“煤燃烧和节能减排”专题（《煤炭学报》）

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“煤燃烧和节能减排”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“煤燃烧和节能减排”主题论文。

行业视野: 煤化工
类别; 105个
关键词; 107位
专家; 23篇
论文; 25994IP
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制焦条件对煤焦燃烧反应性的影响

作者(Author)：柯希玮, 陈陆剑, 张缦, 吴玉新, 张海, 吕俊复

摘要：煤的反应中绝大部分化学能在焦炭反应阶段释放或转化，相关研究中采用多种方法在不同环境条件下制焦以进行后续研究，而煤焦反应性又受热解条件影响很大。为研究制焦条件对煤焦燃烧反应性的影响，本文在不同热解温度下分别采用马弗炉、管式炉和鼓泡床3种方法制焦，利用热重分析法(TGA)比较各焦样的燃烧反应性，并借助化学渗透析出(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)模型和单颗粒传热模型，对各条件下煤颗粒的热解进程，如颗粒温度、挥发分析出总量、残余旁链结构份额等随时间变化规律进行了模拟。主要内容包括:① 实验结果表明，热解环境温度越高，煤焦着火延迟，燃烧反应性越低，即存在“热失活”现象。而从CPD模型计算结果可以看出，热解温度越高，最终析出的挥发分总量越高(煤样工业分析结果也验证了残留在焦炭中的挥发分物质含量随热解温度升高而减小)，且残留在碳网中的旁链结构份额越少，反映出酚羟基、羰基、脂肪侧链等的裂解加剧，减少了焦炭表面反应活性位点数量，可能是导致煤焦“热失活”的主要原因之一。另外，对各焦样的孔隙结构测量表明，热解温度越高，微孔与中大孔的相对比例逐渐减小，大量微孔相互缩并，导致孔隙直接连通率降低，气体扩散阻力增大，同样不利于焦炭燃烧。② 不同制焦方法对煤焦反应性同样存在很大影响，相同热解温度下，鼓泡床、管式炉和马弗炉制得焦样的燃烧反应性依次降低。模型计算表明，马弗炉、管式炉和鼓泡床内煤样升温速率依次增大，煤焦反应性的差异可能与热解升温速率及热解气氛有关。对此，CPD模型尽管反映出热解进程不同，但热解终态3者近似相同，尚无法解释制焦方法对煤焦反应性的影响，还有待后续进一步研究。

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煤炭学报

2020年第02期

1004

485
燃用准东煤过程中碱/碱土金属迁移规律及锅炉结渣沾污研究进展

作者(Author)：吕俊复, 史航, 吴玉新, 张扬

摘要：准东煤灰分含量低、着火温度低、燃尽性能优良，是优良的动力用煤，但准东煤灰中碱/碱土金属含量高，在燃烧过程中易挥发进入气相并冷凝在受热面上从而强化锅炉的沾污、结渣过程，要实现安全、高效、洁净燃用准东煤，需对准东煤燃烧过程中矿物尤其是碱/碱土金属转化特性和灰熔融特性进行研究。对准东煤中碱/碱土金属(AAEM)赋存形态及燃用过程中AAEM的迁移转化、煤灰熔融特性、准东煤结渣、沾污机理等研究进展进行了介绍，总结了锅炉结渣、沾污关键影响因素及目前常用的防控方法。由于实验样品和条件的差异，AAEM在煤燃烧过程中的释放、转化特性及其对灰熔融特性的影响尚未有一致结论;对于AAEM释放多采用热力学平衡计算，相应的动力学模型缺乏深入研究;由于燃烧试验台实验工况与实际锅炉烟气组分、热参数等存在一定差异，燃烧试验台获得的结渣、积灰特性能否反映真实锅炉情况有待验证;实际锅炉沉积样品分析面临锅炉工况调整困难、可重复性差等问题，需对锅炉实际结渣污特性进行深入研究;锅炉设计、掺烧、参数调整等方法仅能减轻准东煤结渣、沾污等问题，为实现准东煤的安全、高效、洁净利用，仍需更加深入的研究煤灰结渣、沾污机理。应加强灰化温度、气氛等对煤热转化中AAEM的释放和转化特性影响的系统研究,进一步开展AAEM在煤热转化过程中的释放、矿物转化动力学模型研究，同时，需针对温度、气氛、煤灰组分等对准东煤结渣、沾污的影响规律开展更加细致地研究，为结渣、沾污防控提供支持。

