洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2022年第02期

• 活性炭负载TiO2吸附与光催化降解甲醛研究进展

  惠世恩, 朱新伟, 王登辉, 刘长春

  甲醛污染日益严重，有效降解甲醛是亟需解决的现实问题。以生物质材料、不同变质程度的煤、石油焦等为原料制得的活性炭具有比表面积大、吸附效率高等优点，在吸附、分离甲醛污染物方面具有显著优势。综述了活性炭吸附机理及改性机理、TiO2光催化反应原理、提高光催化活性的途径、TiO2负载等，分析比较了活性炭和TiO2/AC对甲醛的吸附降解性能，并对活性炭改性、TiO2/AC吸附-光催化的未来方向进行了展望。活性炭以物理吸附为主，在一定压力、温度条件下会发生脱附，造成二次污染。通过酸化改性可改变活性炭的孔径分布和表面酸性官能团含量，将物理吸附转变为物理-化学联合吸附，可有效提高甲醛分子在活性炭表面的吸附。除了活性炭吸附甲醛外，TiO2无毒无害、安全绿色、光催化效率较高，是公认的较理想光催化降解甲醛等污染物的材料，根据TiO2光催化原理，通过—OH和—O-2两种氧化能力极强的活性物种，甲醛等污染物能被催化降解为CO2、H2O或其他无机小分子。然而，TiO2量子效率低、可见光吸收范围窄、重复利用率低等问题限制其大规模工业应用。金属离子掺杂进TiO2后形成电子、空穴的浅捕获势阱，非金属阴离子取代TiO2氧位后，改变结构的畸变程度，一定程度上减少了电子-空穴对的复合。通过复合敏化可将禁带宽度不同的半导体组合形成一个异质结，拓宽复合催化剂的光谱响应范围。将TiO2负载在活性炭上制得TiO2/AC吸附催化协同材料，有利于解决催化剂难以回收利用的问题，通过活性炭对甲醛的吸附与浓缩，为光催化提供良好的反应环境，提高降解速率。通过控制活化与炭化过程，开发出具有特异吸附能力的活性炭；随着对TiO2机理的深入探究，制备去除效率高、吸附容量大、能耗低、具有选择性的TiO2/AC材料，提升吸附催化协同材料的制备水平，有利于实现高效清洁降解甲醛的技术目标。

• 生物降解疏水性VOCs现状分析

  方翔, 程凯, 郭冀峰

  随着社会现代化进程不断加快，大量挥发性有机化合物（VOCs）排入大气，严重危害生态环境和人体健康，VOCs排放控制与降解引起广泛关注。近年来，由于生物法降解VOCs具有成本低廉、净化效率高、操作简便、无二次污染等优点，研究应用较为广泛。然而，由于疏水性VOCs从气相到液相的低传质，导致生物反应器对VOCs的降解效率较低。从传质效率、微生物群落种类及填料性能3方面分析了生物降解疏水性VOCs的影响因素，探讨了真菌生物的应用、表面活性剂的添加、亲水性化合物的利用及新型生物降解技术等疏水性VOCs生物降解效率改进方法，并对未来生物降解疏水性VOCs研究方向进行了展望。改善污染物在生物反应器中的传质效率尤为重要，未来需加强疏水性VOCs在生物膜中的迁移和降解机理研究。随着环境变化，如水分减少、pH降低，接种的细菌对VOCs的降解效率下降。而真菌对环境变化耐受力较强。生物反应器中填料会影响微生物的附着和生物膜的形成，从而直接影响VOCs降解效率。选择和开发合适的填料能为微生物群落的生长、代谢以及生物膜的发育提供良好的生态环境，为反应器长期稳定运行提供保障。真菌具有气生菌丝的优势，有助于疏水性VOCs的吸收，从而提高疏水性VOCs的去除率，但目前能降解疏水性VOCs的真菌较少，未来应该致力于开发更多能降解疏水性有机化合物的真菌。表面活性剂可以通过将疏水有机污染物分配到表面活性剂胶束的疏水核心来增加其溶解度，提高疏水性VOCs的传质效率，相较于传统的化学表面活性剂，生物表面活性剂环保、毒性小、易生物降解，未来应加大对生物表面活性剂的研究。将亲水性化合物与疏水性VOCs混合，不同污染物之间可产生相互作用，提高疏水性VOCs的溶解度和生物利用度，但其机制有待研究。新型生物反应器能解决传统生物反应器对于疏水性VOCs降解效率较低的难题，如两相分配生物反应器(TPPBs)、膜生物反应器(MBR)及生物电化学系统(BESs)等，但成本和能耗都较高，需加强相关研究。

