ISSN:1006-6772 

CN:11-3676/TD

主管:国家煤矿安全监察局

主办:煤炭科学研究总院     煤炭工业洁净煤工程技术研究中心

主编:解强

执行主编:张晓宁

责任编辑:张晓宁   白娅娜    刘旸

编辑出版:《洁净煤技术》编辑部

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  • 螺旋分选机研究进展
    Research progress of spiral separator

    叶贵川;马力强;

    螺旋分选机是一种传统的薄流膜分选设备,由于矿业、煤炭业的快速发展,以及当前固体废弃物处理的急迫需求,螺旋分选机以其能耗低、结构简单、效率高、运行成本低等优势受到重视。论述了螺旋分选机理论研究进展,包括螺旋分选机流场、螺旋分选过程以及螺旋分选机工艺优化及智能化调控研究进展;综述了煤用螺旋分选机分选特点及应用现状,介绍了螺旋分选机的新设计和新应用。螺旋分选机流场研究引入了一些新的测试手段,但目前还难以准确测量内缘薄流膜区域的纵向速度、径向速度分布情况;数值模拟方法为研究结构参数和操作参数对流场的影响规律提供了一种便利手段,但模拟精度还有待进一步提升。螺旋分选过程研究中,正电子发射型颗粒追踪技术用于检测颗粒在螺旋分选机中的运动规律,是螺旋分选机理论研究的一大突破;螺旋分选过程中颗粒运动行为的数值模拟为螺旋分选机理的定性分析提供了一种便捷的手段,但由于模拟过程中忽略了许多现实条件,导致模拟结果与试验结果仍有较大差距。螺旋分选机工艺优化及智能化调控研究目前还处于起步阶段。近年来,国内外相继开发了一批新型螺旋分选机,在降低分选密度方面取得了一定进展:南非MTI公司研发了一种低分选密度的螺旋分选机,产率降低4%左右时,分选密度可由1.61 g/cm~3降至1.54 g/cm~3;国内设计的一种超低距径比的复合槽面螺旋分选机(内缘立方抛物线、外缘椭圆型),在粗选阶段预排矸,分选密度可降低至1.543 g/cm~3,相较于采用传统参数的椭圆型槽面和立方抛物线槽面煤用螺旋分选机,在精煤灰分要求相当的情况下,分选效率分别提高了19.41%、13.11%。未来螺旋分选机研究重点主要还是利用PEPT技术、数值模拟技术等先进手段,进一步研究槽面形状、距径比(螺距直径之比)等结构参数对螺旋分选机流场分布特性、分选过程的影响,配合结构、工艺、新材料运用方面的改进,力争在提高分选精度、扩大分选密度调控范围方面有所突破。

    2020年01期 v.26;No.125 1-8页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 9553K]
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  • 燃煤sCO_2布雷顿循环及其工质传热特性研究进展
    Research progress on supercritical CO_2 Brayton cycle and its working fluid heat transfer characteristics for coal-fired power generation

    吴柯;鲍中凯;段伦博;黄宇;

    超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,sCO_2)布雷顿循环作为动力循环的主要优势是效率高、结构简单、系统紧凑、热源适应性广,有望在下一代核反应堆、燃煤电站、余热回收及可再生能源(太阳能、地热能等)领域得到大规模应用。作为新型动力循环工质的sCO_2具有温和的临界点条件(31.1℃/7.38 MPa),同时在临界点附近物性变化剧烈。鉴于我国以煤为主的能源结构及严峻气候挑战,sCO_2动力循环与富氧燃烧、流化床锅炉、煤气化等技术结合为实现煤炭的清洁高效低碳利用提供了新的思路。笔者分析了sCO_2工质的性质,介绍了间接加热式和直接加热式两类sCO_2布雷顿循环的基本原理,总结了sCO_2动力循环应用于燃煤电站的研究进展。sCO_2循环燃煤电站的发展可分为以下2条路径:①间接加热式sCO_2循环取代蒸汽朗肯循环应用于燃煤电站,可与煤粉锅炉、循环流化床锅炉、富氧燃烧等技术相结合;②发展更加高效且固有碳捕捉能力的直接加热式sCO_2循环燃煤电站技术,与带有碳捕捉(carbon capture and storage,CCS)的整体煤气化联合循环(IGCC)电站竞争。分析了sCO_2动力循环与燃煤电站结合的多种技术方案,讨论不同方案的优势、技术挑战与发展方向。在此基础上,重点阐述了sCO_2作为工质在常规管径圆管、细管道圆管、微细管道圆管及印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)中的传热试验研究和传热特性,总结了sCO_2工质在圆管内和PCHE内流动传热经验关联式并进行分析比较,同时介绍了sCO_2工质流动传热的数值模拟研究。最后,从基础理论、系统设计、设备研发层面指出了现有研究的不足和对未来研究的展望。CO2减排在未来几十年将是燃煤发电的主要研究方向,具有更大效率优势和固有碳捕捉能力的直接加热式sCO_2循环燃煤发电技术将引起更多关注。在我国将sCO_2布雷顿循环应用于燃煤电站更具现实意义,目前我国关于sCO_2循环发电技术的研究与国外仍存在相当差距,应依托超超临界燃煤发电机组和IGCC电站的技术积累,快速推动燃煤sCO_2循环发电技术的研发进展。

    2020年01期 v.26;No.125 9-21页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 15576K]
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  • 抗结渣生物质燃料研究进展
    Advance in the research on slag-resistant biomass briquette preparation

    刘宏宇;张守玉;宋晓冰;胡南;孙梦圆;常明;

    生物质作为价格低廉、来源广泛的绿色能源,具有巨大的利用潜力。但由于生物质本身碱金属(主要为钾)含量较高,在燃烧利用过程中存在如碱结渣、灰分融合、团聚、腐蚀等问题。其中,结渣存在于整个生物质利用过程中,形成极难处理的结块与沉淀,对锅炉本身及运行造成危害。因此,抗结渣生物质燃料是实现生物质高效利用的可行手段。目前可通过添加剂、共燃、化学预处理、涂层等方式改变生物质利用过程中碱金属氯化物、硫酸盐、硅酸盐的生成和转化途径,以解决生物质热转化利用过程中的结渣问题。其中利用添加剂与生物质受热反应生成新的高熔融点产物的处理方式具有较好抗结渣效果。笔者介绍了生物质中碱金属的存在形式及其热转化过程中钾的释放路径、迁移规律,概括了生物质热转化利用过程中的结渣机制,总结了铝基、钙基、磷基3种添加剂在生物质抗结渣过程中的作用机理。使用添加剂可使生物质燃料达到较好的抗结渣效果,磷基添加剂可较好地解决烟道与炉底结渣问题,钙基添加剂只能解决炉底结渣但会造成严重的烟道结渣,铝基添加剂虽能达到与磷基相近的结果,但成本较高且作用效果随温度的升高而减弱。未来抗结渣生物质燃料的研究方向可从新型添加剂出发,寻找既可固定气相中的钾,也能与灰渣中硅酸钾形成高熔融点物质的单一化合物或混合矿物质添加剂;另一方面也应考虑添加剂与生物质混合后的成型问题,开发具备高机械强度的抗结渣成型生物质。最后介绍了上海理工大学碳基燃料洁净转化实验室在抗结渣高机械强度生物质成型燃料方面的进展。以期为抗结渣生物质成型燃料的研究与开发提供一定的参考。

