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《洁净煤技术》创刊25周年专刊

来源：《洁净煤技术》2020年第1期

行业视野: 煤化工
类别; 112个
关键词; 123位
专家; 25篇
论文; 33784IP
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350 MW机组锅炉SCR脱硝系统优化

作者(Author)：孙雪峰, 王强, 颜世剑, 李鲁明, 吴东垠

摘要：准东煤田是我国目前最大的整装煤田，但准东煤在锅炉燃烧过程中易发生结焦问题，一般掺烧高岭土缓解结焦。某燃用准东煤350 MW机组，锅炉燃煤掺烧高岭土后烟气携带灰尘颗粒及灰尘量增大，出现SCR脱硝系统烟道积灰严重和喷氨量明显偏大问题，同时在空气预热器形成硫酸氢氨堵塞，使机组不能长周期稳定运行。通过与国内同类型多台机组锅炉对比后发现，脱硝系统均存在易产生积灰的脱硝转向室、催化剂上方及空气预热器入口斜坡积灰状况等情况。针对存在的问题，通过建立改造前、后的模型计算分析，进行了导流板布置的优化设计、CFD流场分布、优化SCR系统导流板设计、声波与蒸汽吹灰器结合吹灰和氨注射栅格优化升级等工作，应用德图480风速仪实测风速试验，发现脱硝烟道原导流板设计不合理及施工安装偏差；原导流板水平段跨距大，支撑不足，造成导流板压塌变形，影响烟气流场分布；锅炉所烧煤质为高钠煤，为防止锅炉结焦掺烧高岭土后，增加了烟气飞灰颗粒及灰尘量，飞灰具有很大黏性，易沉积在烟道导流板及烟道壁面上。因此，提出对脱硝内部各处导流板进行优化改造，对脱硝系统烟道易产生积灰的部位增加声波吹灰器，对喷氨格栅喷嘴数量及氨空混合器升级，同时开展锅炉SCR脱硝喷氨热态优化调整试验工作。通过开展相关工作，SCR烟气系统的烟气流场相对标准偏差优化5%，相同负荷下液氨消耗量降低45%，彻底解决脱硝系统积灰和空气预热器堵塞问题，实现机组满负荷达标稳定运行。锅炉长期运行半年后停炉检查，发现前期脱硝系统烟道高达1 m的积灰部位彻底解决，催化剂表面干净无杂物，解决了脱硝系统积灰问题，同时配合提高空气预热器冷端综合温度的措施，彻底解决锅炉空气预热器堵塞问题。同时，经济效益显著，每年可以分别节约液氨费用70万元，节约风机电耗费用100万元，节约检修清理积灰及检修费用80万元，节约空气预热器冲洗治理费用20万元，综合节约费用270万元/a，达到预期效果实现机组长周期安全经济稳定运行。

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洁净煤技术

2020年第01期

1262

522
火电行业废水排放绩效评估

作者(Author)：竹涛, 袁前程, 金鑫睿, 叶泽甫, 侯益铭

摘要：近年来我国大力开展排污许可制度，火电行业作为国民支柱产业和用水大户，在制度实施过程中，水污染物未受到重视，火电废水相关统计数据不清，排放绩效模糊，导致其难以纳入排污权交易体系。自2008年我国火力发电逐渐进入成熟期后，各省市火电企业用水自成熟期来形成了明显区域性特征，为按照《控制污染物排放许可制实施方案》要求更好地开展排污许可制度，笔者根据地区水资源情况，选取具有代表性的省份（山东和广东）着重分析火电废水现状，依据2015年全国各省环境统计数据，梳理所选地区火电行业水污染因子特征，首先明确了火电企业相关用水指标，火力发电厂需大量冷却水来冷却机组，冷却方式的差异决定了火电厂冷却水量的不同，根据3个指标确定企业的冷却技术；其次确定了主要有2种排放去向；之后比较水污染因子的处理效率，选取了特征水污染因子；最后进行全国火电行业废水绩效评估，包括废水排放总量绩效核算及主要水污染因子排放绩效核算，各地区可根据绩效核算结果对自身在火电行业的水资源使用及排放方面的问题制定针对性政策，旨在为火电废水排污许可制度的实施提供基础支持。结果表明，火电企业以电力为产品，水资源为生产消耗品，排放总量控制应基于废水的排放绩效。废水排放绩效评估及区域性特征研究目的是探究电力与废水排放之间联系，得出与所在区域的水文条件、发电效率以及冷却方式有关，水资源缺乏地区废水处理水平低于水资源丰富地区，会导致不良用水情况加剧，可制定出对应的废水治理政策，在排污权交易与废水处理设备资金投入上寻找平衡点。总结现阶段排污权交易存在的阻碍：火电行业的水污染物不受重视，导致排放量统计不够准确，为政策制定带来困难；互联网实时监测平台未建立，无法实时监测火电企业排放水质水量，采取污染源头追查方法，督促不达标企业整改，考虑优先通过排污权交易来推动水污染物的减排。废水排放绩效显示各地区情况相差较大。考虑到流域是废水排放的主要去向，以流域划分为基础。政府机构向绩效较高企业提出总量削减要求，绩效较低企业给予排污权交易优惠政策。

