洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2022年第06期

• 双碳战略背景下燃煤电厂CCUS技术发展：挑战与应对

  马双忱, 樊帅军, 武凯, 杨鹏威, 陈柳潼

  现阶段煤电仍是我国主要能源，装机总量大，短时间难以被完全替代，未来燃煤电厂高效清洁燃烧的技术标准是低碳排放。当前，双碳战略已上升到国家生态文明的高度，煤电亟需适应未来需求的碳捕集封存与利用（Carbon Capture Utilization and Storage，CCUS）技术。但国内已有超低排放电厂投运的CCUS设备普遍存在捕集成本高、产物利用量有限等问题，开发成本低、捕集产物可有效利用的CCUS技术是电力环保的共同需求。为此，提出煤电CCUS未来技术发展方向应该是烟气污染物一体化耦合控制，如应用等离子体氧化技术，首先氧化烟气中还原性污染物SO2、NO等，而后以氨水为吸收剂协同脱硫脱硝脱碳，整体污染物脱除流程简单，副产品具有广阔的化工转化空间。继而提出稳定的氨源供给是实现上述一体化脱除的物质保障，构建燃煤电厂自给自足的制氨过程为煤电未来开发更丰富的产品线（氨能、肥料、化工品等）提供了可能。

• CO2地质利用与封存的关键技术清单

  魏宁, 刘胜男, 李小春, 张贤, 贾国伟, 魏凤, 胡元武

  CO2地质利用与封存（CGUS）是化石资源利用行业实现大规模低碳利用和碳中和的托底技术。为攻克该技术规模化减排的关键技术难点，开展关键技术识别与评价研究十分必要。采用专家评估与调研方法对CO2地质利用与封存技术进行分类，分析共性技术与特性技术的主要特点与研发方向，依据技术不可替代性、高效安全性、技术成熟度(TRLs)差距、发展潜力等多目标评价与筛选，形成关键技术清单；并对场地表征与监测技术进行分析，最后分类给出提升关键技术的研发方向与策略建议。CGUS关键技术主要集中在场地表征与筛选、场地评估与风险评价、场地监测与预警、地下资源处理、碳封存与资源增采协同等技术大类层次上。总体而言，我国CO2地质利用与封存技术处于研发示范阶段，现有技术体系基本可满足CO2-EOR与EWR大规模示范工程的需求；但部分关键技术与国际水平存在一定差距，还有一些技术在全球范围内不成熟，大规模实施CGUS技术前必须突破。场地监测技术是涉及CGUS安全性与有效性的关键技术，现有技术水平与CGUS规模化示范工程需求之间存在较大差距，需进一步研发和验证，特别需要适应CO2环境和深地环境，提高耐久性、监测精度和结果解释可靠性。关键技术研发方向包括但不限于：高精度地层层序勘探、储盖层与岩性解释、地震勘探技术及数据解释技术、地层数据聚合技术、地下储盖层空间地质模型、场地性能模拟与地层评价技术、基于精细表征的导向钻完井技术和相应装备、抗CO2腐蚀的井下和地表设备、一体化。

• 煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展

  周义, 张守玉, 郎森, 刘思梦, 杨济凡, 马达夫, 胡南, 吴玉新

  面对碳达峰、碳中和的减排压力，生物质由于其来源广泛、储量丰富、排放清洁低碳等优点而备受关注。生物质种类繁多，包括农业秸秆、林业废弃物、禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂，燃煤电站掺烧生物质可有效降低CO2排放量，增强锅炉侧燃料灵活性。介绍了生物质燃料特点，概述了其与煤混燃的燃烧特性、结渣特性以及污染物排放特性。对煤粉锅炉掺烧生物质的技术路线及其改造成本进行总结与比较，最后讨论了煤粉炉掺烧生物质的技术壁垒及解决方案。农林类生物质挥发分较高，反应活性较好，掺烧该生物质可改善燃料燃烧性能，增加炉内燃烧稳定性。但该类生物质中碱金属含量高，掺烧时易结渣，灰熔融温度及燃料中碱金属含量是预测锅炉结渣的重要指标。农林类生物质硫含量、氮含量、灰分及重金属含量均较低，掺烧可减少SOx、NOx、烟尘及重金属等污染物排放。污泥类生物质水分高、重金属含量高、热值低，燃烧特性不如煤，掺烧污泥易对锅炉燃烧及污染物排放产生不利影响，但质量比10%以下的污泥直接掺烧对机组影响不大。禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂气化后的生物质气用于煤粉炉掺烧可起到稳燃作用，减少锅炉SOx、NOx、烟尘及重金属等污染物排放。生物质与煤耦合发电技术中直接耦合方案较适合农林类生物质掺烧，间接耦合适用于禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂的掺烧，而污泥宜干化后掺烧。生物质经压缩成型后的成型燃料抗压强度及能量密度有较大提升，该技术可一定程度解决生物质储藏及运输等供应链问题；燃料预处理及抗结渣添加剂可降低燃料碱金属含量，提高灰熔融温度，降低锅炉结渣风险；烘焙处理可提高生物质可磨性，增加生物质掺烧比例，提高锅炉制粉系统对掺烧生物质的适应性；对锅炉燃烧器进行改造，合理配风可提高燃烧系统对掺烧生物质的适应性。农林类生物质原料的收购成本高于煤，且生物质发电量无法精确计量暂不能获得财政支持，经济性较差。掺烧生物质的经济性是现阶段阻碍生物质大规模掺烧的主要原因，较低成本的生物质来源及生物质发电量的计量难题亟待解决。