• 低温等离子体协同催化技术处理VOCs研究综述

  韩丰磊, 季纯洁, 张子琦, 朱一凡, 李丹丹, 张婷婷, 周硕, 郭雯雯

  针对浓度较低、流量较大的挥发性有机化合物（VOCs）的治理，传统处理技术在技术和经济上存在一定局限性，达不到预期结果。而低温等离子体（Non-Thermal Plasma，NTP）技术在处理VOCs方面具有反应器处理费用少、反应器结构简单、适用范围广、反应条件温和等优点，近年来受到广泛关注。单独等离子体降解VOCs存在O3、NO2、有机副产物众多等问题，易对环境造成二次污染。低温等离子体协同催化降解VOCs体系对于提高VOCs降解率、降低反应系统能耗、减少有害副产物产生均有显著作用。详细介绍了NTP协同催化降解VOCs技术，总结了NTP协同催化降解VOCs的影响因素、不同催化体系和放电类型对降解率的影响，对等离子体技术降解VOCs机理及低温等离子体协同催化降解VOCs的机理进行了推断，并阐述了等离子体技术与催化剂催化在降解VOCs方面产生的协同作用，最后对该技术进行了展望。目前单一处理技术很难满足VOCs的处理要求，普遍采用多种技术耦合的方式进行处理。近年来学者将低温等离子体技术与催化技术联合，对提高VOCs降解率、降低反应系统能耗、减少有害副产物产生均有显著作用，该技术具有可行性和研究价值。目前研究集中于催化剂与低温等离子体的复合方式、催化剂种类、工艺参数等因素对污染物的降解效果，研究不深入。等离子体技术仍存在矿化率较低、副产物多等缺点，如等离子体内反应后会产生NOx、臭氧等副产物，形成二次污染。由于气体放电产生的低温等离子体中活性自由基种类繁多，降解VOCs的化学反应过程复杂，关于低温等离子体与催化协同的作用机理还不明确，尤其是等离子体降解VOCs的分子动力学基础理论还有待进一步研究。因此，应立足本质安全，着眼于工业应用，提出一套适于低温等离子体协同催化治理VOCs工艺特性的安全评价理论、方法与工具，对整个工艺体系开展全方位的危险性辨识与风险评价，确定可能的安全隐患，并给出改善举措，最大限度降低工艺流程设计中的不合理选择与缺陷，从根本上达到安全工业应用的目标。

• 煤化工VOCs中苯的静电纺丝纳米纤维吸附研究进展

  冯宇, 武慧恩, 周闯, 张立, 崔洪

  随着煤化工行业的不断发展壮大，与煤焦化和煤气化等核心煤化工过程相伴的污染物排放问题日益突出，其中挥发性有机化合物（VOCs）对我国空气质量造成了一定影响。作为VOCs的代表之一，苯有毒性且易挥发，严重危害人类健康。为清晰了解煤化工VOCs排放控制技术的优化方向和发展现状，为煤化工VOCs中苯的净化提供理论储备，梳理总结了静电纺丝纳米纤维复合材料用于苯吸附净化过程的相关材料和技术。围绕目前处理苯的主要技术方法进行分析，指出其在实际应用中存在的问题。重点介绍了吸附法的优点、作用方式、常用吸附剂类型和特点等，并指出选择合适的吸附剂是VOCs及苯等污染物吸附处理的核心，如何选择、组合以及提高各类型吸附材料的吸附性能并寻求有效的吸附净化技术是需要不断完善的课题。重点介绍了具有多孔结构、可调控、高比表面积特点的纳米纤维及其在气体净化领域的运用。从纳米纤维制备角度阐述了静电纺丝合成纳米纤维复合材料的基本原理、基本过程和研究现状，结果表明：静电纺丝设备简单、加工成本低、可纺原料种类多、过程可控，在制备纳米纤维技术中占据绝对优势。与常规纤维相比，静电纺丝纳米纤维尺寸更小、比表面积更大、孔隙率更高，能够在气固反应过程中提供更大的有效反应面积，为活性组分均匀有序分布提供丰富的骨架结构。结合静电纺丝纳米纤维材料净化VOCs的应用现状，指出了该领域存在静电纺丝聚合物纳米纤维和碳纳米纤维机械强度不足、纺丝液溶剂具有毒性和腐蚀性以及静电纺丝效率较低等问题。最后，明确了静电纺丝纳米纤维在VOCs和苯吸附净化领域的发展方向：深入理解并有效预测与控制纺丝过程、加强纺丝材料的功能化扩展以及发掘静电纺丝的工业化应用潜力等。

