洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2022年第04期

• CO2甲烷化镍基催化剂研究进展

  张晓俐, 古芳娜, 苏发兵, 许光文

  CO2甲烷化技术不仅可以实现CO2的循环利用，还能解决CO2排放带来的环境问题。近年来，Ni基催化剂因催化活性好、甲烷选择性高和价格低廉等优点被广泛应用于CO2甲烷化反应中。重点阐述了Ni颗粒的尺寸效应、表面微细结构、载体种类及物理化学性质（碱性位、氧空位、比表面积、孔结构和金属-载体间相互作用）对CO2甲烷化催化剂催化性能的影响，介绍了Ni基双金属合金、结构和电子型助剂对其催化性能的影响，归纳了不同催化剂上CO2甲烷化机理，剖析了Ni基催化剂失活的原因，论述了Ni基催化剂在光热催化CO2甲烷化中的应用，最后对CO2甲烷化催化剂未来研究方向进行了展望。通过对比不同体系获得的研究结果发现，CO2甲烷化反应为结构敏感性反应，Ni颗粒尺寸对催化剂活性有显著影响，然而不同研究得出的最佳Ni颗粒尺寸有明显差异，这可能与不同金属与载体间相互作用或不同制备方法导致的Ni颗粒表面微细结构（如不同晶面、缺陷位等）差异有关，Ni颗粒的尺寸效应有待深入研究；第二金属的加入形成Ni基双金属合金、助剂及研究金属-载体相互作用都有助于开发高稳定性的催化剂；载体表面丰富的碱性位及氧空位，有利于CO2吸附与活化，进而提高催化剂活性。目前，CO2甲烷化反应路径主要分为CO路径和甲酸盐路径，反应遵循的路径可能与反应条件（如温度、压力等）及催化剂表面性质（如羟基丰富度、O2-吸附位点等）有关。然而，关于助剂或载体与Ni物种间的纳米界面结构，以及采用不同助剂和载体对催化剂活性位点及CO2甲烷化反应路径的影响机制，尚缺乏较深入的认知。因此，需借助现场原位成像技术及光谱学技术对催化剂的表界面几何与电子结构进行精细、动态的结构剖析，建立动态结构与性能的构效关系，有利于指导设计合成特定结构的高效Ni基催化剂。

• 预热燃烧还原性气氛下煤中C／O／N元素的迁移特性

  张毅, 朱建国, 吕清刚, 张孝禹, 张嘉航, 潘飞

  煤燃烧过程的深度控制是煤燃烧的最终目标。从气体和固体表面官能团转化2方面出发，针对煤粉预热燃烧过程4个还原性气氛区域内燃料的C/O/N元素迁移规律进行分析；从气体转化分析可得，整个过程的C主要以CO和CO2气体形式释放，O主要伴随碳氧化物和NOx释放，而N在预热阶段主要以N2的形式释放，在燃烧阶段主要以NO2和NO的形式释放，其含氮形式与和燃烧室顶部的距离有关；从固体官能团转化分析可得，原煤经历预热过程后，其表面的含碳双键和含氮官能团种类增多；在燃烧室的3个还原性区域内，燃料表面的含碳双键被多次消耗和生成，表面的吸附氧被多次释放和吸附，含氮官能团种类发生变化；预热半焦和400 mm处的固体样品生成的含碳双键最多，且重新生成吸附氧，因此这2个样品的活性最大；100 mm和900 mm处样品所含不稳定含N官能团种类最多，导致样品中N在这2个位置更易以气体形式释放，结果为煤燃烧过程中NOx的深度控制提供基础试验数据支撑。

• 基于GRI-Mech3.0机理的甲烷／空气多孔介质燃烧特性数值分析

  王鹏涛, 贾楠, 刘鹏中, 崔豫泓, 牛芳

  多孔介质燃烧火焰相比于常规自由火焰，具有功率密度高、可燃性极限宽、燃烧速率高和污染物排放少等优点。为了探究甲烷多孔介质燃烧火焰面及污染物排放特性，采用计算流体力学方法，结合GRI-Mech 3.0机理，针对三维氧化铝小球堆积床多孔介质燃烧器内预混气体燃烧特性进行数值模拟。分析了当量比对甲烷多孔介质燃烧火焰面、燃烧反应速率以及CO和NOx排放特性的影响。结果表明，甲烷/空气多孔介质燃烧经历了预热—燃烧—燃尽3个阶段，并在主燃区达到了温度峰值以及燃烧反应速率峰值，而在主燃区后程及燃尽区内，燃烧温度趋于均匀，这是多孔介质燃烧与传统燃烧的重要区别。当量比对甲烷/空气多孔介质燃烧整体特性的影响不存在线性关系，化学当量比Φ=1.0时，整体燃烧特性较优。NO生成特性方面，受热力型NO生成机制的影响，多孔介质燃烧场内NO浓度先迅速上升，而后由于还原性气氛增强，GRI-Mech 3.0机理中涉及NO还原反应消耗了一定浓度的NO。