• 基于空间分析方法的我国燃煤耦合生物质发电潜力分析

  郑丁乾, 田善君, 马思宁, 常世彦

  燃煤耦合生物质发电可以降低燃煤电厂CO2排放，减少空气污染。考虑秸秆资源能量密度较低等特点，燃煤耦合生物质发电技术的应用潜力很大程度上取决于燃煤电厂与秸秆资源在空间上的匹配程度。因此，从空间分析角度，研究燃煤耦合生物质发电潜力具有重要意义。基于高分辨率燃煤电厂与秸秆资源数据，采用空间匹配方法对燃煤耦合发电的可能潜力进行评价。结果表明，我国燃煤电厂与秸秆资源空间匹配程度较高，约89%的可收集秸秆位于燃煤电厂半径100 km以内。燃煤电厂可掺混秸秆量受秸秆可能源化利用率和电厂秸秆可掺混比例影响。秸秆可能源化利用率越高且电厂秸秆可掺混比例越高时，燃煤电厂可掺混的秸秆量越多。在秸秆高能源化利用率与30%掺混比例的情景下，1 066个电厂可以在半径100 km以内找到可掺混的秸秆资源，其中约52.6%电厂可满足30%掺混比例。该情景下，电厂可消纳秸秆3.84亿t，减排CO2约5.11亿t。相关结论可为我国燃煤耦合生物质发电技术支持政策以及秸秆能源化利用政策的制定提供技术支撑。

• 典型污泥与煤泥混合燃烧及硫氧化物释放特性

  王鑫, 凌鹏, 安晓雪, 韩亨达, 徐俊, 江龙, 汪一, 苏胜, 胡松, 向军

  污泥和煤泥产量逐年递增，影响生态环境和人类生活，急需对二者进行合理处置。结合污泥及煤泥的燃料特性，二者混烧能产生一定协同效果，在不同燃烧阶段有效互补，最终实现二者高效协同燃烧和综合减量化，对高效处置污泥与煤泥具有重要意义。前人大量研究了污泥/煤泥与典型燃料（煤、生物质等）的混合燃烧特性及硫氧化物释放特性，但鲜见二者之间的混烧特性及硫氧化物释放特性研究。因此在自主搭建的固定床燃烧反应系统上，对干燥后的1种典型污泥（达利污泥）以及2种煤泥（灵石煤泥和山西焦煤泥）进行了混合燃烧试验，分析了燃料种类、温度、混合比例等因素对混烧特性和硫氧化物释放特性的影响。结果表明：污泥与煤泥混合燃烧时，提高温度和增加污泥混合比例均能加快燃烧反应；燃烧过程中SO2转化率随燃烧温度升高均呈先降低后上升的趋势，高温会促进固定在无机物中硫的二次释放。污泥与煤泥混合燃烧时，二者存在明显交互作用，会显著影响SO2的生成与释放。800 ℃混烧时，由于灰分与SO2形成含硫化合物加强了固硫作用，抑制了SO2释放；而1 000 ℃混烧时，由于加快燃烧反应促进了无机硫分解，从而导致SO2释放增加。因此在800 ℃、30%污泥/70%煤泥掺混燃烧时，可获得较低的SO2排放以及较高的燃料燃尽特性。

