“煤基固废资源化利用研究”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“煤基固废资源化利用研究”专题

来源：洁净煤技术

煤炭是我国的基础能源，在“碳中和、碳达峰”的时代背景下，我国以煤为主的能源资源禀赋短期内难以改变。煤炭生产和使用过程中会产生诸如煤研石和粉煤灰等大宗固体废物，严重污染水、空气和土壤，是亟需治理的重大污染源。因此，创新煤基固废资源化利用技术是解决其环境污染问题的治本之策。

煤基固废是煤炭开采、加工、燃烧和转化等过程的附属产物，主要包括煤矸石、粉煤灰、锅炉、脱硫石膏、煤气化灰渣和煤液化残渣等。其中煤矸石年排放量7.5亿t、粉煤灰年排放量5.8亿t、脱硫石膏年排放量7550万t，3项总和近15亿t，产生量相当大。随着煤化工技术的快速发展，煤气化灰渣年排放量巨大。特别是山西、内蒙古、新疆、陕西、宁夏等煤炭集中产区和煤电大省，由于产量基数大、当地市场容量有限、缺乏大规模及高值化利用的关键共性技术，煤基固废的处置和资源化仍存在很多问题，为降污减碳带来巨大压力。

国家相继出台和实施的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》《“十二五”资源综合利用指导意见》《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》《关于构建现代环境治理体系的指导意见》等，都明确指出要大力发展工业固废的处理和利用研究，对工业固废相关源头管理和治理效率提出了新的目标和规划，对煤基固废的综合利用率提出了更高的要求，因此需要重点关注煤基固废的资源化和高值化利用，拓宽大宗固废的利用途径，降低产品成本，达到“变废为宝”的效果。

由于煤基固废产生的条件不同，资源化利用途径需要根据固废性质进行调整。对于高含碳量的煤研石、气化灰渣等煤基固废可用于发电，回收固废中的有效热值，利用途径以循环流化床锅炉发电为主，近年来也开始研发针对超低挥发分、高灰分、高度石墨化煤基固废的新型高效燃烧技术：对于低含碳量的粉煤灰等煤基固废，在产品质量符合国家或行业标准的基础上，可用于生产砖、水泥混合料、混凝土骨料和其他建材制品等;针对煤基固废中的矿物质，研究重点为Al、Si、Ca元素的高效分离、关键矿相分质利用与精细化性能调控等，更加关注As、Cr等毒害组分的脱除固化，开辟煤基固废伴生无机组分综合高值化利用新途径。

本专题从征稿、审稿到发表历时近半年，收录了来自清华大学、中国科学院、西安交通大学、华北电力大学、太原理工大学、山西大学等高校和科研院所的14篇文章，包括5篇综述论文和9篇研究论文，对煤基固废相关的前沿研究和关键技术进行报道。值此专题正式出版之际，我谨代表《洁净煤技术》编辑部感谢众多学者的踊跃投稿，特别感谢同行专家们对稿件认真细致的评阅，同时也感谢编辑部全体编辑的大力协作。相信通过本专题，可以展示我国煤基固废资源化利用领域阶段性的新成果、新技术，进一步促进高等院校、科研院所与企业之间的交流合作，并为促进煤基固废资源化利用、推动相关原创性技术研发提供源源不断的动力!

行业视野: 煤化工
类别; 61个
关键词; 63位
专家; 14篇
论文; 8937IP
点击量; 7395次
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100 t/d气化飞灰预热燃烧锅炉设计与运行

