洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2022年第07期

• 低阶烟煤煤岩显微组分分选及其分质利用研究进展

  周安宁, 张怀青, 李振, 屈进州, 赵伟, 杨志远, 赵世永

  双碳”目标下煤炭资源的加工和利用面临着根本性的变革，传统利用方式已不能满足当前的生态环保要求，而煤炭作为国家能源安全的基石，在未来很长时间内，仍将发挥巨大作用。我国超过40%的煤为优质的低阶烟煤，由于其惰质组质量分数过高（>35%），限制了这部分资源的高值转化。同时，由于煤岩显微组分之间的相似性及其赋存特征的复杂性，煤岩显微组分的分离富集工作面临巨大的难度和挑战，极大制约了这部分资源的分质转化利用。为全面了解煤岩显微组分分质利用的现状和发展趋势，促进煤炭资源的清洁高效低碳化利用，笔者从煤岩显微组分的测定方法、分选方法和清洁利用3个方面进行了系统论述，同时提出了未来发展的思路和方向。煤岩显微组分的测定方法面临细粒物料识别困难或测试精度低的问题，亟需开发一种基于煤岩显微组分结构参数，不受粒度限制的高效定量方法。在煤岩显微组分的分离方法方面，电浮选-电凝聚、油泡浮选和气流粉碎-精细分级等新分选方法，能有效改善传统分选方法选择性差、富集率低等问题，具有过程可调控、适应性强等优势。以煤岩显微组分分选为核心的煤炭分质清洁利用技术，打破了常规的用煤标准和煤种限制，煤岩显微组分经过有效的分离富集后，富镜质组煤可大比例应用于配煤炼焦、热解、液化等领域，富惰质组煤可作为制备碳材料的原料或燃料等，实现了各显微组分的物尽其用。基于煤岩显微组分的分质利用可从根本上提高煤转化利用能效、减少碳和污染物排放量，对于煤炭清洁高效利用，实现“双碳”战略目标具有重要的现实意义。

• 碳中和目标下发电领域低碳转型路径

  胡道成, 张帅, 韩涛, 郑旭帆, 顾永正, 徐冬

  “碳达峰、碳中和”目标为我国发电领域低碳转型科技创新指明了方向和路径，在全球能源电力行业创新发展的背景下，发电领域向低碳化、清洁化、智能化、电气化、市场化、国际化发展成为必然趋势。分析了我国发电领域在煤炭清洁高效发电、可再生能源发电、核能、先进储能、氢能等方向的低碳转型科技创新现状、存在问题以及未来技术发展路径。为适应以新能源为主的新型电力系统，我国煤电机组正由传统主体电源逐步向基础电源转变，但国内大部分机组按照基本负荷设计，负荷调节范围、变负荷速率等关键指标与国外差距较大，且存在老机组效率低、碳排放高等问题，未来还需加大灵活智能发电、超高参数燃煤发电、新型高效燃煤发电、碳捕集利用和封存（CCUS）技术的攻关；我国水电技术已实现全面提升，形成了全产业链的整合能力，还需在高水头大容量和超低水头发电机组、安全高效运行和智慧电站关键技术方面发力；我国风电技术从风机设计制造、风电场开发运维、设备检测认证到标准体系建设等方面进行了全面研究部署并取得突破，还需向大型化、轻量化、低成本风力发电方向攻关，推动新一代信息技术应用，提高关键部件国产化率；光伏发电技术基本与世界同步，高效、低成本是技术主攻方向，光热发电技术在系统设计、集成运行等方面与国外差距明显，还需开发大容量、高参数、长时间储热、低成本的光热发电技术；地热发电和海洋能发电处于基础研究或技术研发和验证阶段，仍需加大技术研发和工程示范；我国已拥有完整的核燃料循环和核工业体系，核电技术走在世界前列，但在基础技术、工艺、材料、软件等方面卡脖子问题仍存在，还需在先进核能系统、核能综合利用方面加强研究，坚持走闭式核燃料循环技术路线，持续改进核能利用安全性；当前我国储能正向“规模化发展”迈进，但储能产业距离整体健康发展仍有差距，储能技术仍需向安全性、长寿命、低成本、规模化方向发展；氢能已形成完整产业链，但氢气主要来自灰氢，未来发展与大规模光伏发电或风力发电配套的电解水制绿氢技术将成为重点。

