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《洁净煤技术》2020年热点论文Top20

来源：《洁净煤技术》

行业视野: 其他
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专家; 20篇
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煤直接液化制油技术研究现状及展望

作者(Author)：胡发亭, 王学云, 毛学锋, 李军芳, 赵鹏

摘要：煤直接液化制油技术是促进煤炭清洁高效利用、缓解石油供需矛盾、保障我国能源安全的重要途径。为全面了解煤液化反应机理、动力学、催化剂及工艺的全过程，促进煤直接液化技术基础研究的快速进步和新工艺的开发，笔者综述了国内外在煤加氢液化反应机理、反应动力学、催化剂以及液化工艺方面取得的研究成果，重点介绍了德国IGOR、日本NEDOL和我国的神华煤液化工艺，分析了这些典型煤液化工艺的开发历程和特点；指明了煤直接液化制油技术发展趋势。煤的加氢液化反应是自由基反应机理，是一系列顺序反应和平行反应的综合结果，包含煤的热解、自由基加氢、脱杂原子和缩合反应等，总体上以顺序反应为主。借助同位素示踪、原位实时检测、等离子体技术以及微波快速加热技术等现代分析方法和试验手段，重点研究自由基的产生速率、活性氢产生速率及定量传递机理，有助于深入认识和精准阐明煤加氢液化反应机理。各国学者利用不同的研究方法，针对不同煤种、催化剂、工艺条件和供氢溶剂等,建立了各种各样的动力学模型。动力学模型从单组分到双组分和多组分，从连续反应、平行反应到复杂的网络反应，从最初的一步反应到后来较为合理的多段反应，模型越来越复杂，越来越接近工业应用。根据反应阶段不同进行分段处理的多组分“集总”反应动力学模型将是今后煤加氢液化反应动力学发展的主要方向。借助先进分析手段及科学的处理方法，建立真正揭示不同条件下煤液化动力学规律的通用型动力学模型是未来的发展趋势。借助纳米合成、等离子体等高新技术，调控组分配伍、降低催化剂粒径、优化制备方法是制备高活性催化剂的有效手段。强化系统合理配置和优化集成，重视煤的温和液化和分级转化，优化产品结构，发展直接液化-间接液化耦合技术是煤直接液化未来的发展趋势。

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洁净煤技术

2020年第01期

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煤粉工业锅炉技术发展及应用

作者(Author)：周建明, 崔豫泓, 贾楠, 崔名双, 张斌, 王彩虹

摘要：中国煤粉工业锅炉借鉴油气锅炉和德国煤粉工业锅炉技术理念，经历立项研发、中试验证和工业示范，系统技术逐步成熟，自2010年起，实现规模化工业应用。煤粉工业锅炉系统具有高热效率、低烟气污染物排放等优点，有效带动了燃煤工业锅炉产业发展。笔者论述了煤粉工业锅炉技术与发展，重点介绍了煤粉工业锅炉的关键技术，并对主要技术进行对比，分析了煤粉工业锅炉的工业应用情况，最后提出了煤粉工业锅炉技术发展方向。煤粉工业锅炉系统由燃料煤粉生产、储供、油气点火、燃烧、锅炉本体、烟气净化以及自动化控制等系统构成。锅炉热效率大于91%，烟气污染物达到国家超低排放标准，系统技术符合国家煤炭清洁利用方向。燃料煤粉生产采用一步法工艺，通过强化流动性和安全措施，现可实现最大为1 000 m3安全存储量。锅炉供粉采用气动活化、无脉动给料及高速引射流浓相输送技术，已实现输送阻力低于20 kPa，粉风固气比大于2.5 kg/m3，供料精度在±3.0%以内，最大供料量为5 t/h的浓相供料技术与装备，广泛应用于锅炉供料系统。供料量在2.5 t/h，供料精度在±2.0%和±1.0%以内的第三代和第四代供料器也分别开展了工业验证和样机的试制工作，并取得了阶段性的成果。煤粉燃烧器采用逆喷式回流式结构，设计工作依据其结构特征，通过模拟气流扩展角、回流区域范围、回流量、旋流强度以及温度和速度场等研究开展，再经过实际工程应用，进一步验证优化设计参数，最终实现燃烧器的逐级放大。天然气/煤粉双燃料燃烧器具有便捷切换和快速着火功能。风冷燃烧器采用内外双级旋流供风燃烧技术，具有点火迅速、燃烧稳定、燃烧效率高和初始NOx排放低等优点。随着煤粉锅炉系统测控技术向智能化、网络化和集成化方向发展。锅炉烟气脱硫除尘采用NGD高倍率灰钙循环脱硫技术，具有占地小，运行成本低等特点，在低钙硫摩尔比下，系统脱硫和除尘效率分别达到90%和99.95%以上。低温炭基预氧化脱硝耦合NGD协同烟气净化技术具有工艺简单，耗水少，废物资源再利用，无二次污染产生等优点，更加适合于煤粉工业锅炉的烟气净化。煤粉工业锅炉在发展历程中通过关键技术和装备优化升级，在大型化、模块化和系列化方向已取得成效，在节能性、环保性和经济性等方面较常规工业锅炉具有显著优势，技术已达到世界先进水平。未来随着国家能源结构优化，天然气/煤粉锅炉、低氮燃烧、生物质复合半焦粉及协同化烟气净化等技术的开发与成熟，煤粉工业锅炉技术将成为煤炭清洁燃烧利用主要技术之一。

