煤炭清洁低碳高效利用国家科技计划项目成果

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煤炭清洁低碳高效利用国家科技计划项目成果

来源：洁净煤技术

行业视野: 环境保护
类别; 35个
关键词; 35位
专家; 7篇
论文; 3482IP
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单模微波下褐煤二元催化热解制轻质芳烃

作者(Author)：蔡文轩, 王晴东, 李拓, 陈宇, 李笑原

摘要：以苯、甲苯、二甲苯为主的轻质芳烃作为重要的化工原料，在染料、农药、医药领域应用广泛。我国石油资源匮乏但褐煤资源丰富，利用微波加热技术的选择性与高效均匀性，有望通过褐煤的微波热解获得富含轻质芳烃的焦油。以云南褐煤为原料，采用对微波电场分布控制精度更高的单模微波反应器，从微波电场分布的角度探究二元金属氧化物NiFe2O4、NiMoO4与Fe2(MoO4)3在微波热解过程中对电场分布、焦油中轻质芳烃含量以及热解行为的影响。通过矢量网络分析仪对煤样的介电参数进行测量，并模拟对应的电场分布。结果表明，二元金属氧化物的加入改变了煤样所处电场分布，使其整体强度降低，有效增加了煤样吸收微波并转化为热的能力，提升了煤样热解的升温速率与最终温度。通过GC-MS、FT-IR等手段对焦油与半焦的化学组成进行分析，可知二元金属氧化物的添加促进大分子烷基以及大分子芳香结构的裂解，增强了热解体系内小分子烷基与·H含量，有效提高了焦油中轻质芳烃含量，在添加NiFe2O4、Fe2(MoO4)3与NiMoO4后，轻质芳烃质量分数分别从21.21%增至44.28%、37.46%与43.21%，但因裂解反应增加焦油产率从10.28%降至9.76%、6.51%与9.20%，气体产率增加；另外过渡金属活性中心存在d轨道空穴，通过与含氧基团相结合，形成R2-OX-R1（X为金属活性组分）结构，促进了含氧结构的裂解，对降低焦油中含氧物质含量有积极作用。

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2022年第07期

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煤基氰化物吸附材料研究进展

作者(Author)：冯宇, 周闯, 张立

摘要：我国能源资源的赋存特点决定了在今后很长一段时间内，煤都是我国的主要能源。煤炭清洁转化利用以及对煤转化过程中污染物的处理对于我国经济社会的可持续发展和生态环境的保护意义重大。由于煤化工以及诸多煤转化工艺特殊的反应条件和煤特有的元素组成，煤气化煤气、热解尾气和焦炉煤气中都存在氰化物，煤气化、焦化等过程产生的废水和洗涤水同样含有一定量的氰化物，如氢氰酸（HCN）和氯化氰（CNCl）。氢氰酸和氯化氰均为高毒性气体，对含氰气体的吸附净化研究迫在眉睫。论述了净化气态氰基化合物的方法，目前对含氰气体污染源的处理方法主要有：吸收法、燃烧法、催化水解法、吸附法等。以氢氰酸和氯化氰为例，总结了其来源、处理方法和常用吸附材料。分析了活性炭、碳纤维、分子筛、金属有机框架等材料的制备方法和材料特性，目前针对多孔材料吸附剂的研究主要集中在表面改性上，使其在简单物理吸附的基础上增加化学吸附的贡献，提高活性组分负载量和分散程度、调节表面反应活性位点，这样不仅能提高活性炭基吸附剂的吸附容量和性能，且能避免因物理吸附作用力微弱而导致的吸附质脱附。对氰化物吸附材料的发展趋势进行展望，各类材料的研发重点在于：大规模、低成本连续化制备具有均一性和均匀性的吸附材料；提高材料的表面反应活性和结构效能，提高活性组分负载量和吸附容量，防止气相污染物吸附之后脱附；研发高效再生吸附材料，高效回收利用，避免产生有害固废，进而提高吸附材料的综合性能。

