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2022封面文章（《煤质技术》）

来源：煤质技术

《煤质技术》创刊于1986年，双月刊。封面文章涵盖了煤炭发展的节能减排、生态保护、信息采集监控与管理、性能评价及研究等领域的最新研究成果。

行业视野: 封面文章
类别; 138个
关键词; 61位
专家; 18篇
论文; 4027IP
点击量; 2520次
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对焦炭微观结构的认识及研究进展

作者(Author)：刘圆, 谢全安, 程欢, 王杰平, 梁英华, 赵昊达

摘要：焦炭主要用于高炉冶炼且在高炉中具有不可或缺的重要作用，而冶炼技术的发展导致对焦炭质量的要求日益提升。基质结构和孔隙结构等焦炭微观结构是影响焦炭质量的主要因素，从光学显微组织、X射线衍射、高分辨率透射电镜、拉曼光谱等研究手段剖析对焦炭基质结构的认识，并从显微图像分析法、压汞法、气体吸附法等孔隙结构研究方法阐述对焦炭孔隙结构的认识。从焦炭基质结构、焦炭孔隙结构对宏观性能的影响解析焦炭微观结构与宏观性能的关系，并分析微观结构随溶损反应的演变，论述了焦炭结构与焦炭质量的关系，并就目前研究的不足之处提出未来的研究发展方向。通过对焦炭微观结构的认识及研究进展现状进行综述可知：高分辨率透射电镜和拉曼光谱等新技术的补充可从晶体结构和分子结构角度加深对焦炭基质结构的认识；压汞法和气体吸附法的补充可进一步分析过渡孔和纳米孔等更小的孔径，但由于焦炭的气孔结构异常复杂，靠现有手段全面认识焦炭的孔隙结构仍有一段距离；焦炭光学组织中的光学各向异性程度、微晶尺寸、孔隙率等参数与焦炭冷热态性质紧密相关，但建立焦炭微观结构与宏观性质之间的定量关系仍有较大困难；碳微晶单元尺寸越大，气孔率越低，冷热态强度越好；研究焦炭微观结构随溶损反应的演变，可更好地认识焦炭的宏观热性能，而溶损反应后焦炭的孔隙率上升，相邻小孔合并，平均孔径增大，强度降低。精密检测仪器和计算机的发展有利于提高对焦炭微观结构的认识，未来需从炼焦煤成焦机理入手以探寻焦炭微观结构形成规律、建立新型煤-焦质量对应关系，从而更加精细化地指导配煤炼焦生产。

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煤质技术

2022年第03期

209

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煤燃烧过程中燃料型NOx生成及还原机理研究进展

作者(Author)：龚艳艳

摘要：燃料型NOx是煤燃烧烟气中氮氧化物的主要组成部分，抑制燃料型NOx的生成是低氮燃烧技术中降低NOx排放初值的关键手段。燃料型NOx的生成实属非常复杂的物理化学过程，涉及许多相互竞争的机制，受多个因素的综合影响。煤燃烧过程中燃料型NOx的生成主要包括煤热解过程中挥发分N的释放过程、挥发分燃烧过程中NOx的生成及还原过程、焦炭燃烧过程中NOx的生成及还原过程。综述煤燃烧过程中燃料氮的迁移转化规律的研究结果，对煤燃烧中均相和非均相氮化学反应的详细机制进行整理并分析燃料型NOx形成的内在机理，发现煤热解过程中煤中氮迁移形成挥发分N和焦炭N，迁移过程由煤种和热解条件共同决定。热解条件不仅影响挥发分N的释放，还影响焦炭的反应活性，从而影响焦炭燃烧及焦炭N的转化过程。挥发分N主要以HCN和NH3的形式存在，通过详细的均相氮化学机理建立挥发分NOx的生成预测模型，以期较为准确地预测煤燃烧过程中挥发分NOx的形成过程。焦炭N的转化过程主要涉及焦炭N-O2和焦炭 -NO2个反应，焦炭NOx的形成是受煤种、温度、氧气浓度、矿物组分、焦炭粒径、焦炭反应活性等因素交互影响的综合结果，研究焦炭N的转化需综合考虑各因素的影响。