• 生物炭材料吸附VOCs研究进展

  黄钰坪, 王登辉, 惠世恩, 刘长春

  挥发性有机化合物（VOCs）因其对生态环境和人类健康的严重危害而受到广泛关注。VOCs处理技术主要有焚烧法、冷凝法、吸附法和催化氧化法等，其中，吸附法以成本低、效果稳定、吸附剂可再生等优点被认为是一种高效、经济的处理手段。生物炭是一种绿色环保、廉价易得的炭质吸附材料，近年研究较多。介绍了生物炭基本吸附特性，对比不同制备和改性方法的优劣，重点分析了比表面积、孔隙特性和官能团等因素对生物炭吸附VOCs的影响，讨论了生物炭吸附VOCs的机理。生物炭原料来源广泛，原料种类、含量和成分差异都会影响生物炭的结构性质，从而影响其吸附能力。生物炭具有丰富的官能团和复杂的孔隙结构，一般采用常规热解方法在适当温度下制备的生物炭产率较高，结构性能较好。现阶段对生物炭改性效果显著的方法包括物理改性和化学改性，且生物炭改性后具备很高的VOCs吸附性能。通常生物炭比表面积越大，吸附性能越好；孔径越大，对大分子VOCs吸附更有利，但孔径远大于VOCs分子直径时，分子间吸附减弱；孔径越小，对小分子VOCs吸附更有利，但孔径过小也会增加VOCs的扩散阻力。较大的比表面积、适当的孔径以及针对被吸附VOCs气体极性进行改性使得生物炭具有较好的吸附性能。生物炭吸附VOCs的机理主要包括炭化区的吸附和非炭化有机物的分配，炭化温度小于300 ℃时分配作用为主要作用。比表面积越大，孔隙结构越发达，越有利于物理吸附；化学吸附一般通过生成化学键（如氢键、π—π键）产生作用。多组分VOCs会发生竞争吸附，且吸附亲和力较强的气体会取代吸附亲和力弱的气体。生物炭在相关领域的研究主要集中在实验室阶段，原料运输以及二次污染等问题使得生物炭吸附在工业上还未有成熟应用。提出未来生物炭吸附VOCs重点研究方向在于开发靶向改性生物炭、新型环保型生物炭复合材料、降低生物炭材料生产成本以及在分子水平上进行模拟研究。

• VOCs末端治理技术进展及在燃煤电站烟气净化的应用思考

  赵梓舒, 左欣, 赵丹, 徐曦萌, 石佳慧, 丁辉

  挥发性有机物（VOCs）是引起PM2.5和光化学烟雾等环境问题的重要前体物质，是“十四五”期间我国空气质量改善指标之一，VOCs减排是当前大气污染治理的热点问题。作为我国主要的一次能源，煤炭消费在电力行业中仍占主导。煤炭是VOCs排放的主要贡献者，然而目前国内外单独针对燃煤电站烟气中VOCs治理的研究和工程实践很少。基于燃煤电厂烟气VOCs典型排放特性，综述了现有VOCs末端回收与销毁技术的研究现状，重点介绍了吸附、吸收、生物降解、光催化、低温等离子体、催化氧化、臭氧氧化法的特点、适用条件及最新研究进展。在我国碳减排和大气多污染物协同治理的背景下，展望了燃煤电厂烟气实现VOCs净化的技术研究方向。吸附、催化氧化技术适用于大风量、低浓度的燃煤烟气VOCs处理。吸附材料选择性低、可吸附多种VOCs。吸附技术的研究目前主要集中在探究吸附机理，设计高效吸附剂，分析VOCs在复杂烟气环境中的吸附行为。催化剂的催化活性受载体、金属负载量、制备方法等多因素影响。研发高效稳定的催化剂是催化氧化技术的关键。目前已有研究进行VOCs和NOx协同催化氧化，在中高温条件下效果显著，仍需进一步探究协同催化机理、反应副产物及竞争吸附等。常温催化氧化技术可实现结构复杂、种类多样VOCs的常温高效降解，解决传统催化氧化技术能耗高、安全性差、高温易失活等问题，降低烟气治理成本，促进零碳排放，在燃煤电厂烟气VOCs治理上具有很好的应用前景。将VOCs常温催化氧化技术与现有烟气处理设备组合进行升级改造、开发多种污染物协同控制的催化工艺是控制燃煤电厂烟气VOCs排放的发展趋势。