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洁净煤技术

2020年第01期

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抗结渣生物质燃料研究进展

作者(Author)：刘宏宇, 张守玉, 宋晓冰, 胡南, 孙梦圆, 常明

摘要：生物质作为价格低廉、来源广泛的绿色能源，具有巨大的利用潜力。但由于生物质本身碱金属(主要为钾)含量较高，在燃烧利用过程中存在如碱结渣、灰分融合、团聚、腐蚀等问题。其中，结渣存在于整个生物质利用过程中，形成极难处理的结块与沉淀，对锅炉本身及运行造成危害。因此，抗结渣生物质燃料是实现生物质高效利用的可行手段。目前可通过添加剂、共燃、化学预处理、涂层等方式改变生物质利用过程中碱金属氯化物、硫酸盐、硅酸盐的生成和转化途径，以解决生物质热转化利用过程中的结渣问题。其中利用添加剂与生物质受热反应生成新的高熔融点产物的处理方式具有较好抗结渣效果。笔者介绍了生物质中碱金属的存在形式及其热转化过程中钾的释放路径、迁移规律，概括了生物质热转化利用过程中的结渣机制，总结了铝基、钙基、磷基3种添加剂在生物质抗结渣过程中的作用机理。使用添加剂可使生物质燃料达到较好的抗结渣效果，磷基添加剂可较好地解决烟道与炉底结渣问题，钙基添加剂只能解决炉底结渣但会造成严重的烟道结渣，铝基添加剂虽能达到与磷基相近的结果，但成本较高且作用效果随温度的升高而减弱。未来抗结渣生物质燃料的研究方向可从新型添加剂出发，寻找既可固定气相中的钾，也能与灰渣中硅酸钾形成高熔融点物质的单一化合物或混合矿物质添加剂；另一方面也应考虑添加剂与生物质混合后的成型问题，开发具备高机械强度的抗结渣成型生物质。最后介绍了上海理工大学碳基燃料洁净转化实验室在抗结渣高机械强度生物质成型燃料方面的进展。以期为抗结渣生物质成型燃料的研究与开发提供一定的参考。

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洁净煤技术

2020年第01期

718

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燃煤sCO2布雷顿循环及其工质传热特性研究进展

作者(Author)：吴柯, 鲍中凯, 段伦博, 黄宇

摘要：超临界二氧化碳（supercritical carbon dioxide,sCO2）布雷顿循环作为动力循环的主要优势是效率高、结构简单、系统紧凑、热源适应性广，有望在下一代核反应堆、燃煤电站、余热回收及可再生能源（太阳能、地热能等）领域得到大规模应用。作为新型动力循环工质的sCO2具有温和的临界点条件(31.1 ℃/7.38 MPa)，同时在临界点附近物性变化剧烈。鉴于我国以煤为主的能源结构及严峻气候挑战，sCO2动力循环与富氧燃烧、流化床锅炉、煤气化等技术结合为实现煤炭的清洁高效低碳利用提供了新的思路。笔者分析了sCO2工质的性质，介绍了间接加热式和直接加热式两类sCO2布雷顿循环的基本原理，总结了sCO2动力循环应用于燃煤电站的研究进展。sCO2循环燃煤电站的发展可分为以下2条路径：① 间接加热式sCO2循环取代蒸汽朗肯循环应用于燃煤电站，可与煤粉锅炉、循环流化床锅炉、富氧燃烧等技术相结合；② 发展更加高效且固有碳捕捉能力的直接加热式sCO2循环燃煤电站技术，与带有碳捕捉(carbon capture and storage,CCS)的整体煤气化联合循环(IGCC)电站竞争。分析了sCO2动力循环与燃煤电站结合的多种技术方案，讨论不同方案的优势、技术挑战与发展方向。在此基础上，重点阐述了sCO2作为工质在常规管径圆管、细管道圆管、微细管道圆管及印刷电路板式换热器（printed circuit heat exchanger,PCHE）中的传热试验研究和传热特性，总结了sCO2工质在圆管内和PCHE内流动传热经验关联式并进行分析比较，同时介绍了sCO2工质流动传热的数值模拟研究。最后，从基础理论、系统设计、设备研发层面指出了现有研究的不足和对未来研究的展望。CO2减排在未来几十年将是燃煤发电的主要研究方向，具有更大效率优势和固有碳捕捉能力的直接加热式sCO2循环燃煤发电技术将引起更多关注。在我国将sCO2布雷顿循环应用于燃煤电站更具现实意义，目前我国关于sCO2循环发电技术的研究与国外仍存在相当差距，应依托超超临界燃煤发电机组和IGCC电站的技术积累，快速推动燃煤sCO2循环发电技术的研发进展。

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洁净煤技术

2020年第01期

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