主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

《洁净煤技术》中青年科学家专刊

来源:洁净煤技术

专题来源于《洁净煤技术》2019年第3期

行业视野

环境保护

类别

93个

关键词

98位

专家

20篇

论文

2557IP

点击量

240次

下载量
  • 作者(Author): 马张珂, 吴水木, 李英杰

    摘要:化石燃料大规模燃烧产生的CO2加剧了温室效应,钙循环技术不仅能实现低能耗碳捕集,也是热化学储能的重要方法之一。为应对全球气候变暖问题,可再生能源大规模开发与利用,太阳能具有大规模工业应用的广阔前景。然而,太阳辐射具有间歇性,热化学储能技术应运而生。笔者介绍了燃煤电站CaO储能辅助碳捕集系统以及太阳能热发电站基于钙循环的高温储能技术,分析了煅烧条件、材料颗粒粒径等因素对CaO基材料循环储能性能的影响,并介绍了提高CaO基材料储能活性和稳定性的多种方法:用机械掺混、化学燃烧合成等方式制备CaO/Al2O3、CaO/MgO、CaO/SiO2多种复合储能材料。结果表明,燃煤电站CaO储能系统可提高发电效率、减少机组煤耗量、实现CO2减排;CaO/CaCO3高温热化学系统储能密度高达3.2 GJ/m3,储能循环稳定性高,能够实现能量长期无热损储存;惰性载体(Al2O3、MgO、SiO2)的加入可以提高CaO储热循环活性和稳定性。基于CaO基材料碳酸化/煅烧反应(钙循环)的高温热化学储能具有巨大应用前景。此外,分析了当前CaO基材料储能存在的问题以及研究难点,并对储能研究方向进行展望。目前CaO基材料储能循环活性降低,高效储能装置距离实际应用还有一定差距。CaO基储能材料制备应向高储能密度、高循环活性方向发展,整体发电效率提高是储能系统优化的关键。
  • 作者(Author): 刘思琪, 牛艳青, 温丽萍, 闫博康, 王登辉, 惠世恩

    摘要:实现燃煤颗粒物(PM)污染排放控制必须深入了解颗粒物排放规律及生成机理。煤粉燃烧过程中产生飞灰颗粒粒径分布为粗模态,细模态和超细模态3种。与粗模态PM相比,细模态PM占比较大,其小粒径与富集性特点影响人体健康及大气环境。同时,相对于形成过程与机理相对成熟的超细模态PM,细模态PM形成机理及研究进展尚缺乏系统总结,抑制细模态PM排放存在困难。笔者分析了细模态PM的形成机理(焦炭颗粒的破碎、矿物质熔融聚合、外在矿物质破碎、表面灰粒的脱落)及主要影响因素,探讨了模拟研究进展并指出未来研究重点。煤灰PM粒径分布主要是焦炭颗粒破碎与矿物质聚合行为这2个因素相互竞争的结果。破碎行为使得细模态PM数量增多粒径减小,而矿物质聚合使得PM数量减小,有利于粗模态PM形成。影响PM形成的主要因素有孔隙结构、燃烧模式与焦炭粒径。孔隙率较高的煤胞型焦炭相较于其他结构焦炭更易发生破碎,产生更多细模态PM。增加温度与氧含量,降低粒径均有助于PM生成,但较高温度下灰粒的聚合可能导致粒径分布倾向于粗模态PM。破碎行为对焦炭燃烧特性模拟大致分为群体平衡模型和逾渗模型2类。基于细模态PM形成机理与影响因素,认为逾渗模型考虑了焦炭本身孔隙结构,更适于模拟焦炭破碎行为。本征动力学燃烧模型与逾渗模型的结合是准确预测灰颗粒粒径分布的关键,是下一步的研究重点。
  • 作者(Author): 魏泽华, 刘道诚, 荆洁颖, 李文英

