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“煤炭清洁高效利用”专刊

来源：煤炭转化

专刊来自于《煤炭转化》2022年第3,6期。

行业视野: 煤化工
类别; 61个
关键词; 78位
专家; 13篇
论文; 3139IP
点击量; 1580次
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不同布井模式下富油煤原位热解传热规律数值模拟

作者(Author)：毛崎森, 刘嘉晔, 王长安, 侯育杰, 宁星, 薛香玉, 车得福

摘要：原位热解技术是可将富油煤在地下煤层中直接进行加热而无需开采的一种新型富油煤开发利用技术,能够实现对富油煤资源的高效清洁利用。为了探究布井模式对加热过程中升温效果的定量影响,通过 Fluent数值模拟的方法,研究了不同布井数量(单口注热井、四口注热井、六口注热井)、不同加热介质流速(2m/s,4m/s,6m/s,8m/s,10m/s,12m/s)、不同加热介质温度 (500 ℃,550 ℃,600 ℃,650 ℃,700 ℃)等因素对煤层整体温度场均匀性以及煤层加热速率的影响。此外,探究了多井注热对不同井间的流量配置偏差的调节作用。结果表明:多井注热的模式改善了裂缝中流体分布不均匀的问题,六井注热有效区域是单井注热有效区域的2.2倍,煤层平均温度提高了约100 ℃。六井注热模式下,提高流速和提高加热介质温度均可大幅改善煤层升温的速率,当加热介质为650 ℃,入口折算流速为10m/s时,加热三年后的有效加热区域范围已经达到 70%。单井的流量出现偏差时,有效加热区域占比从50.7%下降至47.9%。当三口井同时出现流量偏差时,井群的调节能力减弱,有效加热区域占比从50.7%下降至44.9%。布井模式的优化提高了富油煤层原位加热速率。

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煤炭转化

2022年第06期

250

116
燃烧组织方式对烟煤兰炭二元层燃过程中NOx生成特性的影响

作者(Author)：高昕玥, 刘成昌, 翁君杰, 袁世震, 赵鹏勃, 王超伟, 王长安, 车得福

摘要：以枣庄烟煤(ZQ)和陕化兰炭(LT)为实验样品，利用套管式双床反应器系统对两种样品混合层燃掺烧过程进行了模拟实验研究，对比了预混燃烧、非预混燃烧、空气分级燃烧、热解气再燃和焦炭还原燃烧等不同燃烧组织方式与800 ℃~1 200 ℃燃烧温度条件下层燃过程中NOx生成特性与氮转化率的变化规律。同时，通过实验分析了燃料掺混比例(兰炭掺混的质量分数分别为0%，25%，50%，75%，100%)、一次风当量比(分别为0.6，0.7，0.9，1)以及气化气再燃对燃烧过程的影响。结果表明：非预混条件下燃料分层可促进还原烟气中NOx，掺混比例相同条件下预混燃烧的氮转化率比非预混燃烧的氮转化率高；空气分级燃烧中当一次风当量比较小时，挥发分与焦炭燃烧过程区分度更高，燃料在贫氧条件下生成的气化气可有效还原烟气中的NOx；温度对不同燃烧组织方式条件下氮转化率的影响不单调，而在同一掺混比例下焦炭再燃方式时的氮转化率最低。

