“‘燃煤+’耦合低碳发电及综合利用技术”专刊

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“‘燃煤+’耦合低碳发电及综合利用技术”专刊

来源：洁净煤技术

行业视野: 煤化工
类别; 119个
关键词; 131位
专家; 33篇
论文; 13090IP
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煤与污泥混燃及污染物逸出特性

作者(Author)：张自丽, 孙光, 段伦博

摘要：污泥与煤以一定比例掺烧，有望提高其综合燃烧性，促进污泥的减量化、无害化处理处置及资源化利用。前人对污泥与煤的燃烧及掺烧特性进行了大量的研究，但对燃料中N、S的赋存形态及其对污染物释放的影响，以及污染物在掺烧交互作用中的减排机制尚不清楚。利用热重傅里叶红外联用技术研究了市政污泥与徐州烟煤掺烧综合燃烧性能、交互作用及动力学特性，重点讨论了燃料中N、S赋存形态以及热转化规律。结果表明：污泥与煤掺烧在300～750 ℃存在显著交互作用，并有利于提高其燃烧性能，随着污泥比例增加，混合样着火温度和燃尽温度逐渐降低。动力学结果表明，掺烧活化能介于两单样之间，掺烧少量污泥的反应机理与煤接近。污泥中N主要以吡咯氮(90.58%)和季氮(9.42%)形式存在，其分解导致大量NH3及HCN释放；而烟煤中主要以吡咯氮(N-5)的形式存在，其分解主要以NO和HCN逸出；污泥与煤掺烧过程中氮化物排放强度均低于两单样。污泥中S主要为砜硫和非芳香硫类有机硫化合物，其在400 ℃前分解并释放大量SO2。而烟煤中S元素主要以硫酸盐(66.24%)、硫铁矿(21.97%)和噻吩硫(11.79%)的形式存在，由于其硫化物稳定性高，在350～650 ℃其硫化物发生分解并释放SO2。

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2022年第03期

371

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0.3 MWth循环流化床污泥与煤掺烧试验

作者(Author)：蒋孟宴, 张自丽, 孙光, 段元强, 段伦博

摘要：污泥与煤在循环流化床锅炉中混烧不仅能实现其减量化处置，还可以作为替代燃料减少煤炭用量，实现资源化利用。在0.3 MWth循环流化床中试装置上考察不同掺烧比例，一、二次风比例，过量空气系数等操作参数对城市生活污泥和徐州烟煤燃烧效率、气态污染物排放的影响规律，重点讨论了煤与污泥中氮、硫的赋存形态及其转化特性，分析了煤与污泥掺烧过程中飞灰组分及熔融特性。XPS结果表明，污泥中N主要以吡咯氮(90.58%)和季氮(9.42%)形式存在，烟煤中N主要以吡咯氮的形式存在；污泥中S主要以有机硫化物形式存在，而烟煤中S主要以稳定的无机硫酸盐形式存在；掺烧过程中，随污泥掺烧比例增加，烟气中CO体积分数升高，NO体积分数显著降低，SO2体积分数略升高；二次风比例增大，NO质量浓度降低，但对SO2基本无影响；过量空气系数由1.2增至1.4，NO与SO2质量浓度随之增加，CO质量浓度降低；污泥掺烧比例由0增至100%时，飞灰含碳量由8.09%增至28.26%，燃烧效率由99.23%降到87.76%。相对于煤单烧，掺烧污泥降低了飞灰熔融温度。

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2022年第03期

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基于铁基载氧体的污泥化学结构热解分子动力学模拟

作者(Author)：王翠苹, 梁文政, 王坤, GEORGY Ryabov, 赵荣洋, 单明玄, 岳光溪

摘要：市政污泥的低碳资源化利用，是“无废城市”建设、应对全球气候变化的重要保障。化学链燃烧/气化技术是通过载氧体在污泥燃料和空气之间的循环反应实现污泥热解继而燃烧和碳捕集。采用廉价易得的铁基载氧体开展市政污泥化学链燃烧研究，为探究市政污泥基于铁基载氧体的化学链燃烧初始阶段的热解机理，采用X射线光电子能谱、13C固体核磁等表征手段结合工业分析、元素分析，确定了典型市政污泥所含元素种类、化学价态以及成键方式，从而确定其分子团化学结构；以AlFeO3 的载氧体形式，构建了污泥独立热解和载氧体表面热解2种结构模型。通过反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD)，主要针对升温速率和热解温度2个影响因素进行模拟。结果表明：不同升温速率下，污泥独立热解的产物主要为有机气体，升温速率过高不利于污泥分子团热解，选取16 K/ps较为合适；热解温度的升高和载氧体的存在均促进了污泥化学结构的热解，减少了焦油生成；无载氧体作用时，N元素在不同升温速率下，主要迁移至重质焦油中参与后续的燃烧反应；热解温度对含氮产物的生成影响不大。而载氧体的存在促使含氮活性基团的生成，进而产生NO并部分还原为N2；S元素主要迁移至小分子量碎片中，或以H2S形式析出。因此，铁基载氧体提升了固体燃料的热解速率，可减少焦油产生，降低了NOx生成，但对SO2排放影响不大。