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2020年第01期

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基于催化臭氧氧化去除煤化工废水中污染物——苯系物

作者(Author)：彭思伟, 何绪文, 白玉勇, 谷小兵, 刘海洋

摘要：苯、甲苯、乙苯和二甲苯（BTEX）是煤化工废水中典型的难降解有机污染物,通常情况下BTEX较难通过传统的化学氧化技术去除。笔者自主制备了多孔臭氧催化剂，并对催化剂进行表征分析；考察了催化臭氧化降解BTEX的最佳反应条件，并对不同反应体系中自由基的激发情况进行比对；在此基础上探究催化臭氧化对BTEX的去除机理，为BTEX在实际处理过程中的技术应用提供理论基础。XRD分析结果表明，多孔臭氧催化剂含有氧化铝、氧化硅等，且含有沸石结构的化合物。XPS分析结果表明，所合成的催化剂含Si、O、 Cu、Fe、Mn、Al等元素。SEM结果表明，催化剂由许多不规则的细小块状粉末构成，且表面非常蓬松，堆叠成多级结构，使催化剂呈多孔性。比表面积分析表明，催化剂的比表面积为20.8 m2/g，孔隙直径主要集中在3.8 nm。使用该催化剂对BTEX进行催化臭氧化试验，结果表明，反应温度为30 ℃、溶液pH=8、臭氧投加量为3.5 mg/L、催化剂投加量为5 g/L时，BTEX的降解效果最佳。在该反应体系中有机物去除率为99.1%，其中苯、甲苯、乙苯、二甲苯的去除率分别为95.6%、98.2%、100%、100%。ESR分析结果表明，催化臭氧化反应体系中羟基自由基和超氧自由基的激发强度明显高于臭氧氧化反应体系，这是因为本文制备的催化剂含有Al、Fe、Mn、Cu氧化物，使催化反应过程中负载的金属氧化物价态间相互变化，转移的电子可促进臭氧分子分解，从而产生更多的自由基。催化臭氧化技术是以羟基自由基为主导，超氧自由基、催化剂吸附为辅助，协同实现煤化工废水中典型有机污染物BTEX的高效去除。

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洁净煤技术

2020年第01期

1469

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准东煤灰提取氧化铝和白炭黑技术研究

作者(Author)：王敏, 王辉, 杨海瑞, 刘汉辉, 孙健伟

摘要：为实现准东煤灰的绿色化综合利用，笔者研究设计了从准东煤灰中制取氧化铝和白炭黑的工艺流程，确定了最佳工艺条件，并通过SPSS双变量分析比较不同影响因素对提取率影响程度。试验采用准东煤——将军庙原煤，破碎并用马弗炉模拟煤粉炉静态燃烧方式制取灰样。准东煤灰的成分分析和元素分析表明：SiO2占48.84%，Al2O3占31.26%。参照标准制备灰样，对灰样进行SEM分析，发现粘黏性严重，因此试验前先进行机械研磨。采用煤灰与硫酸铵焙烧法制备氧化铝，工艺分为焙烧过程和酸浸过程。因滤液中含有大量杂质铁、钙等元素，采用pH调节法除杂并对除杂效果进行检验，检验结果为除杂率接近100%。从提铝渣中制备白炭黑分为碱浸过程和多次碳分过程。在提铝工艺焙烧过程中，通过提铝率变化曲线及节能角度确定了各因素的最佳试验条件为：焙烧温度600 ℃，焙烧时间60 min，焙烧配料比1∶6；在提铝工艺酸浸过程中，得到最佳试验条件为：酸浸温度60 ℃、酸浸时间20 min、H2SO4浓度0.2 mol/L、酸浸液固比50。从提铝渣制备白炭黑研究中，通过SEM观察到提铝渣疏松多孔，有利于进一步的提硅试验。通过XRD对提铝渣分析，得出提铝渣中含有大量硅、钙元素；用K值法（RIR法）求得提铝渣中Si含量及经提铝后的Si损失率为7.64%。得出碱浸过程最佳试验条件为：碱浸温度60 ℃、碱浸时间30 min、碱浸NaOH浓度3 mol/L、碱浸液固比70，此时Si提取率为99%。采用多次碳分法进行提硅能够满足不同硅含量纯度要求，得到最佳碱浸工艺条件为碳分pH=9.5、CO2通气速率24 mL/min、碳分NaOH浓度0.2 mol/L、碳分液固比80。通过双变量相关性分析，得到各因素对提铝率、SiO2提取率及H2SiO3沉淀率影响程度大小分别为：焙烧温度>焙烧时间>焙烧配料比，酸浸时间>酸浸温度>H2SO4浓度>酸浸液固比，碱浸液固比>碱浸温度>NaOH浓度>碱浸时间，碳分pH>碳分液固比>碳分NaOH浓度>CO2通气速率。通过经济性及可行性分析，说明提出的工艺能有效实现准东煤灰的绿色化综合利用。从提铝后的滤液中重新提取(NH4)2SO4，实现生产原料的再利用；碳分过程后的Na2CO3溶液可通过加入石灰苛化的方式实现NaOH可循环利用于提取工艺生产；本工艺除生产氧化铝和白炭黑外，还能获得Na2SO4等附加产品。

