与淖毛湖煤在400 ℃，17 MPa，60 min缓和的条件下加氢液化的转化率可达93%，油产率59%，呈现出良好的转化特性和反应效果，实现油产率最大限度的提升。

• 基于热重法的大颗粒煤热解反应动力学

  彭扬凡, 陈姗姗, 孙粉锦, 胡中发, 周月桂

  煤炭地下气化是一种将地下难以开采的煤炭资源在原位进行气化的新型煤炭利用技术，煤层空腔演化过程中产生大颗粒煤的热解和气化是煤炭地下气化重要组成部分。为探究煤炭地下气化过程中大颗粒煤的热解动力学特性，采用Netzsch STA 449 F3同步热分析仪研究了不同升温速率和煤粒径对内蒙古烟煤热解特性的影响。在试验气氛N2、流量100 mL/min条件下采用非等温热重分析法，热解终温为1 200 ℃，通过分析TG/DTG曲线，确定在不同升温速率和煤粒径下煤热解的反应特征温度和特征指数，并利用n级反应机理函数和Coats-Redfern积分法进行动力学分析，获得反应级数、活化能和指前因子。结果表明：大颗粒煤热解起始温度Ti和最大失重速率温度Tmax随升温速率的增加而增大，其中Ti由升温速率5 ℃/min时的401 ℃增加至10 ℃/min时的425 ℃，Tmax由升温速率5 ℃/min时的442 ℃增加至10 ℃/min的469 ℃，且最大失重速率和热解特征指数随升温速率的增大而增加，促进挥发分释放。煤粒径的增加使Ti升高，但对Tmax没有明显影响，最大失重速率和热解特征指数均随煤粒径的增加而增大，其中最大失重速率由粒径小于0.1 mm时的1.58%/min缓慢升高至粒径为0.7～0.8 mm时的1.85%/min，热解特征指数则由粒径小于0.1 mm时的0.54×10-6%3/(min2·℃3)增加至粒径0.7～0.8 mm时的0.84×10-6%3/(min2·℃3)。动力学分析结果表明，不同条件下大颗粒煤热解的表观活化能的计算可以划分为2个温度区间，且高温区段的活化能明显低于低温区段的活化能，反应级数均为1.5。升温速率的增加使煤热解平均活化能由5 ℃/min时的59.46 kJ/mol降低至20 ℃/min时的47.71 kJ/mol，而粒径的增加则使平均活化能升高。

• 神东煤热解产物分布调节方法

  苌亮

  为了提高神东煤热解转化率，调节热解产物分布状况，为工业装置提供数据支持，采用100 kg级固体热载体试验装置，分析了神东煤分别掺入15%液化残渣（DCLR）和5%橄榄石对热解产物分布的影响。结果表明，神东煤单独热解时半焦产率为76.13%，热解气产率为12.97%，焦油产率为6.19%，焦油中轻质组分占比61.89%，重质组分占比38.11%。神东煤掺入15%液化残渣时，半焦产率为75.07%，比神东煤单独热解降低1.39%；热解气产率降低12.18%，气体产物中除H2体积分数增加外，其他组分含量均有所下降；焦油产率为8.32%，比神东煤单独热解增加34.41%；焦油中重质组分升高至53.45%，焦油品质下降。神东煤掺入5%橄榄石热解，半焦产率为73.90%，比神东煤单独热解降低2.93%；热解气产率为14.91%，比神东煤单独热解增加14.96%，气体中CO2、CH4和H2体积分数升高；焦油产率为5.67%，比神东煤单独热解下降8.40%，焦油中轻质组分提高至70.28%，重质组分降低至29.72%，焦油品质提高。通过3种半焦FTIR分析，神东煤掺入15%液化残渣的热解半焦中CO、C—O、—CH2、—CH3等官能团吸收峰强度比神东煤热解半焦小，O/C与H/C降低。神东煤掺入5%橄榄石的热解半焦中，1 702 cm-1处的CO和1 220 cm-1处的C—O phenol的吸收峰基本消失，—CH、—CH2、—CH3官能团峰值在3种半焦中最小，O/C与H/C在3种半焦中最低。