    2020年01期 v.26;No.125 22-31页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 6169K]
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  • 超超临界锅炉流动不稳定性的形成机理及研究进展
    Formation mechanism and research progress of flow instability in ultra-supercritical boiler

    朱超;吴鹏举;王永庆;郁翔;欧阳诗洁;杨冬;

    以煤炭为主要能源的国家火电机组,尤其是煤电机组持续低负荷运行或深度调峰在未来几年将成为常态。在深度调峰过程中,机组负荷多数偏离设计工况,很有可能产生流动不稳定问题。笔者主要研究了现代机组运行的流动不稳定性形成机理及影响因素,分析超超临界机组的流动不稳定性的研究方法。按发生特性归类,流动不稳定性可分为静态不稳定性和动态不稳定性。而在超超临界锅炉系统变负荷运行过程中,主要存在密度波型流动不稳定性、压力降型流动不稳定性和热力型流动不稳定性,几种不稳定现象都影响系统的正常运行。流动不稳定性的主要影响因素包括热负荷分布、管道结构及系统流动参数等。由于分析和计算工具的发展,流动不稳定性的发生条件及其变化规律能较准确预测,大量试验及数值研究表明,热流密度越小,系统压力越大,进口节流系数越大,出口节流系数越小,则系统越趋于稳定。从管道结构上来看,加热长度越短,管道内径越大,则系统越稳定,且具有交叉连接的系统比没有交叉连接的系统和单通道系统更稳定。针对超超临界水流动不稳定性的研究,主要有试验和数值模拟2种方法。试验方法的优势在于可以有针对性地以实际物理系统为研究对象,为相应的数值模拟研究提供有价值的参考。考虑到水在超超临界压力和温度下的流动不稳定试验系统极为复杂,所需费用庞大,数值模拟就成为一种重要的研究手段,其可以借鉴成熟的两相沸腾研究成果,能够方便分析各种参数对流动不稳定性的影响规律。针对超超临界流体系统的流动不稳定性的数值模拟研究,其分析方法通常可分为频域法和时域法。频域分析方法的缺点在于不能很好地解决非线性问题,为有效解决频域分析方法非线性效应消失的问题,可通过Hopf分岔技术来确定极限环的振幅。时域法作为用于分析诸如振荡周期和混沌等非线性效应的最常用方法,结合一系列无量纲数,能在保留动态变化的同时,有效地描述亚临界及超超临界流体的流动不稳定边界。

    2020年01期 v.26;No.125 32-40页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 4226K]
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  • 煤粉工业锅炉技术发展及应用
    Development and application of the technology of pulverized coal industrial boiler

    周建明;崔豫泓;贾楠;崔名双;张斌;王彩虹;

    中国煤粉工业锅炉借鉴油气锅炉和德国煤粉工业锅炉技术理念,经历立项研发、中试验证和工业示范,系统技术逐步成熟,自2010年起,实现规模化工业应用。煤粉工业锅炉系统具有高热效率、低烟气污染物排放等优点,有效带动了燃煤工业锅炉产业发展。笔者论述了煤粉工业锅炉技术与发展,重点介绍了煤粉工业锅炉的关键技术,并对主要技术进行对比,分析了煤粉工业锅炉的工业应用情况,最后提出了煤粉工业锅炉技术发展方向。煤粉工业锅炉系统由燃料煤粉生产、储供、油气点火、燃烧、锅炉本体、烟气净化以及自动化控制等系统构成。锅炉热效率大于91%,烟气污染物达到国家超低排放标准,系统技术符合国家煤炭清洁利用方向。燃料煤粉生产采用一步法工艺,通过强化流动性和安全措施,现可实现最大为1 000 m~3安全存储量。锅炉供粉采用气动活化、无脉动给料及高速引射流浓相输送技术,已实现输送阻力低于20 kPa,粉风固气比大于2.5 kg/m~3,供料精度在±3.0%以内,最大供料量为5 t/h的浓相供料技术与装备,广泛应用于锅炉供料系统。供料量在2.5 t/h,供料精度在±2.0%和±1.0%以内的第三代和第四代供料器也分别开展了工业验证和样机的试制工作,并取得了阶段性的成果。煤粉燃烧器采用逆喷式回流式结构,设计工作依据其结构特征,通过模拟气流扩展角、回流区域范围、回流量、旋流强度以及温度和速度场等研究开展,再经过实际工程应用,进一步验证优化设计参数,最终实现燃烧器的逐级放大。天然气/煤粉双燃料燃烧器具有便捷切换和快速着火功能。风冷燃烧器采用内外双级旋流供风燃烧技术,具有点火迅速、燃烧稳定、燃烧效率高和初始NOx排放低等优点。随着煤粉锅炉系统测控技术向智能化、网络化和集成化方向发展。锅炉烟气脱硫除尘采用NGD高倍率灰钙循环脱硫技术,具有占地小,运行成本低等特点,在低钙硫摩尔比下,系统脱硫和除尘效率分别达到90%和99.95%以上。低温炭基预氧化脱硝耦合NGD协同烟气净化技术具有工艺简单,耗水少,废物资源再利用,无二次污染产生等优点,更加适合于煤粉工业锅炉的烟气净化。煤粉工业锅炉在发展历程中通过关键技术和装备优化升级,在大型化、模块化和系列化方向已取得成效,在节能性、环保性和经济性等方面较常规工业锅炉具有显著优势,技术已达到世界先进水平。未来随着国家能源结构优化,天然气/煤粉锅炉、低氮燃烧、生物质复合半焦粉及协同化烟气净化等技术的开发与成熟,煤粉工业锅炉技术将成为煤炭清洁燃烧利用主要技术之一。

    2020年01期 v.26;No.125 41-51页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 14547K]
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  • 分解炉空气分级燃烧及NO_x排放特性研究
    Experimental study on air-staging combustion and NO_x emission characteristics in cement precalciner

    朱书骏;朱建国;

    随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NO_x排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NO_x排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NO_x排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NO_x排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NO_x主要以NO和N_2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10~(-6)和12.96×10~(-6)。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NO_x主要以NO和N_2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NO_x的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。

    2020年01期 v.26;No.125 52-58页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 6630K]
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  • 煤粉高压着火特性及影响因素
    Ignition characteristics and influence factors of pulverized coal under pressurized combustion

    傅培舫;龚雪琦;张斌;刘洋;龚宇森;许天瑶;

