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《洁净煤技术》2019年热点论文Top20

来源：《洁净煤技术》

行业视野: 其他
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垃圾衍生燃料焚烧技术研究

作者(Author)：张世鑫, 许燕飞, 吕勇, 刘海峰, 邓磊

摘要：垃圾衍生燃料广泛应用于干燥工程、水泥制造、供热工程和发电工程等领域。机械炉排焚烧炉存在投资成本高、维护费用高、占地面积大、热损失大等问题；气化焚烧技术仍处于实验室或半工业化阶段，无法实现工业应用；回转窑焚烧要求垃圾热值较高，炉渣指标易超标等，工业应用较少；鉴于流化床锅炉炉膛热容大，炉内混燃剧烈，燃料适应性强等特点，有必要利用其进行垃圾衍生燃料及生物质、固废的焚烧处理工艺研究。笔者从燃烧机理、物料制备与输送等方面入手，通过理论研究、数值模拟、燃烧试验、设备调研、现场试验完成了循环流化床锅炉直接掺烧垃圾关键技术研发、工艺优化和核心部件设计，验证了该技术在大型循环流化床锅炉的应用。结果表明，焚烧处理中，保障焚烧炉温和停留时间（大于2 s），提升炉内湍流度（Re>5 000），可促进垃圾完全、稳定燃烧，促进二噁英分解。提高运行过程中垃圾燃料的燃尽程度，从而减少带到尾部烟道的可燃物含量，可避免未完全燃烧的有机分子在空预器位置发生冷凝而导致积灰及二次燃烧。通过理论分析及试验，最终选择使用气力输送系统将破碎后生物质、固废送入炉内，锅炉接口布置在返料器出口位置，以满足生物质、固废燃烧时间、温度、混合、燃尽等需求。实际运行结果表明：利用300 MW循环流化床锅炉可同时处理生物质200 t/d、固废400 t/d、污泥200 t/d、RDF 50 t/d。烟气中二噁英的排放浓度低于0.001 3 ng/m3（标，11%O2），SO2排放均低于12 mg/m3，NOx排放均低于50 mg/m3，满足相关标准。该系统1 a可掺烧固体废物12万t，可节约用能量折合标准煤8.55万t，减排CO2 23.7万t、SO2 726.8 t、NOx 632.7 t、灰渣3.35万t，实现了短时间内消纳大量固废，破解秸秆田间直焚、污泥垃圾围城等重要问题。

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洁净煤技术

2019年第06期

676

405
新型低氮旋流燃烧器NOx排放特性

作者(Author)：龚彦豪, 许鑫玮, 王登辉, 王学斌, 谭厚章, 牛艳青, 惠世恩, 李在让, 刘愿武

摘要：为应对燃煤工业锅炉日益严苛的排放标准，提出了一种新型低NOx旋流燃烧器，将煤粉预燃与燃烧器空气分级、炉膛空气分级进行耦合，通过改变燃烧系统的配风布置对煤粉预燃燃烧状态进行调整，研究了一次风率、内外二次风率、外二次风入射方式、循环风率和燃尽风率对NOx排放特性的影响。结果表明：在试验工况下当一次风率从15.4%提高到28.7%，预燃室内氧气浓度增大，一次风携带的氧气可直接将煤粉热解释放挥发分中含氮化合物HCN、NH3等中的N氧化为NO，NOx生成量由284.4 mg/m3逐渐增至326.7 mg/m3。当内外二次风率比由0.46增大到1.4，NOx排放浓度先下降后上升；由于内二次风量影响预燃室内过量空气系数和湍动强度，外二次风量影响炉膛内部主燃区煤粉发生燃烧反应的湍动混合强度，在二次空气配比变化的综合作用下，内外二次风率比为1.0时，NOx排放值最低为211.2 mg/m3。随着外二次风内部入射风量与端面入射风量比值由0增大到4.56，NOx生成浓度先下降后上升；由预燃室端面入射的外二次空气射流边界较长，主燃区相对较大，燃烧整体较为均衡，而从预燃室内部入射的外二次风促进了预燃室出口气粉混合物在炉膛内与助燃空气的混合；当外二次风内部、端面射流风率比为0.25时，煤粉在预燃室出口区域的湍动强度提高，在局部还原性气氛下，NOx生成浓度有最低值230.9 mg/m3。当循环风率从0增大到30.6%时，内外二次风中氧气浓度降低，预燃室和炉膛主燃区还原性气氛增强，挥发分中含氮化合物HCN、NH3等中的N迁移形成N2的概率增加，NOx排放量由250.7 mg/m3逐渐降低到221.1 mg/m3。随着燃尽风率由0提高到29%，NOx排放值先减小后增大；燃尽风率提高时二次风率随之降低，内外二次风湍动扩散能力减弱，主燃区还原性气氛增强；燃尽风率进一步提高使得主燃区氧量不足，燃尽区氧化性氛围较强，大量焦炭和含氮化合物在燃尽区发生氧化反应，导致NOx生成量增加；当燃尽风率为19.6%时，NOx生成值最低为253.5mg/m3。整体上，当一次风率为17%～19%，内外二次风率比为0.8～1.0，外二次风由预燃室端面入射，循环风率为15%～20%，燃尽风率为19%～22%时，NOx排放值为212～231 mg/m3，相比试验工况下最大NOx排放量下降29%～35%。