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2020年第01期

855

459
煤气化渣综合利用研究进展

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

摘要：我国富煤、贫油、少气的能源结构特点，石油、天然气对外依存度高的实际情况以及对煤炭高效清洁利用的重视赋予了煤化工产业发展的机遇，作为煤化工产业龙头的煤气化技术在中国蓬勃发展。随着煤气化技术的大规模推广，煤气化渣的堆存量及产生量越来越大，造成了严重的环境污染和土地资源浪费，对煤化工企业的可持续发展造成不利影响，煤气化渣处理迫在眉睫。笔者介绍了煤气化渣的产生及其带来的环境问题，煤气化渣的基本特点，综述了国内外煤气化渣在建工建材（骨料、胶凝材料、墙体材料、免烧砖）、土壤水体修复（土壤改良、水体修复）、残碳利用（残碳性质、残碳提质、循环掺烧）、高值化利用（催化剂载体、橡塑填料、陶瓷材料、硅基材料）等方面的研究进展，提出了煤气化渣综合利用思路。煤气化渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、C组成，气化细渣残碳含量较气化粗渣高，煤气化渣的主要矿相为非晶态铝硅酸盐，夹杂着石英、方解石等晶相，富含硅、铝、碳资源的化学组成特点和特殊的矿相构成是煤气化渣回收利用的基础。目前煤气化渣规模化处置利用主要聚焦在建工建材、生态治理等方面，但因其碳含量高、杂质含量高等特点，导致建工建材掺量低、品质不稳定，生态治理二次污染严重等问题，经济和环境效益差。在资源化利用方面，结合煤气化渣资源特点，目前主要在碳材料开发利用、陶瓷材料制备、铝/硅基产品制备等方面引起广泛关注，虽然经济效益相对显著，但均处于实验室研究或扩试试验阶段，主要存在成本高、流程复杂、杂质难调控、下游市场小等问题，无法实现规模化利用。为了提高企业经济效益，同时解决企业环保难题，结合煤气化渣堆存量大、产生量大、处理迫切的现状以及富含铝、硅、碳资源的特殊属性，建议煤气化渣的综合利用思路为“规模化消纳解决企业环保问题为主+高值化利用增加企业经济效益为辅”。开发过程简单、适应性强、具有一定经济效益的煤气化渣综合利用技术路线，是目前煤气化渣利用的有效途径和迫切需求。

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洁净煤技术

2020年第01期

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燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术研究进展

作者(Author)：石朝亭, 蔡军, 任强强, 吾慧星, 马海军

摘要：我国是水泥生产和消费大国，水泥行业已成为我国继热力发电和交通运输之后的第三大NOx排放源，是引起我国雾霾天气的主要成因之一。随着水泥工业NOx排放标准的不断提高，燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术的发展越来越受到重视。为清晰了解水泥行业常见低NOx排放控制技术的优化方向和新型低NOx排放控制技术的发展现状，为水泥工业实现超洁净绿色生产提供技术储备，笔者梳理总结了燃煤水泥窑炉常见低NOx排放控制技术以及新型低NOx排放控制技术。围绕燃煤水泥窑炉常见低氮脱硝技术，阐述了燃烧前、燃烧中以及燃烧后等各种低NOx排放控制技术的降氮原理、特点以及应用现状，并指出了这些技术在实际应用中面临的问题；同时介绍了燃烧前、中、后等各种低NOx排放控制技术的组合应用。重点介绍了近年来新涌现出的以两步还原法为代表且具有潜力的低氮脱硝技术，论述其降氮原理及研究发展现状，对比总结了水泥行业常见低NOx排放控制技术以及新型低NOx排放控制技术的脱硝效率、研究和应用现状。面对日益严峻的减排形式，水泥行业深度脱硝工作的开展势在必行。结合常见低NOx排放控制技术的减排原理、优势以及存在的问题，建议水泥行业可采用燃烧中与燃烧后各种低氮控制技术的组合应用方案，以此达到降本增效的目的，并具体提出了水泥行业现有生产线以及新建生产线可行的组合应用方案。考虑到各种新型低NOx排放控制技术的降氮原理和发展现状，笔者对水泥行业低氮脱硝技术未来的研究和努力方向进行展望，认为未来水泥行业低NOx排放控制技术的发展应注重提高还原氛围下的碳还原能力，以激发碳还原能力为核心进行现有技术的优化以及新技术的探索，同时应考虑到与低氮燃烧技术相匹配的精准自动化、智能化测控设备的应用，以全方位监测、反馈系统的相关指标，更好地发挥低NOx排放控制技术的降氮脱硝效果。