    高压气化炉内煤粉的着火特性对煤粉烧嘴和气化室的设计与运行调控具有重要意义。笔者采用加压热重分析法对3个煤样的着火特性进行研究,根据升温过程中的能量守恒原理和谢苗诺夫着火理论提出了一种新的处理PTG曲线求取着火温度的拐点法,并与传统经验切线法进行对比;讨论了压力、氧气体积分数、升温速率、挥发分和颗粒粒径对着火温度的影响。研究结果表明,煤粉着火温度区间为从初始着火温度(Ti)到极限着火温度(Tig),环境换热条件所决定的切点位置是唯一定解条件,高温工业炉高加热速率对应的为极限着火温度;与常压条件下相比,加压下固定床煤粉的着火为异相着火,着火温度随挥发分的增加而略有增加;在0.1~1.0 MPa和3~5 MPa的压力范围内,随压力的升高,着火温度下降,且比常压下低很多,虽然在1~3 MPa的着火温度略有增加;氧气体积分数对着火温度的影响规律与常压的类似,随氧气体积分数的增加,着火温度降低;虽然加压条件下煤粉的快速反应,拐点法与切线法得到的着火温度相近,但切线法无法响应环境条件的变化,且常压下,经验的切线法无法给出令人满意的结果。

    2020年01期 v.26;No.125 59-64页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2276K]
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  • 300 MW循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥试验研究
    Research on large proportion of coal slime co-combustion in a 300 MW CFB boiler

    张平;陈陆剑;江华;张缦;徐巍;刘实;杨海瑞;吕俊复;

    循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥是一种处理煤泥等低品质煤的有效手段。利用一维小室模型对掺混不同比例煤泥的CFB锅炉运行工况进行模拟,研究了掺混煤泥比例对CFB锅炉炉膛内物料平均粒径、颗粒停留时间以及炉膛上部物料浓度的影响,确定了大比例掺烧煤泥条件下的流态优化条件。模拟结果表明,增加煤泥比例可以提高物料循环流率和中间粒径档位(0.1~0.3 mm)颗粒在炉内的停留时间,改善燃料的燃尽率,提高煤泥比例还可以增加炉膛上部的颗粒浓度,有利于提高炉膛上部的传热,降低炉膛温度,便于污染物的控制。根据盘北电厂300 MW循环流化床锅炉机组大比例掺烧煤泥的运行数据,分析了掺烧煤泥比例对床温、排烟温度、底渣与飞灰含碳量的影响。当锅炉负荷为300 MW时,掺烧煤泥后床温明显降低,飞灰含碳量和排烟温度随着掺烧煤泥比例的增加而增大,底渣含碳量则随着掺烧煤泥比例的增加而降低。为了实现大比例掺烧,建议控制矸石的入炉煤粒径,且需要强化尾部吹灰或适当调整尾部受热面。

    2020年01期 v.26;No.125 65-70页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3434K]
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  • 煤粉富氧燃烧着火温度预测的优化随机森林(GA-RF)模型
    Prediction of ignition temperature of pulverized coal under oxy-fuel combustion condition based on optimized random forest(GA-RF) model

    彭潮;兰彦冰;邹春;蔡磊;

    二氧化碳排放是造成温室效应的主要原因之一,富氧燃烧作为一种有效的碳减排与封存技术具有广泛的研究前景。在燃煤电厂中煤粉富氧燃烧的着火温度是燃烧器设计和运行安全的重要指标,并且与煤粉组成成分、煤粉粒径以及燃烧氛围都有复杂的相关性。因此,对煤粉富氧燃烧着火温度的预测模型研究意义重大。采用滴管炉分别测量了5种煤粉在O_2体积分数为30%、35%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%富氧条件下的着火温度,分析了氧气体积分数和煤粉的组成成分与着火温度之间的关系。研究发现,随着氧气体积分数分数的增加,5种煤样的着火温度均显著下降,且挥发分越高的煤,下降幅度越大。将45组试验着火温度数据与其他研究者采用同样方法测得的69组着火温度数据组成机器学习样品库,以煤粉的元素分析、工业分析、煤粉粒径及氧气体积分数为输入条件,以着火温度T为目标输出,构建了遗传算法优化的随机森林模型(GA-RF模型),准确预报了煤粉富氧燃烧的着火温度,其预报精度为:R~2>0.99,RMSE<16,MAE<8。通过模型参数重要性分析发现,氢组分超过5%后,着火温度出现阶跃式上升,现有煤粉着火数据也证实了该现象。

    2020年01期 v.26;No.125 71-76页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 5991K]
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  • 碱金属氯化物对金属材料的高温腐蚀特性研究
    Studies on high temperature corrosion characteristics of alkali metal chloride to metal materials

    仝声;王治宙;康亚倩;吕媛;牛艳青;

    准东煤及生物质燃料中由于富含碱金属如Na、K等元素,在燃烧过程中会产生灰相关问题,易形成烟气侧受热面的积灰结渣以及金属管壁的高温腐蚀,影响金属管束的换热效率和使用安全,严重时会导致爆管,威胁锅炉的正常安全运行。通过模拟烟气气氛对金属材料15CrMoG和T91进行高温腐蚀试验,并采用KCl涂抹方法模拟受热面表面碱金属盐的沉积腐蚀现象,利用SEM、EDS和XRD等检测方法分析腐蚀产物的形貌与组成,研究金属材料、腐蚀时间和反应温度对碱金属氯化物高温腐蚀的影响。结果表明:金属表面的KCl涂层加剧了金属腐蚀,碱金属氯化物可有效加剧对金属材料的高温腐蚀程度。在不同腐蚀时间和反应温度下,金属材料15CrMoG的腐蚀增重与腐蚀层厚度均大于T91,表明T91的抗腐蚀性能优于15CrMoG。随着反应时间的增加,腐蚀增重与腐蚀增厚逐渐增大,而腐蚀速率逐渐降低,在腐蚀时间低于20 h时,腐蚀速率较快;处于20~48 h时,腐蚀速率明显降低,总体上腐蚀曲线符合抛物线规律。导致腐蚀后期腐蚀速率降低的主要原因是由于碱金属腐蚀会导致形成致密氧化膜覆盖在金属基体表面,对金属有一定的保护作用,减缓了腐蚀的发生。随着反应温度的增加,腐蚀加剧,在温度低于500℃时,腐蚀增重曲线斜率较小,腐蚀速率较低;温度高于500℃时,曲线斜率明显增加,腐蚀速率加快。腐蚀增厚曲线与增重曲线趋势基本一致,腐蚀曲线符合抛物线规律。随着温度的升高,碱金属腐蚀的化学反应速率与温度呈指数关系,温度升高,参加腐蚀反应的活化分子数增多,腐蚀反应速率得以迅速加快。由腐蚀微观形貌图可看到腐蚀前金属基体结构完整,表面较平滑,腐蚀后金属与腐蚀层的接触表面出现凹凸不平的结构,随着腐蚀时间的增加,腐蚀层的厚度逐渐增大。综合分析样品的SEM-EDS检测结果可以得到2种金属材料腐蚀产物的主要组成元素是Fe和O,结合XRD物相峰谱识别分析得到金属材料的腐蚀产物主要以Fe2O3的形式存在。

