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2020封面文章（《洁净煤技术》）

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》创刊于1995年，双月刊，封面文章涵盖了煤炭的清洁高效利用、转化等最新研究成果。

行业视野: 封面文章
类别; 42个
关键词; 51位
专家; 9篇
论文; 7162IP
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粉煤灰陶粒的研究进展

作者(Author)：柴春镜, 宋慧平, 冯政君, 张金才, 程芳琴

摘要：粉煤灰是煤燃烧后的烟气中收捕的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，危害环境和人类健康。利用粉煤灰制备陶粒是粉煤灰资源化的重要途径之一。粉煤灰陶粒因密度小、质轻、保温、隔热、耐火性好、抗震性能好、吸水率低、抗冻性能和耐久性能好等优异性能，在废水处理、废气处理、噪声控制和建筑材料等领域具有广阔的应用前景。综述了近年来粉煤灰陶粒的最新发展动态，分别对焙烧法和免烧法制备粉煤灰陶粒进行了可行性分析，介绍了粉煤灰陶粒的相关研究成果，着重介绍了生产粉煤灰焙烧陶粒和粉煤灰免烧陶粒的机理、所用原料、工艺条件及产品性能。同时提出了我国在粉煤灰综合利用过程中面临的主要问题及解决措施，并对今后的发展趋势进行展望，为粉煤灰制备陶粒的机理研究和工艺研究提供参考。粉煤灰焙烧陶粒的制备过程主要包括配料、混合、造粒、干燥、预烧、焙烧、冷却和筛分等过程；影响其性能的主要因素有原料配比、预热时间、预热温度、升温速率、煅烧时间、煅烧温度等。粉煤灰免烧陶粒的制备过程主要包括配料、混合、造粒、陈化、干燥、养护和冷却等过程；影响其性能的主要因素有原料性质、激发剂掺量、黏结剂用量、发泡剂种类及用量、养护方式、蒸养温度和养护时间等，可通过改变工艺条件，制备出不同性能和用途的产品。目前，我国的粉煤灰陶粒以焙烧型为主。焙烧陶粒具有技术成熟、产品强度高等优势，但存在能耗高、投资大、工艺复杂等缺点。因此，开发粉煤灰免烧陶粒就成为发展的新趋向。我国的免烧陶粒尚处于研制阶段，产品强度低、比表面积小，克服了焙烧法制备陶粒成本高、污染大等缺点，可将其应用于对筒压强度要求偏低、堆积密度要求偏高的场合。为提高陶粒的性能、降低成本，可从多孔免烧陶粒的外加剂选择、工艺和环境安全性等方面进行深入研究。利用粉煤灰制备陶粒，不但解决了粉煤灰的污染问题，还解决了陶粒原料的来源问题，具有重要的现实意义。

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洁净煤技术

2020年第06期

961

580
TETA/AMP复合水基CO2吸收液研究

作者(Author)：孙路长, 连少翰, 王凯亮, 王争荣, 张士明, 韩文荃, 宋春风

摘要：化学吸收法吸收CO2作为CCUS过程的主要技术之一，已经广泛应用于混合气源中CO2的捕集与纯化。传统的单一MEA水溶液作为吸收剂吸收CO2过程中存在解吸能耗高、腐蚀性强和易降解等缺点。因此，开发新一代混合胺吸收液成为当前研究的重点。以空间位阻胺2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）为基础，合成了一系列TETA/AMP复合水基吸收液用于烟气中CO2捕集。通过对不同配比的吸收液进行吸收-解吸性能对比测试，综合考察吸收量、吸收速率、再生速率等因素，优选出最佳配比。结果表明，质量比为1∶1的TETA/AMP复合吸收液具有最佳的吸收与解吸表现，饱和吸收量相比纯AMP提升近1倍，再生速率最高可达0.03 g/min。在复合吸收液吸收CO2过程中，具有较快吸收速率的空间位阻胺AMP能快速捕集CO2分子，并将其活化，之后传递给具有多反应位点的烯基胺TETA进行储存。而在解吸过程中，由于AMP的空间位阻效应，与CO2分子间的连接更易断开，从而提升了再生速率。同时采用量子化学计算方式对AMP、TETA单体以及复配单元进行模拟计算，从而对复配体系的形成过程进行推导。发现分子表面静电势分布与形成复配体系的单体间的比例关系，分析了不同官能团在复配体系形成过程的作用，提出了羟基基团在复配体系形成中的必要性。