• 单模微波下褐煤二元催化热解制轻质芳烃

  蔡文轩, 王晴东, 李拓, 陈宇, 李笑原

  以苯、甲苯、二甲苯为主的轻质芳烃作为重要的化工原料，在染料、农药、医药领域应用广泛。我国石油资源匮乏但褐煤资源丰富，利用微波加热技术的选择性与高效均匀性，有望通过褐煤的微波热解获得富含轻质芳烃的焦油。以云南褐煤为原料，采用对微波电场分布控制精度更高的单模微波反应器，从微波电场分布的角度探究二元金属氧化物NiFe2O4、NiMoO4与Fe2(MoO4)3在微波热解过程中对电场分布、焦油中轻质芳烃含量以及热解行为的影响。通过矢量网络分析仪对煤样的介电参数进行测量，并模拟对应的电场分布。结果表明，二元金属氧化物的加入改变了煤样所处电场分布，使其整体强度降低，有效增加了煤样吸收微波并转化为热的能力，提升了煤样热解的升温速率与最终温度。通过GC-MS、FT-IR等手段对焦油与半焦的化学组成进行分析，可知二元金属氧化物的添加促进大分子烷基以及大分子芳香结构的裂解，增强了热解体系内小分子烷基与·H含量，有效提高了焦油中轻质芳烃含量，在添加NiFe2O4、Fe2(MoO4)3与NiMoO4后，轻质芳烃质量分数分别从21.21%增至44.28%、37.46%与43.21%，但因裂解反应增加焦油产率从10.28%降至9.76%、6.51%与9.20%，气体产率增加；另外过渡金属活性中心存在d轨道空穴，通过与含氧基团相结合，形成R2-OX-R1（X为金属活性组分）结构，促进了含氧结构的裂解，对降低焦油中含氧物质含量有积极作用。

• 煤基氰化物吸附材料研究进展

  冯宇, 周闯, 张立

  我国能源资源的赋存特点决定了在今后很长一段时间内，煤都是我国的主要能源。煤炭清洁转化利用以及对煤转化过程中污染物的处理对于我国经济社会的可持续发展和生态环境的保护意义重大。由于煤化工以及诸多煤转化工艺特殊的反应条件和煤特有的元素组成，煤气化煤气、热解尾气和焦炉煤气中都存在氰化物，煤气化、焦化等过程产生的废水和洗涤水同样含有一定量的氰化物，如氢氰酸（HCN）和氯化氰（CNCl）。氢氰酸和氯化氰均为高毒性气体，对含氰气体的吸附净化研究迫在眉睫。论述了净化气态氰基化合物的方法，目前对含氰气体污染源的处理方法主要有：吸收法、燃烧法、催化水解法、吸附法等。以氢氰酸和氯化氰为例，总结了其来源、处理方法和常用吸附材料。分析了活性炭、碳纤维、分子筛、金属有机框架等材料的制备方法和材料特性，目前针对多孔材料吸附剂的研究主要集中在表面改性上，使其在简单物理吸附的基础上增加化学吸附的贡献，提高活性组分负载量和分散程度、调节表面反应活性位点，这样不仅能提高活性炭基吸附剂的吸附容量和性能，且能避免因物理吸附作用力微弱而导致的吸附质脱附。对氰化物吸附材料的发展趋势进行展望，各类材料的研发重点在于：大规模、低成本连续化制备具有均一性和均匀性的吸附材料；提高材料的表面反应活性和结构效能，提高活性组分负载量和吸附容量，防止气相污染物吸附之后脱附；研发高效再生吸附材料，高效回收利用，避免产生有害固废，进而提高吸附材料的综合性能。