    2020年01期 v.26;No.125 77-82页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 6697K]
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  • 高碱低阶煤热解及热解半焦研究进展
    Research progress on pyrolysis and pyrolysis of char of low-rank coal with high alkali

    解强;梁鼎成;刘金昌;

    我国碱金属、碱土金属(AAEM)含量高的低阶煤储量丰富。高碱含量造成锅炉受热面结渣沾污及气化炉结块腐蚀等难题,低阶煤内水高、氧含量高、挥发分高、发热量低以及易氧化自燃等特性为其储、运、用带来极大的难题。热解可生产优质燃料和高附加值化工原料,也是燃烧、气化、直接液化等过程的起始阶段和/或伴随反应,煤在热解阶段发生的反应、经历的变化,对煤转化利用的效率和清洁程度起重要、甚至决定性作用。笔者对煤热解与热解半焦研究及进展进行综述性评价,着重探讨煤中AAEM对热解过程及半焦的影响。结果表明,热解研究装置模拟的工况与现代煤化工过程中煤热解所处环境相差甚远,半焦样的代表性不强使热解研究成果的指导意义不大;对煤中不同赋存形态AAEM的分离方法有待完善,还需筛选、尝试新的萃取试剂;基本掌握了煤热解过程中AAEM的变迁行为,但尚缺乏控制煤中AAEM危害的有效方法。高碱低阶煤的安全高效洁净转化利用技术仍待突破。

    2020年01期 v.26;No.125 83-89页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3249K]
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  • 煤灰流动性研究方法进展
    Advances in research methods of coal ash fluidity

    颜婷珪;白进;孔令学;代鑫;李怀柱;郭振兴;白宗庆;李文;

    随着煤转化工业对转化率和生产效率要求的进一步提高,煤的热转化过程更趋向于在高温高压转化器中进行。在高温高压的液态排渣燃烧炉和气化炉中,煤中矿物质完全熔融成熔渣形式再排出。对于采用液态排渣和水冷壁的气流床气化炉,要求煤灰熔融温度低于操作温度,熔渣黏度范围为2.5~25.0 Pa·s,且在操作温度范围内黏度随温度的波动较小,因此气化过程中煤灰的熔融性和黏温特性是影响熔渣流动的关键因素。笔者论述了传统灰熔融评价方法的发展过程,各国标准方法的原理都是通过被压实样品在升温过程中的形变来判断得出熔融温度,但仅靠熔融温度无法提供实现现代大型气化过程精细化控制所需信息,而对煤灰熔融过程的全阶段测试有助于更准确地指导实际生产。对比各国研究者对熔融过程的定性和定量研究表明,熔融温度中的变形温度并非煤灰开始熔融的温度,针对煤灰沉积、烧结等问题,熔融全过程测试提供的开始收缩温度和热力学计算预测的液相最初形成温度有助于更准确地预测煤灰可能产生沉积或烧结的温度。黏温特性的测试目前仍依靠高温旋转黏度测试法,该法耗时较长且流程繁琐,因此研究者更趋向于用更简便和省时的方法实现对适用样品的黏温特性的快速筛选。除了试验方法,模拟计算方法在煤灰流动性研究中的应用越来越普遍,通过热力学计算和分子模拟方法,能够获得试验难以测得的矿物质组成及熔体的微观结构变化,且分子模拟中非平衡分子动力学方法可更准确模拟复杂流体的剪切稀化过程,从而获得更接近试验值的黏度计算结果。采用非平衡方法提高了计算结果的准确度,但也增加了计算的复杂程度及所耗费的机时,且目前煤灰体系的计算模型选择不多,因此采用分子模拟方法应综合考虑体系的复杂度与计算结果的准确性。随着熔融过程研究的进一步深入和模拟计算方法的普遍应用,试验结果呈现的宏观性质变化机理将更易于通过微观结构变化来阐明,反过来也将有助于优化现有的模拟计算方法和参数。

    2020年01期 v.26;No.125 90-98页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 4033K]
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  • 煤直接液化制油技术研究现状及展望
    Research progress and prospect of direct liquefaction technology from coal to oil

    胡发亭;王学云;毛学锋;李军芳;赵鹏;

    煤直接液化制油技术是促进煤炭清洁高效利用、缓解石油供需矛盾、保障我国能源安全的重要途径。为全面了解煤液化反应机理、动力学、催化剂及工艺的全过程,促进煤直接液化技术基础研究的快速进步和新工艺的开发,笔者综述了国内外在煤加氢液化反应机理、反应动力学、催化剂以及液化工艺方面取得的研究成果,重点介绍了德国IGOR、日本NEDOL和我国的神华煤液化工艺,分析了这些典型煤液化工艺的开发历程和特点;指明了煤直接液化制油技术发展趋势。煤的加氢液化反应是自由基反应机理,是一系列顺序反应和平行反应的综合结果,包含煤的热解、自由基加氢、脱杂原子和缩合反应等,总体上以顺序反应为主。借助同位素示踪、原位实时检测、等离子体技术以及微波快速加热技术等现代分析方法和试验手段,重点研究自由基的产生速率、活性氢产生速率及定量传递机理,有助于深入认识和精准阐明煤加氢液化反应机理。各国学者利用不同的研究方法,针对不同煤种、催化剂、工艺条件和供氢溶剂等,建立了各种各样的动力学模型。动力学模型从单组分到双组分和多组分,从连续反应、平行反应到复杂的网络反应,从最初的一步反应到后来较为合理的多段反应,模型越来越复杂,越来越接近工业应用。根据反应阶段不同进行分段处理的多组分"集总"反应动力学模型将是今后煤加氢液化反应动力学发展的主要方向。借助先进分析手段及科学的处理方法,建立真正揭示不同条件下煤液化动力学规律的通用型动力学模型是未来的发展趋势。借助纳米合成、等离子体等高新技术,调控组分配伍、降低催化剂粒径、优化制备方法是制备高活性催化剂的有效手段。强化系统合理配置和优化集成,重视煤的温和液化和分级转化,优化产品结构,发展直接液化-间接液化耦合技术是煤直接液化未来的发展趋势。

    2020年01期 v.26;No.125 99-109页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 9659K]
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  • 煤间接液化合成油技术研究现状及展望
    Research status and prospect of coal indirect liquefaction synthetic oil technology

    王学云;胡发亭;王光耀;