• VOCs燃烧催化剂耐硫性新进展

  吴冬霞, 程行, 胡江亮, 侯建材, 常丽萍, 王建成, 鲍卫仁

  挥发性有机化合物(VOCs)作为细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）复合型污染物的重要前驱体，其治理工作已被列为国家“十三五”环保治理的重要任务之一；“十四五”进一步指出，要加强城市大气质量达标管理，推进PM2.5和O3协同控制，加快挥发性有机物排放综合整治。在各种VOCs处理技术中，催化燃烧处理VOCs效率高、无二次污染，是VOCs处理的最有效方法之一。但在实际应用过程中，煤化工（焦化）等工业源排放的有机废气中均存在含硫组分，会与催化剂作用导致催化剂硫中毒。因此，对催化剂进行调控设计，提高催化剂的耐硫性对VOCs治理具有重要意义。通过分析VOCs的催化燃烧机理，指出活性氧在催化燃烧VOCs过程中的重要作用；分析了催化剂的硫中毒机理，指出催化剂硫中毒的原因，根据催化燃烧和硫中毒机理归纳总结了提高催化剂耐硫性的途径；同时，给出了耐硫性催化剂的表征技术。最后，根据国内外研究现状和技术水平，指出目前耐硫催化剂合成中存在的困难和未来的研究重点。VOCs的催化燃烧有3种反应机理，活性氧类型与反应机理相关，而活性氧类型和浓度与催化剂的耐硫性密切相关，因此，确定催化反应机理，明析活性氧物种类型，提高催化剂的氧还原能力对提高催化剂的耐硫性至关重要。根据催化剂的硫中毒机理，硫化物与VOCs分子竞争吸附占据吸附活性位点，导致活性位点减少，催化剂失活；硫化物与催化剂组分发生化学反应生成硫酸盐，堵塞催化剂孔道，覆盖催化剂活性位，导致催化剂硫中毒。通过引入助剂可以调节催化剂的酸碱性，催化剂的弱酸性可以减弱对硫化物的吸附；通过引入助剂和添加可硫酸化载体可以减弱活性组分与硫化物的作用，减弱活性组分的硫酸化；水和硫化物在催化燃烧体系中共存时，可阻碍硫酸根在催化剂表面的沉积，含有大量表面羟基的湿式硫酸盐催化剂具有更高的表面酸性，从而促进催化活性。通过提高催化剂的氧化还原性能、抑制对硫化物的吸附、减弱活性组分与硫化物的作用及调控气体组成4种手段可改善催化剂的耐硫性。

• VOCs治理工程安全评价体系研究与构建

  杨忠霖, 解强, 郝郑平, 周红阳

  近年来我国VOCs治理工程事故频发，根本原因在于VOCs治理项目设计、建设和运行中缺乏系统科学的安全理论、方法和工具的指导。剖析了VOCs治理工程的本质，概述了化工安全评价的理论、方法和常用工具，对比分析了VOCs治理工程项目与化工项目的异同。在此基础上结合VOCs治理工程特点选取并修正了化工安全评价方法，确定了信息共享模式，初步构建出集安全检查表、HAZOP、风险矩阵、LOPA、FTA和冲击波超压计算于一体的VOCs治理工程安全评价体系。HAZOP分析得到的初始事件频率和后果严重程度可作为风险矩阵分析的数据来源，风险矩阵对事故风险等级的判断可筛选出较严重的事故，以便进一步开展LOPA分析，HAZOP识别出的初始事件还可以为FTA分析提供原因事件。该体系对VOCs治理工程具有针对性，能够扬长避短、将多种方法紧密结合，实现评价方法之间数据的有效共享，评价过程系统、高效、有层次。

• 燃煤挥发性有机物采样系统改进与评价

  曹清泉, 徐静颖, 吕越

  现有挥发性有机物（VOCs）采样标准多针对简单环境与小分子化合物，缺乏针对燃煤烟气高湿、高尘及成分复杂这一特殊环境的采样方法。基于现有固定污染源吸附管采样标准HJ 734—2014《固定污染源废气 挥发性有机物的测定 固相吸附-热脱附/气相色谱-质谱法》，利用改进后的采样系统对丙酮、正己烷、甲苯、乙苯和1-癸烯5种VOCs标准样品和模拟燃煤烟气样品进行采样，研究了不同吸附剂、水分及其他烟气成分对VOCs采样分析的影响。结果表明：多孔聚合物吸附剂(Tenax TA)与硫分子筛吸附剂(Sulficarb)二合一填料填充的吸附管，相对标准偏差为0.01%～2.04%，加标平均回收率均大于80%，更适宜燃煤VOCs的采样。采样系统中除灰装置或除水装置对VOCs影响较小，能保证采样过程数据准确有效。未经过采样系统时，模拟烟气中水分、NO和SO2的存在均会对VOCs的质量和平均回收率产生负面影响，其中1-癸烯受烟气成分影响较大，平均回收率仅达到36%。当NO、SO2质量浓度分别为16～621 mg/m3与40～1 326 mg/m3时，本采样系统能很好地降低水分、NO与SO2对模拟燃煤烟气的影响，为实际燃煤电厂采样提供参考。