• 煤粉预热低NOx燃烧技术进展

  王帅, 刘洋, 刘愿武, 牛艳青, 朱广庆, 薛旭峰, 惠世恩

  燃烧过程中控制NOx生成是最直接经济有效的低NOx燃烧技术。煤粉预热-燃烧技术以其巨大的低NOx燃烧潜力逐渐得到重视。煤粉预热-燃烧技术降低NOx生成的主要思路在于：煤粉进入炉膛燃烧前，通过设置独立的高温低氧强还原性物理空间对煤粉进行预热，挥发分在预热区内快速析出并进行相应转化，促进挥发分N的释放并增加挥发分N还原为N2的比例，从而降低煤中N被氧化成NOx的概率；在此基础上，通过结合空气分级和MILD燃烧等低NOx技术对预热产物进行相应的燃烧组织，进一步降低预热产物燃烧过程中NOx的生成。现阶段煤粉预热-燃烧技术根据预热热源与装置的不同可以分为燃气辅热式煤粉预热-燃烧技术、流化床煤粉预热-燃烧技术、燃烧器煤粉预热-燃烧技术。其中燃烧器煤粉预热-燃烧技术通过优化设计，将煤粉自预热技术与径向及轴向多级逐级配风技术、燃料浓淡分离与分级送粉等技术有机结合，在保证高效低NOx同时，具备低成本与改造灵活性的优势。实际应用结果表明：燃烧器煤粉预热在运行稳定性、变负荷适应性及低NOx燃烧方面均表现出优异性能。

• 氧分级对准东煤富氧燃烧NOx生成与积灰特性的影响

  孙瑞金, 王长安, 赵林, 王超伟, 马成果, 车得福

  准东煤储量丰富，但由于其碱及碱土金属含量较高，会导致严重的换热面沾污问题，影响锅炉效率和运行安全。富氧燃烧有望实现准东煤的清洁利用，且分级条件下的富氧燃烧可进一步降低NOx排放，但同时也会影响煤中矿物质演变。目前氧分级对高碱煤燃烧积灰的影响规律鲜有研究，氧分级对NOx和积灰的耦合作用尚不明确。利用两段炉试验系统，研究富氧分级燃烧条件下高碱煤燃烧过程中的NOx生成和积灰特性。试验结果表明，富氧条件下烟气中的NO体积分数远低于空气条件，富氧气氛下的NO体积分数仅为80×10-6左右，而空气气氛下NO体积分数已超过170×10-6。相同O2体积分数下（21%），富氧条件下的灰沉积倾向弱于空气条件，富氧条件下为26.20 mg/g，而空气条件下为16.45 mg/g，证明了富氧燃烧的优越性。随着主燃区O2体积分数的增加（25%～60%），准东煤的燃料N转化率及灰沉积倾向逐渐升高，积灰的整体结构更加致密，积灰颗粒之间的团聚和黏连现象严重，独立存在的灰颗粒数量明显减少，颗粒表面的凹坑不断发育，出现较多的孔隙结构，烧结现象逐渐加剧。该研究有利于加深对高碱煤富氧分级燃烧下的积灰和NOx生成特性的认识，为促进高碱煤的安全清洁利用提供借鉴。