    发展煤炭间接液化技术是缓解我国油品短缺和促进煤炭清洁利用的有效途径。笔者综述了早期经典的费托合成机理如碳化物机理、CO插入机理、中间体缩聚机理,以及近期提出的C2活性物种机理、稀烃再吸附的碳化物理论、网络反应机理等,并指出各机理的合理性和局限性;论述了费托合成反应动力学模型如CO消耗速率动力学模型和详细动力学模型的特点和研究进展。CO消耗动力学模型不考虑碳链增长过程,可很好地预测CO转化率。详细动力学模型含有反应物消耗速率和产物分布信息,其可靠性依据费托合成反应机理。综述了工业上常用的铁基催化剂和钴基催化剂的特点以及在相变、催化机理等方面的研究进展,讨论了新型费托合成催化剂如复合型催化剂、多元金属催化剂和新型载体催化剂的研发进展;介绍了国内外煤间接液化工艺的发展历程,分析了工业化应用中存在的问题和改进方向,重点论述了我国山西煤化所和兖矿集团开发的煤间接液化工艺的特点和工艺流程。最后对未来费托合成反应机理、反应动力学、催化剂及煤间接液化工艺的研究重点和发展方向进行了展望。

    2020年01期 v.26;No.125 110-120页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 5150K]
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  • Ni(OH)_2与不同碳质材料复合制备超级电容器电极材料研究进展
    Research progress on composite of Ni(OH)_2 with different carbonaceous materials as electrode material for supercapacitors

    李双双;秦志宏;杨小芹;陈强;

    超级电容器具有功率密度大、寿命长、生产成本低等优点,被认为是最有发展前途的储能系统之一。然而,超级电容器的低能量密度阻碍了其实际应用。由于存储的能量与CV2成正比,可以通过增加材料的电容"C"或操作电压窗口"V"或两者同时增加来提高超级电容器的能量密度。然而具有宽电位窗口的有机电解质离子往往电导率差,成本高,容易引起环境问题。因此为改善能量密度,应采用高比电容的电极材料,故而设计出具有高比电容的适合电极材料就成为研究热点。Ni(OH)_2作为超级电容器电极材料,具有理论容量大、成本低、天然丰富、易于合成等优点,近年来备受关注。但由于Ni(OH)_2导电率低、比表面积小,其容量劣化严重。碳质材料作为双电层超级电容器的电极材料,其能量存储机制取决于电极表面的电解质离子吸附和解离,具有导电率好、原料丰富、成本较低、电化学稳定性高等优点而应用广泛。因此,有必要将高导电碳质材料引入Ni(OH)_2组成复合材料以提高电容性能。笔者综述了Ni(OH)_2基材料的合成方法,特别是与碳质材料复合来提高Ni(OH)_2基材料的循环稳定性和倍率性能方面的研究新进展。

    2020年01期 v.26;No.125 121-128页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 11486K]
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  • 中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展
    Application progress on mesocarbon microbeads as anode materials for lithium ion batteries

    杜俊涛;聂毅;吕家贺;马江凯;郏慧娜;张敏鑫;孙一凯;郑双双;白璐;

    中间相炭微球(MCMB)具有良好锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势,是目前应用广泛、综合性能优异的锂离子电池负极材料,但较低理论比容量是制约其发展的关键因素。为了获得性能优良的MCMB基锂离子电池负极材料,改性修饰和复合材料已然成为目前研发重点。笔者论述了碳结构、表界面和复合材料等微观结构设计对MCMB负极材料电化学性能的影响。从碳堆积结构类型、有序性、层间距以及球体粒径大小等方面,论述了碳结构微观设计对MCMB电化学性能的影响。发现具有乱层结构的MCMB在充放电过程中内部产生应力较小,且碳结构较稳定,具有优异循环稳定性;内部具有大量微孔或碳层间距较大的MCMB,在充放电过程中可提高锂离子在电极中的迁移速率,并提供更多的储锂空间,一般具有优良的充放电比容量和倍率性能;小粒径MCMB具有较短的锂离子迁移路径和随之增加的比表面积,通常具有较好倍率性能,伴随着可逆比容量和充放电效率的衰减。从表界面碳层改性、包覆和掺杂改性等方面,论述了表界面改性对MCMB电化学性能的影响。表面碳层修饰可增加MCMB与电解液的相容性及其比表面积,提高了与电解液的接触面积及贮锂容量,改善了锂离子电池负极材料的电化学性能;另外,MCMB表面包覆一层无定型碳,可避免其表面与电解液直接接触,减少电化学副反应的产生,提升其可逆比容量。从碳活性物质复合材料、非碳活性物质复合材料等方面,论述了复合材料微观结构设计对MCMB电化学性能的影响。碳活性物质可降低MCMB内部碳层结构的有序性,减少锂离子嵌入过程中的内部应力,提升MCMB循环稳定性。非碳活性物质诱导MCMB生成更加有序的碳层结构,提高MCMB的比表面积,从而改善MCMB表面与电解液分子的接触能力及其嵌锂性能,有利于提升MCMB负极材料可逆比容量、循环性能和倍率性能。MCMB具有高碳层间距和多缺陷位点等结构特征,有利于钠离子自由脱嵌,应用于钠离子电池时具有良好的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能。MCMB的不规则定向层状结构经活化等处理具有较高比表面积,可应用于超级电容器电极材料。最后提出在高性能锂离子电池电极材料快速发展的需求下,从微观结构角度设计MCMB纳米复合材料将是MCMB负极材料的研究重点。

    2020年01期 v.26;No.125 129-138页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1422K]
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  • 煤基碳纳米管制备技术和生长机理研究进展
    Research progress on preparation technology and growth mechanism of coal-based carbon nanotubes

    张天开;王琪;张永发;

    我国煤炭资源丰富,但现阶段以燃烧、热解和气化等为主的传统利用方式存在资源浪费、环境污染和经济效益低等问题,且我国以煤炭资源为主题的能源结构在短期内不会发生改变,因此,清洁、高效利用是新时期煤炭资源的立足点和首要任务。另一方面,碳纳米管因其独特的一维结构在力学、电学和热学等方面具有优异的特性,使其在复合材料、电子材料和能源材料等领域具有广泛的应用,但是碳纳米管制备成本偏高的问题较为突出,严重限制了其大规模的应用,现阶段急需开发新型、环境友好的碳纳米管制备技术。宏量、低成本的煤基碳纳米管制备技术可以同时较好地解决上述2个问题。笔者基于文献重点分析了反应原料、放电气氛和催化剂等因素对电弧放电法和等离子体射流法2种煤基直接制备碳纳米管技术的影响,讨论了原料种类、催化剂、反应温度、升温速率和反应气氛等因素对化学气相沉积法-煤基间接碳纳米管制备技术的影响过程。分析发现,在电弧放电法和等离子体射流法中,原料种类对碳纳米管产物的产量具有重要作用,放电气氛对碳纳米管产物的类型具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物产量和类型均具有重要影响;在化学气相沉积法中,原料种类对碳纳米管产物形貌、长径比和有序度等性质具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物的生长过程具有重要影响,反应温度和升温速率对碳纳米管产物的管径变化和类型具有重要影响,反应气氛可改变催化剂的催化效果。此外,总结了煤基碳纳米管直接和间接制备技术中碳纳米管的生长机理的类型及特点:其中,直接制备技术中碳纳米管生长过程符合碎片式生长机理,而间接制备技术中碳纳米管生长过程可分为气-液-固(VLS)、气-固-固(VSS)、气相成核(VPN)和阶梯式等类型。分析认为应当深入开展以下工作:探究煤、煤热解气和商业煤气等廉价原料制备碳纳米管的过程,进而建立和完善原料与碳纳米管产物之间的关系体系;开发新型、高效的煤基碳纳米管催化剂制备技术;建立新的碳纳米管生长模型,进一步丰富和完善碳纳米管生长模型体系。