• 燃煤机组耦合氢基衍生燃料发电对机组影响分析

  王一坤, 邓磊, 陈钢, 周飞, 贾兆鹏, 张志达, 唐雁峰

  氢基衍生燃料作为氢能大规模利用的解决方案近年受到重视。耦合氢基衍生燃料发电能大幅减少燃煤机组碳排放，有望成为今后燃煤机组碳减排的重要途径。针对某电厂300 MW等级燃煤机组进行了锅炉热力计算，分析了不同工况下耦合质量分数（0～100%）氢基衍生燃料发电对机组各个系统及运行参数等方面的影响。研究结果表明：大比例耦合氢基衍生燃料后最高可年减排CO约121.2万t；机组参数变化与氢基衍生燃料特性有关；当氢基衍生燃料热值较高时，排烟温度降低2.7～9.2 ℃、锅炉热效率提高0.04～0.91个百分点、烟气质量流量减少20.1～20.8个百分点；当氢基衍生燃料热值较低时，排烟温度上升2.4～26.2 ℃、锅炉热效率下降0.18～2.04个百分点，烟气质量流量最多增大0.4个百分点；大比例耦合氢基衍生燃料发电对原有送风、脱硝和脱硫系统影响较小，引风机需要扩容改造；需增设独立燃烧系统同时提高现场设备的防护等级，也需开发新型捕集系统降低二次有机气溶胶、甲醛、乙醛等非常规污染物的排放。

• 生物质锅炉超高速激光熔覆Inconel 625涂层抗高温腐蚀性能

  张兰, 孙锦余, 黄新河, 雒晓涛, 邓双辉, 王学斌

  为缓解生物质焚烧发电过程中金属管道受热面的高温腐蚀问题，实现锅炉内长期纯烧/掺烧生物质，利用超高速激光熔覆技术在TP347钢管表面制备了Inconel 625合金防护涂层。利用SEM、EDS等表征手段分析了熔覆层的显微组织及元素偏析特征；通过自制的模拟生物质锅炉真实环境的高温腐蚀测试装置，对比研究了TP347耐热钢与Inconel 625熔覆层在550 ℃高温下的长期腐蚀行为。结果表明：工艺优化后的超高速激光熔覆Inconel 625涂层内部无明显缺陷，且与TP347钢基材形成良好的冶金结合界面；涂层组织由细小的固溶γ-Ni相和晶界偏析相组成，显微硬度为HV341；涂层内部的成分偏析较小，晶界偏析相中Ni、Cr合金元素未明显下降；2种试样的腐蚀增重随时间均呈线性增长，而Inconel 625涂层在550 ℃高温下500 h的腐蚀增重仅为TP347耐热钢的1/62，主要源于其较低的Fe含量和界面均匀腐蚀特征。通过超高速激光熔覆制备Inconel 625合金防护涂层，可有效提高生物质焚烧锅炉中管道受热面的耐腐蚀性能。

• 生物质与油页岩共热解研究进展

  翟英媚, 朱轶铭, 杨天华

  生物质与油页岩共热解制油可解决页岩油产率低、生物油含氧高等问题，兼顾了油产率及品质，且具有正向协同效果。共热解油精制后可作为石油的替代能源且具备较高经济性，能够缓解我国石油资源短缺的现状。基于以上背景，对生物质与油页岩共热解相关研究进展进行了综述。首先分别对油页岩、生物质热解特性进行探讨，论述了生物质原料及热解温度对共热解过程及产物特性的影响，特别是过高热解温度导致的二次反应对共热解产物分布的显著影响。在此基础上分别总结了共热解过程中普遍存在的自由基释放-结合机制、碱金属/碱土金属5种催化机制和不同种类矿物质催化机制，并基于此说明了共热解协同机理，即协同作用是自由基结合与多重催化机制共同作用的结果。最后基于研究现状，从新型设备、微观机理和数值模拟等角度对生物质/油页岩共热解未来研究方向进行展望。