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煤质技术

2022年第03期

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高压升温过程中煤油共炼体系油煤浆黏度变化研究

作者(Author)：赵鹏, 马博文

摘要：油煤浆高压升温过程中的黏度变化规律已成为煤油共炼工艺实现稳定运行的关键要素。为深入研究煤油共炼油煤浆在高压升温过程中输送易堵塞的问题，选择两类炼厂重质油，分别与循环溶剂(RS)掺混形成二元溶剂，二元溶剂再与煤配制油煤浆，采用自行研制的高温高压黏度仪研究油煤浆在高压升温过程中黏度的变化规律，并与单一循环溶剂配制的油煤浆在高压升温过程中的黏度变化进行对比分析。研究结果表明：在370 ℃～410 ℃温度范围内，二元溶剂与煤配制的油煤浆体系的突变黏度比单一RS与煤配制的油煤浆体系中的更高，前者在1 min内出现双黏度峰且第一黏度峰高于第二黏度峰，而油煤浆在单一RS与煤配制的油煤浆体系中只出现1个黏度峰。分析二元体系油煤浆独特的突变现象以及研究升温速度对二元体系和RS体系黏度突变峰的影响表明，较低的升温速度能够促使黏度突变峰前移，同时降低峰的强度，但不改变峰形。梯级升温、降低加热速率、提高扰动氢的流速均有利于降低预热器堵塞的风险，从而为实现煤油共炼长久稳定运行提供理论依据。

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2022年第03期

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水力旋流筛分组合用于气化细灰的碳灰分级试验研究

作者(Author)：柳金秋, 何国锋, 张胜局, 吕向阳

摘要：气化细灰具有较高的残碳和丰富的无机矿物组成，两者资源属性不同制约着气化细灰的大规模利用，通过对气化细灰进行碳-灰分级研究，有利于气化细灰源头减量及分质资源化利用。以GE水煤浆气化工艺产生的细灰为研究对象，研究其碳灰分布特征及水力旋流筛分组合对细灰的分级效果，并通过BET、TG测定了高碳细灰的孔隙及吸附特征和反应活性，探索气化细灰资源化利用的途径。结果表明:气化细灰的灰成分主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO，与硅酸盐水泥成分相近；气化细灰中的灰分主要以球状颗粒独立存在或黏附于残碳表面和孔隙中，可通过物理方法对碳-灰进行分级；物料浓度、入料压力和底流口径等是影响水力旋流器分选气化细灰效果的主要参数，随着入料浓度的增大，水力旋流器分选气化细灰的效率先增加后降低，旋流器底流产品的灰分随入料压力的增加先降低后增加，采用水力旋流+筛分组合工艺处理气化细灰，可进一步得到灰分较低的高碳细灰产品；高碳细灰的孔隙发达，比表面积较大约352 cm3/g，反应活性良好，在小于1 200 ℃条件下，高碳细灰中的可燃物可完全与二氧化碳反应。高碳细灰的吸附特性和与二氧化碳的反应特性的结果表明，其可作为低品质吸附材料或返回气化炉气化进行资源化利用。

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煤质技术

2022年第03期

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一次风速对预燃室式煤粉旋流燃烧器性能的影响

作者(Author)：张旭芳

摘要：预燃室式煤粉旋流燃烧器的一次风速对预燃室内回流区形成、燃烧稳定性以及燃烧效率均具有重要的影响，因而探究一次风速对预燃室式煤粉旋流燃烧器空气动力场以及燃烧性能的影响规律可为燃烧器的工业应用提供依据。选定适宜的煤粉燃烧计算模型并开展网格无关性验证，针对神木烟煤展开3种数值模拟工况下的燃烧数值计算，系统分析一次风速对预燃室内速度场、温度场以及组分浓度场等燃烧性能的影响。数值计算结果表明：一次风速v=12.43 m/s时，预燃室内形成了1个较大的中心回流区；当一次风速进一步增大，一次风穿透中心回流区，在中心轴线两侧形成2个对称的环形回流区，一次风速过大则易形成中心低、外侧高的分布且高温区有向前移动的趋势；一次风速越大，一次风粉与二次风以及高温回流烟气的混合变差，一次风粉温升速率减小，挥发分析出延迟，预燃室内强还原性气氛区域减小，不利于控制NO的生成。