    2020年01期 v.26;No.125 139-150页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 4624K]
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  • 碳材料对燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展
    Research progress of carbon materials on sulfur removal and resource utilization from coal-fired flue gas

    曲智斌;孙飞;皮信信;郄志鹏;高继慧;

    中国发电煤耗每年近20亿t,虽然传统湿法脱硫工艺能够实现燃煤污染物SO_2的有效控制,但由于存在水耗高、副产劣质石膏量大难用等缺点,面临可持续发展困境。相比之下,基于多孔碳材料的SO_2脱除技术由于具备水耗少、无二次污染、污染物可资源化回收、吸附剂可再生利用等优点,是重要的发展方向。笔者综述了目前基于碳材料吸附、催化过程的燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展,论述了碳材料资源化脱硫工艺的关键技术环节,最后提出了燃煤烟气硫脱除及资源化的未来科学和技术方向。碳材料内SO_2吸附-催化反应机制及产物迁移路径,重点讨论了碳材料孔结构、官能团、金属氧化物负载对SO_2吸附转化及副产物迁移的影响。研究表明,碳材料分级孔结构内存在SO_2吸附转化以及产物硫酸的迁移过程;在碳材料中掺杂以氮和氧为代表的非碳元素能改变碳平面的电子结构,调控SO_2在碳材料中的吸附和催化氧化过程。因此,碳材料孔隙与功能性官能团的协同定向构筑是强化碳材料吸附转化SO_2、提升脱硫性能的有效方式。脱硫饱和碳材料再生及硫资源化回收技术路径,重点讨论了碳热还原方法将SO_2资源化转化为硫磺的影响因素。热再生能耗高、活性焦质量损失严重;水洗再生效率低,活性焦循环脱硫能力差,高效再生需要活性焦不同尺度孔隙结构的有效配组,以强化物质输运扩散;在各种脱硫副产物中,硫磺物质量小、价值高、便利储运,是理想的资源化回收目标;碳基还原剂活性与选择性的调控是实现高效硫磺生成的关键。论述了高性能煤基活性焦的低成本宏量制备方法,重点讨论了强化脱硫过程的分级孔活性焦低成本制备方法。传统柱状活性焦制备工艺复杂、成本高且孔隙结构呈微孔分布,存在内扩散阻力大、内表面利用率低、SO_2脱除及再生脱附性能差等问题。破碎或颗粒状活性焦有望降低活性焦制备成本且实现活性焦孔隙的深度调控,但结构稳定性(强度)的提升是关键。通过催化活化、配煤、催化石墨化方法,可望实现兼具高活性和高结构稳定性的脱硫活性焦制备。

    2020年01期 v.26;No.125 151-163页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 14286K]
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  • 热解焦化过程烟气末端净化关键技术与应用进展
    Key technologies and application progress of flue gas purification from pyrolysis and coking process

    李运甲;李长明;刘周恩;高士秋;许光文;余剑;

    热解焦化行业烟气温度低、水汽含量高、且夹带焦油和炭黑等复杂物质,导致电力行业传统烟气净化技术难以适用于该领域。为了给热解焦化过程末端烟气治理升级改造提供思路与参考依据,笔者总结了该领域具有前景的末端烟气净化技术应用进展,指出干法脱硫-布袋除尘-低温脱硝技术和活性焦脱硫脱硝一体化技术是目前比较成熟的焦化烟气净化技术;催化陶瓷纤维滤管一体化技术虽然在国外玻璃等行业应用比较成功,但在国内焦化烟气领域应用时间不长,应注意潜在的技术风险;氧化-湿法吸收技术由于产生二次污染等问题制约了规模化推广。通过剖析应用过程存在的问题,提出相应的解决方案,明确各工艺未来的研究方向及升级路线,指出干法脱硫-布袋除尘-低温脱硝技术研究应集中于脱硫灰的处理、失效催化剂的回收再利用和工艺深度优化;活性焦脱硫脱硝一体化技术研究应关注多循环周期中活性焦的特性演变、再生过程碳损耗控制及废焦粉的回收利用;催化陶瓷纤维滤管技术研究应解决潜在的氨逃逸、催化剂失活、焦油糊管等问题。最后,结合热解焦化烟气特征,指出热解焦化末端烟气净化的关键在于低温脱硝技术与其他污染物控制技术的匹配与整合,同时明确了未来热解焦化烟气净化技术将向设备一体化、维护简单化与运行低成本化的方向发展。

    2020年01期 v.26;No.125 164-173页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3899K]
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  • 燃煤水泥窑炉低NO_x排放控制技术研究进展
    Research progress of low NO_x emission control technologies in coal-fired cement kilns

    石朝亭;蔡军;任强强;吾慧星;马海军;

    我国是水泥生产和消费大国,水泥行业已成为我国继热力发电和交通运输之后的第三大NO_x排放源,是引起我国雾霾天气的主要成因之一。随着水泥工业NO_x排放标准的不断提高,燃煤水泥窑炉低NO_x排放控制技术的发展越来越受到重视。为清晰了解水泥行业常见低NO_x排放控制技术的优化方向和新型低NO_x排放控制技术的发展现状,为水泥工业实现超洁净绿色生产提供技术储备,笔者梳理总结了燃煤水泥窑炉常见低NO_x排放控制技术以及新型低NO_x排放控制技术。围绕燃煤水泥窑炉常见低氮脱硝技术,阐述了燃烧前、燃烧中以及燃烧后等各种低NO_x排放控制技术的降氮原理、特点以及应用现状,并指出了这些技术在实际应用中面临的问题;同时介绍了燃烧前、中、后等各种低NO_x排放控制技术的组合应用。重点介绍了近年来新涌现出的以两步还原法为代表且具有潜力的低氮脱硝技术,论述其降氮原理及研究发展现状,对比总结了水泥行业常见低NO_x排放控制技术以及新型低NO_x排放控制技术的脱硝效率、研究和应用现状。面对日益严峻的减排形式,水泥行业深度脱硝工作的开展势在必行。结合常见低NO_x排放控制技术的减排原理、优势以及存在的问题,建议水泥行业可采用燃烧中与燃烧后各种低氮控制技术的组合应用方案,以此达到降本增效的目的,并具体提出了水泥行业现有生产线以及新建生产线可行的组合应用方案。考虑到各种新型低NO_x排放控制技术的降氮原理和发展现状,笔者对水泥行业低氮脱硝技术未来的研究和努力方向进行展望,认为未来水泥行业低NO_x排放控制技术的发展应注重提高还原氛围下的碳还原能力,以激发碳还原能力为核心进行现有技术的优化以及新技术的探索,同时应考虑到与低氮燃烧技术相匹配的精准自动化、智能化测控设备的应用,以全方位监测、反馈系统的相关指标,更好地发挥低NO_x排放控制技术的降氮脱硝效果。