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2022年第07期

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低浓度CO2矿化再生微粉理化特性影响规律

作者(Author)：刘琦, 吴胜坤, 李林坤, 黄天勇, 焦泽坤

摘要：为减缓水泥行业排放的CO2对全球气候变化的影响，采用低浓度CO2对建筑垃圾回收骨料过程产生的再生微粉进行了矿化处理以部分替代高碳排放的传统水泥。研究不同矿化方式对再生微粉活性、需水量以及外加剂适应性的影响，并在此基础上明晰了低浓度CO2矿化再生微粉的作用机制。结果表明，直接液相矿化后的再生微粉各项性能明显优于气固干法矿化。相比未处理的再生微粉，其需水量降低33%，活性提高14%，外加剂吸附量降低39%。再生微粉的CO2矿化强化主要通过CO2与再生微粉中的水化产物相氢氧化钙（Ca(OH)2,CH）、水化硅酸钙凝胶（Ca5Si6O16(OH)·4H2O,C-S-H）、钙矾石（AFt）以及未水化的硅酸盐水泥熟料硅酸三钙（Ca3SiO5,C3S）、硅酸二钙（Ca2SiO4,C2S）等反应，生成较为致密的方解石型碳酸钙（CaCO3,CC）和无定形硅胶（SiO2·nH2O），改善孔隙结构，从而降低再生微粉的粉料需水量，提高其反应活性和外加剂适应性。CO2矿化处理后的再生微粉可满足JG/T 573—2020《混凝土和胶砂用再生微粉》高比例替代水泥作为矿物掺合料使用，实现固体废弃物资源化利用的同时，CO2被永久固定于再生微粉中，为水泥行业深度脱碳提供一条新途径。

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2022年第07期

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多因素优化700 ℃四角切圆锅炉烟温偏差模拟

作者(Author)：周长鑫, 刘建全, 武振新, 苏统, 胡伟晨, 孔争

摘要：700 ℃切圆锅炉存在较严重的烟温偏差问题，利用Fluent软件，对1台660 MW的700 ℃四角切圆锅炉进行数值模拟。采用数值模拟正交试验法，对燃尽风的反切角度（因素A）、燃尽风的速度偏置（因素B）、燃尽风反切角度与燃尽风速度偏置两者可能存在的交互作用（因素A×B）、燃烧器的上摆角度（因素C）以及二次风的偏转角度（因素D）5个因素，每个因素分别设置2个水平，以炉膛出口烟温偏差为试验指标进行优化。对模拟所得数据采用极差、方差、权矩阵等3种分析方法。结果表明，各因素对试验指标重要程度的排序为：D＞A＞B＞A×B＞C，因素D的影响非常显著，因素A影响显著，其余3个因素影响不明显；各因素权重占比为：因素A（0.184）、因素B（0.068）、因素A×B（0.033）、因素C（0.024）、因素D（0.544）；数值模拟得出最佳因素与水平组合为A2B2C2D1，该组合下锅炉炉膛出口截面左、右两侧烟温偏差为6.6 K，锅炉炉膛出口截面左、右两侧烟温偏差可控制。

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2022年第07期

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新型烟气再循环在流化床中的行为特性及NOx排放分析

作者(Author)：厉彦民, 严谨, 孙荣岳, 王泰淇, 王鹏, 卢啸风

摘要：作为低氮燃烧的重要技术手段，烟气再循环(FGR)技术在煤粉炉和链条炉中应用广泛，但对于循环流化床(CFB)锅炉，单一的底部通入方式严重限制了机组低负荷稳燃能力。为保证床温的同时降低NOx排放水平，提出一种采用炉膛稀相区FGR与补燃风协同作用下的新型烟气再循环方法，在1台0.2 t/h CFB燃烧器上开展热态试验，分析了运行参数和喷射位置对炉内燃烧特性和NOx排放的影响。结果表明：通入再循环烟气会导致该区域烟温下降40～60 ℃，炉温分布先下降后升高，引起炉膛出口10 ℃左右的温降，顶部通入补燃风能有效提升出口烟温。随烟气再循环率增加，中部通入再循环烟气使得NOx排放逐渐下降，当烟气再循环率达16%时，可在不影响床温的前提下使NOx排放降低32%，而顶部通入再循环烟气会使NOx排放先下降后上升。炉膛顶部送入不同再循环烟气/补燃风时，随补燃风量增加和烟气再循环率降低，NOx质量浓度从249增至304 mg/m3，NOx转化率从17%逐渐增至33%。“中部FGR+顶部补燃风”方式能降低NOx排放38%，同时燃烧效率维持在98.7%以上。最后基于再循环烟气通入位置、过量空气系数和烟气再循环率，提出了烟气再循环背景下的NOx排放预测模型，为CFB锅炉低负荷运行过程中强化低氮燃烧提供依据。