• 低浓度CO2矿化再生微粉理化特性影响规律

  刘琦, 吴胜坤, 李林坤, 黄天勇, 焦泽坤

  为减缓水泥行业排放的CO2对全球气候变化的影响，采用低浓度CO2对建筑垃圾回收骨料过程产生的再生微粉进行了矿化处理以部分替代高碳排放的传统水泥。研究不同矿化方式对再生微粉活性、需水量以及外加剂适应性的影响，并在此基础上明晰了低浓度CO2矿化再生微粉的作用机制。结果表明，直接液相矿化后的再生微粉各项性能明显优于气固干法矿化。相比未处理的再生微粉，其需水量降低33%，活性提高14%，外加剂吸附量降低39%。再生微粉的CO2矿化强化主要通过CO2与再生微粉中的水化产物相氢氧化钙（Ca(OH)2,CH）、水化硅酸钙凝胶（Ca5Si6O16(OH)·4H2O,C-S-H）、钙矾石（AFt）以及未水化的硅酸盐水泥熟料硅酸三钙（Ca3SiO5,C3S）、硅酸二钙（Ca2SiO4,C2S）等反应，生成较为致密的方解石型碳酸钙（CaCO3,CC）和无定形硅胶（SiO2·nH2O），改善孔隙结构，从而降低再生微粉的粉料需水量，提高其反应活性和外加剂适应性。CO2矿化处理后的再生微粉可满足JG/T 573—2020《混凝土和胶砂用再生微粉》高比例替代水泥作为矿物掺合料使用，实现固体废弃物资源化利用的同时，CO2被永久固定于再生微粉中，为水泥行业深度脱碳提供一条新途径。

• 多因素优化700 ℃四角切圆锅炉烟温偏差模拟

  周长鑫, 刘建全, 武振新, 苏统, 胡伟晨, 孔争

  700 ℃切圆锅炉存在较严重的烟温偏差问题，利用Fluent软件，对1台660 MW的700 ℃四角切圆锅炉进行数值模拟。采用数值模拟正交试验法，对燃尽风的反切角度（因素A）、燃尽风的速度偏置（因素B）、燃尽风反切角度与燃尽风速度偏置两者可能存在的交互作用（因素A×B）、燃烧器的上摆角度（因素C）以及二次风的偏转角度（因素D）5个因素，每个因素分别设置2个水平，以炉膛出口烟温偏差为试验指标进行优化。对模拟所得数据采用极差、方差、权矩阵等3种分析方法。结果表明，各因素对试验指标重要程度的排序为：D＞A＞B＞A×B＞C，因素D的影响非常显著，因素A影响显著，其余3个因素影响不明显；各因素权重占比为：因素A（0.184）、因素B（0.068）、因素A×B（0.033）、因素C（0.024）、因素D（0.544）；数值模拟得出最佳因素与水平组合为A2B2C2D1，该组合下锅炉炉膛出口截面左、右两侧烟温偏差为6.6 K，锅炉炉膛出口截面左、右两侧烟温偏差可控制。

• 新型烟气再循环在流化床中的行为特性及NOx排放分析

  厉彦民, 严谨, 孙荣岳, 王泰淇, 王鹏, 卢啸风

  作为低氮燃烧的重要技术手段，烟气再循环(FGR)技术在煤粉炉和链条炉中应用广泛，但对于循环流化床(CFB)锅炉，单一的底部通入方式严重限制了机组低负荷稳燃能力。为保证床温的同时降低NOx排放水平，提出一种采用炉膛稀相区FGR与补燃风协同作用下的新型烟气再循环方法，在1台0.2 t/h CFB燃烧器上开展热态试验，分析了运行参数和喷射位置对炉内燃烧特性和NOx排放的影响。结果表明：通入再循环烟气会导致该区域烟温下降40～60 ℃，炉温分布先下降后升高，引起炉膛出口10 ℃左右的温降，顶部通入补燃风能有效提升出口烟温。随烟气再循环率增加，中部通入再循环烟气使得NOx排放逐渐下降，当烟气再循环率达16%时，可在不影响床温的前提下使NOx排放降低32%，而顶部通入再循环烟气会使NOx排放先下降后上升。炉膛顶部送入不同再循环烟气/补燃风时，随补燃风量增加和烟气再循环率降低，NOx质量浓度从249增至304 mg/m3，NOx转化率从17%逐渐增至33%。“中部FGR+顶部补燃风”方式能降低NOx排放38%，同时燃烧效率维持在98.7%以上。最后基于再循环烟气通入位置、过量空气系数和烟气再循环率，提出了烟气再循环背景下的NOx排放预测模型，为CFB锅炉低负荷运行过程中强化低氮燃烧提供依据。