• 氯盐改性堇青石吸附剂氧化烟气中Hg0的试验

  邢向文, 方蓓蓓, 张肖阳, 崔琳, 董勇

  汞具有挥发性且有剧毒，是煤中有害痕量重金属元素之一。在燃烧过程中，燃煤中的汞主要以Hg0的形式释放到烟气中。烟气中的Cl元素可将Hg0高效氧化成Hg2+，Hg2+可在下游的除尘和湿法脱硫设备中被捕集脱除。然而，我国燃煤大部分属于低氯煤，燃煤电厂烟气中Hg0比例较高，造成电厂现有烟气污染物控制单元对Hg0的协同脱除效率较低。针对我国燃煤氯含量较低，烟气中Hg0氧化效果差，Hg0含量高的问题，提出利用4种氯盐对堇青石进行浸渍改性，制备成MClx/Cord吸附剂，对该吸附剂进行较宽温度窗口的Hg0氧化试验，探究氯盐改性堇青石对Hg0的氧化性能。结果表明：在0～8% O2体积分数和150～350 ℃时，堇青石载体Hg0脱除效率最高仅8%；而用CaCl2、MgCl2、FeCl3和CuCl2改性后堇青石吸附剂的Hg0脱除效率分别达30%、95%、97%和98%。可见，氯盐改性极大提高了堇青石吸附剂氧化Hg0的性能。温度和O2体积分数对MgCl2/Cord、CaCl2/Cord和FeCl3/Cord吸附剂中的氯元素析出影响很大，造成Hg0脱除效率波动较大。CuCl2/Cord的Hg0脱除效率受温度和O2体积分数影响不大，Hg0脱除效率稳定在93%以上，表现出非常稳定的氧化Hg0性能，适合作为氧化烟气中Hg0的潜在吸附剂。氯盐浸渍改性可提高堇青石对Hg0的氧化性能，CuCl2浸渍改性堇青石具有最佳的Hg0氧化效果，且几乎不受温度和O2体积分数变化的影响。

• 基于声学法的堆积煤粉温度场实时监测

  杨庚, 闫计栋, 沈国清, 安连锁, 李宗金

  在煤粉制备、运输及储存过程中，堆积煤粉通常暴露于氧化环境中，当外界温度过高时极易发生自燃。低频声波具有衰减低、传播距离长的特点，以其作为声源的声学测温方式可有效弥补常规热电偶滞后预警的问题，实现实时测量，显著提升发电过程的智能化水平。主要探究了堆积煤粉的声吸收特性以及低频声波（频率在200～2 000 Hz）在堆积煤粉中的传播特性，试验以福泉煤矿的烟煤为研究对象，制备了4种不同粒径的煤样，研究了不同粒径煤粉以及堆积高度下的声吸收特性，发现堆积煤粉的声吸收曲线存在多峰值现象。进行了不同频率下低频声波在堆积煤粉中的传播特性试验，结果表明在1 000～2 000 Hz声衰减系数下降趋势明显；在实验室环境温度下，堆积煤粉的声速在142.261～142.851 m/s，试验标准差约0.1%，结果较稳定，验证了声学测量堆积煤粉温度分布的可行性。

• 直接空冷凝汽器流场及性能优化数值模拟

  王淼, 黄骞, 曹文广, 李水清

  燃煤火电机组直接空冷凝汽器运行时，环境风速、环境温度等对三角腔内空气与热蒸气的对流换热均有重要影响，从而影响机组运行稳定性。通过三维流场模拟方法，以某600 MW机组单列/单个空冷单元为例，研究了典型环境参数下的空冷凝汽器换热性能，提出了一种在三角腔内加装夹角可调的“羽翼型”实心/多孔导流板的流场优化技术方法。结果表明：单列凝汽器受环境风效应影响，空气进口方向第1个位置的空冷凝汽器平均空气流量受环境风速影响最大；当环境风速从3 m/s增加到9 m/s时，单列（8个空冷单元组成）空冷凝汽器平均空气流量下降约590 kg/s,说明高风速会增大三角腔内空气扰动不利换热，采用凝汽器三角腔体内加装实心板/多孔板的方式对流动涡旋整流效果明显；进而通过调节2片导流板夹角至240°，三角腔内静压平均提升了153 Pa，可有效缓解冬季换热管束底部冻结现象。该类加装导流装置的直接空冷凝汽器适用环境工况范围相对较广，有利于在实际工程中实现高温防阻、低温防冻、运行稳定的作用。