• 循环流化床锅炉烟气中VOCs分布规律及排放特性

  王建国, 朱蒙, 卢少华, 张晓光

  为了解循环流化床（CFB）锅炉烟气中挥发性有机物（VOCs）的分布和排放情况，明晰烟气处理装置对VOCs的处理效果，在某台200 MW CFB锅炉机组上，开展了烟气中CH4、非甲烷总烃（NMHCs）和多种典型VOCs组分的全流程浓度监测，并分析了燃煤、飞灰和炉渣3种固体样品中CH4、NMHCs含量。结果表明，CFB锅炉机组在100%和50%负荷下SCR入口处烟气中CH4和NMHCs质量浓度分别为0.65和6.63 mg/m3，经过一系列烟气处理装置后CH4质量浓度为0.14～0.18 mg/m3，NMHCs质量浓度为1.05～1.43 mg/m3。煤样中VOCs质量分数为49 979.65 mg/kg，而飞灰和炉渣内只残余少量VOCs。CFB锅炉机组排放烟气中主要以苯、甲苯、乙苯、对/间二甲苯、苯乙烯、邻二甲苯等碳原子数≥6的苯系物和以正己烷为代表的烃类化合物为主。SCR脱硝系统和袋式除尘器对烟气中VOCs处理效率较好，经过全部污染物治理设备后，通过烟囱排放的总VOCs质量浓度为1.19～1.61 mg/m3，总VOCs协同脱除效率为77.88%～78.64%，现有烟气处理设施整体脱除效果可以满足相应排放要求。

• 锅炉低氮燃烧技术研究进展

  王晶, 廖昌建, 王海波, 金平, 刘志禹, 孟凡飞

  随着国家对氮氧化物（NOx）排放要求越来越严格，提高NOx治理水平现已成为环保领域的研究重点。概述了锅炉NOx生成机理，对低氮燃烧技术特点进行分析,重点讨论了富氧燃烧技术的机理、特点和应用。NOx的生成机理复杂，与燃料特性、氧气含量、氮气含量、温度及炉膛结构等因素密切相关，锅炉燃烧过程产生的NOx根据其生成机理不同可分为燃料型、热力型、快速型、NNH型及N2O型5种。不同种类的锅炉可应用不同低氮燃烧技术或其结合来实现NOx减排。低氮燃烧技术具有种类多样化、适应范围广、成本较低等优点，是实现NOx减排的重要技术之一，目前应用较为广泛的低氮燃烧技术主要包括空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术与烟气再循环技术。其中空气分级燃烧技术运行经验多，适合锅炉改造项目，但其减排效果有限且存在燃烧不充分及腐蚀问题；燃料分级燃烧技术中以天然气为代表的气体再燃燃料降低NOx效果较好，但更适用于新建锅炉；烟气再循环技术对于现有锅炉改造较容易，但单独使用时NOx减排效果有限且对锅炉燃烧稳定性及燃烧效率有不利影响，宜与其他技术配合使用。MILD(Moderate and Intense Low Oxygen Dilution)燃烧技术、多孔介质燃烧技术、富氧燃烧技术及MILD富氧燃烧技术作为新兴的低氮燃烧技术，可实现NOx超低排放，应用前景十分广阔。MILD燃烧技术的燃烧稳定性好、燃烧效率高且NOx排放低，在不预热空气或全预混条件下均可实现气体、液体及粉状固体燃料的MILD燃烧，对于低热值燃料燃烧也同样具有显著优势。多孔介质燃烧技术燃烧效率高、NOx排放低且贫燃极限宽，可实现高炉煤气、生物质气及挥发性有机物（VOCs）等低热值气体燃料的燃烧。富氧燃烧技术是一种可同时实现超低污染物排放与碳捕集的清洁燃烧技术，具有十分可观的经济效益与社会效益。MILD富氧燃烧技术兼具MILD燃烧技术与富氧燃烧技术2者的优点，并可进一步降低NOx排放量，是一种新型、高效的燃烧技术，可实现煤或天然气等化石燃料的“近零排放”。