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2020年第06期

838

221
燃煤电厂白色烟羽消除技术现状与展望

作者(Author)：杨晓阳, 王飞, 杨凤玲, 张缠保, 程芳琴

摘要：随着我国环保政策愈发完善和严格，电厂湿法脱硫后饱和湿烟气排入大气形成的“白色烟羽”治理需求增加。通过对白色烟羽形成与消除机理的研究，分析了目前燃煤电厂消除白色烟羽技术的优缺点及应用前景。国内外现有的消白技术主要包括烟气冷却、烟气加热、冷凝复热、旋流除湿、溶液除湿、膜法除湿等。烟气冷却、烟气加热、冷凝复热技术均通过直接/间接换热，改变烟气在出口处的状态实现消白，技术相对成熟，且已在工程实例中应用，但能耗大，对换热设备防腐要求较高，并且GGH成本高、能耗大；旋流除湿技术虽然负荷大、压降低和结构简单，但消白效果有限；溶液除湿与膜法除湿技术目前还处于试验研究阶段，由于自身技术缺陷，鲜见应用于燃煤电厂的湿烟气处理工艺中。烟气瞬间加压凝结消白技术利用流场结构瞬间提高水蒸汽分压，从而使其液化，同时蒸汽凝结液化释放大量潜热，提高了烟气出口温度，烟气除湿与加热协同作用最终保障饱和湿烟气消白。讨论和对比了各治理技术的特点和适应性，并结合试验，发现烟气瞬间加压凝结消白技术可有效回收湿烟气中的水蒸汽，且在蒸汽凝结过程中饱和蒸汽内携带的细颗粒等污染物作为凝结核被凝结液滴协同脱除，同时无需其他换热设备，降低了能耗，是烟气消白技术中的潜力技术之一。

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2020年第06期

624

300
高温无机晶体材料比热容的双参数预测方法

作者(Author)：魏小林, 李腾, 李博, 孙岑

摘要：高温固体比热容是工业流程设计中常用的热物性数据，但通过实测获取温度达数千度的固体比热容比较困难，因此许多含有复杂晶格的固体经常只存在有限温度范围内的比热容测量数据。爱因斯坦模型和德拜模型可以适用于简单的单原子晶体或某些双原子晶体比热容预测，但多原子复杂晶格固体的德拜温度或爱因斯坦温度难以准确获得，使得这些模型难以准确预测这些固体比热容。因此，利用统计热力学方法，针对含多原子复杂晶格固体比热容的测试困难问题，提出一种高温固体比热容的双参数预测方法；该方法将多原子固体的晶格振型分为声学支与光学支，假设这些固体的单个晶格原胞具有唯一的德拜特征温度ΘD和爱因斯坦温度ΘE；通过晶体学的基本参数获得德拜特征温度ΘD，通过固体比热容的有限试验数据或简单物质的热物性，反算出复杂晶格固体的爱因斯坦温度ΘE；然后利用这2个主要影响参数预测高温固体的理论比热容。采用该双参数预测方法对典型单原子、双原子与多原子晶体的比热容进行了预测计算，计算结果与试验数据对比验证表明，该方法误差主要在温度拐点和高温区附近，在宽范围变化的温度区间内比热容的预测误差小于5%，有望为流程工业的固体热物性数据提供一种简单可靠的确定方法。

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洁净煤技术

2020年第06期

393

185
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

601

249
固体化学链燃烧技术及污染物释放研究进展

作者(Author)：胡东海, 黄戒介, 李春玉, 余钟亮, 康思乐, 张建利, 王志青, 杜梅杰, 房倚天

摘要：化学链燃烧（CLC）由于其固有的CO2浓度高、易分离、CO2减排成本低等优点已成为一种具有发展前景的固体燃料燃烧技术。目前CLC技术由原位气化化学链燃烧(iG-CLC)和氧解耦化学链燃烧(CLOU)2种技术为代表。采用固体作为燃料燃烧时，其污染元素会以气体形式释放到大气或掺杂到CO2目标气体中，带来环境及操作问题。论述了固体燃料化学链燃烧的iG-CLC及CLOU2种技术及相关原理，简述了国内外研究现状，并对2种技术的性能和优缺点进行分析。同时，着重对固体燃料化学链燃烧过程中存在的污染元素及其释放规律进行总结。对于固体燃料中的S元素，最终将会大部分转移到气相中并以H2S和SO2（iG-CLC）或单一SO2（CLOU）的形式释放，小部分会固存于灰烬中或与氧载体结合。在排放比例方面，随着燃料反应器温度的增加，燃料反应器出口处含硫气体含量上升，同时空气反应器出口处含硫气体含量下降。固体燃料中的N元素将全部转移到气相中并在2种技术中均以N2和NO形式释放，不同之处在于CLOU技术由于氧载体的释氧性使得NO生成偏多，燃料反应器和空气反应器出口处的含氮气体含量与温度的关系与S元素变化一致。固体燃料中Hg元素主要以Hg0和Hg2+分布在气相中，在燃料反应器中主要以Hg0形态存在，而在空气反应器中主要是Hg2+，在CLOU技术中有相当一部分Hg（42.5%）保留在燃烧的灰中。燃料反应器中Hg释放量将随燃料反应器温度的升高而增加，空气反应器的Hg释放量随温度升高而降低。固体燃料化学链燃烧过程中的挥发分作为一种污染物在排放方面也需关注。结果表明燃料类型似乎对燃料反应器出口气体中的焦油量具有决定性影响，目前只发现高挥发分生物质的iG-CLC过程有焦油排放问题，而在CLOU技术中由于燃料反应器中气态氧的存在导致焦油化合物完全燃烧。最后结合污染元素性质及在2种化学链燃烧技术中的释放规律，针对减少相关污染物的排放提出了原料处理及工艺改进建议。

