煤炭清洁高效转化理论与技术专刊_中国煤炭行业知识服务平台

煤炭清洁高效转化理论与技术专刊

来源：洁净煤技术

煤炭作为我国的主体能源和重要工业原料，在我国能源供应体系中具有“压舱石”作用。正如谢克昌院士所言，煤炭虽然是化石能源，但实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源。尤其是在“双碳”背景下，推动煤炭清洁高效利用，是保障我国能源安全，促进能源体系向清洁化、低碳化方向发展的重要途径。煤炭清洁高效转化，不仅可以缓解我国能源供应紧张的局面，也是构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系的必然选择。

在“十二五”末年(2015年)，为加快推动能源消费革命，进一步提高煤炭清洁高效利用水平，有效缓解资源环境压力，国家能源局制定了《煤炭清洁高效利用行动计划(2015—2020年)》，提出“依靠科技驱动”，加强基础研究和技术攻关，积极推进将煤炭清洁高效利用重大科学研究和关键技术攻关纳入国家科技重大专项计划，将示范技术列入国家重点研发计划。据此，科技部在“十三五”时期(2016-2020年)组织了“煤炭清洁高效利用”领域重点专项50项，其中2016年12项、2017年17项、2018年18项、2020年3项(山西省定向)，依托该类项目，“十三五”期间我国在煤炭清洁高效转化方面涌现出的理论和技术成果达到新高度，也奠定了我国在煤炭清洁高效转化领域科研水平的世界领头羊地位。

在“十四五”开局之年(2021年)，我们深感荣幸，受《洁净煤技术》编辑部邀请组织本专刊，展示“十三五”时期国内同行在煤炭清洁高效转化理论与技术方面的部分最新研究进展，促进科研成果转化，与作者、读者共同研讨煤炭清洁高效转化的未来发展方向，共同推进我国煤炭转化过程的新理论、新方法、新技术、新工艺等方面的研究。

本专刊从征稿、审稿到发表恰一年时间，收录了来自国家能源集团、国家电网、南方电网、清华大学、华中科技大学、西安交通大学、东南大学、大连理工大学、华东理工大学、中科院工程热物理研究所、中科院山西煤化所等19家单位27篇文章，包括4篇综述性论文、14篇研究论文、7篇数值模型研究论文和2篇经济性分析论文，对“十三五”时期国内同行在煤炭清洁高效转化理论与技术方面的最新进展进行报道。从投稿论文的单位性质和研究性质，我们可以看出：社会主义建设的新阶段，我国越来越注重技术转化以及大型企业在重大项目研发中的示范效应;研究方法也逐渐从传统试验研究向更深的理论模型研究和更广的软科学政策研究方面拓展。值此专刊正式刊出之际，我们谨代表编辑部对众多学者的踊跃投稿表示感谢，同时也感谢同行专家对稿件认真细致的评阅。希望通过本专刊，进一步促进高等院校、科研院所与企业之间的交流合作，为推动我国能源高效、清洁和低碳利用略尽绵薄之力。

行业视野: 煤化工
类别; 120个
关键词; 152位
专家; 30篇
论文; 16574IP
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660 MW燃煤机组汞迁移转化特性研究

作者(Author)：陈崇明, 党志国, 车凯, 韩忠阁, 张立军

摘要：燃煤电厂是我国汞排放的主要源头。为表征燃煤电厂中汞的脱除性能，以某660 MW燃煤机组为例，系统研究了500 MW和600 MW工况下,汞在选择性催化还原脱硝装置（SCR）、静电除尘器（ESP）、湿法脱硫（FGD）以及湿式除尘器（WESP）等设施中的迁移特性。结果表明，各测试位置的汞质量平衡率分别为72.01%～90.05%、79.14%～96.36%，验证了测试准确性；烟气汞是主要的排放形式，其次为排灰、石膏，脱硫废水和炉渣排放占比很小；脱硝催化剂促进单质汞向氧化汞和颗粒汞的转化率超过40%，但对总汞减排不明显；ESP可以去除全部颗粒态汞，但因对单质汞和氧化汞的脱除率较低，总汞脱除率最高仅为33.73%；600 MW工况下因浆液中HSO-3还原氧化汞作用更强，导致单质汞浓度增加更明显，FGD和WESP对氧化汞的累计脱除率达91%以上。沿程环保设施对总汞的脱除效率高于59%，SCR下游设施对单质汞和氧化汞的协同脱除率最低分别为6.16%、94.12%，表明SCR对单质汞的氧化是降低汞排放的关键。机组排放的烟气总汞质量浓度最高为3.66 μg/m3，小于国家排放标准。