    2020年01期 v.26;No.125 174-183页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 5494K]
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  • 煤气化渣综合利用研究进展
    Research progress on comprehensive utilization of coal gasification slag

    曲江山;张建波;孙志刚;杨晨年;史达;李少鹏;李会泉;

    我国富煤、贫油、少气的能源结构特点,石油、天然气对外依存度高的实际情况以及对煤炭高效清洁利用的重视赋予了煤化工产业发展的机遇,作为煤化工产业龙头的煤气化技术在中国蓬勃发展。随着煤气化技术的大规模推广,煤气化渣的堆存量及产生量越来越大,造成了严重的环境污染和土地资源浪费,对煤化工企业的可持续发展造成不利影响,煤气化渣处理迫在眉睫。笔者介绍了煤气化渣的产生及其带来的环境问题,煤气化渣的基本特点,综述了国内外煤气化渣在建工建材(骨料、胶凝材料、墙体材料、免烧砖)、土壤水体修复(土壤改良、水体修复)、残碳利用(残碳性质、残碳提质、循环掺烧)、高值化利用(催化剂载体、橡塑填料、陶瓷材料、硅基材料)等方面的研究进展,提出了煤气化渣综合利用思路。煤气化渣主要由SiO_2、Al_2O_3、CaO、Fe_2O_3、C组成,气化细渣残碳含量较气化粗渣高,煤气化渣的主要矿相为非晶态铝硅酸盐,夹杂着石英、方解石等晶相,富含硅、铝、碳资源的化学组成特点和特殊的矿相构成是煤气化渣回收利用的基础。目前煤气化渣规模化处置利用主要聚焦在建工建材、生态治理等方面,但因其碳含量高、杂质含量高等特点,导致建工建材掺量低、品质不稳定,生态治理二次污染严重等问题,经济和环境效益差。在资源化利用方面,结合煤气化渣资源特点,目前主要在碳材料开发利用、陶瓷材料制备、铝/硅基产品制备等方面引起广泛关注,虽然经济效益相对显著,但均处于实验室研究或扩试试验阶段,主要存在成本高、流程复杂、杂质难调控、下游市场小等问题,无法实现规模化利用。为了提高企业经济效益,同时解决企业环保难题,结合煤气化渣堆存量大、产生量大、处理迫切的现状以及富含铝、硅、碳资源的特殊属性,建议煤气化渣的综合利用思路为"规模化消纳解决企业环保问题为主+高值化利用增加企业经济效益为辅"。开发过程简单、适应性强、具有一定经济效益的煤气化渣综合利用技术路线,是目前煤气化渣利用的有效途径和迫切需求。

    2020年01期 v.26;No.125 184-193页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3413K]
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  • 准东煤灰提取氧化铝和白炭黑技术研究
    Study on the technology of extracting Al_2O_3 and SiO_2 from Zhundong coal ash

    王敏;王辉;杨海瑞;刘汉辉;孙健伟;

    为实现准东煤灰的绿色化综合利用,笔者研究设计了从准东煤灰中制取氧化铝和白炭黑的工艺流程,确定了最佳工艺条件,并通过SPSS双变量分析比较不同影响因素对提取率影响程度。试验采用准东煤——将军庙原煤,破碎并用马弗炉模拟煤粉炉静态燃烧方式制取灰样。准东煤灰的成分分析和元素分析表明:SiO_2占48.84%,Al_2O_3占31.26%。参照标准制备灰样,对灰样进行SEM分析,发现粘黏性严重,因此试验前先进行机械研磨。采用煤灰与硫酸铵焙烧法制备氧化铝,工艺分为焙烧过程和酸浸过程。因滤液中含有大量杂质铁、钙等元素,采用pH调节法除杂并对除杂效果进行检验,检验结果为除杂率接近100%。从提铝渣中制备白炭黑分为碱浸过程和多次碳分过程。在提铝工艺焙烧过程中,通过提铝率变化曲线及节能角度确定了各因素的最佳试验条件为:焙烧温度600℃,焙烧时间60 min,焙烧配料比1∶6;在提铝工艺酸浸过程中,得到最佳试验条件为:酸浸温度60℃、酸浸时间20 min、H_2SO_4浓度0.2 mol/L、酸浸液固比50。从提铝渣制备白炭黑研究中,通过SEM观察到提铝渣疏松多孔,有利于进一步的提硅试验。通过XRD对提铝渣分析,得出提铝渣中含有大量硅、钙元素;用K值法(RIR法)求得提铝渣中Si含量及经提铝后的Si损失率为7.64%。得出碱浸过程最佳试验条件为:碱浸温度60℃、碱浸时间30 min、碱浸NaOH浓度3 mol/L、碱浸液固比70,此时Si提取率为99%。采用多次碳分法进行提硅能够满足不同硅含量纯度要求,得到最佳碱浸工艺条件为碳分pH=9.5、CO2通气速率24 m L/min、碳分NaOH浓度0.2 mol/L、碳分液固比80。通过双变量相关性分析,得到各因素对提铝率、SiO_2提取率及H_2SiO_3沉淀率影响程度大小分别为:焙烧温度>焙烧时间>焙烧配料比,酸浸时间>酸浸温度>H_2SO_4浓度>酸浸液固比,碱浸液固比>碱浸温度>NaOH浓度>碱浸时间,碳分pH>碳分液固比>碳分NaOH浓度>CO_2通气速率。通过经济性及可行性分析,说明提出的工艺能有效实现准东煤灰的绿色化综合利用。从提铝后的滤液中重新提取(NH_4)_2SO_4,实现生产原料的再利用;碳分过程后的Na_2CO_3溶液可通过加入石灰苛化的方式实现NaOH可循环利用于提取工艺生产;本工艺除生产氧化铝和白炭黑外,还能获得Na_2SO_4等附加产品。

    2020年01期 v.26;No.125 194-206页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 23185K]
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  • 基于催化臭氧氧化去除煤化工废水中污染物——苯系物
    Removal of benzenes from coal chemical wastewater by catalytic ozonation

    彭思伟;何绪文;白玉勇;谷小兵;刘海洋;

    苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)是煤化工废水中典型的难降解有机污染物,通常情况下BTEX较难通过传统的化学氧化技术去除。笔者自主制备了多孔臭氧催化剂,并对催化剂进行表征分析;考察了催化臭氧化降解BTEX的最佳反应条件,并对不同反应体系中自由基的激发情况进行比对;在此基础上探究催化臭氧化对BTEX的去除机理,为BTEX在实际处理过程中的技术应用提供理论基础。XRD分析结果表明,多孔臭氧催化剂含有氧化铝、氧化硅等,且含有沸石结构的化合物。XPS分析结果表明,所合成的催化剂含Si、O、Cu、Fe、Mn、Al等元素。SEM结果表明,催化剂由许多不规则的细小块状粉末构成,且表面非常蓬松,堆叠成多级结构,使催化剂呈多孔性。比表面积分析表明,催化剂的比表面积为20.8 m~2/g,孔隙直径主要集中在3.8 nm。使用该催化剂对BTEX进行催化臭氧化试验,结果表明,反应温度为30℃、溶液pH=8、臭氧投加量为3.5 mg/L、催化剂投加量为5 g/L时,BTEX的降解效果最佳。在该反应体系中有机物去除率为99.1%,其中苯、甲苯、乙苯、二甲苯的去除率分别为95.6%、98.2%、100%、100%。ESR分析结果表明,催化臭氧化反应体系中羟基自由基和超氧自由基的激发强度明显高于臭氧氧化反应体系,这是因为本文制备的催化剂含有Al、Fe、Mn、Cu氧化物,使催化反应过程中负载的金属氧化物价态间相互变化,转移的电子可促进臭氧分子分解,从而产生更多的自由基。催化臭氧化技术是以羟基自由基为主导,超氧自由基、催化剂吸附为辅助,协同实现煤化工废水中典型有机污染物BTEX的高效去除。

    2020年01期 v.26;No.125 207-212页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 15639K]
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  • 火电行业废水排放绩效评估
    Performance evaluation of waste water discharge in thermal power

    竹涛;袁前程;金鑫睿;叶泽甫;侯益铭;

    近年来我国大力开展排污许可制度,火电行业作为国民支柱产业和用水大户,在制度实施过程中,水污染物未受到重视,火电废水相关统计数据不清,排放绩效模糊,导致其难以纳入排污权交易体系。自2008年我国火力发电逐渐进入成熟期后,各省市火电企业用水自成熟期来形成了明显区域性特征,为按照《控制污染物排放许可制实施方案》要求更好地开展排污许可制度,笔者根据地区水资源情况,选取具有代表性的省份(山东和广东)着重分析火电废水现状,依据2015年全国各省环境统计数据,梳理所选地区火电行业水污染因子特征,首先明确了火电企业相关用水指标,火力发电厂需大量冷却水来冷却机组,冷却方式的差异决定了火电厂冷却水量的不同,根据3个指标确定企业的冷却技术;其次确定了主要有2种排放去向;之后比较水污染因子的处理效率,选取了特征水污染因子;最后进行全国火电行业废水绩效评估,包括废水排放总量绩效核算及主要水污染因子排放绩效核算,各地区可根据绩效核算结果对自身在火电行业的水资源使用及排放方面的问题制定针对性政策,旨在为火电废水排污许可制度的实施提供基础支持。结果表明,火电企业以电力为产品,水资源为生产消耗品,排放总量控制应基于废水的排放绩效。废水排放绩效评估及区域性特征研究目的是探究电力与废水排放之间联系,得出与所在区域的水文条件、发电效率以及冷却方式有关,水资源缺乏地区废水处理水平低于水资源丰富地区,会导致不良用水情况加剧,可制定出对应的废水治理政策,在排污权交易与废水处理设备资金投入上寻找平衡点。总结现阶段排污权交易存在的阻碍:火电行业的水污染物不受重视,导致排放量统计不够准确,为政策制定带来困难;互联网实时监测平台未建立,无法实时监测火电企业排放水质水量,采取污染源头追查方法,督促不达标企业整改,考虑优先通过排污权交易来推动水污染物的减排。废水排放绩效显示各地区情况相差较大。考虑到流域是废水排放的主要去向,以流域划分为基础。政府机构向绩效较高企业提出总量削减要求,绩效较低企业给予排污权交易优惠政策。

    2020年01期 v.26;No.125 213-220页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 7146K]
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  • 350MW机组锅炉SCR脱硝系统优化
    Optimization of SCR denitrification system for 350 MW unit boiler

    孙雪峰;王强;颜世剑;李鲁明;吴东垠;

    准东煤田是我国目前最大的整装煤田,但准东煤在锅炉燃烧过程中易发生结焦问题,一般掺烧高岭土缓解结焦。某燃用准东煤350 MW机组,锅炉燃煤掺烧高岭土后烟气携带灰尘颗粒及灰尘量增大,出现SCR脱硝系统烟道积灰严重和喷氨量明显偏大问题,同时在空气预热器形成硫酸氢氨堵塞,使机组不能长周期稳定运行。通过与国内同类型多台机组锅炉对比后发现,脱硝系统均存在易产生积灰的脱硝转向室、催化剂上方及空气预热器入口斜坡积灰状况等情况。针对存在的问题,通过建立改造前、后的模型计算分析,进行了导流板布置的优化设计、CFD流场分布、优化SCR系统导流板设计、声波与蒸汽吹灰器结合吹灰和氨注射栅格优化升级等工作,应用德图480风速仪实测风速试验,发现脱硝烟道原导流板设计不合理及施工安装偏差;原导流板水平段跨距大,支撑不足,造成导流板压塌变形,影响烟气流场分布;锅炉所烧煤质为高钠煤,为防止锅炉结焦掺烧高岭土后,增加了烟气飞灰颗粒及灰尘量,飞灰具有很大黏性,易沉积在烟道导流板及烟道壁面上。因此,提出对脱硝内部各处导流板进行优化改造,对脱硝系统烟道易产生积灰的部位增加声波吹灰器,对喷氨格栅喷嘴数量及氨空混合器升级,同时开展锅炉SCR脱硝喷氨热态优化调整试验工作。通过开展相关工作,SCR烟气系统的烟气流场相对标准偏差优化5%,相同负荷下液氨消耗量降低45%,彻底解决脱硝系统积灰和空气预热器堵塞问题,实现机组满负荷达标稳定运行。锅炉长期运行半年后停炉检查,发现前期脱硝系统烟道高达1 m的积灰部位彻底解决,催化剂表面干净无杂物,解决了脱硝系统积灰问题,同时配合提高空气预热器冷端综合温度的措施,彻底解决锅炉空气预热器堵塞问题。同时,经济效益显著,每年可以分别节约液氨费用70万元,节约风机电耗费用100万元,节约检修清理积灰及检修费用80万元,节约空气预热器冲洗治理费用20万元,综合节约费用270万元/a,达到预期效果实现机组长周期安全经济稳定运行。

    2020年01期 v.26;No.125 221-227页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 9172K]
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