作者(Author)：满承波, 朱建国, 吕清刚, 欧阳子区, 刘敬樟

摘要：煤气化技术是煤炭梯级利用的主要方式之一，近年来发展迅速、使用广泛。但煤气化过程无法将煤中的碳全部转化利用，煤经过气化后仍有部分可燃物残留在气化飞灰中。其中循环流化床煤气化产生的气化飞灰碳含量相对较高，低位发热量达12～25MJ/kg，若能加以利用会显著提高碳的利用率。气化飞灰的挥发分极低，传统燃烧技术很难处理。为了实现气化飞灰的高效燃烧，并同时控制燃烧的NOx排放水平，提出并发展了预热燃烧技术。该技术将气化飞灰在流化床预热燃烧器中进行预热，在缺氧条件下通过化学反应产生热量将燃料自身预热至850～950 ℃并脱除部分燃料氮，再将预热后的燃料通入煤粉炉炉膛，在炉内通过分级配风实现高效低NOx燃烧。针对一台采用预热燃烧技术的气化飞灰预热燃烧锅炉，开展调试和工程试验，通过考察预热燃烧器和炉膛内的温度分布和变化规律、气化飞灰的燃烧效率以及NOx原始排放，研究气化飞灰的预热特性、预热后的高温气固混合燃料的燃烧特性和NOx排放特性。结果表明，预热燃烧锅炉可以燃用挥发分<3%的气化飞灰，锅炉运行稳定，气化飞灰燃烧效率可达98%以上，NOx原始排放浓度最低可达261.94 mg/m3，经脱硝处理能达到超低排放。预热燃烧锅炉实现了气化飞灰的高效低氮燃烧，证明了预热燃烧技术在超低挥发分燃料处理方面的可行性和技术先进性。

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2021年第03期

518

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西北地区气流床煤气化细灰理化特性研究

作者(Author)：王文钰, 李伟, 梁晨, 任强强

摘要：气化细灰是气流床气化炉的出口粗煤气经过洗涤后黑水沉淀得到的产物，是一种煤基固体废弃物，尚无大规模资源化处置方案。为了开发气化细灰高效脱碳技术，利用激光粒度仪、元素分析仪、扫描电子显微镜及能谱仪、X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、BET比表面积分析仪、热重分析仪等分析设备针对我国西北地区3种气流床煤气化细灰（DSG、HL、SH）的化学成分、粒径、微观形貌、孔隙结构、熔融特性和燃烧特性进行分析。结果表明：气化细灰水分较高均在40%以上,热值均低于10 MJ/kg,挥发分低，且孔隙结构差，表面存在熔融渣层。较差的孔隙结构阻碍未燃碳与氧气接触，制约了气化细灰的脱碳反应。热重分析中DSG、HL、SH的失重率分别为13%、29%和17%，相比3种气化细灰中原本的残碳16%、37%和48%，DSG气化细灰残碳消耗81%，HL气化细灰残碳消耗78%，SH气化细灰残碳消耗35%。氧气浓度由21%升至30%，一定程度上提高了气化细灰反应活性。目前常规的燃烧脱碳技术无法实现气流床煤气化细灰的高效脱碳，因此需开发新型的燃烧脱碳技术，为气化细灰的资源化利用提供支撑。

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2021年第03期

579

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中石化典型地区气化炉渣基础物性分析研究

作者(Author)：杨宏泉, 孙志刚, 曲江山, 曾宪松, 张建波, 李少鹏, 李会泉

摘要：随着煤炭资源高值转化技术的不断开发与升级，气化渣是我国近年来产生的重要固废，年产生量巨大，对环境造成严重的污染。针对气化渣的资源属性，目前以低端建工建材和高端陶瓷等铝硅复合材料制备两大方面为主，但随着我国基础设施建设日趋完善，建工建材利用日趋饱和，因此气化渣高值转化利用成为当前的研究热点。但因缺乏对气化渣自身元素/物质组成的稳定性、赋存状态等方面的认识，目前多数复合材料制备处于实验室研究阶段，尚不足以实现工业化生产。以中石化不同地区气化渣为原料，分别考察不同地区细渣/粗渣的元素组成、物质组成、微观形貌及元素赋存形态，明确气化渣以铝硅酸盐玻璃体（约40%）和无定型碳颗粒（5%～50%）为主，铝硅含量总量在40%左右，铁钙含量在20%～40%，大部分钙铁与其形成共熔体，少部分钙铁单独存在；细渣和粗渣的主要区别在于粗渣颗粒含碳量（5%～20%）比细渣（20%～50%）低，细颗粒含碳量高，粗颗粒玻璃相反应活性高于细渣。