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2021年第04期

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660 MW切圆燃烧塔式锅炉烟温偏差机理数值模拟

作者(Author)：毛睿, 李源, 任利明, 张平安, 陈鑫科, 马仑, 方庆艳

摘要：降低烟温偏差是塔式锅炉的特性之一，但实际运行过程中其烟温偏差仍存在，目前还缺乏其偏差形成机理的深入研究。以一台660 MW 四角切园燃烧的塔式锅炉为对象，研究了额定工况下的屏式受热面区域烟气流场偏斜与温度偏差特性；设计了3种不同的烟道结构和屏式受热面布置工况，研究其烟温偏差机理。结果表明：模拟值和烟温偏差特性与试验值和实际运行偏差特性一致。屏式受热面区域存在明显的烟气流动偏斜和温度偏差，左侧区域的速度和温度明显高于右侧区域；随着高度增加，左右两侧的流动和烟温偏差先增后减，在标高68 m的三级过热器入口附近烟温偏差达到最大值。引起烟气流动和烟温偏差的原因有两方面：一是在受热面管屏分割约束的作用下，旋转上升进入屏区的烟气垂直于管屏方向的速度分量被迫发生转向，导致靠近左侧区域烟气主要向前墙流动，而右侧区域烟气主要向后墙流动。二是由于炉膛顶部烟气出口不对称布置在后墙，在引风机的抽吸作用下，左侧区域的烟气流动先向前墙倾斜，而后转向后墙，在整个屏式受热面区域分布较居中；而右墙区域的烟气先向后墙倾斜，后沿后墙区域被抽走；左右两侧不同的烟气流动偏差导致温度偏差。

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2021年第04期

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基于机器学习的燃煤锅炉燃烧效率在线计算

作者(Author)：陈波, 曹歌瀚, 黄亚继, 岳峻峰, 徐文韬, 王亚欧, 李雨欣, 金保昇

摘要：经济发展方向与政策导向促使火电厂燃煤锅炉朝着智能化方向升级，燃煤锅炉的燃烧效率是衡量锅炉运行状况的重要指标。为了满足实时计算锅炉热效率的要求，借助于电厂的日常测量数据计算锅炉效率，计算方法为：① 分析锅炉的燃烧运行特征；② 根据提取的特征采用剔除异常数据、稳态判别、相似性处理的预处理方法，生成更好的训练样本；③ 采用遗传算法改进的神经网络算法建立锅炉排烟温度、飞灰含碳量和煤质灰分之间的计算模型；利用燃煤热值与理论空气量的比例关系计算入炉煤热值，计算值用于锅炉热效率的反平衡计算模型。计算结果表明，神经网络模型的预测值能满足工程计算的要求；计算所得的排烟温度、飞灰含碳量与煤质灰分用于锅炉效率的计算过程，可实现实时动态的锅炉效率计算；计算所得锅炉效率的变化与实际蒸发量变化基本一致。锅炉实际蒸发量下降时，锅炉效率降低；锅炉实际蒸发量保持60%以上额定蒸发量时，锅炉效率易保持在较高水平。