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煤炭转化

2022年第03期

239

122
煤粉燃烧初期钠元素与碳烟相互作用的光学诊断研究

作者(Author)：马鹏, 黄骞, 闫恒, 纪任山, 李水清

摘要：煤粉燃烧过程中生成的碳烟对炉内辐射换热过程有显著影响，在随烟气进入大气后，会引发温室效应，同时危害人体健康。为研究煤粉燃烧过程中易挥发矿物质元素钠对碳烟生成的影响，本实验制备了一系列不同钠含量的煤样，使用一种新型两级平焰燃烧器，将煤粉颗粒给入燃烧器，利用激光诱导白炽光测量了酸洗煤及载钠煤的沿程碳烟空间分布，同时使用扫描电迁移粒径仪测量了热解阶段生成的细颗粒物数浓度分布。结果表明：碳烟在煤粉燃烧初期出现，约31 ms后达到峰值，随后减弱消失。碳烟信号峰值对应的煤粉颗粒停留时间与按照10%最大火焰信号强度定义的煤粉着火特征时间近似相同，表明碳烟的生成氧化过程与煤粉着火过程密切相关。碳烟的光学测量结果与颗粒物采样结果均表明：随着煤样中钠含量增加(0~0.641%)，生成的碳烟量明显增加，而煤粉点火几乎不受影响。这表明载入钠元素会促进燃煤初期碳烟生成。

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煤炭转化

2022年第03期

266

245
湘西煤燃烧过程中矿物质演化规律的FTIR，XRD和XPS研究

作者(Author)：漆才文, 尹艳山, 吴紫华, 陶建航, 王涛, 成珊, 刘亮, 陈冬林

摘要：使用马弗炉在温度为300 ℃~1 000 ℃条件下制备煤灰，利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)，X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS)三种技术研究了湘西煤燃烧过程中矿物质的演化规律。FTIR和XRD结果表明：湘西煤中主要含有高岭石、石英、锐钛矿、伊利石、黄铁矿和石膏等矿物；高岭石的Si—O伸缩振动峰(1 031 cm-1)在温度为700 ℃时移动到1 045 cm-1，表明高岭石转化为偏高岭石，当温度为900 ℃时再次移动到1 087 cm-1，表明高岭石进一步转化为石英；高岭石的Al—O—Si弯曲振动峰(537 cm-1)在900 ℃时移动到559 cm-1，表明高岭石转化为莫来石；锐钛矿在500 ℃时热转化形成金红石；伊利石在900 ℃时热转化形成石英。XPS结果表明，湘西煤的Si2p和Al2p结合能随燃烧温度升高先增大后减小，当温度升高到500 ℃时，非桥氧硅结构增加，部分铝氧八面体转化为铝氧四面体，当温度升高到900 ℃时，桥氧硅和铝氧八面体结构增加。

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煤炭转化

2022年第03期

249

83
ReaxFF模拟钙对煤与塑料共热解的影响

作者(Author)：吴棒, 郭欣, 洪迪昆

摘要：采用基于反应力场的分子动力学模拟方法研究了钙对煤与塑料(聚乙烯和聚苯乙烯)共热解反应的影响，结合核磁共振和XPS等表征技术构建了掺钙的煤模型。结果表明：钙能促进高温下焦油的二次反应，提高焦炭产量，降低焦油产量。加钙后，相较于煤与聚苯乙烯反应，煤与聚乙烯反应中焦炭含量的大幅增加及焦油含量的大幅降低反映出钙对煤与聚乙烯共热解过程中煤分解的影响更大，且煤与聚苯乙烯共热解过程中煤释放的CO2受到抑制。钙对聚乙烯的影响是促进聚乙烯热解产物链接入煤的热解产物中，并通过产生大量的H自由基的途径造成煤焦油大幅下降。钙对聚苯乙烯的影响是促进聚苯乙烯的裂解，有利于打破聚苯乙烯中的芳香环结构。根据一级反应动力学模拟，钙显著降低了煤与塑料共热解反应的活化能，且钙对煤与聚乙烯共热解的影响更大。

