《洁净煤技术》2021年度优秀论文（理论研究与技术研发类）

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《洁净煤技术》2021年度优秀论文（理论研究与技术研发类）

来源：洁净煤技术

行业视野: 洁净煤技术
类别; 68个
关键词; 70位
专家; 15篇
论文; 11199IP
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基于层次分析法的煤炭资源型城市生态环境质量动态评价

作者(Author)：李汉卿, 陈立强, 竹涛

摘要：煤炭资源型城市是指依托煤炭资源开发利用而兴建并发展起来的城市。随着长期的煤炭资源开发利用，生态环境质量恶化逐渐成为制约煤炭资源型城市发展的重要因素。因此，对煤炭资源型城市的生态环境质量进行动态评价，能够使决策者明确煤炭资源型城市生态环境变化情况，找出其制约因素，为生态环境质量改善和城市转型发展提供技术支撑。以煤炭资源型城市淮南市为例，采用层次分析法，从自然环境、社会经济环境、环境污染治理3方面构建煤炭资源型城市生态环境质量动态评价指标体系和生态环境质量综合指数模型。在此基础上，结合淮南市实际情况，对淮南市2010—2018年生态环境质量进行动态评价，根据评价结果提出进一步改善淮南市生态环境质量的建议。结果表明，2010—2018年淮南市生态环境质量综合指数总体呈现波动式上升趋势，其中2013—2015年略微下滑，2015年以后逐渐上升。但总体上淮南市生态环境质量正趋于改善。为了进一步改善生态环境质量，淮南市需立足“十四五”，做好顶层设计，优化产业结构，构建双轮驱动的现代产业体系，积极推进以采煤塌陷区治理为重点的生态环境建设，将自然环境保护与环境污染治理并重，从而保障生态环境质量的持续向好。

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洁净煤技术

2020年第06期

655

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西北典型垃圾焚烧飞灰基础物性及浸出毒性研究

作者(Author)：杨晨年, 张建波, 曲江山, 史达, 李少鹏, 李会泉

摘要：垃圾焚烧飞灰的物相与矿相组成是其内部矿物学信息的直观表现，为了明晰垃圾焚烧飞灰的基础物化性质，利用X射线荧光光谱分析仪、X射线衍射、BET比表面积分析仪、扫描电子显微镜、电子探针等检测手段，对中国西北地区产出的2种典型垃圾焚烧飞灰进行物相组成、矿相结构、孔道及比表面积、元素赋存形态研究，并通过固体废物毒性浸出试验（TCLP），对2种典型垃圾焚烧飞灰的浸出毒性进行分析比较。结果表明：污泥垃圾与生活垃圾经过焚烧后产出的飞灰主要化学组成是CaO、SiO2和Al2O3，同时伴生有Pb、Cr等重金属毒害元素，污泥焚烧飞灰主要以磷酸铝、石英、铝硅酸钙等矿相为主，并夹杂氧化铁矿相，其毒性金属种类较少且弥散分布在飞灰内部，仅有少部分Ti与铝硅酸盐结合。生活垃圾焚烧飞灰主要以铝硅酸钙相的形式存在，并夹杂有部分可溶性的氯盐，飞灰内部S/Ca、Ca/Si/Al相对富集，其他元素与Cl结合，毒害金属种类繁多且弥散分布。通过TCLP浸出试验发现，这2种垃圾焚烧飞灰均存在重金属被浸出的可能性，存在一定的环境风险，因此需要对垃圾焚烧飞灰进行妥善处置，降低其环境风险影响。

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2020年第06期

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煤制油选煤厂煤显微组分迁移规律

作者(Author)：朱子祺

摘要：神华煤制油选煤厂生产的精煤产品供应煤制油公司作为制油原料，为了进一步提供良好的原料和高质量的制油原料煤，探索煤显微组分在洗选加工过程中的迁移规律，进而为后续生产工艺优化提供新的思路。以煤制油选煤厂的流程样品为试验煤样，通过工业分析、显微镜分析和红外光谱分析方法，结合在线计量工具，分析了不同有机组分在生产过程中的迁移规律，给出了选煤厂提高产品质量的理论途径。结果表明：神东煤制油原料煤H/C比为0.84，属于良好的煤制油原料；原煤灰分为9.45%，镜质组含量为57.88%，惰质组含量为38.18%。0.50～0.25 mm镜质组含量为55.97%，现有工艺未对其进行有效分选，需要加强粗煤泥分选。不同粒级显微组分含量差别不大，通过破碎筛分达到镜质组富集的难度较大。镜质组中88%进入重介精煤，7%进入粗煤泥，5%进入细煤泥；惰质组中59%进入重介精煤，25%进入矸石，7%进入粗煤泥产品，9%进入细煤泥产品。现有分选工艺对惰质组与镜质组的高效分离有待提高，需进一步提高选择性和降低分选密度。