• SCR脱硝氨转化、吸附及飞灰氨脱除技术研究现状

  唐潇, 徐仁博, 张发捷, 马云龙, 赵宏, 王乐乐, 孙路石, 于洁

  随着国家对燃煤电厂污染物排放要求愈加严格，燃煤电厂几乎都安装了SCR烟气脱硝装置处理烟气中NOx。正常运行的SCR烟气脱硝装置脱硝效率为80%～90%。但在超低排放要求下，部分燃煤机组锅炉SCR运行实际脱硝效率高达95%，导致氨逃逸控制难度急剧增大。综述了国内外燃煤电站锅炉SCR脱硝后飞灰中NH4HSO4的形成与脱除，分析其形成机制以及脱除方法，对其工业应用进行了展望。研究表明粉煤灰对单质氨的吸附能力有限，但烟气中SO3与H2O的存在可促使灰中氨含量升高，NH3、SO3浓度和煤种是影响灰中氨含量的主要因素。粉煤灰脱氨技术按原理可分为加热法、氧化法、水洗法以及加碱法等。204 ℃下，粉煤灰中氨的脱除十分缓慢，处理80 min，氨脱除率小于50%，因而加热法需在260 ℃进行，能耗较高。灰中含水量高于3%时，氨脱除速率很高，但在随后的干燥阶段，灰中含水量降至2%以下后，氨脱除速率迅速下降，同时水洗法会产生额外的废水；氧化法是选取合适的催化剂安装在SCR烟气脱硝装置后、空预器前，选择性将烟气中NH3催化氧化成N2，从而有效除去烟气中逃逸的NH3，减少NH4HSO4生成，降低粉煤灰氨含量，但无法保证氧化剂完全与氨反应，导致残余的氧化剂逃逸。向粉煤灰中加入钙基碱和水并搅拌的氨脱除效果很好，向粉煤灰中加入少量水(～2%)和少量碱(≤2%)，粉煤灰中氨质量分数可降至100 mg/kg以下。由于加入的水很少，后续利用机组脱硫后烟气即可干燥，处理过程中产生的NH3可重新喷入SCR烟气脱硝装置或制氨水。加碱法成本低、效率高，是脱除灰中氨的优良方法。目前飞灰中氨含量仍无行业标准，飞灰中氨对于环境及建材利用的影响仍缺乏工程验证，当前飞灰中氨的脱除仍停留在实验室研究与工业小试阶段。未来需要开展全流程的工程验证以及详细的成本核算，从而实现粉煤灰的资源化利用。

• 煤制乙二醇废水处理关键技术研究进展

  杨芊, 魏江波, 孙齐, 刘志学, 滕巍, 陶志达

  乙二醇是重要的基础有机化工产品和原料，具有石化、生物质和煤气化合成气3种制备路线，近年来煤气化合成气制乙二醇技术在我国快速发展。然而，煤制乙二醇废水主要来自气化、DMO合成等，具有有机物和硝酸盐含量高、有毒和难降解等特点，废水达标排放成为煤制乙二醇技术应用的主要约束条件之一。对煤制乙二醇废水处理的关键技术，包括煤气化废水脱氨、脱酚、破氰的萃取和汽提预处理技术、废水酯化脱硝酸技术、复合膜脱氮技术、有机物生化降解技术、高盐废水浓缩分盐结晶技术等进行了综述性评价，总结了各工艺的应用场景和特点。结果表明，预处理可去除油、酚、氨等有毒物质并降低悬浮物浓度，生化阶段可进一步降低COD、氨氮和有机物浓度，蒸发结晶可实现废水近零排放。预处理—生化—分盐结晶技术适用于合成气制乙二醇废水处理，加强源头污染控制、实行清洁生产、加强高盐废水近零排放技术研发是合成气制乙二醇废水处理未来的发展趋势，并从废水资源化角度提出研发建议。

• Ni2P／Al2O3-TiO2催化剂制备及其菲加氢饱和性能

  陈羽, 王九占, 李泽, 荆洁颖, 李文英

  煤焦油富含芳烃的特点使其具有制备高性能喷气燃料的可行性，且芳烃中稠环芳烃类化合物的加氢饱和产物——环烷烃（如全氢菲）可显著增强喷气燃料的热安定性，而该过程实现的关键在于制备高性能加氢饱和催化剂。针对菲加氢饱和反应中的吸附问题，基于Ni2P的特殊电子结构，以强化芳烃吸附为目标，采用溶胶凝胶法制备了复合氧化物Al2O3-TiO2载体，使用次磷酸盐歧化法制备了系列Ni2P/Al2O3-TiO2菲加氢饱和催化剂，探究了载体中掺入不同含量TiO2对Ni2P催化剂几何结构、电子结构和菲加氢饱和性能的影响。结果表明：反应温度320 ℃、压力5 MPa、重时空速52 h-1时，与Ni2P/Al2O3相比，TiO2掺杂量为15%时催化剂的菲转化率维持在95%左右，全氢菲选择性由49%增至68%，且转换频率由0.3 s-1提升至0.7 s-1。进一步分析掺杂后催化剂的几何结构和活性组分的电子结构发现，TiO2掺入Al2O3载体后，可向活性组分Ni2P传递适量电子，使得Ni2P中Ni处于适宜的缺电子状态，提高了Ni2P/Al2O3-TiO2催化剂对菲及中间产物的吸附能力；同时，TiO2掺杂有利于形成小粒径Ni2P，TiO2掺杂量为15%时，催化剂中Ni2P粒径最小（4.3 nm），可为加氢反应提供更多的活性位点，使该催化剂具有较强的菲加氢饱和能力。