• 基于火焰光谱的准东煤旋风燃烧过程中碱金属检测

  蒲旸, 刘洋, 傅培舫, 娄春

  我国新疆准东地区高碱煤储量丰富，但在燃烧利用过程中Na、K等碱金属以气相形式释放到烟气中会导致锅炉换热面积灰、结渣、腐蚀等，开展炉内气相碱金属释放的在线检测对于解决上述问题具有一定的指导意义。基于火焰自发射光谱法研制了1套便携式火焰中气相碱金属浓度检测系统，使用该系统对液态排渣旋风锅炉高碱煤燃烧火焰进行在线检测，得到不同测点的火焰温度、气相Na质量浓度和波段热辐射能，同时使用X射线荧光光谱(X-Ray Fluorescence Spectrometer,XRF)分析了灰渣样。结果表明：炉内气相Na质量浓度分布不均匀，燃烧哈密煤和神华煤的两渣室火焰平均温度分别为1 415和1 436 ℃，气相Na质量浓度分别为40.0和25.3 mg/m3。气相Na质量浓度和波段热辐射能大小反映了炉内燃烧状态，同时在线检测结果与飞灰和液渣成分分析结果具有一定关联性，火焰气相Na质量浓度增加时，飞灰和液渣中Na质量浓度均增大，但更多的是向飞灰中迁移。

• 民用方型蜂窝煤燃烧采暖的减排效果及经济性分析

  李志敏, 焦铭泽, PRABIN Shrestha, 刘诚, 薛春瑜, 刘广青

  采用低排放-低成本的洁净型煤取暖技术路径有效解决散煤燃烧取暖带来的环境污染问题，是现阶段实现我国欠发达农村地区清洁取暖的有效举措之一。系统评估了2种新型民用方型蜂窝煤配套专用炉具燃烧采暖的减排效果和经济性。结果表明，无烟煤方型蜂窝煤和烟煤方型蜂窝煤基于单位燃料质量的PM2.5排放因子分别为0.09和0.43 g/kg、CO排放因子为51.61和38.35 g/kg、NOx排放因子为0.72和0.63 g/kg。与散煤相比，PM2.5可减排96.16%和81.64%、CO可减排85.15%和88.97%、NOx可减排53.25%和59.09%。无烟煤方型蜂窝煤、烟煤方型蜂窝煤和散煤的固硫率分别为61.55%、70.76%和20.93%。相比散煤，方型蜂窝煤的PM2.5、CO和NOx排放较低，且具有较好的固硫效果，可有效减少SO2排放。方型蜂窝煤取暖的减排效果不仅受燃料性质影响，其配套专用炉具的进料方式、燃烧方式、供风系统设计等对其减排效果也有一定影响。从经济性上看，由于方型蜂窝煤生产原料来源广泛，大大降低了生产成本，居民采用方型蜂窝煤取暖方式的运行费用与散煤取暖相近。方型蜂窝煤与其专用炉具组合燃烧稳定、燃烧效率高，减排效果较好，大幅减轻了用户冬季取暖的支出成本压力，为我国受经济条件限制不具备其他清洁取暖形式的北方农村地区燃煤清洁取暖工作提供了有效解决方案。

• 萃取方式对黄陵煤分子结构特征影响

  薛文海, 杜美利, 刘忠诚, 王瀚姣, 刘雷

  黄陵煤是我国重要的富油煤资源，合理高效利用富油煤资源，不仅可以通过减少对煤炭的依赖度，增加清洁能源的使用，也有利于我国实现碳达峰、碳中和的目标。 在超声辅助下采用不同萃取方式对富油黄陵煤进行萃取，通过扫描电镜法、低温液氮吸附法和傅里叶变换红外光谱法对萃取前后分子结构特征进行分析。考察了石油醚（PE）、二硫化碳（CS2）、甲醇（MeOH）、丙酮（DMK）、二硫化碳/丙酮（CS2/DMK）、二硫化碳/氮甲基吡咯烷酮（CS2/NMP）等6种溶剂在超声辅助条件下的萃取效果。结果表明：单级萃取其萃取率由高到低依次为CS2/NMP、CS2/DMK、PE、DMK、MeOH、CS2。通过PE、CS2、MeOH、DMK、CS2/DMK等5种溶剂进行分级萃取，总萃取率为16.91%。对CS2/NMP萃余物和分级萃取第5级CS2/DMK萃余物（5级萃余物）的结构研究发现，CS2/NMP萃余物颗粒尺寸显著减小，5级萃余物表面则疏松多孔，在小于6 nm的孔径段5级萃余物比CS2/NMP萃余物孔隙和孔径均有一定提高，CS2/NMP萃余物芳香性高于5级萃余物，与原煤相比，2种萃余物脂肪结构和苯环四取代所对应的吸收峰明显减弱，矿物质的特征吸收峰显著加强；脂肪链变长、支链减少，表明这2种萃余物更有利于油的生成。