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洁净煤技术

2019年第06期

917

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微生物降解煤产腐植酸及应用研究进展

作者(Author)：衡曦彤, 程娟, 何环, 曹清河, 李成果

摘要：腐植酸是一种天然有机高分子混合物，广泛存在于自然界中，其中低阶煤矿物如褐煤、风化煤中含有丰富的腐植酸。介绍了我国矿物源腐植酸资源储备、区域分布、种类和性质，将传统的理化加工腐植酸方法与微生物法处理腐植酸进行对比，结合近年来微生物处理低阶煤矿物的现状，总结出可以降解低阶煤生产腐植酸的微生物种类（以放线菌、细菌和真菌为主）以及共培养的菌剂。阐述了矿物源腐植酸广泛的生产应用性，腐植酸作为土壤改良剂可以固定土壤中的重金属离子，吸附和促进降解农药、多环芳烃等有机物，减少重金属在植物体中的富集和毒害作用，减轻土壤污染状况；腐植酸作为一种有机生物肥料在农业生产中发挥作用，可以促进作物生长，增强作物抗逆性，改善农产品品质，提高化肥利用率，并改善耕作土壤结构，利于土壤中水、肥、气和热状况的调节，进而促进作物的根系发育，提高作物产量，实现农业可持续发展；在医药和石油工业领域方面，天然腐植酸具有止血、活血、抗菌、抗病毒、改善微循环、调节内分泌、提高免疫力等功效；腐植酸类钻井液产品也因其无环境污染、抗高温、阻垢性能高等特性逐渐受到欢迎。矿物源腐植酸在多种生产实践中得到应用且效果良好，但腐植酸基础产品种类偏少，不同地区来源和处理工艺对于腐植酸产品品质影响差异比较大，需要加强对矿源腐植酸的加工工艺、产品的理化特征、对土壤作用和生物作用效果等综合分析，因此腐植酸的区域化发展和复合化利用，特别是医疗方面的应用需要大力推进发展。微生物转化低阶煤炭资源生产腐植酸虽然具有工艺简单、低能耗、无污染等传统理化处理技术难以比拟的优点，但同时也存在微生物生长周期长和生产效率低等问题，进一步探究了解微生物作用于煤炭产生腐植酸的机理和调控途径是当前矿源腐植酸研究的重要方向。