• 我国煤气化技术发展与展望

  王利峰

  煤气化技术作为煤炭资源清洁高效利用的关键技术，近年来发展迅速。概述了煤气化技术在我国能源利用和发展中的重要作用，介绍了当前我国煤气化技术应用的发展脉络，对比了常见的固定床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术在我国的应用情况，总结了各种气化技术的特点和应用情况，指出我国应用煤气化技术的经验和教训，并对新生的气化技术及常见的煤气化技术未来发展趋势进行了展望。我国煤气化技术已逐步从早期“外延粗放式”进入到了“内涵集约式”的发展阶段，在“双碳”产业政策背景下，煤气化技术应进入精耕细作研究阶段以提质增效，提高气化炉的整体效率、拓宽煤种适应性、提高气化炉单炉生产能力、降低停车风险保障装置的可靠性、降低气化技术对环境影响程度、强化煤气化与新型煤化工的技术集成是煤气化技术的发展方向。

• 4种窄馏分费托蜡组成结构与性质

  谢浩东, 于亚楠, 张胜振, 蒋晨光, 康善娇, 张帆, 陈胜利

  以国家能源集团宁夏煤业间接液化示范装置生产的费托合成粗蜡为原料，通过溶剂萃取耦合分级结晶工艺分离出4种窄馏分蜡，分别采用气相色谱法（GC）、傅里叶红外光谱法（FT-IR）、差示扫描量热法（DSC）和热重分析法（TG）等表征手段对4种窄馏分蜡的组成、结构和性质进行了分析。结果表明：4种窄馏分蜡组成相似，碳数呈正态分布，且以长链烷烃为主。随着窄馏分费托蜡分子量的增大，其熔点、结晶热、烷烃支化度和热稳定性均呈递增趋势。由此可见，溶剂萃取耦合分级结晶工艺可以按照需求得到熔点不同的精制蜡产品，对低附加值的粗蜡进行较好的精细分离。

• 基于含碳废弃物与煤共气化的碳循环概念及碳减排潜力分析

  刘臻, 次东辉, 方薪晖, 李文华

  我国是世界上最大的煤炭生产和消耗国，煤炭的开发利用导致了大量CO2排放，为助力煤炭的清洁转化利用，基于含碳废弃物与煤共气化的碳循环概念及碳减排潜力进行分析。计算了燃煤发电过程和以煤气化为核心的煤制甲醇生产过程CO2的排放，煤气化过程基于含碳废弃物与煤共气化提出了碳循环概念，利用气化炉协同处理各类含碳废弃物，实现跨系统的碳循环利用及原煤使用量下降，是一项非常有潜力的碳减排技术。以百万吨级的煤直接液化项目为例，实施了碳循环后，液化油渣中50%的碳被固定在沥青产品中，减少CO2排放量约58万t；以油渣萃余物替代约10%的煤制氢的气化原料煤，CO2减排量约30万t；避免油渣萃余物直接燃烧产生的CO2排放量约35万t，即每年可以实现CO2减排量达123万t。若基于含碳废弃物与煤共气化的碳循环概念得以推广，2019年我国煤化工行业可节约原煤用量2 391万t，碳减排潜力约3 710万t。

• 玉米秸秆烘焙及燃烧过程中钾的迁移释放规律

  曹庆斯, 陈云, 刘丝雨, 何勇, 朱燕群, 王智化, 岑可法

  为了解秸秆类生物质烘焙过程中钾的迁移转化及后续燃烧过程中的释放规律，采用管式炉对玉米秸秆进行烘焙预处理，利用分级萃取结合ICP-AES（电感耦合原子发射光谱仪）测量了不同温度烘焙后样品钾的释放率及不同类型钾的转化。采用多点LIBS（Multi-point LIBS）技术测量了烘焙后玉米秸秆颗粒燃烧过程中钾的释放情况。结果表明，生物质烘焙过程中，烘焙温度越高，有机官能团活性越强，水溶型钾转化成有机钾越多。烘焙样品在后续燃烧过程中，不同类型钾在脱挥发分阶段和焦燃烧阶段的释放明显不同。低温烘焙的玉米秸秆燃烧时，在脱挥发分阶段释放峰值高，释放总量多，这与钾富集、样品出现孔隙等有关，而在焦燃烧阶段释放较少。高温烘焙的玉米秸秆燃烧时，在脱挥发分阶段释放浓度低，释放率低；在焦燃烧阶段释放较多，这与挥发分少、灰分高等原因有关。烘焙前后玉米秸秆水溶型钾占比均最大，燃烧时水溶型钾的释放率与总钾释放率接近，表明水溶型钾的释放对总钾释放率起主导作用。