• 40 kg神东煤焦炉热解试验及产物分析

  彭德军, 邸传耕, 张飞

  神东煤为典型侏罗纪不黏煤，具有低灰、低硫、低磷、低钾钠等优点，焦油产率较高，挥发分产率较高，哈氏可磨性指数和热稳定性中等，比较适合中低温热解加工。为全面研究神东煤的热解特征，综合使用热重分析仪和40 kg热解装置，研究神东煤在不同温度下焦油、热解气和半焦的生成规律及性质。结果表明，神东煤煤质优良，格金焦油产率较高，比较适合中低温热解提质加工。随着热解温度的升高，煤气产率显著增加，半焦产率逐渐减少，半焦的挥发分迅速下降，碳含量增加，机械强度变差，反应活性和可磨性呈降低趋势，比电阻急速下降。半焦的比表面积较小，苯酚吸附量较低。提高热解温度可明显改善半焦性质，对神东煤的提质作用比较明显。热解焦油性质优良，比较适宜加氢制备清洁燃料。

• 神东煤回转窑热解破碎特性

  苌亮

  为研究神东煤在回转窑热解过程的破碎特性，利用100 kg级回转窑研究了粒径25～13 mm的神华补连塔矿区神东煤的热解破碎特性，考察了加热终温、停留时间、回转窑转速3种反应条件对神东煤的碎裂粉化程度的影响。结果表明，在回转窑热解时，随温度升高（120～700 ℃），神东煤产物总碎裂率α由20.48%升至68.74%，粉化率β由1.70%升至16.55%；随停留时间增加，α由15.66%升至68.22%，β由1.32%增至15.71%；随回转窑转速增加，α由17.54%升至71.43%，β由1.26%增至15.08%。通过对神东煤回转窑热解过程破碎影响因素进行灰色关联分析，发现3种反应条件（反应终温、停留时间、回转窑转速）对热解产物总碎裂率和粉化率的影响顺序一致，其中加热终温影响程度最大，其次是停留时间，回转窑转速影响程度最小。建立了神东煤热解破碎过程粒径关联函数模型，模型充分反映了煤热解温度、停留时间和转速与粒径分布的关系，经验证破碎后平均粒径计算值与试验值的相对误差小于5%，能较好地预测神东煤在回转窑热解过程中破碎后的粒度变化情况。

• 流化床煤气化过程中焦油生成特性

  邓尚致, 姜华伟, 李伟强, 袁野, 郭庆杰, 王翠苹

  煤气化过程中产生的焦油在低温下会发生冷凝，堵塞工艺设备，污染燃气设备，增加运行成本。而基于焦油生成特性调整运行参数，可降低气化炉原始焦油质量浓度和焦油脱除成本。为获得流化床煤气化过程中焦油的生成特性，借助流化床反应器，研究温度、空气当量比、表观气速、煤的粒径和含水率等对气化气中焦油生成量的影响规律。研究结果表明：升高温度或提高空气当量比，均有利于降低煤气化过程中焦油质量浓度，但2者的影响有限。炉内表观气速ug在0.19～0.33 m/s逐渐增加时，气固两相间接触混合加剧，改善了炉内传热传质效果，促进焦油热分解，而当鼓泡流态化向湍动流态化过渡时，气固两相间的接触混合不再明显增强，焦油质量浓度变化不大；煤颗粒粒径较小，可提高化学反应速率，促进产生焦油的热分解，但在一定的流化风速下，气化原料粒径越小，越易分布在床面，反而削弱了煤和床料间的热量传递，缩短了焦油在炉内的停留时间，导致焦油质量浓度增大；不同含水率的煤在气化过程中测得焦油质量浓度差异较明显，含水率过高或过低都对降低焦油的生成量不利。