• CO2/N2气氛下油页岩热解特性

  柏静儒, 郝田田, 杨乐, 王勃, 王佳琦

  随着一次能源不断消耗，油页岩以其丰富的储量备受关注，同时一次能源利用加剧了CO2排放，导致不同程度的环境问题，研究表明CO2可用于制取瓦斯气，因此，为了探究CO2气氛对油页岩热解的影响，采用热重-红外联用技术探究5种不同混合气氛（CO2与N2不同比例混合）及不同升温速率下油页岩的热解失重情况，采用固相傅里叶红外光谱仪对固相产物进行检测，并运用peakfit软件将上述所得气/固相傅里叶红外光谱进行分峰拟合分析。结果表明：随CO2浓度增加，油页岩热解总失重率呈微弱的先增后减趋势，质量变化速率峰值向高温区域移动，增大油页岩热解第3阶段的失重率，过量CO2会抑制油页岩热解；随升温速率提高，油页岩热解总失重率减小；相同条件下，适量浓度CO2使CnHm、CH4生成量增加，过量CO2会抑制其生成；对半焦而言，CO2气氛使半焦中碳酸盐类振动强度减小，部分官能团的热解温度发生改变；相同热解条件下，CO2气氛下半焦中官能团种类较多、强度较高，热解反应向高温区移动。

• 高熔点费托蜡色度分析及脱色研究

  蒋晨光, 李虎, 张胜振, 张维, 康善娇, 张翠清

  以宁煤间接液化示范装置获得的费托粗蜡为原料，采用溶剂萃取的方法获得滴熔点为70～110 ℃的系列高熔点费托蜡产品。为改善高熔点费托蜡的色度，研究了高熔点费托蜡的色度与滴熔点之间的关系，采用活性白土和活性炭两大类吸附剂对色度较差的110号蜡进行吸附脱色处理，筛选最佳脱色工艺条件，并通过高温模拟蒸馏、N2吸脱附、傅里叶红外(FTIR)、X-射线衍射（XRD）、热重、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、元素分析、核磁共振（13C-NMR、1H-NMR）等一系列表征测试手段，比较脱色前后高熔点费托蜡产品和吸附剂物质组成和理化性质的变化。研究结果表明，活性白土脱色效果优于活性炭，得到色度值较高的110号蜡产品其赛波特色号为+16，以残留的超细催化剂颗粒为主的无机成分和不饱和碳碳双键、含氧、氮、硫等杂原子化合物的有机成分是造成高熔点费托蜡产品色度差的原因，而高熔点费托蜡中不饱和碳碳双键氧化、键能较小烃类物质的断键，含硫、氮杂原子化合物的氧化反应等可能是造成高熔点费托蜡脱色后容易发生返色的主要原因。

• 蒸气重整轻质生物油催化制氢研究进展

  单明玄, 王坤, 杨美玲, 赵荣洋, 梁文政, 王凤印, 王翠苹

  H2作为一种高能量密度且环境友好型能源而备受关注，目前主要的制氢方法有化石燃料制氢、电解水制氢、生物质制氢等。生物质为碳中性资源，对实现我国“双碳”目标具有推动作用。生物质通过中温热解或水热解制得的生物油具有热值低、酸性强、黏度大等缺点，生物油中轻重组分须分别重整以生产高附加值的产品。生物油的轻质组分相对简单且成本低廉、转化途径经济可行，因此蒸气重整并催化制氢是很有前景的制氢方法。其中，催化剂的选择是影响轻质生物油制氢效率和稳定性最关键因素。综述了近年来基于蒸气重整的轻质生物油催化制氢的研究进展，重点介绍了传统蒸气重整、吸附增强的蒸气重整、自热蒸气重整、化学链蒸气重整和吸附增强的化学链蒸气重整等技术原理，归纳比较了催化剂、CO2吸附剂对制氢性能的影响。传统蒸气重整技术中，相比贵金属催化剂高昂的制氢成本，Ni基催化剂因其低成本和较高制氢性能一直受到青睐，但仍需通过复合活性金属改性等方式改善其易烧结和积碳的缺陷。而吸附增强蒸气重整技术可通过CO2原位吸附一定程度上提高制氢的产率和纯度。类水滑石化合物CO2吸附剂碱性强、比表面积大，但需改性提高CO2吸附温度以适应轻质生物油蒸气重整的温度。碱金属CO2吸附剂稳定性强但成本较高。而CaO吸附剂成本低并在中高温下具有优良的CO2吸附特性，成为最有应用前景的吸附剂之一。自热重整过程结合了蒸气重整与部分氧化制氢的优势，但需消耗O2且易导致催化剂失活。吸附增强的化学链蒸气重整技术是载氧、载热和催化多功能颗粒的化学链路线耦合CO2吸附，将化学链的自热优势以及吸附CO2增强H2产率的优点相结合，具有广泛的应用潜力。但其催化、吸附过程热质流率不匹配、吸附剂碳酸化速率影响催化作用规律等问题需进一步研究解决。