• 还原区当量比对煤粉预热燃烧特性的影响

  张毅, 张嘉航, 朱建国, 刘敬樟

  预热燃烧是煤粉先高温预热改性、预热燃料再燃烧的新型技术，基于30 kW煤粉预热燃烧试验平台，保持循环流化床当量比、预热温度、过量空气系数等运行参数不变，研究了还原区当量比对煤粉预热燃烧特性的影响规律。结果表明，当还原区当量比增加时，下行燃烧室的主燃区向顶部喷口方向移动，喷口附近区域温度升高，下行燃烧室沿程温度随与喷口距离的增加而降低。下行燃烧室喷口至三次风给入的还原性区域内，发现含氮气体主要以NO2形式存在，在给入三次风后的下行燃烧室氧化性区域内，含氮气体主要以NO形式存在。还原区当量比的增加会使下行燃烧室还原区内的CO质量浓度降低，即还原性气氛减弱，较低质量浓度的CO对NO2的还原抑制作用减弱，从而导致还原区内NO2被还原成N2的比例增加，NO2质量浓度降低，氧化性气氛下的NO质量浓度也随着还原区空气当量比的增加而下降。说明预热燃料燃烧中含氮气体的形态与燃烧室气氛密切相关。当还原区当量比为0.96时，生成的尾部NO和CO排放质量浓度均较低。

• 风箱结构对预燃室式煤粉燃烧器内空气动力场的影响

  崔豫泓

  为了探究风箱结构对14 MW预燃室式煤粉燃烧器预燃室内气流空气动力场分布特征的影响，采用数值计算方法，探究了2种不同风箱结构下预燃室内气流冷态流场分布情况，获取计算域内多个截面速度计算值，对比分析不同截面速度随x/D（轴向距离比直径的无量纲数）以及R/D（径向距离比直径的无量纲数）的变化规律，揭示风箱结构对预燃室内气流分布特征的影响，优化预燃室式煤粉燃烧器内空气动力场。结果表明，预燃室式煤粉燃烧器内，由于二次风经切向旋流叶片后，气流在预燃室内呈现强旋转气流，并在预燃室中心形成回流区。原风箱及改进风箱结构下，截面气流速度分布趋势呈现相似的规律，二次风风速在预燃室中心（R/D=0）呈现低速区；随径向距离R/D增加，气流速度逐渐增大至速度峰值；随径向距离R/D进一步增加，气流速度逐渐减小，在靠近预燃室壁面处R/D最大，气流速度略低于速度峰值。增大原风箱结构尺寸、改进风箱结构后，风箱稳压能力进一步提高，切向旋流叶片入口处的气流分布更加均匀，预燃室中心处速度峰值进一步提高。

• 基于粒径匹配复合剂的循环流化床锅炉脱硫试验

  于斌, 韩立军, 朱叶卫, 董岩峰, 张瑞晶, 薛守洪

  循环流化床锅炉采用炉内燃烧脱硫方式，受到脱硫剂石灰石煅烧特性、孔结构及氧化钙烧结的影响，通常难以实现环保超低排放要求，为解决循环流化床锅炉干法脱硫效率低的弊端，采用共沉淀法制备CeO2-MnO2-Fe2O3复合剂，以水玻璃或羧甲基纤维素钠为黏合剂进行黏合，并经高速混合机混合、旋转式颗粒机加工制粒以及球形抛丸机抛丸处理得到0.8～1.2 mm球状复合剂，该复合剂比表面积55～68 m2/g，堆积密度1.80～2.10 g/cm3，抗压强度2.8～3.1 MPa。该复合剂与原煤、石灰石在循环流化床锅炉中进行燃烧深度脱硫中试试验，结果表明，添加CeO2-MnO2-Fe2O3复合剂后，烟气中SO2浓度比传统使用石灰石脱硫剂时明显降低，钙硫比均为2.5工况下燃烧温度850、880、920 ℃时，烟气中SO2浓度比原煤+石灰石工况分别减少22.1%、22.8%、19.0%，说明CeO2-MnO2-Fe2O3复合剂对循环流化床锅炉燃烧脱硫具有明显的催化促进作用。但受CaSO3逆向分解、催化剂CeO2比表面积下降以及脱硫产物CaSO4堵塞孔隙等因素影响，脱硫效率在920 ℃时先增加后下降。添加复合剂CeO2-MnO2-Fe2O3后，对烟气中NOx浓度影响不大，燃烧后灰渣微观形貌为块状、不规则状，灰渣中含O、Ca、Si、Al、Fe、S、Na、Te等元素，与未添加复合剂时类似。另外，CeO2-MnO2-Fe2O3复合剂粒径与固硫剂石灰石粉粒径相匹配，在燃烧过程中可随烟气经旋风分离器进气固分离后又返回炉膛，利于循环流化床锅炉燃烧时循环使用。