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洁净煤技术

2019年第06期

632

269
变压吸附法提纯煤层气中甲烷研究进展

作者(Author)：张进华, 曲思建, 王鹏, 李雪飞, 李兰廷, 车永芳, 李小亮

摘要：低浓度煤层气直接排放既造成能源浪费，又带来严重的温室效应，变压吸附法提纯低浓度煤层气是解决煤层气排放的有效利用途径。总结了变压吸附技术对CH4/N2体系煤层气中CH4分离的研究进展，包括变压吸附分离机理和相应的变压吸附提纯工艺路线，分析了2种工艺的优缺点，讨论了多孔吸附材料，如活性炭、碳分子筛、沸石分子筛和金属有机骨架材料对CH4/N2吸附分离效果的研究进展和存在的问题。基于平衡效应分离的变压吸附技术，在CH4/N2体系分离实际应用中遇到瓶颈，原因在于现有吸附剂平衡分离系数太小，提浓幅度有限；其次，CH4在平衡效应里作为强吸附组分被优先吸附，产品气必须通过抽真空的方式解吸获得，必须采取多级压缩和增加置换步骤，因而能耗相对较高。基于动力学效应的分离，可在塔顶直接获得富集的带压产品气；同时免去多级压缩的能量消耗，相对平衡效应分离具有显著优势，但需要在第一级加压，处理接近爆炸限浓度煤层气有一定安全隐患。活性炭吸附容量大，处理能力强，价格低廉，是一种典型的平衡分离型吸附剂，但分离系数较低，存在气体循环量大、效率低，提浓幅度窄等缺点，如何通过孔径调控和表面改性提高活性炭的平衡分离系数将是今后研究的重点。现有报道效果较好的动力学吸附剂主要以碳分子筛为主，但价格高昂，工业推广受限，选择合适的廉价原料、改变现有间歇式生产工艺、进一步开发高效、廉价的动力学选择型吸附剂将是今后变压吸附分离CH4/N2的重要方向。沸石分子筛会优先吸附CH4，与动力学效应优先吸附N2相反，降低了分子筛对CH4/N2的分离选择性。所以硅铝分子筛/钛硅分子筛多在分离高浓度CH4含量的天然气、油田气方面表现优异，针对低浓度煤层气CH4的提纯应用较少，未见工业应用报道。金属有机骨架材料的出现提供了新的发展思路，但其在CH4/N2的吸附平衡和动力学研究以及变压吸附分离方面研究较少，还有待进一步深入研究，解决材料的稳定成型和放大仍是需要突破的技术瓶颈。未来变压吸附提纯工艺将是平衡效应和动力学效应的组合工艺，开发低压下变压吸附分离工艺将具有更好的经济性和安全性；低成本、大容量、高选择性吸附剂开发仍是未来吸附剂的重点发展方向；同时吸附剂寿命以及再生性能有待深入研究。

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洁净煤技术

2019年第06期

1009

373
煤原位热解研究进展

作者(Author)：张屿, 马明明, 孙鸣, 马晓迅

摘要：煤热解是煤炭热转化利用中最初和必经的阶段，煤受热分解会产生煤气、焦油及半焦产品等，是目前我国化工原料和能源燃料的重要来源。由于一次热解是煤热解过程的重要步骤之一，大部分的煤热解产物都直接或间接地来源于一次热解，而一次热解产物的产率和性质直接影响到二次热解对目的产物的定向调控，故二次调控对提高煤热解产物产率具有一定的局限性。笔者提出了煤原位热解的概念，以提高煤热解产物产率为目的，从直接影响煤一次热解的角度出发，对煤不同的预处理方法，包括热预处理、水热预处理、溶剂溶胀预处理、离子液体预处理以及溶胀同步负载金属离子预处理等方法进行论述，并讨论了温度、压力、热解气氛、停留时间、粒径等工艺参数条件对煤原位热解的影响，最后对未来煤热解工艺技术的发展趋势进行展望，在继续探索煤热解机理的基础上，研究不同煤预处理方式与不同工艺参数条件的优势结合，同时发展对应的煤热解工艺技术，努力提高煤原位热解的产物收率，减少环境污染。

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洁净煤技术

2019年第06期

805

345
我国煤化工标准现状及展望

作者(Author)：王钦卓, 杨永忠

摘要：我国煤炭资源丰富，煤化工技术是重要的能源战略需求之一。我国现已形成以煤焦化、合成氨等为主的传统煤化工产业和以煤气化、煤液化为核心的煤制天然气、煤制油、煤制烯烃、煤制芳烃等现代煤化工产业。完善的煤化工标准化体系有利于行业进一步发展，因此本文全面综述了煤化工标准化工作的研究情况，统计了我国煤化工领域现行和即将实施的国家及行业标准，重点从煤气化、煤间接液化、煤直接液化、煤制天然气、煤制甲醇、煤制烯烃、煤制芳烃、煤制乙二醇、煤制二甲醚等9个主要领域介绍了现代煤化工标准的制定情况并对新标准的制定提出建议。我国煤化工标准体系由基础标准、管理标准、产品标准和检验检测标准4大类构成。截至2019年1月，据不完全统计，我国煤化工领域已颁布实施国标、行标229项，其中，基础标准5项；传统煤化工领域标准154项，2019年1月后实施标准3项；现代煤化工领域标准70项，2019年1月后实施标准12项。传统煤化工标准类别覆盖较为全面，但应加快标准的修订更新工作以加速淘汰落后技术，助力化解产能过剩；现代煤化工标准工作虽然近年来有了长足的进展，但主要问题在于已颁布实施的标准多偏重检验检测方法类，而煤基产品类标准偏少且仅覆盖产业链少数主要产品，另外针对煤化工行业的环保、操作规程、技术装备、工程建设等标准空白较多。现阶段，标准化工作的任务仍以新标准的研发为主，应以煤化工产业的总体发展及相关国家政策为导向，加快单位产品能耗限额、取水定额、三废排放及治理、清洁生产等节能环保类标准以及装备技术类标准的制修订工作，通过标准的建立规范和引导产业绿色、健康发展。另一方面，在推进煤炭清洁高效利用技术相关标准建立的同时，应注重加强煤化工产业与发电、油气化工、钢铁、建材等其他行业的联系并建立相关的技术标准。未来在以政府为主导、企业团体协调配合的新型标准体系的支撑及“一带一路”战略的引领下，先进、完善的标准化体系将更好地助力煤化工产业的发展。