• 煤基石墨烯在锂离子电池中的应用

  潘强, 谷小虎, 林雄超, 马名杰

  以煤为前驱体，通过物理、化学耦合方法，可制备高附加值的石墨烯材料，且可提高产品振实密度，具备一定的揉曲结构，但工艺流程长，需改善煤炭纯化脱灰、催化石墨化、氧化还原工序或热解CVD技术。石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有高导电性、高导热性、比表面积大和机械性能稳定等优势，在锂离子电池行业中应用前景广阔。针对复合石墨烯对锂离子电池正极、负极和导电剂的影响，总结石墨烯在锂离子电池中的应用进展和最新研究成果。石墨烯通过与活性材料和传统导电剂复合，可实现“面-点”和“点-点”充分接触，从不同空间跨度上在活性材料周围形成高效稳定的导电网络，同时发挥材料各自独有的特点，并且能够抑制充放电时活性材料产生的体积膨胀效应，稳定结构，从而提高整个体系的比容量、充放电性能、循环性能、倍率性能等电化学特性，改善电池体系的散热性能，提高使用温度上限，与传统的炭材料相比具备明显优势。煤分子结构、元素组成、矿物质组分、显微组分和变质程度的差异，会影响石墨烯产品的性能。变质程度高的煤种，可以获得石墨化度较高的产品，最终石墨烯微晶尺寸更大，片层更少；若以褐煤、烟煤为原料，必须经过深度破碎，石墨化条件更为苛刻。以锂离子电池应用为导向，宜采用煤直接氧化还原工艺，原料以变质程度较深的无烟煤为主，可生成石墨化度更高、微晶尺寸更大、片层更少的石墨烯。煤中本身含有一部分氧元素，在氧化还原过程中会脱除大量含氧官能团，会在石墨烯片层留下部分缺陷与无序的碳空位，会在锂电池充电过程中充当储电穴位，增加可逆容量。加强煤预处理研究，优化煤大分子基本单元的构造，改善芳烃结构单元，使有机多环芳烃分子较容易转化为层状石墨结构，利于后续氧化插层；在现有电池体系中，石墨烯直接作为锂离子电池负极存在电压滞后、库伦效率低的缺点，需进一步研究嵌锂脱锂过程中石墨烯的微观变化。而电极厚度、活性材料颗粒的尺寸差异、石墨烯表面性质、官能团含量、层数及片层结构等因素影响石墨烯优势的发挥。

• 光催化CO2转化研究综述

  佟振伟, 钟振成

  以获得具有经济价值的能源或化学品为目标的CO2化学转化，可实现 CO2 的资源化循环利用，是解决我国碳排放问题、实现碳中和目标的潜在路径。光催化技术相比传统的热催化，具有能耗低、反应条件温和等优势，是实现CO2能源化利用的理想方式之一。然而由于CO2极其稳定，导致反应转化率低。光催化CO2转化反应的核心是通过设计催化剂和反应体系，尽可能提高光催化剂的催化活性，进而提高CO2还原产物的选择性和产率。基于现阶段对光催化CO2转化技术需求的紧迫性，及时全面了解近几年该领域的研究进展有助于合理分析未来研究方向。主要从光催化还原CO2反应技术优势、反应机理、催化剂种类和最新研究成果等方面综述了光催化CO2转化利用的研究进展。详细阐述了光催化体系的组成、CO2得电子的还原过程和目前CO2光催化转化产物产量规模及影响产物选择性的因素，重点探讨提高光催化反应转化率的策略，包括引入贵金属助催化剂、构建异质结结构、挖掘新型光催化剂、构建促进电子传递通道和电/热催化与光催化的耦合等。结果表明，上述策略均可不同程度提高CO2转化反应的转化率，还原产物种类也从C1产物逐渐发展到C2产物，其中光电/光热催化相较于单独光催化具有更高的转化率，这使得光催化CO2转化技术在未来应用的可能性得以提升。此外，指出了当前光催化CO2能源化利用方面存在的不足，如转化效率低、产物选择性差和无法实现高附加值产物的可控合成等，对光催化实现CO2能源化利用的研究重点，即高效光催化剂的开发、催化过程动力学反应机理进行了展望。

• 内在矿物质对油页岩超临界液化影响

  佟勃霖, 杨天华, 李秉硕, 翟英媚

  油页岩是一种非传统一次能源，其有机质结构与煤类似。油页岩中矿物质含量较高是其无法高效利用的主要原因之一，超临界液化法作为一种热处理新方法广泛应用于煤、生物质的利用和结构研究中，目前在油页岩中利用较少。对抚顺油页岩进行HCl、HF逐级酸洗处理，采用高温高压间歇式反应釜以乙醇为溶剂对油页岩原样及脱矿页岩进行超临界液化试验，探究内在碳酸盐、硅酸盐对液化产物特性的影响。XRF和XRD结果表明，抚顺油页岩内在矿物质以硅铝酸盐为主。液化温度升高对页岩油收率有促进作用，360 ℃下原样及2种脱矿油页岩制得页岩油收率均达到最高，其中原样、脱碳酸盐样品和脱碳酸-硅酸盐样品油收率分别为53.8%、56.9%和42.8%，较300 ℃下的样品收率分别提高33.4%、37.8%和29.3%。碳酸盐中的碱金属、碱土金属阳离子抑制烷烃生成。硅酸盐通过酸性位点促进烃类向低碳数富集。碳酸盐和硅酸盐对酯化反应分别具有促进和抑制作用。超临界液化过程发生干酪根结构中含氧弱键及脂肪结构C—C键的断裂。这2类键断裂形成小分子的形式共同作为页岩油的有机来源。