• 煤氢解反应中催化剂和溶剂对产物的影响综述

  杨晴, 王兴宝, 李文英

  煤直接液化是煤加氢转化、定向生产高品质燃料和高附加值化学品的有效途径之一。煤直接液化过程是由煤、氢气、溶剂和催化剂组成的复杂反应体系，涉及气相、液相、固相3相间的物料传递和反应。其中溶剂具有传递氢和提供氢的作用，催化剂可促进煤裂解反应和加氢稳定煤裂解的大分子碎片反应，如何有效协调并发挥催化剂和溶剂在煤氢解反应中的作用，将决定煤氢解反应液体产物的结构组成和收率。为此，首先概括煤中典型模型化合物如芳烃、芳基烷烃、含硫/氧/氮/卤素等杂原子芳香族化合物热解研究动态，简述含不同官能团的芳香族化合物在常用溶剂、重质油溶剂和有机废弃物溶剂中发生的物理化学结构变化及其对后续煤加氢反应效果的影响，具体分析了溶剂对煤的溶胀作用、传递氢和提供氢作用机制；其次，介绍了煤直接液化的自由基反应机理，分析了当前用于煤直接液化研究较多的金属、金属氧化物、金属硫化物和酸性催化剂（金属卤化物）特点及其催化作用；探讨了煤直接液化工艺氢传递过程中可能存在的溶剂与催化剂的协同作用，该作用不仅可促进煤氢解反应，提高煤直接液化油收率，而且可以调变液体产物结构组成。最后，为进一步提高煤液化收率，在强化溶剂和催化剂协同作用方面提出了具体研究内容和方法。

• 300 MW亚临界机组的热电解耦模式对比

  朱旭东, 马红和, 韩洋

  为解决供热机组日益严重的热电耦合问题，提出了抽汽凝汽供热、低压缸空载供热以及高低旁路联合供热等热电解耦模式。目前针对不同热电解耦模式电热特性及供热能力的对比研究较少，因此以某300 MW亚临界供热机组为例，利用Aspen Plus V11软件对抽汽凝汽供热（背压14 kPa）、低压缸空载供热（背压3 kPa）、高低旁路联合供热等模式进行建模。采用汽轮机变工况计算方法，从机组电热特性、热力学性能等方面进行对比分析。结果表明：在相同主蒸汽量条件下，低压缸空载供热模式最大供热抽汽量相较抽汽凝汽供热模式提升约185 t/h。高参数膨胀机进汽量和汽轮机进汽量的比值（简称进汽比）对高低旁路联合供热模式的最大热电比影响较大。当主蒸汽流量保持不变时，高低旁路联合供热模式的最大热电比随进汽比升高而增大，相较于抽汽凝汽供热、低压缸空载供热等模式，其最大热电比分别提高了1.981倍和1.227倍。主蒸汽量为额定值时，3种供热模式采用等效电法计算所得的机组发电标准煤耗分别为311.64、262.32、258.22 g/kWh。

