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燃煤污染物及反应动力学研究

来源：洁净煤技术

煤炭作为我国的主要能源，长期占据不可替代的重要地位。近年我国经济高速发展，雾霾等空气污染现象时有发生，环境污染不容忽视。虽然国内大部分燃煤电厂均已实现超低超净排放，而如何进一步降低氮氧化物等污染物排放，提高经济效益仍是研究重点。

行业视野: 煤化工
类别; 61个
关键词; 71位
专家; 14篇
论文; 13725IP
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煤粉高压着火特性及影响因素

作者(Author)：傅培舫, 龚雪琦, 张斌, 刘洋, 龚宇森, 许天瑶

摘要：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。

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2020年第01期

716

593
煤矸石及煤泥燃烧过程重金属排放特性

作者(Author)：彭皓, 王宝凤, 杨凤玲, 曹晏, 程芳琴

摘要：煤矸石和煤泥是煤炭分选和开采过程中产生的固体废弃物，大量煤矸石、煤泥的堆存会产生一系列的环境和生态问题。燃烧发电是煤矸石、煤泥资源化利用的主要途径之一。煤矸石和煤泥中均含有一定量的重金属元素，如Hg、As、Pb等。在燃烧过程中这些有害元素的释放造成严重环境危害，因此研究煤矸石及煤泥燃烧过程重金属的排放特性意义重大。为考察煤矸石及煤泥在富氧气氛和空气气氛下燃烧时重金属的排放特性，研究了不同温度下平朔煤矸石和煤泥在O2/CO2气氛和空气气氛下燃烧时，As、Hg、Pb和Se的排放特性。采用Hydra-II测汞仪测量煤矸石、煤泥和灰中的Hg含量，采用ICP-AES测量煤矸石、煤泥和灰中的As、Pb和Se含量。研究结果表明，煤矸石及煤泥燃烧过程中，燃烧温度在500～1 000 ℃、O2体积分数在20%～40%时，随着温度和O2体积分数升高，煤矸石、煤泥的成灰比例降低。此外，煤矸石在O2/CO2气氛下燃烧时，随温度和O2体积分数提高，As、Hg、Pb和Se在燃烧烟气中的占比升高，燃烧后所得灰占比降低。煤泥在O2/CO2气氛下燃烧时，随燃烧温度的升高，As、Hg、Pb更容易挥发到气相中；煤泥在空气气氛下燃烧时，As、Hg、Pb在烟气中的占比略高于相同温度、O2/CO2气氛下O2体积分数为20%时的比例。

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2019年第05期

1668

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煤粉燃烧过程强化脱硝技术研究

作者(Author)：周棋, 王勇, 刘松霖, 刘一, 陈灿, 范卫东

摘要：为进一步提高炉内燃烧过程的脱硝效率,尤其是解决燃用挥发分低的贫煤和无烟煤时炉内 NOx 排放浓度高的问题,基于高温燃尽区喷氨还原NO机理,提出了多级燃尽风布置区的高温强化还原区喷氨脱硝技术———多级强化还原煤粉燃烧技术(MERC)。借助50kW下行燃烧炉,开展了氨氮比(RNSR)、还原剂与烟气混合程度、还原剂载气等关键技术参数对脱硝效率的影响,同时开展了 MERC和SNCR对比试验研究,并进行了MERC技术的工程应用试验。结果表明:采用双支喷枪对喷能提高还原剂与炉内烟气的混合程度,双支喷枪对喷使脱硝效率从单支喷枪的45%提高到70%;空气作为载气,氨氮比超过1．2时,NO浓度在500~700mg/Nm3,随着氨氮比增加,NOx 浓度先升后降; 烟气作为载气时NOx 浓度大幅降低,仅为100mg/Nm3 左右,因此还原剂的载气中含氧量越低,越有利于增强高温中喷氨还原NO的效果,还原剂载气需尽可能降低氧含量或采用无氧媒介。通过对比 SNCR和MERC试验结果发现,氨氮比小于2时,常规SNCR的NH3 耗量高于MERC;氨氮比超过2．5 后,NH3 同NO的反应趋于饱和,过量的NH3 同SO2 发生反应生成(NH4)2SO3 和NH4HSO3,这是工程上出现SNCR过量喷尿素后造成空气预热器堵塞的原因。对某电厂125MW燃煤锅炉进行低氮改造,由于该电厂1、2号锅炉燃用无烟煤+贫煤+烟煤的混煤,2015 年低氮燃烧系统改造后一直存在锅炉出口NOx 浓度不稳定的情况,尾部脱硝装置入口最低在500mg/m3 以下,最高为1200mg/m3。为确保改造达到超低NOx 排放目标值,在原有燃烧优化试验+SNCR改造+SCR优化提效的设计方案的基础上增加了燃尽风前的尿素喷枪。结果表明:炉内脱硝效率高于65%,结合锅炉尾部SCR装置能实现烟囱位置NOx 浓度不高于30mg/m3 的超低排放,达到了预期效果。