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洁净煤技术

2019年第06期

905

351
焦化行业VOCs排放特征与控制技术研究进展

作者(Author)：胡江亮, 赵永, 王建成, 苗茂谦

摘要：挥发性有机化合物（VOCs）是空气污染物特别是PM2.5和O3的重要前驱物，不仅对环境造成破坏，也给人类健康带来威胁。我国是最大的焦炭生产国，2018年全国焦炭产量4.38亿t，其生产过程中产生的污染物治理受到极大关注。经过近些年综合治理，污染物的治理已经从常规污染物逐渐过渡到非常规污染物，从有组织排放类（硫、氮化合物）污染治理过渡到无组织排放类（VOCs、NH3）治理。因此，焦化行业VOCs作为无组织排放类非常规污染物的典型代表，进行其排放特征与治理集成技术研究具有重要意义。笔者详述了焦化生产过程中VOCs废气产生节点，指出化产回收和焦油加工是VOCs排放的重点工序；按产生原理和逸散形式对VOCs废气的排放方式进行了分类；进一步总结对比各工段的废气性质和排放总量计算方法，明确了焦化行业VOCs排放的四大特征：排放节点多、差异大、组分复杂、异味重。在研究排放特征的基础上，从有/无组织2方面，分析了各种治理技术在焦化行业应用的可能性和发展趋势，并给出选择污染控制最佳适用技术的依据；最后，以太钢焦化和陕西黑猫焦化VOCs治理技术为背景，介绍了2种VOCs治理技术在焦化厂的应用，同时深入分析了焦化行业VOCs排放特征，为制定基于改善空气质量为目标的焦化行业VOCs控制策略提供科学可靠的技术支撑。

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洁净煤技术

2019年第06期

939

428
660 MW超超临界循环流化床锅炉超低NOx排放研究

作者(Author)：李影平, 辛胜伟, 王凤君

摘要：循环流化床发电技术具有良好的炉内脱硫抑氮等优势，得到了广泛推广。随着环保形势的日趋严峻，CFB锅炉仅依靠炉内低氮燃烧无法满足NOx超低排放要求，因此必须深入研究CFB锅炉炉内低氮燃烧理论，并在660 MW高效超超临界CFB锅炉实现突破。本文基于流态重构节能型CFB锅炉的设计理念，通过试验和数值模拟研究了炉内NOx生成还原机理与炉内实现NOx全部脱除的技术方案。结果表明，影响660 MW超临界CFB锅炉NOx排放的因素包括：燃用煤质、燃烧温度及均匀性、过量空气系数（运行氧含量）、分级燃烧等。660 MW超超临界CFB锅炉采用单炉膛、单布风板、M型布置、4个旋风分离器、4个外置式换热器的炉型结构，锅炉热一次风从水冷风室后侧6点给入，保证了锅炉一次风静压分布均匀，进而保证了物料流化均匀性；采用“前墙给煤、后墙给煤泥”的给煤方式，前墙布置12个落煤口，后墙布置8支煤泥枪，同时后墙布置8点排渣，保证给煤均匀性；采用4旋风分离器布置结构保证了物料均匀性，不同旋风分离器之间流率偏差的最大值为7.9%；采用4个外置式换热器均匀布置保证床温的均匀性。同时炉内温度场及过量空气系数对NOx排放起关键作用，锅炉设计床温确定为860 ℃，既保证了锅炉效率，又减少了NOx排放，同时保证低负荷工况下满足选择性非催化还原（SNCR）脱硝系统反应温度窗口；锅炉过量空气系数选取1.15，进一步增强了还原性氛围。分级燃烧时一、二次风比例为4∶6，并适当调整锅炉二次风口位置及倾角，形成较大的还原性氛围。通过上述措施可实现炉内高效抑氮，最终使锅炉NOx原始排放浓度低于50mg/m3，炉外选取以尿素为还原剂的SNCR技术为辅助脱硝手段，在低投资、低成本、全负荷条件下实现最终烟气中NOx超低排放。

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洁净煤技术

2019年第05期

780

249