• Ag/AgCl改性Bi5O7I/Bi2O3复合材料光催化氧化单质汞性能

  石磊, 张安超, 张慧鸽, 张倩倩, 郑宏祥, 张旭, 张景繁

  汞具有剧毒性、大气迁移性和生物累积性等特征，对生态环境和人类健康构成严重威胁。我国燃煤汞排量居世界首位，加强汞控制技术研究势在必行。燃煤烟气中单质汞(Hg0)的高效氧化是治理汞污染的关键。以Ag/AgCl改性的Bi5O7I/Bi2O3复合材料为光催化剂，在湿法光催化反应器中研究了Ag/Bi质量比、pH、无机阴离子、SO2和NO等参数对光催化剂脱除气态单质汞的影响；采用N2吸附-脱附、XRD、SEM、DRS、XPS和ESR等手段对光催化剂进行表征。结果表明，当Ag/Bi质量比为0.03时，Ag/AgCl改性Bi5O7I/Bi2O3复合材料的光催化氧化能力最佳，脱汞效率可达98.5%；随反应溶液pH的升高和无机碳酸根离子的添加，脱汞效率明显降低；与NO相比，SO2对气态单质汞脱除性能影响较大。添加Ag/AgCl改变了Bi5O7I/Bi2O3中Bi和O的化学存在形态，Ag/AgCl与Bi5O7I/Bi2O3之间可能形成了Z型异质结，这对四元复合光催化材料的活性起着至关重要的作用；自由基捕获试验表明超氧自由基（·O-2）和空穴（h+）是脱除Hg0的主要活性物质。

• 甘草水热炭化-化学活化联合制备活性炭

  何梓谦, 周雅彬, 张成, 谭鹏, 方庆艳, 陈刚

  甘草是中药药方的主要组成部分，随着中药产业发展，甘草渣的产量逐渐增加，但对甘草渣的利用并不理想。甘草中含有大量纤维素、半纤维素以及木质素，是制备活性炭的优良原料。采用水热炭化-化学活化联合制备活性炭的技术路线，可对含水量高的甘草渣进行预处理，通过化学活化制得活性炭，是甘草渣高效利用的优良途径。以甘草为原料，将甘草与去离子水以质量比1∶8混合后分别在210、240、270、300 ℃下进行水热炭化，并将270 ℃下水热炭化反应所得水热炭分别用不同化学活化剂、在不同活化温度下进行活化。结果表明，样品在270 ℃时出现明显的官能团变化，认为在270 ℃时发生了炭化；采用水热炭化-化学活化联合制备的活性炭均具有较好的孔隙结构，其中KOH作为化学活化剂、活化温度为700 ℃条件下所制备活性炭比表面积为1 605.77 m2/g，总孔容为0.890 4 cm3/g，平均孔径为2.218 0 nm，甲基橙吸附量为184.5 mg/g。

• 典型煤化工项目低碳发展路径的技术经济评价

  柯彦, 陶怡, 易学睿, 步学朋, 王强

  双碳目标是我国对世界的庄严承诺，煤化工产业属于高碳排放类产业，探索低碳化发展路径迫在眉睫。以碳交易价格100元/t为基准，碳交易外购比例取5%、20%、50%三种情景，分析了节能减排、绿氢替代、绿电替代、原料低碳化、产品方案优化、CO2末端利用等低碳路径的技术经济性，分析认为绿电加电驱方案单位产品的成本变动较小，是较经济合理的低碳方案，当前建议优先选取绿电加电驱方案；其次是节能减排方案，应在项目前期进行全项目优化。产品方案优化也是减排增效的有效途径，建议发展适合煤化工工艺的含氧化合物等产品，但还需通过技术创新进一步降低成本。由于当前绿电价格较高，经济性较差，绿氢方案可作为储备技术先行试点。原料低碳化方案取决于天然气供应的可靠性以及国家政策。CO2末端利用目前经济性不佳，建议进一步示范CCUS等利用路径，提高整体经济效益。

• 兰炭循环流化床锅炉燃烧性能模型

  李静渊, 柯希玮, 蒋苓, 黄中, 张缦

  兰炭具有挥发分含量低、固定碳含量高的特点，与煤粉炉相比，循环流化床(CFB)锅炉更适合用于兰炭燃烧。为了解兰炭循环流化床（CFB）锅炉的燃烧性能，利用一维循环流化床锅炉模型对兰炭CFB锅炉进行了模拟。通过对比循环灰和底渣的粒径分布模型预测与现场取样测量结果，发现二者吻合良好，验证了锅炉整体模型的合理性和准确性。通过模型分析了分离器效率、给煤粒径对兰炭CFB锅炉的影响。模拟结果表明，提高分离器效率使兰炭燃烧更加充分，建议将飞灰中位粒径控制在10 μm左右。给煤粒径对兰炭CFB锅炉有重要影响，给煤粒径减小导致燃烧效率略下降，同时NOx 排放量明显减少。针对兰炭成灰特性合理设计给煤粒径分布，建议将给煤粒径控制在0.5～6.0 mm为宜。通过与燃烧褐煤的循环流化床进行对比，发现燃烧兰炭时炉内温度高于燃烧褐煤，燃烧效率低于褐煤，SO2和NOx排放量均较低，但仍需通过烟气脱硝来满足污染物排放需求。利用模型的定量研究为兰炭CFB锅炉的运行优化提供了方向。