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洁净煤技术

2020年第04期

1318

587
燃煤电厂脱硫废水零排放技术现状与发展

作者(Author)：吕武学, 于燕飞, 曲保忠, 陈嘉宁, 崔凌霄, 马双忱

摘要：燃煤电厂脱硫废水存在水质差、水量大、处理成本高等问题，废水处理技术也在不断更新换代。不同电厂其脱硫废水的水质、水量相差较大，处理技术的选择也存在较大区别，为了更科学有效地选择脱硫废水处理技术，汇总分析了目前燃煤电厂脱硫废水处理技术，根据实际案例详细分析各处理技术的优缺点，为燃煤电厂对脱硫废水零排放技术的选择提供参考。研究结果显示，目前燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术主要包括脱硫废水的预处理技术、浓缩减量技术、蒸发结晶技术以及转移固化技术，各废水零排放处理技术参差不齐。详细分析了预处理技术中的三联箱法、双碱法，根据废水特点，该预处理环节可省略，以减少投资成本；浓缩减量技术包含膜法浓缩（RO、FO、ED等）和热法浓缩（利用蒸汽浓缩、烟气余热浓缩），膜法浓缩可实现较高的浓缩倍率且系统稳定，但其较高的投资运行成本有待解决；热法浓缩依靠其低成本、高效率逐渐成为主流浓缩技术。蒸发结晶技术利用烟气余热蒸发（旁路烟道蒸发、烟道蒸发），其运行中的腐蚀、结垢问题有待解决；转移固化技术中的水泥化固定技术，不仅能够固定脱硫废水中的高浓度氯离子，同时对废水中的多种重金属离子具有较好的固定效果，该技术对处理产生的终端高浓度含盐水指明去处，其固化体得以二次利用；高浓度氯离子也可制备净水剂，实现废水中盐分的二次利用。同时，提出了脱硫废水处理技术选择的四原则。低成本、低风险、高成效的脱硫废水零排放工艺路线更符合当前企业需求。

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洁净煤技术

2020年第04期

1302

608
Pt、Cu共改性TiO2选择性光催化还原CO2制CH4

作者(Author)：李长华, 赵江婷, 熊卓, 赵永椿

摘要：光催化还原CO2是具有前景的可再生能源技术，但由于光生电子-空穴对的快速复合和对可见光的有限利用，TiO2表现出较低的光催化反应效率，为了提高TiO2光催化还原CO2的效率，用金属改性TiO2是一种有效的方式。笔者通过化学还原法将Pt和Cu2O纳米颗粒沉积在锐钛矿TiO2晶体表面，系统研究了Pt、Cu共改性对TiO2光催化还原CO2性能的影响。光催化试验结果表明，Pt沉积有利于生成CH4和H2，而Cu2O会抑制H2的生成，且对CH4的选择性低于Pt。Pt和Cu2O同时沉积在TiO2晶体上时，H2的生成受到抑制，CO2被选择性地还原为CH4，选择性达96.6%。催化剂表征结果表明，Pt能捕获光生电子，从而提高催化剂上的电子密度，有利于多电子还原反应发生，高选择性地生成CH4。Cu2O提高了催化剂对CO2的化学吸附能力，同时对水的吸附能力较弱，从而抑制H2的生成，提高了光生电子对CO2还原的选择性。此外，反应后的Pt-Cu/TiO2中Cu2O几乎被完全还原为Cu，这可能是由于在光催化反应过程中，Pt沉积可促进光生电子向Cu2O迁移，在Cu2O还原为Cu的同时为光催化还原反应提供更多的电子，有利于CH4的选择性生成。因此，Pt-Cu/TiO2催化剂可将CO2选择性地还原为CH4。经3次循环试验，催化剂的活性未降低，具有良好的稳定性。

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2020年第04期

765

340

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