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2020年第06期

423

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α-Fe2O3表面SO2吸附及SO3催化生成的密度泛函分析

作者(Author)：王永兵, 戴高峰, 单志亮, 王学斌, 尤红军, 谭厚章

摘要：燃煤电厂排放了大量SO2和少量SO3，SO3的产生不仅危害环境，且不利于电厂的安全运行，飞灰和锅炉壁面中的Fe2O3对SO3生成有显著催化作用，而目前对Fe2O3催化生成SO3的路径研究和机理揭示还不够深入。建立了α-Fe2O3(001)表面，利用密度泛函分析方法，对SO2和O2在α-Fe2O3(001)表面的吸附方式进行研究，得到SO2的稳定吸附构型和O2在Fe2O3表面的解离方式，利用过渡态搜索方法研究了α-Fe2O3表面催化生成SO3的反应路径和反应能垒，并对比了气相反应生成SO3的反应能垒。结果表明，SO2最稳定的吸附方式是SO2中的O原子和S原子吸附在α-Fe2O3晶体上的Fe原子上方，S原子不易在α-Fe2O3表面的晶格氧上方吸附；O2在α-Fe2O3表面的吸附能大于SO2的最大吸附能，表明O2更易在α-Fe2O3表面吸附；O2极易在表面有氧空位的Fe2O3晶体上发生解离并生成O原子，说明有氧空位存在的α-Fe2O3更易促进O2的解离和表面吸附氧的产生。SO3生成的L-H机理为气相中的SO2和O原子先在α-Fe2O3表面吸附，再结合生成SO3，该过程的反应能垒为231.65 kJ/mol；E-R机理为气相中的SO2与α-Fe2O3的表面吸附氧发生反应生成SO3，其反应能垒为24.82 kJ/mol，小于L-H机理的反应能垒，也远小于气相反应中SO3生成的反应能垒。证实Fe2O3对SO3的生成具有显著的催化作用，且E-R机理为主导的反应机理，氧空位的存在促进了O2在α-Fe2O3表面的解离，且表面吸附氧在催化过程中起关键作用。

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2020年第06期

621

280
粉煤灰湿式化学法合成沸石及其对重金属的吸附脱除研究

作者(Author)：王文霞, 郑梓涵, 张轩, 乔瑜, 徐明厚

摘要：针对粉煤灰固废的处理/处置问题，采用湿式化学的方法将其合成沸石，探索粉煤灰的资源化高值利用方式。通过设计四因素、三水平的正交合成试验，结合阳离子交换容量的评价，确定湿式化学方法下粉煤灰合成沸石的最佳工况。为了检验合成的沸石对阳离子重金属的吸附脱除效果，进行9种正交工况下合成的沸石对重金属Pb(Ⅱ)的吸附脱除试验，同时研究了合成的沸石对阴离子基团的吸附脱除。采用湿式化学法，粉煤灰合成沸石的最优工况为：NaOH浓度4 mol/L、液固比4 mL/g、研磨时间24 h、转速350 r/min，对沸石合成效果影响较大的因素是研磨时间，其次是液固比、碱液浓度，行星球磨机的转速影响最小。该试验条件下合成的沸石对重金属Pb的吸附脱除结果表明，不同正交工况合成的沸石对Pb(Ⅱ)的吸附以物理吸附为主，其脱除率均达70%以上，最高可达92.5%，主要依赖于合成沸石的阳离子交换容量；对重金属Cr的吸附脱除结果表明，不同正交工况合成的沸石对Cr(Ⅵ)的吸附既有物理吸附也有化学吸附，对Cr(Ⅵ)的吸附脱除率最高可达35.7%，说明湿式化学法合成的沸石对重金属阳离子和阴离子基团均有一定的吸附脱除效果。