• 气-液顺流脱硫反应装置内流场的数值模拟

  于菲, 史汉祥, 刘常胜, 饶文军, 史跃展, 于勇

  为了探究脱硫装置的旋流板安装角度对装置内部流体分布以及反应器耗能情况的影响，运用计算流体力学软件STAR-CCM+建立脱硫反应装置模型并对脱硫反应装置内部流体流动进行数值模拟。使用STAR-CCM+建立三维脱硫装置模型，选用k-Epsilon湍流模型，采用有限体积法进行计算求解反应装置内的不可压缩流动。保持反应装置结构不变，仅调整反应装置内旋流板的安装角度进行变工况分析。通过观察不同旋流板安装角度（30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°）时装置内流线、流体速度分布、湍动能分布和压降分布规律，分析装置内气相流动以及分布对脱硫效率和耗能情况的影响。结果表明：最大流速发生在旋流板处；角度越大流体越紊乱，气体和脱硫液反应越充分；旋流板角度为60°时装置内的紊乱程度最理想；角度从30°增加到60°，流经旋流板的流体速度从16 m/s增大到35 m/s；角度的增大会增加湍动能的最大值，但30°时湍动能分布范围最理想；角度越大反应装置的总压降越大，耗能越多，30°时压降损耗最小，约为60°时压降的54%，有利于节约能源，提升经济效益。

• 贴壁风与碗式配风协同解决对冲旋流锅炉高温腐蚀问题

  杨振, 朱宣而, 黄亚继, 岳峻峰, 王新宇, 张强, 徐力刚, 谢灵鸥

  为解决燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀问题，选用650 MW超临界对冲旋流锅炉为研究对象，将碗式配风的风量偏差与贴壁风配风方式作为变量进行数值模拟，探究一种贴壁风与碗式配风协同解决高温腐蚀的方法。结果表明：模拟所得的侧墙CO富集区与水冷壁实际发生腐蚀的位置基本吻合，模拟参数与实测炉膛出口参数误差小于5%。贴壁风与碗式配风的协同方法相比单一的贴壁风方法具有更好的防腐效果，在与碗式配风调整协同解决高温腐蚀问题时，贴壁风的用量可适当减少。当碗式配风的总风量偏差增大至24%时，协同方法可将高温腐蚀面积比值降至1%以下。当碗式配风的总风量偏差达到36%时，炉膛出口NOx质量浓度将大幅增加，因此可认为在实际工程应用中，与贴壁风方法协同时，碗式配风的总风量偏差不宜超过24%。

• 不同粒径脱硫污泥中汞分布特性及其环境影响

  李长华, 常林, 余学海, 张翼, 刘毅, 赵永椿, 张军营

  燃煤释放的大量汞部分富集于湿法脱硫（WFGD）系统的脱硫副产物中，尤其是脱硫污泥中。借助X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜能谱联用（SEM-EDX）等先进表征手段研究脱硫污泥粒径对内部矿物组成及汞分布的影响。利用汞程序升温脱附（Hg-TPD）方法系统研究了不同粒径脱硫污泥中汞的赋存形态，结果表明脱硫污泥中汞含量远超过脱硫石膏，达到5.652 μg/g。脱硫污泥中汞的赋存形态主要有HgS、HgO和HgSO4，所占比例分别为47%、49%和5%。随脱硫污泥粒径减小，HgO和HgSO4含量逐渐降低，HgS含量则逐渐增加，在38 μm样品中HgS含量超过80%。借助标准浸出程序评估不同粒径脱硫污泥的环境潜在风险，发现脱硫污泥的颗粒粒径和其内部汞赋存形态是影响脱硫污泥中汞浸出能力的主要因素，综合考虑这2种因素粒径74 μm的脱硫污泥具有最高的环境潜在威胁，汞浸出量达到3.8 μg/g。