• DRB-4Z型旋流煤粉燃烧器流场及燃烧特性数值模拟

  胡耀辉, 彭志敏, 李永华

  目前大容量的机组普遍采用对冲式锅炉，对冲式锅炉的燃烧效果取决于燃烧器性能。为了分析DRB-4Z型旋流煤粉燃烧器流动及燃烧特性，运用Fluent软件对单只燃烧器流场分布和某单机容量1 000 MW超超临界机组（采用DRB-4Z型旋流煤粉燃烧器）燃烧过程进行模拟仿真。研究了一次风风速，内、外二次风风速,旋流强度对一次风刚度、回流区位置和范围的影响。对单只燃烧器流场模拟结果表明：DRB-4Z型旋流煤粉燃烧器一次风风速与回流区范围呈反比，额定负荷下一次风风速为16 m/s时流场分布较好，低负荷时一次风风速不宜低于12 m/s，避免煤粉着火点距燃烧器出口过近，高负荷下一次风风速不宜超过20 m/s，保证煤粉在燃烧初期得到充足的热量；内、外二次风风速与回流区范围成正比；内二次风风速28 m/s、旋流强度0.75时流场分布较好，对易燃煤种内二次风叶片开度可设置为30°、旋流强度为0.52，推迟一次风与内二次风的混合降低NOx生成。对难燃煤种内二次风叶片开度可设置为50°、旋流强度为1.02，保证回流区卷吸到足够的高温烟气使煤粉稳定燃烧；对锅炉燃烧过程模拟结果表明：炉膛中上层燃烧器区域温度最高，最高温度可达1 900 K，主燃区处于严重缺氧状态，主燃区严重缺氧虽可降低NOx生成，但还原性气体CO与H2S在燃烧器出口区域大量生成，易造成水冷壁高温腐蚀。

• 300 MW燃煤电站SCR脱硝系统流场优化

  黄俊, 李兴磊, 阮斌, 罗圣, 卢志民, 姚顺春

  在超低排放要求下，SCR脱硝反应器的喷氨过量不仅影响经济性，还会引起空预器堵塞、电除尘积灰、布袋糊袋等问题。为提高SCR入口烟气速度和氨氮物质的量比的均匀性，对某电厂一台300 MW机组一侧SCR反应器进行计算流体力学的模拟和烟道流场优化。以Fluent为主要工具，在分析空塔模型和原导流板布置方案的基础上，对SCR烟道导流板结构进行优化、在喷氨格栅下游布置静态混合器，以实现首层催化剂前截面速度和氨氮物质的量比均匀分布。空塔方案速度相对标准偏差为26.1%，氨氮物质的量比相对标准偏差为24.8%，均达不到工程设计要求；原方案在SCR烟道渐扩处和转角处设置6组导流板，速度和浓度均匀性得到较大改善，速度相对标准偏差为13.9%，达到工程设计要求，而氨氮物质的量比相对标准偏差为15.3%，不符合小于10%的设计要求；优化方案布置的导流板消除了烟气在烟道转角处和渐扩处的漩涡、回流现象，同时安装静态混合器增强混合，使速度相对标准偏差减小至11.4%，氨氮物质的量比相对标准偏差为9.4%，SCR烟道内流场均匀性得到较大改善，速度和浓度均匀性达到设计要求。优化方案的压力损失为706 Pa，达到B级设计要求。合理布置导流板和静态混合器可以提高流场均匀性而不引起过大的压力损失，模拟结果对现场SCR流场优化具有借鉴和指导意义。