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2019年第04期

1693

332
化学链燃烧中铁基载氧体研究进展

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。

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2019年第03期

909

242
煤焦燃烧过程中细模态颗粒物的生成机理及研究进展

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。

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2019年第03期

796

290
CaO基材料储能辅助燃煤电站碳捕集研究进展

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。

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2019年第03期

944

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混燃石油焦循环流化床锅炉Pb排放特性

作者(Author)：邓雨生, 崔健, 黄郑贤, 王佩, 段元强, 段伦博

摘要：燃煤电厂释放的Pb具有长距离迁移性、生物累积性和持久危害性等特点，尽管Pb在煤中含量较低，但由于我国煤炭消耗量巨大，每年因燃煤发电排放到环境中的Pb十分巨大，其造成的环境污染问题不容小觑。由于现场取样的复杂性，目前关于燃煤电厂Pb迁移排放特性的研究较少。选取某额定蒸发量为410 t/h的混燃石油焦循环流化床(CFB)锅炉为研究对象，采用EPA Method 29法对电厂布袋除尘器(FF)和石灰石-石膏湿法脱硫塔(WFGD)前后烟气中不同形态的Pb进行了平行取样，同时对入炉燃料、石灰石、底渣、飞灰、脱硫石膏和脱硫废水等物流进行取样分析，通过Pb的质量平衡核算得到Pb在燃煤副产物中的分配比例以及Pb的迁移排放特性。结果表明:Pb的质量平衡率为105.1%~106.4%，说明本次Pb排放测试结果的准确性和可信度较高。燃烧过程中，燃料中Pb元素主要以气态单质铅Pb0或PbO形式释放到烟气中，少量残留在底渣中，本次测试底渣中Pb占总入炉Pb量的13.7%。随着烟气流动和温度的降低，烟气中大部分Pb化合物会发生均相成核、异相凝结和颗粒表面沉积吸附等过程，形成颗粒态Pb，因此本次测试在空预器出口(布袋除尘器前)烟气中Pb主要以颗粒态形式存在，占比超过99%，而最终排放到大气中的Pb仅为0.4%。布袋除尘器对烟气中Pb的脱除效率高达99%，主要是体现在对颗粒态Pb的脱除上。而湿法脱硫塔对水溶性较好的气态Pb和颗粒态Pb均有一定的脱除作用，脱除效率可达67%。经污染物控制装置脱除，最终排放到大气中的Pb浓度较低，仅为2.99 μg/m3，Pb的大气排放因子为0.90×10-12 g/J。

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洁净煤技术

2019年第02期

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300 MW燃煤电站细颗粒物化学团聚系统运行及经济性分析

作者(Author)：秦占峰, 朱宝宇, 郭沂权, 赵永椿, 李高磊, 张军营

摘要：为实现燃煤电厂的超低排放，对电厂安装细颗粒物化学团聚强化除尘系统的300 MW燃煤机组进行了细颗粒物化学团聚强化除尘技术工业应用试验，综合考察了化学团聚系统对机组除尘效率及电厂运行参数的影响，并对细颗粒物化学团聚强化除尘技术的经济性进行分析。机组全年运行数据表明，喷入团聚剂，脱硫后颗粒物平均浓度为37 mg/m3，较未喷团聚剂时下降约447%。以300 MW机组为例，化学团聚技术一次工程投资仅需600万元左右，不及湿式静电除尘技术投资额的1/2，经济性良好。连续喷入化学团聚剂后，ESP后及脱硫后SO2浓度有所下降；O2浓度平均上升约05%；ESP后烟气温度下降3~8 ℃。细颗粒物化学团聚强化除尘系统取得了良好的除尘提升效果。

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洁净煤技术

2019年第01期

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