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2020年第01期

1253

535
热解焦化过程烟气末端净化关键技术与应用进展

作者(Author)：李运甲, 李长明, 刘周恩, 高士秋, 许光文, 余剑

摘要：热解焦化行业烟气温度低、水汽含量高、且夹带焦油和炭黑等复杂物质，导致电力行业传统烟气净化技术难以适用于该领域。为了给热解焦化过程末端烟气治理升级改造提供思路与参考依据，笔者总结了该领域具有前景的末端烟气净化技术应用进展，指出干法脱硫-布袋除尘-低温脱硝技术和活性焦脱硫脱硝一体化技术是目前比较成熟的焦化烟气净化技术；催化陶瓷纤维滤管一体化技术虽然在国外玻璃等行业应用比较成功，但在国内焦化烟气领域应用时间不长，应注意潜在的技术风险；氧化-湿法吸收技术由于产生二次污染等问题制约了规模化推广。通过剖析应用过程存在的问题，提出相应的解决方案，明确各工艺未来的研究方向及升级路线，指出干法脱硫-布袋除尘-低温脱硝技术研究应集中于脱硫灰的处理、失效催化剂的回收再利用和工艺深度优化；活性焦脱硫脱硝一体化技术研究应关注多循环周期中活性焦的特性演变、再生过程碳损耗控制及废焦粉的回收利用；催化陶瓷纤维滤管技术研究应解决潜在的氨逃逸、催化剂失活、焦油糊管等问题。最后，结合热解焦化烟气特征，指出热解焦化末端烟气净化的关键在于低温脱硝技术与其他污染物控制技术的匹配与整合，同时明确了未来热解焦化烟气净化技术将向设备一体化、维护简单化与运行低成本化的方向发展。

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2020年第01期

796

375
碳材料对燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展

作者(Author)：曲智斌, 孙飞, 皮信信, 郄志鹏, 高继慧

摘要：中国发电煤耗每年近20亿t，虽然传统湿法脱硫工艺能够实现燃煤污染物SO2的有效控制，但由于存在水耗高、副产劣质石膏量大难用等缺点，面临可持续发展困境。相比之下，基于多孔碳材料的SO2脱除技术由于具备水耗少、无二次污染、污染物可资源化回收、吸附剂可再生利用等优点，是重要的发展方向。笔者综述了目前基于碳材料吸附、催化过程的燃煤烟气硫脱除及资源化研究进展，论述了碳材料资源化脱硫工艺的关键技术环节，最后提出了燃煤烟气硫脱除及资源化的未来科学和技术方向。碳材料内SO2吸附-催化反应机制及产物迁移路径，重点讨论了碳材料孔结构、官能团、金属氧化物负载对SO2吸附转化及副产物迁移的影响。研究表明，碳材料分级孔结构内存在SO2吸附转化以及产物硫酸的迁移过程；在碳材料中掺杂以氮和氧为代表的非碳元素能改变碳平面的电子结构，调控SO2在碳材料中的吸附和催化氧化过程。因此，碳材料孔隙与功能性官能团的协同定向构筑是强化碳材料吸附转化SO2、提升脱硫性能的有效方式。脱硫饱和碳材料再生及硫资源化回收技术路径，重点讨论了碳热还原方法将SO2资源化转化为硫磺的影响因素。热再生能耗高、活性焦质量损失严重；水洗再生效率低，活性焦循环脱硫能力差，高效再生需要活性焦不同尺度孔隙结构的有效配组，以强化物质输运扩散；在各种脱硫副产物中，硫磺物质量小、价值高、便利储运，是理想的资源化回收目标；碳基还原剂活性与选择性的调控是实现高效硫磺生成的关键。论述了高性能煤基活性焦的低成本宏量制备方法，重点讨论了强化脱硫过程的分级孔活性焦低成本制备方法。传统柱状活性焦制备工艺复杂、成本高且孔隙结构呈微孔分布，存在内扩散阻力大、内表面利用率低、SO2脱除及再生脱附性能差等问题。破碎或颗粒状活性焦有望降低活性焦制备成本且实现活性焦孔隙的深度调控，但结构稳定性（强度）的提升是关键。通过催化活化、配煤、催化石墨化方法，可望实现兼具高活性和高结构稳定性的脱硫活性焦制备。

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