• SCR脱硝装置大颗粒灰拦截网压降特性

  孟磊, 雷彧, 陈晟, 刘小伟, 岳朴杰, 谷小兵

  燃煤烟气中毫米以上的大颗粒灰会导致SCR烟气脱硝装置中的催化剂堵塞与磨损，影响SCR催化剂的使用寿命及脱硝性能。在烟道中加装拦截网装置对大颗粒灰进行拦截可有效解决该问题。目前拦截网的设计主要依赖试验测量与工程经验，缺少通用设计准则与理论依据，对其压降影响因素的探究不够深入。准确计算拦截网压降特性对于开发高效、低成本、低压降拦截装置具有重要意义。利用Ansys Fluent计算流体力学的方法构建了拦截网局部网孔附近的计算模型，探究了拦截网开孔形状、烟气流速、开孔率以及拦截网厚度等参数对拦截网压降的影响。结果表明，烟气流速和拦截网的开孔率是影响压降的主要因素：流速5～20 m/s时，压降约与流速的2次方成正比；拦截网开孔率为40%～65%时，压降约与开孔率的3次方成反比。开孔率相同时，改变网孔形状对压降影响较小。在临界尺寸相同的条件下长条形拦截网压降最小。拦截网厚度为6～18 mm时，压降随厚度呈准线性增加。基于大量模拟数据，给出了拦截网压降与各参数之间的关联公式，并进一步推导了拦截网等效多孔介质渗透率的经验表达式，为拦截网的选型设计及全尺度模拟计算提供理论依据。

• 燃煤电厂脱硫废水热法零排放系统设计及分析

  安雪峰, 刘广建, 陈海平

  随着我国环保政策的不断完善和水资源的严重缺乏，脱硫废水的深度处理及废水中水分回收具有重要意义。通过构建脱硫废水热法零排放全流程系统，提出3种热法浓缩工艺：多效蒸发系统（MEE）、单级机械蒸汽再压缩系统（MVR-S）和耦合MVR的多效蒸发系统（MEE-MVR），其中，MEE包括生蒸汽驱动的多效蒸发系统和低温烟气驱动的多效蒸发系统。以600 MW超临界机组为例，利用Aspen Plus软件进行流程模拟和系统经济性计算。计算结果表明：相对于传统的以生蒸汽为热源的多效蒸发系统，当采用低温烟气作为蒸发系统热源，则烟气降温5.5 ℃，如果忽略低温烟气成本，则具有较低的吨废水处理成本最低；单级MVR系统由于利用热泵蒸发技术，能耗大幅下降，但投资成本为传统多效蒸发系统的113%；耦合MVR的多效蒸发系统由于在较低浓度下蒸发了部分进料，因此其压缩机功耗相对单级MVR下降了30%，其吨废水处理成本约为传统多效蒸发系统的58.2%。

• 生物质飞灰超声波辅助滤洗试验

  韩奎华, 刘文洋, 宋传林, 任科, 滕召才, 牛胜利, 王永征, 朱应泉, 龙慎伟

  生物质发电锅炉产生的飞灰一般用作建筑原料和肥料生产的辅料，然而飞灰中的有害成分会降低建筑材料的稳定性，造成农田重金属富集。因此，飞灰原料的预处理和适用性改善成为关键。以生物质电厂飞灰为原料，筛分得到粒径<0.2 mm的细灰，将细灰与去离子水配制浆液，采用超声辅助浸出、过滤处理；考察超声时间、浆液温度、固液质量比对宏量金属元素K、Na、Zn、Ca以及4种微量重金属元素Co、Cr、Ni、Pb浸出的影响规律，并探索适宜的操作参数。结果表明，试验采用的细灰富含CaO、SiO2和K2O。对于宏量金属元素，超声时间1～30 min，随时间延长金属元素浸出质量浓度和浸出量增大且趋向恒定，而Ca2+由于发生碳酸化反应而先增大后缓慢减小。浆液温度25～70 ℃时，浆液浸出生成Ca2+离子和碳酸盐化受温度影响尤其显著，随浆液温度升高，Ca2+浸出质量浓度先增大后减小，其他金属元素浸出质量浓度和浸出量均增大。固液质量比1∶3～1∶6时，随固液质量比减小，金属元素浸出质量浓度降低，而金属元素浸出率增大。超声时间20 min、浆液温度50 ℃、固液质量比1∶5时，钾元素浸出率达到47.22%。超声时间、浆液温度和固液质量比对于微量重金属元素的浸出过程存在一定影响，在试验参数范围内重金属浸出率和浸出量维持在很低水平。典型操作参数为：超声时间30 min、浆液温度25 ℃、固液质量比1∶5时，Co、Cr、Ni和Pb四种重金属元素浸出率分别低于0.10%、0.30%、0.05%和0.10%。综合考虑技术系统实施和运行成本，适宜的超声时间为15～20 min、浆液温度为40～50 ℃、固液质量比为1∶3～1∶5。通过对比超声处理的浸出液和残渣中关键碱金属元素、硫和氯元素，宏量可溶性元素大量迁移至滤液中，且微量重金属含量极低，浸出液用作肥料和土壤调节剂具有现实意义。由于可溶性碱金属盐以及氯化物的滤出，残渣中其含量明显减少，有利于将其用作工业建材原料。