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2021年第03期

404

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煤气化渣基氨氮吸附剂的制备及吸附性能研究

作者(Author)：马超, 王兵, 樊盼盼, 严晓辉, 鲍卫仁, 常丽萍, 王建成

摘要：水中氨氮含量过高，会导致“水华”、“赤潮”等现象，破坏生态平衡。为了实现对工业和生活废水中氨氮的高效去除，以煤气化过程中产生的大宗煤气化渣经过水介旋流器分选后，得到富碳细渣（RCS）产物为原料，制备了煤气化基氨氮吸附剂，并对其氨氮吸附性能进行研究。物理吸附结果显示，吸附剂比表面积为311 m2/g。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微（SEM）、傅里叶变换红外吸收（FT-IR）光谱等对吸附剂进行结构表征。RCS水热后生成了较为规整的A型沸石和SAPO-20型分子筛杂晶。氨氮吸附试验表明，在固液比为10g/L、溶液初始pH=6.8、氨氮初始浓度为60.0 mg/L、接触时间为1 min时，吸附剂对氨氮的平衡吸附量为3.5mg/g，去除率达51.0%。但同等条件下RCS对氨氮的去除率仅为8.1%。吸附剂对氨氮吸附等温线符合Freundlich方程,吸附剂吸附氨氮行为符合准一级动力学方程。

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煤气化飞灰流态化改性与再气化特性试验研究

作者(Author)：梁晨, 褚福浩, 任强强, 王小芳

摘要：随着煤化工技术的兴起，煤气化飞灰的资源化处理成为急需解决的“卡脖子”问题。利用商业流化床气化飞灰在15kg/h改性气化试验台上进行试验，研究了流态化改性对气化飞灰形貌特性和灰熔融特性的影响以及改性飞灰的再气化特性。结果表明：利用流化态改性可实现气化飞灰在1200 ℃下的再气化。气化飞灰经流态化改性后，由于热破碎和残炭的气化反应具有清理孔隙和促进孔隙生成作用，使颗粒总孔体积和比表面积升高，同时改性气化剂水蒸气和氧气浓度的增加会进一步促进改性飞灰孔隙特性的改善。另一方面气化飞灰经流态化改性后，灰分矿物质中高熔点组分陨硫钙石转化为熔点较低的硬石膏，使灰熔融温度降低，灰分黏温曲线更平缓，临界黏度温度降低。在改性飞灰的再气化过程中，与900 ℃流态化改性过程相比，在下行气化炉1200 ℃，通过水煤气反应改性飞灰明显气化，有效气CO+H2产率达0.29m3/kg，系统碳转化率达71.2%。

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单颗粒油页岩热解产物影响因素试验研究

作者(Author)：冯卫强, 白瑞祺, 冯玉鹏, 姚宣, 张缦, 黄逸群, 杨海瑞

摘要：油页岩是我国重要的非常规油气资源，其开发利用对缓解我国能源短缺问题具有重大意义。油页岩灰分高，使油页岩热解过程中气相物质在颗粒内受到的传质阻力较大，影响热解产物的分布。搭建了单颗粒油页岩热解试验台，针对灰层传质阻力对单颗粒油页岩热解特性的影响进行试验研究，对油页岩热解过程提供更本质的理解，为热解模型搭建提供基础，重点探究颗粒粒径、热解温度等因素对热解产物分布的影响，得到不同气体流速、颗粒粒径和热解温度下单颗粒油页岩热解产物的分布。研究发现，气体流速对油页岩颗粒热解产物分布影响不大；随着颗粒粒径增加，热解一次产物在析出颗粒前，发生更多热解二次反应，通过复杂的热解二次反应使部分热解产物重新被固定于半焦中,导致产物中页岩油比例下降、气体比例增加。颗粒粒径越大，在高热解温度下热解二次反应越明显，导致粗颗粒热解产物中页岩油比例随热解温度的升高，呈先升后降的趋势，而细颗粒热解产物中页岩油的比例随着热解温度的增加而增加。

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