• 改性处理对煤基电容炭结构及电化学性能的影响

  张兆华, 王谦, 张步勤, 张风梅, 张传祥, 黄光许, 邢宝林

  超级电容器是一种新型储能装置，电极材料作为其关键部件一直备受关注，其中电极材料的改性处理对于高性能超级电容器的研究至关重要。以河北无烟煤为前驱体，KOH为活化剂，碱与煤的质量比为2∶1，活化温度为800 ℃制备具有高比表面积的煤基电容炭(2 586 m2/g)。以煤基电容炭为原料，考察了电容炭在不同温度(600～1 000℃)氢热还原过程中微观结构与表面化学性质的演变及其对电化学性能的影响。结果表明，随着氢热还原温度的升高，样品的比表面积先略微升高后逐渐降低，中孔率较原煤基电容炭相比均有不同程度的提高。其中，700 ℃氢热还原处理得到的样品具有较低的氧含量(0.35%)、较强的导电性、与有机电解液之间较好的润湿性以及较高的缺陷程度，电化学性能得到显著的提高，具有较高的比电容(0.5 A/g电流密度下为179 F/g)、能量密度(33.36 Wh/kg)、功率密度(1 014.75 W/kg)、倍率性能(电流密度为5 A/g时的电容保持率为58.7%)和循环稳定性(5 000次循环电容保持率为82%)。对于煤基电容炭而言，氢热还原是一种良好的改性处理方法。

• 纤维素、半纤维素和木质素对生物质燃烧行为影响研究

  刘洋, 姜通, 邹春, 章海生

  生物质能因其CO2零排放和可再生的优点已成为能源领域研究的热点，如何合理并充分利用生物质能受到广泛关注。研究生物质三组分（纤维素、半纤维素和木质素）对生物质的着火及燃烧行为的影响机理，可用于生物质电厂的生物质种类选择与生物质掺混煤粉燃烧评估。采用Hencken平焰燃烧器和高速摄像机拍摄生物质三组分、3种生物质及对应的模拟生物质的着火延迟时间，结合辐射能测温技术探讨生物质三组分、3种生物质和模拟生物质的燃烧特性，分析生物质结构特性对其的影响。结果表明，生物质三组分中木质素的着火延迟时间最短，半纤维素其次，纤维素的着火延迟时间最长，其着火延迟时间分别为2.08、4.16和7.52 s。生物质与其对应的模拟生物质燃烧特性明显不同，且这种差异随生物质中木质素含量的增加而增强。纤维素和半纤维素焦着火发生后燃烧温度急剧增至1 000 K以上，而木质素焦着火后，颗粒温度增加相对平缓。实际生物质的着火延迟时间都长于模拟生物质，并且模拟生物质的着火延迟时间随木质素含量的增加而不断缩短。对于实际生物质，稻杆和板栗壳的峰值温度曲线趋势相近，板栗壳燃烧初期的温度更高，而竹子样品则呈较特殊的温度曲线。

• 燃煤火电机组深度调峰运行试验

  张绪辉, 杨兴森, 辛刚, 刘科, 崔福兴, 赵中华

  风电、光伏等新能源发电规模持续快速增长，电网负荷峰谷差不断增大，燃煤火电机组调峰运行更加频繁。为研究燃煤机组实际调峰运行中的关键影响因素，开展了8台不同类型机组的调峰试验。通过分析锅炉炉膛负压与火检信号、助燃措施投运状态，确定锅炉在深度调峰运行状态下的稳燃能力，对燃煤机组低负荷运行状态下污染物排放浓度进行分析，分析了机组SCR烟气脱硝装置温度在不同负荷下的变化规律，并研究了抽汽供热机组供热量与调峰能力之间的关系，分析机组供热量对机组调峰运行的影响。结果表明：在燃用煤质与设计煤质接近的情况下，大部分机组在纯凝工况下可达到40%额定容量以下稳定运行的能力，接近机组设计最低稳燃负荷；NOx排放是燃煤火电机组深度调峰运行期间的重要限制因素，SCR脱硝装置运行温度在低负荷下可能降至300 ℃ 以下，严重影响SCR装置正常运行，从而制约机组深度调峰运行；机组供热量较小时有助于提升锅炉低负荷运行能力，但供热量较大时严重影响机组深度调峰，可能会使机组调峰能力下降20%以上。