    摘要:化学链燃烧是我国应对气候变化的重要技术之一。载氧体作为氧和热的载体,是实现化学链燃烧的关键因素。近年来,寻找廉价载氧体成为研究者们关注的问题。铁基载氧体由于具有价廉、资源丰富、环境友好、机械性能好等优点受到了广泛关注,但其反应活性相对较差,如何提高其反应活性是其大规模应用的关键。笔者详细论述了化学链燃烧中铁基载氧体活性改进的研究进展,针对如何提高铁基载氧体的反应性能,从铁基载氧体制备方法的优化、组分掺杂、结构调控等3方面进行了阐述。指出,对于载氧体制备方法,应综合载氧体反应性能、制备周期和成本等因素,对其进一步选择或改进。对于载氧体组分,惰性载体的添加、制备成复合载氧体以及碱金属掺杂均可在一定程度上提高载氧体的反应性能,但采用单一措施均存在一定的问题,如活性组分与惰性载体的相互反应、复合载氧体的烧结以及碱金属的流失等,因而需要进一步研究各种因素间的相互作用。对于不同结构的载氧体,虽具有良好的结构稳定性或热稳定性,但也存在各自的缺点,如钙钛矿结构储氧能力较低,氧释放能力较低;在长时间的循环过程中,尖晶石结构的载氧体产生晶相分离和颗粒烧结而失活的现象;为了保持壳核结构的载氧体在循环过程中的稳定性及反应活性,对壳材料需要进一步选择及优化。基于目前研究现状,笔者指出铁基载氧体反应性能的进一步提高需综合考虑各方面因素并深入探究各因素之间的相互作用。
  • 作者(Author): 赵环帅

    摘要:细粒煤干法深度筛分技术在煤炭工业中具有重要作用,已成为当今国内外筛分领域研究热点与难点。目前细粒煤干法筛分粒度界限主要为6和3 mm,尤其对于3 mm动力煤不经分选可直接用于火力发电。因此,实现原煤的6或3 mm细粒级干法深度筛分,不仅能提高粉煤的利用率,也可节约大量分选成本。笔者论述了目前国内外细粒煤干法深度筛分相关理论研究成果,着重阐述了国内外典型细粒煤干法深度筛分设备结构及性能特点,并深入探讨了今后细粒煤干法深度筛分技术的研究方向。目前国外细粒煤干法深度筛分相关理论研究成果主要为概率筛分原理、等厚筛分理论、电磁激振理论,弛张筛分理论、强化筛分理论。论述了黏附细粒物料深度筛分模型,潮湿细粒物料的黏结力计算公式及减少黏结力方法,降低潮湿细粒物料堵孔方法以及双质体共振与网振筛分技术等。国内研究主要为实用概率筛分模型,潮湿细粒物料在筛面上积聚原因和黏附机理及黏附力、黏附厚度的影响因素,克服潮湿细粒原煤深度筛分堵孔、黏孔现象的设计方案,采用筛板振动、筛箱不振动的形式实现难筛物料的筛分,弹性筛面克服堵孔的机理及与刚性筛面筛分效果对比,细粒煤粒度分布模型分布特性研究等。在筛分技术和设备开发上不断创新,目前已开发出的概率筛、等厚筛、博后筛、高幅筛、节肢筛、琴弦筛、弛张筛、抛射筛、谐振式泰勒振动筛、双质体振动筛、电磁高频细筛等细粒煤干法深度筛分设备结构与性能特点各异,且适应于不同用途。基于目前细粒煤干法深度筛分技术发展现状,建议未来应深入研究方向为筛分理论、关键技术、筛机结构优化、振动参数优化配置、筛板相关技术及多样化研究等方面。
  • 作者(Author): 马椽栋, 刘嘉友, 张庆建, 迟亚妮, 李琳