• 燃煤机组颗粒物排放特性及其有机成分分析

  林国辉, 杨富鑫, 李正鸿, 赵旭, 谭厚章

  煤燃烧过程中污染物的排放，特别是有机污染物的排放受到了广泛关注。基于颗粒物取样系统，对某280 t/h燃煤机组中的脱硫塔、湿式静电除尘器、湿式相变凝聚器前后的可过滤颗粒物、可凝结颗粒物及其有机污染物进行了测试和研究，分析了其对污染物的脱除特性。结果表明：可凝结颗粒物占总颗粒物排放的80.94%～90.16%；脱硫塔、湿式静电除尘器及湿式相变凝聚器可有效降低总颗粒物的排放，总脱除效率达78.58%；可凝结颗粒物中多环芳烃质量分数为64.17～126.40 μg/g，可过滤颗粒物中多环芳烃含量较少，仅有7.52～11.21 μg/g；对可凝结颗粒物有机成分定性分析发现，烷烃类物质是主要成分，占总有机物的42.11%～59.94%；其次是酯类物质，其他有机化合物包括芳香烃、酸类、醇类、酮类等。

• 钙基碱对粉煤灰中氨脱附的影响

  唐潇, 徐仁博, 马云龙, 张发捷, 赵宏, 王乐乐, 于洁, 孙路石

  为解决我国目前广泛存在的SCR后飞灰残存硫酸氢铵（ABS）的技术难题，选取碱性、酸性2种粉煤灰为试验原料，对2种飞灰加水脱ABS，研究飞灰中内在碱/碱土金属对ABS的脱除影响；在此基础上，分别向飞灰中加入一定量钙基碱与水，研究钙基碱对粉煤灰中氨脱附的影响。结果表明，对于碱性灰，不加入额外的碱，只加入少量水并搅拌就可促进灰中部分氨释放。而向酸性灰中加入等量的水并搅拌，释放出的氨很少。向灰中加入1% Ca(OH)2和2% H2O，搅拌5 min，灰中95%以上ABS可被有效脱除。在相同条件下，CaO对灰中氨脱除效果略差于Ca(OH)2。相较加热法，加碱法在常温下进行，且加入少量水，灰易干燥。基于加碱法原理的灰中氨脱除装置对含氨灰有很好的脱氨效果。对于氨平均质量分数近300×10-6的粉煤灰，向灰中加入1% Ca(OH)2、2% H2O，不经加热处理，只使用搅拌混合器搅拌便可去除灰中75%以上的氨，加热处理后，灰中氨进一步被脱除，氨脱除率可达90%以上，可保证处理后粉煤灰中氨质量分数低于100 mg/kg，对后续利用无不利影响。

• 利用脱碳气化渣制备水泥基复合材料

  李彦君, 阎蕊珍, 王建成, 韩东霄, 樊盼盼

  为探讨脱碳气化渣用作水泥混凝土矿物掺合料的可行性，将脱碳气化渣粉、粉煤灰和钢渣粉3种灰渣粉分别取代水泥制备混凝土和胶砂试件，对其工作性能和力学性能进行研究，结合X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜分析了灰渣粉的化学组成、矿物组成和微观形貌。结果表明：粉煤灰和钢渣粉均含有球状玻璃体，有助于提高浆体流动性，脱碳气化渣粉颗粒则粗糙、多孔，需水量大，对混凝土的流动性略有降低，但混凝土拌合物坍落度210 mm、扩展度500 mm，仍满足工作性能要求；随龄期增加，掺不同灰渣粉混凝土的抗压强度呈增长趋势，3 d龄期时，各组强度均达到设计值的70%以上，其中，钢渣粉中的硅酸盐矿物早期水化，使混凝土强度增加明显，粉煤灰中含有一定量的石灰、石膏，有助于激发其中玻璃体的活性，特别是28 d龄期时，脱碳气化渣组强度超过设计值23%，其中的玻璃体水化反应迟缓，形成的产物对后期强度的提高贡献较大；灰渣粉的质量系数越高，其活性越高，胶砂试件的抗压强度相应较高，但灰渣粉的活性并非影响混凝土强度的唯一因素；脱碳气化渣粉表面棱角多，增强了渣粉颗粒与水泥浆体间的黏结力，其胶砂试件的折压比相对最高，7 d龄期时，折压比相对基准组提高了50%，28 d龄期时，同比基准组高出78%，脱碳气化渣粉有助于混凝土（砂浆）韧性的提高。