• 中心富燃料直流煤粉燃烧器燃烧及NOx生成特性

  沈涛, 宋民航, 夏良伟, 黄莺, 路丕思

  为了提升直流煤粉燃烧器在促进煤粉着火稳燃及降低NOx生成方面的性能，哈尔滨锅炉厂设计开发了一种中心富燃料直流煤粉燃烧器，通过设置两级煤粉浓缩并结合钝体回流及稳燃齿稳燃，强化煤粉浓淡分级燃烧、稳燃及降低NOx生成效果，利用ANSYS Fluent数值计算方法获得该类型燃烧器的整体燃烧性能，通过调整风量配比系统研究了该燃烧器的气固流动、燃烧特性及NOx生成特性。结果表明：一次风煤粉气流经两级浓缩后，可将大部分煤粉（占总煤粉量的80%～90%）浓缩于中间浓煤粉气流通道，浓煤粉气流喷出速度在12～16 m/s，能在燃烧器出口形成低速、富燃料区，促进煤粉气流的快速升温及着火，着火位置距燃烧器出口约300 mm。同时，稳燃板的设置可在燃烧器出口处形成2处对称高温回流区，对应回流区长度在160 mm附近。减小一次风量并增大二次风量，将降低挥发分的反应速率，延长CO及固定碳的反应时间，火焰高温区长度增大，且不利于抑制NOx生成。而当增大二次风量同时减小燃尽风量时，高速二次风对煤粉气流的引射作用增强，为后续煤粉燃烧持续补氧，促进了后续煤粉的持续燃烧放热，同时由于空气分级燃烧效果进一步减弱，削弱了主燃区还原性效果，使NOx质量浓度保持在237.3 mg/m3 (O2体积分数6%)。通过该燃烧器基准工况下的NOx生成特性可知，由于燃烧器出口高温回流区加低速富燃料区的共同作用，燃烧器出口形成贫氧富燃料的强还原性氛围，从而明显抑制NOx生成，使NOx质量浓度降至162.34 mg/m3(O2体积分数6%)。

• 基于反应温度控制的低氮燃烧调整技术研究与应用

  施斌, 但振宇, 牟克慧, 李楠, 赵鹏勃, 孙献斌

  为提高选择性非催化还原反应（SNCR）脱硝效率，实现SNCR宽负荷脱硝，以1台130 t/h CFB（循环流化床）锅炉为研究对象，进行低氮燃烧调整试验，通过研究分离器温度控制机理，探究影响分离器温度的影响因素，研究分离器出口温度Tsep控制方法。结果表明：SNCR温度窗口存在1个高效反应温度点Topt，将分离器出口温度精准控制在Topt附近可获得更高的SNCR脱硝效率；烟气再循环（FGR）对分离器Tsep具有调节作用，分别在130、90、70 t/h负荷投入FGR，分离器温度分别提高了30、40、70 ℃，随负荷降低，FGR对分离器温度的调控能力增强；上、下二次风比例对Tsep同样起调节作用，通过切换上、下层二次风门，Tsep的调节范围约为30 ℃；Tsep随一次风率的提高而降低，在4.5% 氧量下，Tsep的调节幅度为18 ℃；在3.5%氧量下，Tsep的调节幅度为35 ℃，低氧量下一次风率对Tsep的调节范围更大：锅炉110～130 t/h负荷期间，经分离器温度精准控制在(850±5)℃后，质量分数20%氨水由350 kg/h降低至200 kg/h。实炉应用表明，分离器温度控制技术可以在高负荷时优化SNCR反应效率，降低脱硝运行成本，低负荷时可将停止的SNCR反应重启，实现NOx达标排放，节约氨水费用280万元。