    摘要:针对低阶煤表面含氧官能团多,传统浮选药剂分选效果较差的难题,采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为浮选促进剂开展了低阶煤浮选试验研究。通过单因素条件试验,确定适宜的柴油和SDBS用量分别为6~9 kg/t和800~1 500 g/t,仲辛醇与柴油用量比为1∶10~1∶5。在此基础上,采用响应面法对柴油、仲辛醇和SDBS的用量进行优化,优化试验结果表明,柴油、仲辛醇、SDBS之间存在交互作用,其主效应关系为:SDBS >柴油 >仲辛醇,并获得了以浮选完善度为响应值的二阶回归方程,确定了柴油、仲辛醇、SDBS的最佳用量分别为8.57 kg/t、1.28 kg/t、1 307 g/t,此时浮选完善度的理论值为24.16%,在最优药剂用量条件下开展了浮选验证试验,获得的浮选完善度为23.98%,与响应面法得到的理论值基本相符,表明采用响应面法优化药剂制度准确可行。XPS宽程扫描检测结果表明,低阶煤表面的氧碳比为1.40%,吸附SDBS、柴油和柴油+SDBS后,氧碳比分别降至1.26%、1.12%和1.01%;XPS C1s分析结果表明,低阶煤表面的C—C/C—H基团含量为66.47%,吸附SDBS、柴油和柴油+SDBS后,分别提高到72.60%、75.13%和77.12%;吸附前后,低阶煤表面含氧官能团含量均明显降低,C—O基团含量由吸附前的16.59%分别降低至15.71%、14.66%和12.71%,C.O基团由10.09%分别降低至7.70%、4.23%和5.64%,O-C-O基团由6.85%分别降低至3.99%、5.98%和4.54%。XPS检测结果表明,将柴油和SDBS复配使用,作用效果优于单独使用柴油和SDBS。SDBS作为促进剂时,低阶煤表面C—C/C—H基团含量的增加以及含氧官能团含量的降低,表明SDBS与低阶煤表面发生了以氢键吸附为主的物理吸附,实现了对低阶煤表面含氧官能团的有效覆盖,同时,SDBS中的C—C/C—H基团暴露在低阶煤表面,增强了低阶煤表面的疏水性,有利于改善低阶煤泥的可浮性。
  • 作者(Author): 鲍倜傲, 王振帅, 马爱玲, 邢宝林, 张传祥, 侯磊, 袁绍辉, 赵晶, 郭梦瑶

    摘要:超级电容器具有广泛的应用领域,但由于传统活性炭在能量密度和导电性方面不能充分满足社会对超级电容器的需求,严重限制了其在大型储能装置中的应用。因此,研发具有更高储能性能的材料具有重要意义。本文以资源丰富的太西无烟煤为前驱体,采用预炭化-KOH活化联合工艺制备新型煤基微晶炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用X射线衍射(XRD)、低温N2吸附等手段表征煤基微晶炭的微晶结构及孔结构参数,并利用恒流充放电,循环伏安,交流阻抗等探究对应电极材料的电化学性能。结果表明,煤基微晶炭含有大量较为完整的类石墨微晶结构,且随着碱炭比用量的增加,类石墨微晶结构被逐步破坏,其层间距d002由0.391 5 nm逐渐增至0.405 9 nm。在碱炭比4∶1、活化温度800 ℃、活化时间为2 h的条件下,可制备出比表面积为928 m2/g、总孔容为0.527 cm3/g、中孔率为2646%的微晶炭。将该煤基微晶炭用作电极材料在以1 mol/L (C2H5)4NBF4/PC为电解液的超级电容器中,表现出优异的电化学性能:50 mA/g的电流密度下比电容为94.8 F/g,能量密度可达40.3 Wh/kg,在500 mA/g电流密度下1 000次循环后比电容保持率为87.3%,具有良好的循环稳定性,并且在阻抗曲线中体现出更小的离子扩散阻力和内部阻抗。首次充电过程中充电曲线发生折转,发生了“电活化”现象。这时,微晶炭片层周围的电解液离子和溶剂分子进行插层作用,利用片层空间充分储存电子以提高能量密度。煤基微晶炭的电容特性主要由插层电容和双电层电容2部分组成,其中“电活化”现象所造成的插层电容是决定微晶炭较高能量密度的主要原因。新型煤基微晶炭优异的电化学性能与其微晶结构和丰富的孔隙结构密切相关。
  • 作者(Author): 吾买尔江·卡瓦, 林雄超, 杨远平, 吕俊鑫, 周梦远, 姚刚, 王永刚