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煤质技术

2022年第03期

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不同烟气条件对活性焦脱硝性能的影响研究

作者(Author)：张旭, 王晨, 鲁励, 蔡志丹, 刘元元

摘要：结合活性焦低温脱硝机理，研究不同烟气条件对活性焦脱硝影响，可获得活性焦脱硝率提升方法与低温脱硝途径，对现有活性焦联合脱除技术的应用及推动我国烟气污染物减排均具有重要的意义。为研究不同烟气成分在110 ℃~125 ℃对活性焦脱硝影响，在固定床试验系统上研究不同的反应温度、NO浓度、氧气含量、水蒸气含量、空速对活性焦反应脱硝率的影响。研究结果表明，110 ℃~125 ℃范围内，反应温度越低则活性焦脱硝率越高，110 ℃时脱硝率最高为43.1%;NO初始浓度越高，活性焦脱硝率越高，但脱除后NO浓度相应也更高；氧气浓度由4%增加到8%时，脱硝率增加较为明显，其值从38.6%增至43.0%，而氧气浓度继续增加则脱硝率变化不大；水蒸气对活性焦脱硝反应有抑制作用，水蒸气含量为4%时其脱硝率最高达到43.8%，水蒸气含量为10%时其脱硝率下降至40.2%；随着水蒸气含量增加，反应后活性焦的耐磨、抗压强度大幅下降；空速由300 h-1增加到600 h-1时，脱硝率由43.5%大幅下降至32.7%。

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煤质技术

2022年第03期

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新型碳材料用于煤层气变压吸附分离技术的研究进展

作者(Author)：廖颖敏, 张静

摘要：将煤层气中的CH4排放至空气则易造成能源浪费以及温室效应，因此开发具有高CH4吸收容量和高选择性的新型多孔碳材料并用于煤层气变压吸附分离技术至关重要。分别阐述活性炭、碳分子筛、碳纳米材料等碳材料在分离、富集CH4领域的应用现状并对其未来发展进行展望，以期为相关研究提供参考。汇总相关资料分析可知:经KCl改性的商用活性炭对CH4/O2的分离系数达7.9，即商用活性炭具有一定的发展前景；经过硝酸/尿素改性的混合煤活性炭有望成为有效分离、富集煤层气中CH4的碳材料；选择合适的生物质前驱体、改性剂，获得具有较高CH4吸附容量和高选择性的新型多孔碳材料以用于煤层气中CH4的富集和分离，同时实现节能减排；为提高对CH4的吸附容量，可通过调整低温等离子体处理参数提高氮磷掺杂的碳分子筛对CH4/N2的分离系数，选择合适的改性剂和改性条件对碳纳米管等碳材料进行改性；金属负载的碳材料催化剂将成为CH4催化转化方面具有巨大前景的备选材料。

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煤质技术

2022年第02期

236

102
炼焦煤成焦过程中微观结构演变规律的研究进展

作者(Author)：韩艳伟, 程欢, 杨庆彬, 梁英华, 闫立强, 于东声, 史春雷, 田鑫

摘要：炼焦煤在热塑性阶段发生复杂的化学反应会导致微观物理化学结构剧烈变化从而影响焦炭质量,因此深入探究炼焦煤成焦过程中微观结构演变规律对于阐明结焦机制、指导配煤炼焦、生产高质量的焦炭具有重要意义。阐述成焦过程中微观结构的演变过程，综述炼焦煤成焦过程中微观结构演变规律，表明煤—焦微观物理化学结构变化会影响宏观热塑性，而焦炭模型的建立有利于从微观角度认识焦炭的宏观性质。通过综述炼焦煤成焦过程中微观结构演变规律可得出如下结论:宏观热塑性与煤、焦微观物理化学结构的转变过程密切相关，即其与矿物质、预热速率、煤岩组成以及炼焦煤本身的结构有关；炼焦煤在成焦过程中发生了复杂的微观物理化学结构变化，热塑性阶段孔隙率总体呈现出减小—上升—再减小的过程，芳烃缩合度不断上升，脂肪族碳氢含量不断下降，且炼焦煤性质和炼焦工艺也会对与煤成焦过程中微观结构的转变过程造成影响；焦炭结构的形成与煤—焦物理化学结构的变化有关。目前对于煤—焦微观结构的演变规律具有一定认知，但煤成焦过程是在时间和空间上同时进行的动态过程，而大多数研究只针对其中1个维度进行研究，在全面模拟成焦过程方面需进一步加强研究。

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