• 分散剂对兰炭浆成浆性能的影响及其吸附动力学

  姚雅倩, 杨志远, 孟茁越, 李银艳, 朱翰博

  为解决我国兰炭资源浪费的问题，采用兰炭粉代替原煤制备兰炭浆，不仅可缓解石油需求压力，还为兰炭粉利用提供了一条新途径。利用神府兰炭粉及5种不同分散剂（亚甲基双萘磺酸钠NNO、木质素磺酸钠SLS、腐植酸钠SH、聚羧酸盐PCE、复配型阴离子-阴离子NNO/PCE）为原料，研究了由兰炭粉制的兰炭浆对阴离子分散剂的性能、吸附机理及吸附动力学的影响。研究了每种分散剂制备兰炭浆的流变行为，添加不同分散剂的兰炭浆都表现出假塑性流体特征；加入NNO/PCE分散剂制备的兰炭浆，剪切速率100 s-1时的表观黏度仅为359.3 mPa·s，且析水率小无硬沉淀,使用NNO为分散剂时虽流动性好，但稳定性差且析水率最大。对添加不同分散剂的兰炭粉进行红外光谱测试，发现添加分散剂可以改变兰炭粉表面的亲疏水性。吸附试验结果显示，NNO、SLS、SH、PCE、NNO/PCE分别在60、60、120、240和240 min达到吸附平衡；吸附量排序为NNO/PCE（8.796 mg/g）>PCE（7.977 mg/g）>SH（6.845 mg/g）>SLS（3.718 mg/g）>NNO（1.029 mg/g）；准二级速率方程能够较好描述分散剂在兰炭表面的吸附动力学过程。最后提出了阴离子分散剂的吸附机理模型，结果表明，阴离子分散剂在兰炭浆中的吸附作用主要归因于兰炭颗粒中静电斥力的增强。

• 基于机器学习的循环流化床机组出力预测

  韩义, 张奇月, 段伦博, 王研凯, 于英利, 付旭晨, 荣俊, 孙世超

  煤电是电力系统清洁低碳转型中重要的支撑性和调节性电源，然而劣质煤掺烧等因素造成的煤电机组技术出力受阻，严重影响电网安全运行与新能源电力消纳。鉴于此，提出一种基于机理仿真与数据驱动深度融合的映射模型建立方法，利用机理仿真构造锅炉热力系统样本空间，基于数理映射进行机组出力预测。兼顾机理仿真的理论准确性和数理映射的强泛化深入性，实现多因素耦合条件下的循环流化床机组动态边界出力预测及出力受阻因素分析。经300 MWe级示范机组测试表明，考虑辅机受限、受热面参数超限、关键参数超限3方面影响因素，分别设置给煤机、引风机、冷渣器、床温、屏过壁温、流化风速等运行参数超限报警值，机理仿真最大偏差为3 ℃，误差率小于2%。基于主成分分析法筛选设计输入为7、输出为1的3层架构BP神经网络模型，经遗传算法完成网络优化后，采用32个训练样本与5个测试样本，进行网络训练与预测。模型训练相对误差在±1.2%内，模型预测相对误差在±1.5%内，具有较高的精确度和泛化能力。

• 基于PCA-GRNN磨煤机安全性评估预测模型

  陈波, 徐文韬, 黄亚继, 曹歌瀚, 管诗骈, 岳峻峰

  磨煤机作为锅炉运行的重要辅机设备，其性能安全直接影响整个火电机组运行安全。针对电厂磨煤机安全性评估无法实时反馈的问题，结合主成分分析(PCA)与广义回归神经网络(GRNN)建立磨煤机安全性评估预测模型。首先，以磨煤机设备的实测运行数据为试验样本，基于PCA对影响磨煤机设备安全运行的众多变量开展主成分分析；其次，基于GRNN建立磨煤机安全性评估预测模型，其中以主成分为输入参数，对应的历史专家评分为输出参数，采用“留一法”划分训练样本和测试样本提高网络模型的训练精度；最后，基于GRNN、PCA-BP神经网络和BP神经网络分别建立磨煤机安全性评估预测模型且比较4个预测模型平均相对误差和耗费时间成本。结果表明：PCA提取的3个主成分F1、F2及F3的方差贡献率达96.55%；基于PCA-GRNN神经网络建立磨煤机安全性评估预测模型的平均相对误差最小，且耗费较少的时间成本；验证了基于PCA-GRNN神经网络建立磨煤机安全性评估预测模型的有效性。