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2022年第03期

365

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220 t／h锅炉烟气侧耦合垃圾焚烧数值模拟

作者(Author)：史兵权, 史明哲, 张睿

摘要：燃煤耦合垃圾焚烧发电技术可充分利用现有的燃煤机组和环保设施协同处理垃圾，降低垃圾发电成本，提高垃圾处理规模，降低存量煤电煤耗，提高非化石能源利用比例。目前燃煤耦合垃圾焚烧发电技术中耦合方式主要有：烟气侧耦合、燃料侧耦合和蒸气侧耦合3种。为研究烟气侧燃煤耦合垃圾焚烧发电技术，以220 t/h四角切圆煤粉锅炉为研究对象，提出了烟气侧燃煤耦合垃圾焚烧改造方案。其中改造前系统煤粉炉中煤粉单独燃烧，占总输入热量的100%，而改造后系统中垃圾热量替代总输入热量的5%和10%，而煤粉占总输入热量的95%和90%。利用Fluent数值模拟软件对改造前后的3种燃烧工况分别进行数值模拟。数值模拟结果表明：烟气侧耦合改造会使锅炉流场工况更加复杂，且垃圾替代燃煤热量比例越高影响越明显；炉膛截面平均温度分布受耦合烟气量的影响；出口截面烟气平均温度随垃圾替代燃煤热量比例的增加而升高,其中改造前煤粉单独燃烧时烟气出口温度为1 366.9 K，改造后5%垃圾替代燃煤热量系统的烟气出口平均温度升高到1 409.9 K，10%时烟气出口平均温度升高到1 420.1 K；炉膛出口处NO浓度随垃圾替代燃煤热量比例的增加而升高，相比于改造前煤粉单独燃烧，改造后5%垃圾替代燃煤热量系统的NO排放浓度增加了6.3%，10%替代时增加了13.0%；炉膛出口处SO2浓度随垃圾替代燃煤热量比例的增加而降低，相比改造前，改造后5%垃圾替代燃煤热量系统的SO2浓度降低40.9%，10%比例时降低41.4%。

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2022年第03期

321

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燃煤发电-物理储热耦合技术研究进展与系统调峰能力分析

作者(Author)：周科, 李银龙, 李明皓, 鲁晓宇, 杨冬

摘要：近年，可再生能源的快速发展提高了对电力供应系统灵活性运行的要求。未来几年燃煤机组深度调峰将成为常态。燃煤发电机组的灵活性改造是解决火电与新能源发展之间冲突的重要举措。为提高燃煤发电机组的深度调峰能力，提出燃煤发电-储热耦合技术。耦合技术能够实现热电解耦，提升机组的深度调峰能力与灵活运行特性，为新能源提供更多的上网空间。针对燃煤发电-储热耦合技术，论述了可应用于燃煤机组的3种物理储热技术：热水储热、相变填充床储热与熔盐储热技术，并分析3种储热技术的特点，提出未来3种物理储热技术的研究方向。总结评价储能装置热力性能的指标，包括蓄放热功率、无量纲温度、Richardson数、蓄放热效率。同时建立燃煤发电-储热耦合系统的调峰能力计算模型，将燃煤发电机组的电热特性与储热系统计算模型耦合，以此分析燃煤发电-储热耦合系统的调峰能力。提出燃煤发电-储热耦合系统合理的运行机制，建立评价耦合系统的热力性能指标：储热过程、放热过程与全过程的热效率、系统调峰容量与调峰裕度。构建燃煤发电-储热耦合系统的电热综合调度模型，模型包括目标函数与调度约束。其中调度约束包括电力平衡约束、供热约束、可再生能源出力约束、电功率约束、热功率约束、爬坡速度约束、储热装置的蓄放热能力约束、储热装置容量约束。以燃煤发电-储热耦合系统的电热综合模型作为调度系统合理安排配置储热后系统运行规划的决策工具，为电力系统提供运行规划策略。燃煤发电-储热耦合技术利用储热技术在热能利用方面的灵活性，根据外界热负荷的波动及时调节系统供热量，有效满足不同时段的热需求，增加了燃煤发电机组的调峰容量，达到提升综合系统消纳可再生能源水平、移峰填谷的目的，构建新型电力供应系统。