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循环流化床预热燃烧试验研究及数值模拟

作者(Author)：潘飞, 朱建国, 刘敬樟

摘要：循环流化床预热燃烧过程中，预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程至关重要。为了研究预热燃料在下行燃烧室中的流动和燃烧特性，采用计算流体力学软件Fluent，结合试验手段，对不同二次风喷口配风方式下，预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程进行试验及数值模拟，对比了不同配风方式下，流动特性、温度特性、组分浓度分布特性以及氮氧化物排放特性的差异。结果表明，预热燃料在下行燃烧室的燃烧过程中，二次风会卷吸烟气在下行燃烧室上部产生回流，稀释反应物，在中心喷口配风时回流区域更大。不同配风方式下，下行燃烧室中的温度分布不同。环形喷口配风时下行燃烧室中的温度峰值为1 459 K，而中心喷口配风时下行燃烧室的温度峰值为1 555 K，同时环形喷口配风时下行燃烧室的高温区域较小，温度分布更加均匀。环形喷口配风时，预热燃料和二次风的混合更加充分，高温煤气和空气的反应更加强烈，有助于燃料的着火及升温。而中心喷口配风时下行燃烧室顶部的CO和H2等还原性气体浓度较高，有助于还原NOx。同时较高的温度促进了气化反应，生成更多的CO和H2，在燃尽风喷入前的区域形成还原性气氛，有助于进一步还原NOx。二次风中心喷口配风时，更多的氮氧化物被还原，尾部烟气中的NOx排放浓度为107×10-6，二次风环形喷口配风时，尾部烟气中的NOx排放浓度为121×10-6。

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硅铝比对CaO-SiO2-Al2O3熔体微观结构的影响分析

作者(Author)：马芳茹, 魏博, 买尔哈巴·阿不都热合曼, 王建江, 李显, 王学斌

摘要：煤灰的酸碱比和硅铝比是影响煤灰特性的关键因素。在煤中加入添加剂或采用混煤等方法，改变煤灰硅铝比来调节煤灰的熔融特性，是改善煤高温转化过程中带来灰渣问题的重要手段。为了分析硅铝比变化对煤灰体系微观结构产生的影响，得出宏观性质改变的理论机理，基于第一性原理在1 600 ℃下模拟计算了CaO-SiO2-Al2O3体系中SiO2/Al2O3从0.5升至3.1时，径向分布函数（RDF）、平均配位数（CN）、聚合度、氧的分布等微观结构的变化规律。结果表明：SiO2/Al2O3从0.5增至3.1时，Si—O有稳定的四配位结构且平均键长为1.61×10-10 m；Al—O的平均键长为1.75×10-10 m，Al—O配位较为稳定，且配位数随着硅铝比的增加而降低，合成煤灰硅酸盐体系中Si、Al为网络形成体。随着SiO2/Al2O3从0.5增至3.1时，Q4、Q5逐渐减少，生成聚合度低的Q、Q3，其中Q4、Q5分别降低23%、10%左右，Q3、Q分别升高14%、11%左右。大量［SiO4］4-和［AlO4］5-被破坏，煤灰体系的聚合度降低，无序性升高，网络结构被破坏，导致煤灰熔融性降低。随着体系硅铝比的增加，Ot和Ob含量逐渐降低，Onb含量增加显著，其中，Ob、Ot含量分别降低7%、13%左右，Onb含量升高18%左右。体系网络结构遭到破坏变得松散，疏松的网络结构导致体系硅酸盐网络在高温下更易塌陷和瓦解，宏观表现为煤灰的熔融温度降低，更易产生低温共熔体。

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2021年第04期

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铜-腐植酸催化剂制备及催化苯甲醇氧化

作者(Author)：王蒙, 沙宇飞, 王晓璐, 刘全生, 周华从

摘要：以褐煤中提取的腐植酸为原料，利用水热法制备铜-腐植酸催化剂（Cu-HAs），并对催化剂结构进行FTIR、XRD、XPS、SEM表征，将此催化剂用于催化苯甲醇氧化反应。对催化剂的制备条件如一水醋酸铜与腐植酸比例、老化温度、老化时间等进行考察，探讨了不同反应条件对铜-腐植酸催化剂催化苯甲醇氧化反应的活性影响。结果表明，此催化剂在制备温度30 ℃、老化时间3 h下具有较好的催化活性，苯甲醇转化率71%、苯甲醛产率68.6%；提升反应温度至110 ℃、反应时间3 h时，苯甲醇的转化率可达到91.3%、苯甲醛产率可达到87.8%。对该催化剂循环使用性及底物普适性考察，发现铜-腐植酸催化剂经过6次循环后，产率和转化率基本保持不变，催化剂能重复使用，具有良好的循环稳定性，所制备催化剂能够催化不同结构醇选择性氧化，在优化条件下产率均达到90%以上。

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