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2022年第07期

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基于火焰光谱的准东煤旋风燃烧过程中碱金属检测

作者(Author)：蒲旸, 刘洋, 傅培舫, 娄春

摘要：我国新疆准东地区高碱煤储量丰富，但在燃烧利用过程中Na、K等碱金属以气相形式释放到烟气中会导致锅炉换热面积灰、结渣、腐蚀等，开展炉内气相碱金属释放的在线检测对于解决上述问题具有一定的指导意义。基于火焰自发射光谱法研制了1套便携式火焰中气相碱金属浓度检测系统，使用该系统对液态排渣旋风锅炉高碱煤燃烧火焰进行在线检测，得到不同测点的火焰温度、气相Na质量浓度和波段热辐射能，同时使用X射线荧光光谱(X-Ray Fluorescence Spectrometer,XRF)分析了灰渣样。结果表明：炉内气相Na质量浓度分布不均匀，燃烧哈密煤和神华煤的两渣室火焰平均温度分别为1 415和1 436 ℃，气相Na质量浓度分别为40.0和25.3 mg/m3。气相Na质量浓度和波段热辐射能大小反映了炉内燃烧状态，同时在线检测结果与飞灰和液渣成分分析结果具有一定关联性，火焰气相Na质量浓度增加时，飞灰和液渣中Na质量浓度均增大，但更多的是向飞灰中迁移。

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2022年第07期

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民用方型蜂窝煤燃烧采暖的减排效果及经济性分析

作者(Author)：李志敏, 焦铭泽, PRABIN Shrestha, 刘诚, 薛春瑜, 刘广青

摘要：采用低排放-低成本的洁净型煤取暖技术路径有效解决散煤燃烧取暖带来的环境污染问题，是现阶段实现我国欠发达农村地区清洁取暖的有效举措之一。系统评估了2种新型民用方型蜂窝煤配套专用炉具燃烧采暖的减排效果和经济性。结果表明，无烟煤方型蜂窝煤和烟煤方型蜂窝煤基于单位燃料质量的PM2.5排放因子分别为0.09和0.43 g/kg、CO排放因子为51.61和38.35 g/kg、NOx排放因子为0.72和0.63 g/kg。与散煤相比，PM2.5可减排96.16%和81.64%、CO可减排85.15%和88.97%、NOx可减排53.25%和59.09%。无烟煤方型蜂窝煤、烟煤方型蜂窝煤和散煤的固硫率分别为61.55%、70.76%和20.93%。相比散煤，方型蜂窝煤的PM2.5、CO和NOx排放较低，且具有较好的固硫效果，可有效减少SO2排放。方型蜂窝煤取暖的减排效果不仅受燃料性质影响，其配套专用炉具的进料方式、燃烧方式、供风系统设计等对其减排效果也有一定影响。从经济性上看，由于方型蜂窝煤生产原料来源广泛，大大降低了生产成本，居民采用方型蜂窝煤取暖方式的运行费用与散煤取暖相近。方型蜂窝煤与其专用炉具组合燃烧稳定、燃烧效率高，减排效果较好，大幅减轻了用户冬季取暖的支出成本压力，为我国受经济条件限制不具备其他清洁取暖形式的北方农村地区燃煤清洁取暖工作提供了有效解决方案。

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2022年第07期

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