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2022年第03期

304

279
面向零碳电力的氨燃烧技术研究进展

作者(Author)：高正平, 涂安琪, 李天新, 段伦博

摘要：在全球碳减排大背景下，无碳燃料产业发展面临巨大机遇和挑战。氨能源具有生产技术工业化成熟、储存运输难度小以及燃烧零碳环保等优势，是化石替代能源的有力竞争者。氨燃料的研究与应用将有助于改善我国传统能源结构，实现碳减排目标。但氨作为燃料存在燃烧不稳定、层流火焰速度低以及NOx排放高等问题，氨燃烧技术研究亟待推进。结合国内外氨燃烧技术研究成果，综述了氨燃料的物化特性和化学反应动力学研究，梳理了氨燃料在燃气轮机、内燃机、燃料电池以及锅炉等应用背景下的研究进展。相较于传统氢气、甲烷等燃料，氨层流火焰速度低，反应活性较弱，为燃烧器优化设计带来了挑战。针对不同掺混系统，建立了丰富的氨化学反应动力学模型，为氨燃烧应用打下基础。氨燃料燃气轮机已完成纯氨燃烧试验，并结合SCR装置可实现较低NOx排放，温和燃烧与液氨喷射等技术进一步优化了氨在燃烧器内的燃烧性能。结果表明，氨在内燃机中可通过混合的方式实现大比例掺烧，且当掺混比例小于60%时，实现较低排放。对氨/煤小比例混燃进行试验，证明了20%氨掺烧的可行性并探讨了不同注入位置对NOx排放的影响。最后针对目前氨燃烧技术研究存在的问题对未来进行展望，指出氨/氢燃料系统是未来研究重点，在燃气轮机与内燃机领域，燃烧器设计、喷射策略优化等技术将极大改善氨的燃烧性能，氨/煤掺烧锅炉试验较为匮乏，相关研究亟待进行。

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2022年第03期

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大比例掺烧NH3对燃煤机组影响分析

作者(Author)：王一坤, 邓磊, 王涛, 王志超, 李阳, 贾兆鹏, 周飞

摘要：燃煤机组掺烧富氢燃料发电能够大幅度降低机组碳排放，有望成为今后燃煤机组实现碳减排的重要途径。针对某电厂300 MW等级燃煤机组，基于能量守恒定律，通过锅炉热力校核计算分析了机组在不同工况下，NH3掺烧比例在20%～100%时对燃煤机组的影响。结果表明：大比例掺烧NH3后理论燃烧温度呈线性下降，省煤器出口烟温略有降低，排烟温度上升，锅炉热效率下降0.31～2.04个百分点；减温水量增加，原有受热面基本能够满足换热需要；增设专用燃烧器后可将烟气中的NOx控制在与燃煤相当的水平，最大可减排CO2约121.2万t/a;引风机需要进行扩容改造，对原有送风系统、脱硝和脱硫系统影响较小，可能需要对现有的低温烟气余热回收系统进行调整，同时也需要研究湿式电除尘或其他新型捕集系统，降低气溶胶类物质的排放。

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2022年第03期

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燃煤锅炉氨煤混合燃烧工业尺度试验研究

作者(Author)：牛涛, 张文振, 刘欣, 胡道成, 王天堃, 谢妍, 王赫阳

摘要：我国是以燃煤发电为主的国家，为减少燃煤电厂CO2排放，发展替代燃煤的低碳燃料及相应的燃烧技术十分迫切。与氢气相比，氨的储存和运输成本低，也更加安全可靠，是一种更具发展潜力的能源载体和载氢低碳燃料。以氨替代部分燃煤，采用氨与煤在锅炉中混合燃烧的方式，是现阶段降低燃煤机组CO2排放一个现实可行的技术选择。为在工业尺度燃煤锅炉验证氨煤混合燃烧技术的可行性，设计搭建了世界最大容量的40 MWth燃煤锅炉氨煤混合燃烧试验系统，包括全尺度氨煤混燃燃烧器和氨气供应系统，并在此试验台实现了0～25%混氨比例（按热值）的氨煤混合燃烧试验。结果表明，在所有混氨比例下锅炉皆具有良好的稳燃与燃尽性能，且氨煤混燃条件下煤粉的燃尽优于纯燃煤工况；通过分级燃烧，在高混氨比例下可实现锅炉NOx排放低于燃煤工况。然而，燃尽风率大于20%后，进一步增加燃尽风率对降低NOx排放效果不显著，但会显著增大锅炉的CO排放和飞灰含碳量，影响锅炉效率。因此，燃煤锅炉氨煤混合燃烧存在最优燃尽风率，使锅炉NOx排放与燃尽均处于较优水平。锅炉运行氧量对NOx排放和NH3燃尽有显著影响，随运行氧量降低，锅炉NOx排放显著下降，而NH3排放快速上升；存在一个锅炉最佳运行氧量区间，在此区间内锅炉NOx与NH3排放皆可保持在较低水平。工业尺度试验研究验证了燃煤锅炉氨煤混合燃烧技术的可行性，发现了影响锅炉燃尽与NOx排放的关键影响因素，为我国燃煤机组实现大幅度CO2减排提供了一条极具潜力的技术发展方向。

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2022年第03期

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