• 空间受限下SCR宽负荷脱硝高温旁路烟道优化设计

  张楚城, 叶兴联, 刘栋栋, 苏寅彪, 杨丁, 罗坤

  随着我国能源结构的转型升级，燃煤电站长时间在中低负荷区间运行，暴露出低负荷下脱硝入口烟温达不到催化剂运行要求的问题，而烟气旁路改造是提高烟温的灵活高效方法。以某600 MW机组宽负荷脱硝烟气旁路改造工程为例，采用数值模拟方法，论述了施工空间受限下的旁路烟道设计难点和流场问题，针对性地提出了优化设计思路。结果表明，经分析得出空间受限条件造成的难点主要有主、旁路烟气之间的混合距离短以及不利于提高氨氮物质的量比的分布均匀性。优化设计后，大幅改善了SCR脱硝系统内部的流场分布均匀性，使得旁路投运与否均满足相关流场技术指标。尤其旁路投运时，首层催化剂入口的氨氮物质的量比分布相对标准偏差由初始方案的20.5%降至3.7%、温度偏差由初始方案的-21.6 ～51.5 ℃减小为-13.8～9.5 ℃。将主路烟道分隔出一部分作为旁路烟道、采取小通道加引流板的回烟口形式、将喷氨混合装置布置于旁路回烟口下游等一系列措施能显著改善流场分布均匀性，对宽负荷脱硝改造工程具有重要借鉴。

• 准东煤掺烧煤矸石的捕钠机制

  许天瑶, 傅培舫, 刘洋, 谢梓涵, 熊哲

  新疆准东地区煤炭资源储量丰富、易开采，但准东煤中高含量碱金属Na导致其在燃烧过程中会出现严重的沾污结渣问题，严重限制了准东煤的大规模利用。准东煤开采利用中会产出大量煤矸石，若能将其与准东煤结合利用，不仅能解决部分煤矸石堆积占地和污染的问题，也有助于实现准东煤的清洁高效利用。针对准东高碱煤沾污结渣问题，综合运用TGA-DSC、XRD、XRF等分析手段研究了温度和煤种对Na释放特性的影响以及煤矸石添加剂的捕钠效果。结果表明：准东煤500 ℃灰化灰Na释放量随温度升高而增加，最大的2个温度区间为500～850 ℃（红沙泉Na释放量:24.62%,西黑山Na释放量:22.30%）和1 200～1 400 ℃（红沙泉Na释放量:20.37%,西黑山Na释放量:49.09%）；红沙泉掺混样品在850和1 000 ℃的Na保持率相对原样分别提升22.60%和19.23%，以K(Na,K)3Al4Si4O16和NaAlSi3O8形式将Na固留在灰中；西黑山掺混样品在850和975 ℃的Na保持率相较原样约提升15%，以NaAlSiO4和Na6(AlSiO4)6形式固定Na；1 200 ℃以上，2组样品中的Na均以非定形态物质存在；Na的捕获与释放同时进行，煤矸石添加剂捕获的Na含量随温度升高而下降，但在高温1 400 ℃下，2种准东煤掺混样品的Na含量均为原样的2倍以上，仍具有较好捕钠效果。

• 循环流化床粉煤灰无定形组分化学组成与结构特性

  王文翰, 马志斌, 路广军, 张圆圆, 李圳, 李丽锋

  循环流化床（CFB）粉煤灰较低的成灰温度使其无定形组分与传统的煤粉炉（PC）粉煤灰存在明显差异，目前对CFB粉煤灰无定形组分组成和结构的认识尚不深入。以4种CFB粉煤灰为研究对象，分别利用Retiveld全谱图拟合方法和酸碱交替化学溶解法，计算了粉煤灰无定形组分的质量分数；结合化学组成和物相定量结果，获得了灰中无定形组分的主要化学组成。利用27Al和29Si核磁共振（NMR）图谱分峰拟合的方法，揭示了无定形组分中硅铝的配位结构及其在酸碱处理时的分解过程。结果表明，4种CFB灰的物相均以无定形硅铝酸盐为主，其质量分数均在65%以上，其主要化学组成为SiO2和Al2O3，无定形组分的Si/Al低于粉煤灰中总的Si/Al。利用酸碱交替化学溶解法获得的无定形组分质量分数略低于Retiveld全谱图拟合计算的无定形组分质量分数。NMR结果表明CFB灰中的Si-O-Si和Si-O-Al结构是高度无序和不稳定的，其中铝主要以四配位(［AlO4］)和六配位(［AlO6］)的铝氧结构存在，硅主要以Q4(0Al)结构为主，［SiO4］之间通过桥氧连接，形成高聚合程度的Si-O-Si结构；［AlO4］或［AlO6］与［SiO4］结合形成Q3（1Al）或Q4(1～2Al)的Si-O-Al结构。HCl溶液破坏［AlO4］结构并使铝溶出，NaOH溶液破坏［SiO4］结构并使硅溶出，利用酸碱交替化学溶解法可实现CFB灰无定形组分中铝硅的深度分离。