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煤炭学报

2020年第01期

1014

579
活性焦催化氧化脱除低温烟气中NO的性能及机理

作者(Author)：解炜, 曲思建, 王鹏, 梁大明, 吴倩, 张媛

摘要：随着国家环保标准越来越严格，针对典型燃煤工业锅炉排烟温度低，烟气量小特点，为了满足烟气NOx超低排放要求，催化氧化脱硝是理想的技术。为了研究活性焦催化氧化脱除低温烟气中NO的性能及机理，利用固定床反应装置研究70~110 ℃低温烟气活性焦催化氧化脱硝过程，考察温度、烟气中O2对脱硝的影响。此外，通过解析活性焦77 K条件下N2吸/脱附等温线获得其孔径分布及比表面积、利用XPS表征活性焦炭基质及表面化学特性、应用TPD获取反应前后活性焦升温脱附曲线，研究活性焦催化氧化脱硝及活性焦热再生机制。结果表明:70~110 ℃内，温度越低活性焦催化氧化脱硝的性能越好;活性焦催化氧化脱硝初始阶段，逸出的少量NO2来自于NO和活性焦表面多聚芳环边缘的碱性含氧官能团C=O反应;活性焦表面酸性含氧官能团抑制NO的吸附，而炭基质多聚芳环是构成炭基质的主要物质，其π键提供电子促进催化脱硝;无O2条件下NO作为电子受体占据吸附位，O2存在时由于O2获得π键提供的电子形成反应中间体，与NO生成NO2。活性焦催化氧化NO最终可达到低温烟气脱硝的目的，然而,由于活性焦中碳的还原作用，热再生并不能将活性焦催化氧化生成的NO2脱附，而是以NO的形态伴随着CO2脱附下来。

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煤炭学报

2019年第11期

1388

2360
采用底渣灰碱-磁改性催化H2O2脱除NO

作者(Author)：王杰, 崔荣基, 杨秉川, 孙淑君, 马素霞

摘要：我国作为煤炭大国，燃煤电厂底渣灰的产量一直居高不下，虽然应用领域广泛但利用率却不高，为了提高其利用率，提出一种高效价廉的处理烟气中NO的新技术，达到“以废治污”的目的。采用碱磁改性的工艺制备底渣非均相类Fenton催化剂，在固定床实验平台上进行快速氧化脱除NO实验研究。通过X射线荧光光谱分析仪(XRF)，X射线衍射仪(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)等表征方法考察碱磁改性过程对于底渣灰的化学成分、晶体结构、微观形貌及表面官能团的影响。实验研究了反应温度、H2O2溶液质量分数、NO体积分数以及是否通入SO2等反应条件对于NO脱除效率的影响，并通过电子顺磁共振技术(ESR)分析了非均相类Fenton体系脱除NO的机理。结果表明:在最佳反应条件(温度为80 ℃，H2O2为6%，NO为500×10-6，未通入SO2)下NO的脱除效率达到了86%;碱磁改性后电厂锅炉底渣中铁含量明显提升有利于催化反应的进行;晶体的种类没有发生变化但FeOX的强度升高石英的强度降低利于催化反应;底渣的表面变得更加粗糙多孔，内部FeOX明显暴露出来，增加了与H2O2的接触面积;表面有利官能团含量增多，与实验结果相符合;反应温度、H2O2溶液质量分数、NO体积分数和SO2对NO的脱除有很大的影响;·OH自由基的强氧化作用是类Fenton体系脱除NO的主要原因。

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煤炭学报

2019年第11期

973

274
温度对粉状活性焦的孔隙结构及SO2吸附性能的影响

作者(Author)：张振, 王涛, 潘晓慧, 周滨选, 马春元

摘要：为研究低成本、高性能脱硫用粉状活性焦的制备技术，采用褐煤为原料，在沉降炉试验台上进行粉状活性焦的制备，通过灰平衡方法分析了粉状活性焦的产率及挥发分含量，通过氮气吸附方法表征褐煤及粉状活性焦的孔容、比表面积及孔径分布，探索了不同温度条件下烟气活化对粉焦快速制备过程中孔隙结构的演变的影响机制，采用分形Frenkel-Halsey-Hill法分析了粉焦孔隙结构的分型特征，采用SO2性能测试装置分析了粉状活性焦的2 h吸附容量并探究粉焦的孔隙结构与SO2吸附性能的关系。结果表明，所获得活性焦的低吸附等温线的类型具备Ⅰ型和Ⅳ型等温线的特征，孔隙结构呈微孔-中孔-大孔的梯级孔结构特征，且以微孔结构为主。随着活化温度的增加，粉焦的产率呈线性下降的趋势，粉焦的比表面积及孔容值先增大后减小。温度为950 ℃时，比表面积最大，最大值为437.74 m2/g;温度为1 050 ℃时，总孔容最大，最大值为0.258 cm3/g;温度为1 200 ℃时，灰熔融造成孔隙堵塞大大降低了粉焦的孔隙结构。分形维数D2与活性焦比表面积变化趋势一致，可以较好的反应粉焦的微孔变化趋势。褐煤基粉焦的SO2吸附穿透曲线分为完全吸附阶段及穿透阶段，两个阶段的吸附由不同的孔隙结构主导，完全吸附阶段为微孔吸附，吸附速率快，吸附量大小取决于微孔，而穿透阶段的吸附量主要取决于中孔。