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2020年第05期

469

271
基于微火焰燃烧的新型低氮燃烧器模拟优化

作者(Author)：宋佳霖, 程星星, 孙荣峰, 王志强, 耿文广, 张兴宇, 赵改菊, 员冬玲, 王鲁元

摘要：为应对大气污染严重问题，我国近年来加速了“煤改气”政策的推行，燃煤锅炉逐渐被燃气锅炉替代，开发和设计新型低氮燃气燃烧器具有重要意义。为响应国家“低氮环保”号召，提出了一种新型微火焰燃气低氮燃烧器。采用数值模拟方法对该燃烧器进行了相应的孔径结构优化，并在此基础上进行燃烧工况模拟，以选出燃烧的最优工况。结果表明：随着空气入口口径由16 mm增大到22 mm，由于口径增大，空气流速变慢，燃气甲烷与空气混合反应燃烧时间变长，燃烧释放出更多热量，继续增大口径时，由于小火焰具有更大的散热面积，热量向四周散失，故火焰中心高温区温度先升高后降低，而燃烧器燃烧原料为清洁燃料甲烷，生成NOx主要为受温度影响较大的热力型NOx，故NOx生成量亦先升后降；随着过量空气由1.1增大到1.4，火焰中心高温区明显变小，温度也由2270 K降低到2042 K，由于炉膛内高温区温度降低且空气在高温区停留时间变短，NOx生成量也由412 mg/m3降低到52 mg/m3。因此该新型低氮燃烧器燃烧效果良好，能有效降低NOx排放。在甲烷入口口径设计为2mm，空气入口口径设计为16 mm，过量空气系数设置为1.4时，该新型低氮燃烧器可以达到很低的NOx排放量。

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2020年第05期

568

286
扰流件排列对亚微米颗粒湍流团聚效率影响研究

作者(Author)：李正鸿, 刘鹤欣, 杨富鑫, 冯鹏, 谭厚章

摘要：燃煤工业亚微米颗粒物的排放会危害环境和人体健康，而团聚方法是脱除亚微米颗粒的主要手段之一。通过搭建亚微米颗粒湍流团聚试验台，利用扫描电迁移率粒径谱仪（SMPS）测量湍流段前后进出口亚微米不同粒径数量浓度，研究不同扰流柱排列对亚微米颗粒团聚效率的影响，并结合Fluent软件分析了流场对颗粒团聚效率的影响。结果表明，亚微米颗粒湍流团聚效率与颗粒粒径大小有关，粒径较小的亚微米颗粒团聚效果较好，小粒径颗粒（粒径<30 nm）团聚效率在10%～90%，但对于大粒径颗粒（粒径>30 nm）团聚效率均在10%以下，颗粒直径大于502 nm时，不同流速下颗粒的团聚效率变为负值；对流速分析，发现亚微米颗粒团聚效率随流速增大出现先增大后减小的趋势，是由扰流区湍流强度及颗粒停留时间造成；探究扰流柱布置及排列对团聚效率的影响时，发现亚微米颗粒的团聚效率随扰流件的增大而减小，随扰流件横向间距的增大而逐渐减小，随纵向间距的增大先变大后减小，随排数的增大而变大，主要是扰流件尾迹区域内涡街强度与涡街长度的综合作用，涡街强度大会促进颗粒的碰撞几率，而涡街长度能提高颗粒在湍流区的停留时间，进而提高团聚效率。

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2020年第05期

436

242
煤粉工业锅炉预燃式低氮燃烧器试验研究与开发

作者(Author)：许鑫玮, 谭厚章, 王学斌, 杨富鑫, 刘兴, 郑海国

摘要：日趋严苛的燃煤氮氧化物(NOx)排放标准对煤粉工业锅炉性能提出了较高的要求，我国现有的煤粉工业锅炉燃烧器难以通过运行优化直接达到排放标准。开发了一种用于煤粉工业锅炉的新型预燃式低氮旋流燃烧器，并在25 t/h煤粉工业锅炉上进行试验，研究了一次风率、二次风配比、旋流叶片角度、再循环风(FGR)及燃尽风(OFA)对NOx排放和燃烧效率的影响。结果表明：当一次风率从7.8%增加到8.5%，NOx排放升高;随着内外二次风比从0.67增大到1.32，NOx排放升高;随着旋流叶片角度从30°增大至60°，NOx排放先降低后升高;随着FGR风率从零增加至13.3%，NOx排放逐渐降低并趋于稳定;OFA风量对NOx排放影响不显著，随OFA风量增大，NOx排放总体呈先降低后升高趋势。煤粉工业锅炉试验过程中煤粉气流着火稳定，飞灰含碳量稳定在25%以下;最佳工况的NOx排放值为171~178 mg/m3(9%O2)，飞灰含碳14.9%，锅炉热效率91.7%。

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洁净煤技术

2020年第05期

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