• 碳减排情景下燃煤电厂烟气脱硫技术优化及评价方法

  高明楷, 杨普, 吴海滨, 程芳琴, 杨凤玲

  燃煤电厂向空气中排放大量污染物，其中SO2导致人体呼吸系统多种病症，同时在降水过程中会与雨水反应形成酸雨，严重危害生态环境，控制SO2排放至关重要。烟气脱硫技术是工业上控制SO2排放的重要手段之一，介绍了循环流化床炉内脱硫技术和石灰石-石膏烟气湿法脱硫技术2种燃煤电厂常用烟气脱硫技术的特点、原理、工艺流程及脱硫效率的影响因素。对燃煤电厂烟气脱硫技术优化方法的研究现状进行总结，其技术优化方法包括：理论建模优化、自动控制系统优化和系统运行条件优化，并针对脱硫系统工况复杂多变和整体性优化研究缺乏的问题，提出将人工智能技术应用在烟气脱硫技术复杂性问题的优化上。此外，传统技术评价方式主要关注技术和经济性能评估，无法全面分析烟气脱硫技术脱硫所释放的大量温室气体对环境的影响。在国家节能减排背景下，针对传统技术评价方式的局限性，提出烟气脱硫系统可采用生命周期评价的方法，实现其全生命周期中碳排放及其他有害物质排放的计量控制，并进行全面的环境影响评价。对生命周期评价在燃煤电厂烟气脱硫中的应用进行了总结，提出与工艺过程模拟相结合的生命周期评价，以快速得到不同工艺的评价结果，提高对不同技术选择、优化和决策的能力。

• 生活垃圾焚烧飞灰处理技术研究进展

  竹涛, 种旭阳, 王若男, 薛泽宇, 陈苗苗, 叶泽甫, 朱竹军

  生活垃圾焚烧飞灰中具有高重金属浸出毒性并含有二噁英类物质，为危险废物，对环境危害十分严重，因此飞灰在填埋处理前须进行稳定化处理。通过介绍飞灰中重金属浸出毒性以及二噁英的污染特性，针对二噁英和重金属的处理，系统阐述了飞灰处理技术研究进展。根据工艺原理处理技术分为3类：物化分离、高温处理、固化稳定处理。重点阐述高温处理工艺，其中等离子体熔融技术可有效降解二噁英，且重金属固化效果好，产物具有良好的抗浸出性、环境稳定性，在后续建材利用中展现出良好的性能，等离子体技术也被认为是飞灰处理的有效技术，具有较大发展潜力和工业化应用前景。总结了目前具有发展潜力的垃圾焚烧飞灰处置技术，分析各个工艺的处置原理、研究现状和工业化发展前景，最后对处理技术存在的问题提出了改进方向，展望了发展前景。

• 低品质煤及煤泥物料高效脱灰脱水提质

  张锦龙, 樊有林, 常艇, 杨凡, 闫光辉, 张博

  煤炭是我国的主体能源，极大推动了我国国民经济的发展。随着优质煤炭的不断开采，细粒煤炭含量逐渐增加，煤炭分选难度增大。针对选煤厂低品质煤（末煤和煤泥）含水量高、热值低的问题，借助水分测定仪、热重气质联用仪等测试分析设备对选煤厂分选工艺中产生的低品质煤进行干燥研究，考察低品质煤炭中的水分赋存特性以及热解特性。研究了低品质煤水分脱除的温度范围，揭示了低品质煤炭干燥的最佳条件。研究了煤炭的物质分解温度，揭示了不同阶段的物质热解过程。通过复合式干法分选机探究振动频率对6～0.5 mm原煤分选效果的影响。结果表明：在末煤和煤泥中，以外水形式赋存的水分质量分数分别为17.84%和39.20%，以内水形式赋存的水分质量分数分别为10.97%和9.54%，煤泥外水含量高于末煤，两者内水含量相似。热重分析表明，热解过程可分为3个阶段，101.9 ℃前为水分逸出阶段，煤中仅有少部分物质发生热解。煤中大分子分解的临界温度为305.7 ℃，末煤和煤泥中的大分子逐渐热解，质量逐渐降低。对6～0.5 mm煤炭进行复合式干法分选机分选试验，振动频率为36 Hz时，精煤产率为45.48%，灰分为10.36%，有效实现低品质煤提质降灰。