    摘要:针对新疆高碱煤为气化原料造成气化炉堵渣的问题,以四喷嘴气化炉实际运行过程中产生的渣块为研究对象,采用扫描电子显微镜结合X射线电子能谱(SEM-EDX)、X射线荧光光谱(XRF)和灰熔点测试仪等分析了灰渣物化及矿物学特性。对新疆北山煤和牧场煤以及2种煤的混煤进行气化试验,考察了煤中矿物质高温演变行为规律。结果表明,新疆煤中矿物质具有不均一性,在高温热转化过程中,矿物质相互作用发生一系列复杂的物理化学反应,导致形成的矿物质灰渣具有多样性。采用新疆煤为气化原料时,大量灰渣在气化炉渣口处积累,形成了层状灰渣,主要由Na、Ca、Mg和Fe的硅酸盐或硅铝酸盐共熔物和Na-Al-Si-O构成。新疆煤气化后不同形态灰渣中Na含量差别较大,Na含量差异导致矿物质灰渣的黏温特性及固化温度不同。通过热力学模拟发现,Na-Si-O体系中其初始液相形成温度仅为800 ℃左右,随着Na2O含量升高,其初始液相形成温度基本保持不变;混入一定量Al2Si2O7后,其液相初始形成温度迅速升高至1 050 ℃左右。矿物质高温下发生熔融形成组分复杂的共熔物,随温度降低液态灰渣中具有高熔点的矿物质体系将结晶形成晶核,晶核迅速生长形成结晶颗粒而析出。在高温热转化过程煤中活性Na可与石英黏土类矿物质反应生成低熔点的NaAlSiO4;而Ca、Mg和Fe等与酸性矿物质反应生成具有高熔点的硅铝酸盐矿物质,在降温过程中首先从熔渣中析出,导致堵渣的发生。通过选取或调配煤种的熔渣黏温特性和灰熔融温度与气化运行参数一致可预防煤灰结渣发生。
  • 作者(Author): 朱川, 武琳琳

    摘要:高碱煤直接燃烧/气化过程呈现严重的沾污和结渣等问题限制了新疆地区高碱煤大规模利用。煤热解分质利用技术不具备发生沾污和结渣的高温与氧化气氛,应用前景广阔。如何提高热解油气的收率和品质是高碱煤分质利用研究的重要方向,通过分选可实现高油产率组分富集的同时降低钠钙等碱和碱土金属的不利影响。笔者通过有机重液对富镜质组白石湖煤进行浮沉-离心分离,采用傅里叶红外光谱对不同密度级组分表面官能团进行表征,利用热重分析仪和格金低温干馏试验装置研究了热解特征参数和动力学参数变化规律和热解产物分布规律。结果表明,白石湖煤不同密度级组分氢含量与H/C原子比均先降低后增加,氧含量和O/C原子比逐渐增加。-OH官能团主要为羧酸官能团和酚羟基,在中密度级相对富集。随密度级增加,最大质量变化速率和失重率均逐渐降低,活化能和指前因子均呈先降低后升高趋势;焦油产率先降低后升高:BS<1.3焦油产率高达25.25%,BS>1.6焦油产率与BS1.3-1.4相当,约为15%。黏土矿物结晶水析出导致BS>1.6具有最高的水产率。

主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院出版传媒集团 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联