• 模拟烟气卤素改性稻壳焦喷射脱汞试验

  陶君, 谷小兵, 王鸿宇, 卢锦程, 耿新泽, 刘猛, 段钰锋

  燃煤电厂是我国人为汞排放的主要来源之一，寻求合理、有效的途径来控制汞排放至关重要。目前的商用脱汞吸附剂主要来源于活性炭，开发廉价高效的生物质焦用于代替活性炭喷射脱汞具有实际意义。通过浸渍法用溴化铵溶液(NH4Br)改性稻壳焦(RHC)，制备溴改性稻壳焦(Br-RHC)脱汞吸附剂。通过BET表征对改性前后的脱汞吸附剂孔隙结构进行分析，在模拟烟气喷射脱汞试验装置上进行了溴改性稻壳焦吸附剂的喷射脱汞试验，考察了卤素改性、烟气温度、吸附剂停留时间、入口汞浓度以及吸附剂喷射量对喷射脱汞效率的影响。结果表明，经过卤素改性后的稻壳焦脱汞吸附剂具有丰富的孔隙结构，其比表面积、微孔容积以及总孔容积均有较大提升，Br-RHC的喷射脱汞效率是未改性RHC的3.27～3.75倍，对稻壳焦进行卤素改性可显著提高其喷射脱汞性能。提高入口汞浓度和吸附剂停留时间均可显著提高喷射脱汞效率。在入口Hg0质量浓度为16.7 μg/m3、停留时间为2.03 s时， Hg0脱除率最大；温度对喷射脱汞效率的影响呈先升高后降低的趋势，最佳温度为120 ℃；当吸附剂Br-RHC喷射量为7.3 g/h，Hg0脱除率为70.62%；喷射量对喷射脱汞效率的影响递增并最终趋于稳定。

• 煤基中空板式炭膜的研制及其在含酚废水处理中的应用

  潘宗林, 徐瑞松, 李琳, 宋成文, 王同华

  电场强化煤基导电炭膜实现了电化学氧化与膜分离的一体化耦合，展现出优异的有机废水处理性能。以煤为原料制备了新型煤基中空板式炭膜（HPCM），采用扫描电子显微镜（SEM）、孔径分布仪、四探针分析仪、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪对炭膜的结构性能进行表征，采用电化学工作站分析了炭膜的电化学活性；并以典型难降解有机物苯酚为目标污染物，考察了HPCM在外加电场的作用下对模拟含酚废水的处理性能。研究表明，所制备炭膜具有发达的孔隙结构，平均孔径和孔隙率分别为0.71 μm和47.73%；炭膜的炭结构以碳微晶结构为主，但整体无序度较高；炭膜具有良好的导电性能和电化学性能。在未施加电场的情况下，炭膜对废水中的苯酚分子没有明显的去除性能；外加电场作用下，HPCM对苯酚具有良好的电化学氧化作用，其对苯酚的主要氧化机理包括直接氧化和间接氧化；在最佳的操作条件：外加电压为2.5 V、苯酚质量浓度为100 mg/L、流速为5 mL/min，HPCM对苯酚的去除率达到了98%左右，对COD的去除率高达82.15%。这些结果表明所制备煤基中空板式炭膜在含酚废水处理领域展现了良好的应用前景。

• 低温烟气余热蒸发脱硫废水工艺研究及工程应用

  廖述新, 朱文瑜, 唐复全, 郑伟, 马双忱

  低温烟气余热蒸发脱硫废水以其低成本优势引起业内关注。通过工艺研究，确定了该工艺的主要设计参数，浓缩塔内烟气流速为3.5 m/s，浓缩塔蒸发区高度为5.8 m，浓缩塔内设置2层喷淋层，每层喷淋层采用空心锥大流量碳化硅喷嘴。采用CFD软件对浓缩塔进行了流场模拟，采用欧拉法和拉格朗日法分别处理气相和液滴，并且考虑了相间的双向耦合作用。模拟结果显示：浓缩塔的烟气流速、浓缩塔的有效高度、2层喷淋层及喷嘴布置均设计合理；塔内气液相流场分布均匀，具有很高的换热效率。以上述模拟结果和设计为依据，在鄂州电厂三期项目建造了低温烟气余热蒸发脱硫废水示范工程。在运行过程中浓缩液的盐浓度达到了饱和并结晶析出，以Cl-计浓缩倍率达到了15倍；该项目运行已超过5 000 h，验证了该脱硫废水零排放技术的工程可行性。

• 煤泥水处理加药点位置选择分析

  张磊, 师亚文, 康学刚

  为避免煤泥水处理加药点选择不当，导致煤泥水与药剂仅靠自流混合不充分、不能充分发挥药效，以大柳塔选煤厂煤泥水处理为例，在分析选煤厂工艺流程、煤泥水矿物组成、阐明煤泥水与药剂充分混合重要性的基础上，利用流体流态判据雷诺数考察煤泥水流态。通过理论计算得出，煤泥水在回流缓冲池管道（明渠）中雷诺数在503～1 246、浓缩池入料管道（有压）中雷诺数在714～1 886，依据明渠和有压圆管中雷诺数湍流层流转变临界数，判定煤泥水回流缓冲池管道中煤泥水流态为湍流、浓缩池入料管道中煤泥水流态为层流，表明合理的加药点应布置在煤泥水回流缓冲池管道，浓缩池入料管道不利于药剂与煤泥水充分混合。最后根据生产实际指出，因合理加药点位置有限，应在缓冲池与浓缩池入料管道之间设置混合池或箱、增加管道混合器等，提供煤泥水与药剂充分混合的场所。