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煤炭学报

2019年第11期

1164

301
水蒸气对煤焦低氧体积分数燃烧砷释放的影响

作者(Author)：郭辉, 王春波, 邹潺, 邢佳颖

摘要：煤燃烧过程中痕量元素排放的研究已成为燃煤污染中的一个新兴前沿领域。特别是一些易挥发元素或化合物，它们排放进入大气，成为环境污染的一个重要来源。其中最易挥发的痕量元素砷引起人们的广泛关注。选取清水沟煤焦，利用自制的恒温燃烧试验台，研究了5%氧浓度下煤焦在800，1 000和1 200 ℃燃烧过程中水蒸气对砷释放的影响。通过改变不同停留时间，并进一步探究水蒸气在不同温度、不同粒径下对砷释放特性的影响，得出煤焦燃烧过程中砷释放比例随时间的变化曲线。实验结果表明:水蒸气对煤和煤焦中砷释放的影响是同步的，水蒸气主要是与焦炭发生气化反应促进了煤焦中砷释放进而影响了煤中砷释放;燃烧气氛中水蒸气对煤焦燃烧砷释放具有一定的促进作用，原因是低氧下水蒸气与煤焦发生了气化反应，提高了砷的释放速率并增加最终的释放比例，但促进作用随着水蒸气体积分数的增加逐渐减弱;不同温度下，水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进存在差异，1 000 ℃下水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进作用较800 ℃和1 200 ℃下更明显;在同一条件(温度和气氛)下，煤焦粒径越小，砷的最终释放比例越大，且砷释放峰值对应的温度随着粒径的减小向低温区移动;气氛中含20%水蒸气时，煤焦燃烧砷释放的表观活化能和频率因子均大于气氛中不含水蒸气。

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煤炭学报

2019年第06期

1180

395
准东煤基粉状活性焦对烟气中汞的吸附及再生性能研究

作者(Author)：安东海, 程星星, 周滨选, 董勇

摘要：以准东褐煤为原料，在模拟热解气下，通过一维沉降炉分别进行炭化、先炭化后活化(两步法)及同时炭化活化(一步法)制备粉状活性焦。一步法相比于其他两种方法制备活性焦，优势在于系统工艺简单，制备速度快，投资、运行成本低。并针对活性焦对Hg0的吸附能力进行研究，比较了不同制焦的方式对Hg0的吸附性能的影响，考察了在O2,SO2和SO2+O2气氛下活性焦对Hg0吸附性能，进一步探索了乏焦的高温、微波解吸及对Hg0的二次吸附规律。结果表明:一步法获得的活性焦样品具有大的比表面积、微孔比表面积和丰富的CO官能团，因此等量的活性焦对Hg0的吸附性能优于炭化、两步法，其3 h的吸附量分别为6.53，3.62和5.41 ug/g;O2提供活性焦表面上活性氧位，进而促进Hg0在活性焦表面吸附，SO2抑制Hg0的吸附，主要因为SO2与Hg0在活性焦上发生竞争吸附，但是SO2与O2同时存在时，在活性焦上进一步形成具有强氧化性的SO2-4，促进Hg0的化学吸附;微波下，15 min内吸Hg0活性焦解吸完全，其解吸速率大于高温解吸速率，高温、微波解吸后的活性焦进行二次吸附，微波解吸后其吸附量大于高温解吸后的活性焦，其3 h的吸附量分别为:5.962和7.280 μg/g，说明微波对活性焦再生具有促进的作用，其原因是在微波解吸过程对活性焦具有再活化和促进微孔生成。

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煤炭学报

2019年第06期

1074

535
脱硫废水烟气蒸发过程中氯离子气固相分配模型及实验研究

作者(Author)：马双忱, 柴晋, 万忠诚, 武凯, 张净瑞, 陈嘉宁

摘要：随着国家“水污染防治行动计划”政策的提出，脱硫废水零排放已成为电厂水污染深度治理的新趋势。针对高温烟气蒸发脱硫废水技术应用中面临的核心技术问题，即不同工况条件下氯离子气相转化特性问题开展模型及实验研究。将经典的气液相平衡理论应用于复杂的脱硫废水混盐体系，基于状态方程法计算得出理想体系中以温度为自变量的氯离子气固相分配系数模型。之后，将得出的理想模型用复杂体系废水即脱硫废水进行验证和线性修正，引入修正系数ε和修正常数φ。利用自行设计的实验台开展实验研究，分析各个影响因素对氯离子气固相分配的显著性，影响最大的因素为温度，其次是pH和氯离子浓度，脱硫废水中所含的主要阳离子影响最大的是Mg2+，其次是Ca2+和Na+。得出的实际废水和正交实验数据用以拟合数据，确定了修正系数ε=1.068，修正常数φ中包含了上述影响氯离子气相转化的关键环境参数和水质参数。以MATLAB为计算工具对数据进行拟合,选取指数、对数及线性函数三种拟合形式，其中线性拟合的相关性最高，拟合度R2为0.925 8,达到拟合要求。得到了适用于180~380 ℃温度范围的氯离子气固相分配系数模型。研究结果为脱硫废水烟气蒸发技术的应用提供了关键数据，实现了对脱硫废水蒸发过程中氯离子挥发量的量化及预测，可为该技术的工程实践提供参考。

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煤炭学报

2019年第04期

1296

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