• 垃圾焚烧电站入炉垃圾低位热值及不确定度研究

  徐凯, 钟平, 宋金时, 孟桂祥, 韩国庆, 曹寿峰

  根据FDBR标准及不确定度原理，介绍了垃圾焚烧电站入炉垃圾低位热值计算方法，构建了入炉垃圾低位热值不确定度计算模型。以某935 t/d垃圾焚烧锅炉为研究对象，进行了入炉垃圾低位热值计算分析并对入炉垃圾低位热值测试不确定度进行了评定。结果表明：入炉垃圾低位热值与垃圾焚烧电站设计热值的匹配程度直接影响垃圾焚烧锅炉的运行状态，应加强对入炉垃圾低位热值的跟踪分析；相较于垃圾送样化验，性能试验方式更能反映入炉垃圾热值的真实情况；依据FDBR标准能够准确获得性能测试期间的入炉垃圾低位热值平均值，测试精确度高，但运行人员仍无法根据入炉垃圾情况实时调整机组运行状态，入炉垃圾热值的实时预测研究仍是当前阶段的研究重点；过热蒸汽质量流量、生活垃圾质量流量、省煤器出口烟气体积流量、炉渣热灼减率、省煤器进口给水温度、过热蒸汽温度、一次风蒸预器中间段风温、湿炉渣量占垃圾处理量百分比、省煤器出口烟温9个参数的测量不确定度占入炉垃圾低位热值不确定度权重值的99.3%，提高此9个参数的测量精度，确保入炉垃圾低位热值的测试质量。

• 柠檬酸优化水热合成羟基磷灰石及矿井水除氟性能

  赵佳昕, 李文博, 王吉坤

  为了提高羟基磷灰石的分散性，通过水热法合成羟基磷灰石粉体。通过添加柠檬酸提高样品的分散度、降低晶粒尺寸，从而提高在模拟水样中的除氟效率。通过单因素试验和响应面法对羟基磷灰石的水热合成工艺条件进行主要参数优化，并利用红外光谱、扫描电镜、能量色散X射线光谱、比表面积及孔隙分析和X射线衍射仪等表征了不同柠檬酸添加比例下水热合成羟基磷灰石。结果表明，柠檬酸的加入会显著影响羟基磷灰石在纳米尺度下的微观形貌。利用Box-Behnken设计的3因素3水平响应面试验确定水热法合成羟基磷灰石的最佳参数为：水热温度147 ℃、水热时间8 h、柠檬酸添加量0.5%，在最佳工艺条件下，成功得到高分散度的纳米羟基磷灰石，针对模拟水样（氟离子质量浓度为6 mg/L）除氟效率达44.6%，除氟容量为2.678 mg/g，高于同等测试条件下的市售羟基磷灰石测试值（1.437 mg/g）。吸附过程的热力学研究表明，Langmuir等温模型拟合效果要优于Freundlich模型。计算热力学参数可知，所制备的羟基磷灰石对氟离子的吸附是自发(ΔG0＜0)、放热(ΔH0＜0)、熵增(ΔS0＞0)的过程。羟基磷灰石对氟离子的吸附符合准二级反应动力学过程。通过造粒成型及连续吸附装置对所制羟基磷灰石样品进行评价，出水氟离子质量浓度连续9 d保持在1.0 mg/L以下，该吸附剂具有良好除氟效果。

• 复合絮凝剂的制备及其在高浊矿井水中的应用

  麻博, 林智炜, 孙超, 王文倩, 张春晖

  针对高浊矿井水在预处理过程中采用传统絮凝剂存在效率低、用量大、难以同时去除浊度、乳化油等问题，拟采用无机-有机复合絮凝剂对矿井水进行混凝沉淀处理，实现高效、环保、绿色的目的。通过室内模拟试验研究了絮凝剂在不同的投加量、温度、pH条件下，对浊度以及乳化油的去除效果。结果表明，复合絮凝剂（PFS-P）的去除效果优于聚合硫酸铁（PFS）、阳离子型高分子聚合物P(AM-DMDAAC-OM)；在投加量60～75 mg/L、温度20 ℃、pH=7时，浊度的去除率达99.3%～99.7%，剩余浊度为3.1～7.4 NTU，水中油类的去除率约为75.24%，剩余油质量浓度为7.0 mg/L；通过FT-IR、XRD、TEM分析结果，表明无机、有机絮凝剂有效结合，丙烯酰胺（AM）中的离子键与PFS的SO2-4键发生相互作用而连接，在吸附桥架作用下复合絮凝剂最终呈网状结构，并且通过Fe（Ⅲ）的羟基络合物、有机分子长链的吸附电中和以及复合絮凝剂的网捕卷扫作用，有效去除水中浊度及油类。通过复合絮凝剂的制备及模拟废水的处理试验，为高浊矿井水的混凝沉淀处理的工程化应用提供理论参考。