• 聚二甲基硅氧烷对煤泥浮选泡沫的强制消泡研究

  赵辉, 崔广文

  浮选精煤泡沫过于稳定是造成选煤厂浮选精矿桶容积不足和浮选精煤脱水效率低的重要原因，向浮选精煤泡沫中添加消泡剂是一种有效的化学消泡方法。将聚二甲基硅氧烷作为消泡剂用于煤泥浮选泡沫，通过测量三相泡沫稳定性、矿浆黏度、溶液表面张力等方法研究了聚二甲基硅氧烷在不同水质硬度条件下对煤泥浮选泡沫的消泡效果。三相泡沫稳定性测试结果表明，随着消泡剂用量的升高（0～0.5 g/L），三相泡沫稳定性先降低而后略有升高，并且在水质硬度较低的情况下消泡效果更加显著。矿浆黏度测试结果表明，有机硅消泡剂可大幅降低矿浆的黏度，同样在低水质硬度的条件下效果更显著。表面张力测试结果表明，消泡剂单独存在时，具有与起泡剂类似的作用，会降低溶液的表面张力，但消泡剂和起泡剂共同存在时，消泡剂能够提高溶液的表面张力，从而促进气泡兼并和破裂，降低泡沫稳定性。聚二甲基硅氧烷可以作为煤泥浮选泡沫的消泡剂，可在低用量的情况下（0.1 g/L）使浮选精煤泡沫快速消泡，从而提高浮选精煤的脱水效率。

• 萃取剂与预处理对甲烷发酵泥炭腐植酸结构的影响

  路亚楠, 马力通

  采用草本泥炭为原料，先进行甲烷发酵，发酵残渣采用碱溶酸析法提取腐植酸，同时分别用碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、亚硫酸钠萃取，对得到的腐植酸样品进行紫外可见、红外、荧光光谱表征。甲烷发酵后腐植酸羟基、亚甲基、甲基等简单结构被消耗利用，而苯环、羰基、三键与累积双键等复杂结构无法被消耗利用，氢氧化钠预处理对甲烷发酵有促进作用，消耗更多的脂肪链烃，导致腐植酸产率降低且苯环含量更高，产气量增长1.12倍。不同萃取剂萃取对腐植酸产率、含量、结构有明显影响，碳酸钠萃取腐植酸含量较高，且羟基、亚甲基、羰基、苯环、醚键等官能团含量处于较高水平，亚硫酸钠萃取腐植酸产率较高，含有较多的三键与累积双键。结果表明，萃取剂与预处理对甲烷发酵泥炭腐植酸结构均有影响，氢氧化钠预处理导致腐植酸苯环含量升高，不同萃取剂对腐植酸结构有明显影响。

• 基于临界沉积速度的湿法脱硫石灰石供浆系统优化

  谷小兵, 宁翔, 孟磊, 时浩, 肖海平

  湿法脱硫系统低负荷运行阶段石灰石供浆泵频繁启动，严重危害设备安全。采用最小不沉积速度试验研究石灰石浆液临界沉积速度，并据此进行供浆系统优化。结果表明，随着管径的增加，临界流速逐渐增大。当管径为40 mm时，临界流速为1.28 m/s，当管径增加到70 mm时，临界流速为1.76 m/s，临界流速增加了37.50%。随着含固率的降低，临界流速逐渐减小。当含固率为20%时，临界流速为1.42 m/s，当含固率为4%时，临界流速为1.06 m/s，临界流速降低了25.35%。随管径和含固率的变化，粗、细颗粒临界流速的变化趋势相同；管径对粗颗粒的临界流速影响较明显，含固率对粗、细颗粒临界流速的影响相差不大；在相同的管径和含固率下，粗颗粒的临界沉积速度大于细颗粒。依据石灰石浆液临界沉积速度确定最小流量，开发宽负荷补水供浆工艺，并且设计低负荷补水电动调节阀控制方案，实现了不同负荷下石灰石浆液实时按需调节。该切换控制逻辑已成功应用于现场，保证了石灰石浆液泵的正常运行，提高了设备的稳定性和安全性。