• 燃煤电厂煤及燃烧产物中氟的赋存与浸出特征

  郝乾坤, 方全国, 陈亚飞, 皮中原, 陈思涵

  氟作为煤中有害元素之一，探究氟在电厂煤及燃烧产物中的迁移、赋存与浸出特征，对控制燃煤过程中氟的迁移行为和固体废弃物的潜在风险至关重要。以燃煤电厂煤及燃烧产物为研究对象，基于氟的质量平衡研究了氟在燃煤电厂中的分布，采用扫描电镜-能谱（SEM-EDS）、逐级化学提取试验分析了燃煤电厂煤及燃烧产物中氟的赋存状态，在此基础上采用标准毒性浸出方法TCLP和HJ/T 300—2007《固体废物 浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法》浸出试验研究了氟的浸出特征。结果表明，氟属于易挥发元素，煤中氟经过燃烧主要分布在燃煤烟气中并被脱硫石膏捕获，其次分布在飞灰中，只有很少一部分高温稳定性较好的氟化物残留在炉渣中；煤和炉渣中的氟主要为铝硅酸盐类矿物中的残渣态氟，燃烧过程中残渣态氟的转化以及飞灰对烟气中氟的吸附使得飞灰中活性氟的比例增加，飞灰中活性氟比例为63%～68%，脱硫石膏以残渣态氟为主，活性氟比例为38%～50%；浸出试验结果表明燃煤电厂中不同样品的浸出量在0.12～27.31 μg/mL，均低于危险废物浸出液中氟浓度限值；氟的浸出主要与氟的赋存状态和所处环境有关，在环境较温和的情况下主要是固体样品中离子可交换态氟会影响环境，在酸性较强的环境下，离子可交换态和碳酸盐结合态氟则是产生氟污染的主要原因。

• 基于模糊神经网络的燃煤锅炉炉膛结渣特性研究

  朱超, 郁翔, 李峰, 周熙宏, 毕凌峰, 杨冬

  当前，我国电力行业仍以煤炭为主要能源消耗品，加之电站锅炉常用燃煤中的硫含量与灰分较高，易造成受热面的积灰和结渣，而炉膛严重结渣将限制锅炉出力，威胁机组运行的经济性与安全性，因此，开发一种全面、综合的结渣预测模型对锅炉炉膛结渣程度有效监测非常关键。将模糊数学理论与BP神经网络相结合，构建适用于燃煤电站锅炉炉膛结渣特性判定的模糊神经网络。在选择输入评判指标时，从煤灰本身考虑其结渣特性，同时将无因次炉膛最高温度纳入模型，考虑锅炉运行情况，使判别依据更加全面，共选取了分辨率较高且最具代表性的6个因素作为本模型的输入判别指标。采用4种不同类型的隶属函数，将判别指标模糊化后，作为模糊神经网络的模型输入，并与不进行模糊化处理的神经网络对比，根据统计学原理，选用出现概率最大的结果作为最终评判指标，增加预测结果的精确度。针对华能秦岭电厂660 MW超临界锅炉BMCR负荷运行时炉膛结渣情况，采用构造好的炉膛结渣模糊神经网络模型进行预测。结果表明，该机组在燃用华亭煤时，炉膛结渣判别指标软化温度、硅比、硅铝比、碱酸比、综合指标、炉膛无因次最高温度分别为1 220 ℃、58.71、1.63、0.48、2.55、0.982，为重度结渣。在适当掺烧黄陵1号煤时，各项指标则分别为1 255 ℃、71.02、2.04、0.31、2.15、0.958，为中等结渣，因此可采用掺烧优质煤来改善炉膛结渣状况。该模型预测结果准确，为综合评价锅炉炉膛的结渣特性提供了新方法。

• 风幕代替中心筒的旋风分离器性能研究

  孙世超, 周镇港, 袁东辉, 郑秀平, 段伦博

  旋风分离器是循环流化床锅炉中的重要设备之一，具有结构简单、造价便宜等优点，然而在循环流化床锅炉运行过程中容易发生旋风分离器中心筒变形、裂隙、下移甚至脱落等失效事故，造成了严重的经济损失。鉴于此，提出一种无中心筒旋风分离器，在原有中心筒位置引入无尘新风形成风幕用于调节旋风分离器的分离效率，避免中心筒失效事故且能灵活调整旋风分离器分离效率。采用冷态试验和数值模拟相结合的方法研究该无中心筒分离器的性能。研究发现：旋风分离器中心筒缺失后分离效率降低，在中心筒脱落后分别通入3、6、9、12 m/s风幕，分离效率先升高后降低，风幕速度为9 m/s时分离效率最高，较不通入风幕的分离效率提高3.17%；中心筒脱落后对于粒径小于6 μm的颗粒影响较小，与中心筒存在时的分级分离效率相差不大，而对粒径大于6 μm的颗粒影响较明显，远低于中心筒存在时的分级分离效率；形成风幕后能极大提高旋风分离器对粒径小于6 μm颗粒的分级分离效率。旋风分离器中心筒脱落后，压降略降低，在原有中心筒处通入无尘新风形成风幕后压降会升高，且压降随着风幕速度的提高而升高。