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煤炭转化

2022年第03期

308

146
高炉气化炉耦合流程的工艺分析

作者(Author)：高炉, 煤气化, 整体优化, 数学模拟, 二氧化碳捕集

摘要：为降低高炉炼铁过程的能耗，提出了一种通过煤气化炉实现喷吹粉煤气化，然后向高炉直接喷吹高温合成气的高炉气化炉(blast furnace gasifying furnace，BF-GF)流程，并建立基于物料平衡和热平衡的流程计算模型。与原有流程相比，粉煤在气化炉中的气化过程采用纯氧气化，出产的高温合成气成分温度调节性好，可弥补传统富氧鼓风操作的动能损失等不足。计算结果表明：在仅替换补吹粉煤的高炉气化炉1(BF-GF-1)流程中，整体能耗由普通高炉的529.07 kgce/tFe降低为498.86 kgce/tFe，而在改用高温煤气配合纯氧直接鼓风的高炉气化炉2(BF-GF-2)流程中，整体能耗进一步下降为483.72 kgce/tFe。在降低能耗的同时，由于入炉煤气中的含氮量降低，两种流程出口煤气中的CO的体积分数分别由24%提高到30.4%和40.6%，煤气热值相较于普通高炉的煤气热值分别大幅度上升26.6%和69.0%。在考虑煤气燃烧放热后的CO2脱除能耗的情况下，高炉气化炉流程的能耗优势进一步扩大，相比普通高炉的能耗分别下降44.36 kgce/tFe和73.32 kgce/tFe。研究结果表明：利用气化炉进行粉煤气化后的高炉气化炉流程具备较大的节能潜力，同时尾气中富集的CO2便于后续脱除，本研究可为下一步工艺实施奠定基础。

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煤炭转化

2022年第03期

232

126
壳牌工业气化炉煤液化残渣萃余物共气化过程CFD数值模拟研究

作者(Author)：李烨, 冯子洋, 刘臻, 方薪晖, 安海泉, 孙凯蒂, 周玲妹

摘要：煤液化残渣萃余物作为煤直接液化过程产生的残渣经进一步萃取回收后剩余的固态残余物质，其处理方式直接关系到整个直接液化工艺的经济性与环保性。以共气化的方式利用煤液化残渣萃余物是一种经济高效的处理办法，但现阶段针对其气化特性的相关研究较少且尚无可实际参照的工业应用案例。利用数值模拟的方法以煤制油厂壳牌气化炉为应用对象，采用PDF双组分模型结合湍流-化学反应算法，对煤直接液化残渣萃余物在工业气化炉上的气化行为进行三维数值模拟计算，针对所关心的工业气化炉运行重点问题如烧嘴附近炉温分布、炉膛内流场温度场分布、合成气组分等相关信息进行了掺混萃余物气化前后的对比分析。结果表明：掺混10%(质量分数)煤液化残渣萃余物气化时，气化炉炉膛内的流场可基本保持稳定，但受掺混影响炉膛平均温度较不掺混萃余物时有所降低，且降温多集中在气化炉中下部，同时所生产的合成气中CO比例也有所上升。较低比例掺混煤直接液化残渣萃余物进行共气化在实际工业应用中是切实可行的，但由于中下部炉膛温度关系到气化炉液态排渣的稳定性，在实际运行时需重点关注残渣萃余物掺混比例。

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煤炭转化

2022年第03期

229

92
循环流化床粉煤灰硫酸铵和硫酸协同酸浸提铝研究

作者(Author)：李健, 高建明, 郭彦霞, 程芳琴

摘要：采用硫酸铵/硫酸((NH4)2SO4/H2SO4)混合介质协同提取循环流化床粉煤灰(CFB)中的氧化铝，探讨了酸浸温度、H2SO4浓度、(NH4)2SO4添加量与固液比(固体的质量(mg)与液体的体积(L)的比值)对铝及铁钙杂质元素溶出规律的影响，并对酸浸条件进行了优化。对酸浸实验所产生的酸浸液进行结晶实验研究，探究了初始H2SO4浓度、初始(NH4)2SO4添加量及结晶温度对铝结晶率的影响。结果表明：酸浸实验中，当酸浸温度为160 ℃，H2SO4浓度为40%，(NH4)2SO4添加量为1.0((NH4)2SO4质量与H2SO4质量的比)，固液比为1/3时，铝的溶出率可以达到91.4%；结晶实验中，当初始H2SO4浓度为35%，初始(NH4)2SO4添加量为1.2时，铝的结晶率及总体回收率较高；当结晶温度为5 ℃时，铝的结晶率较高，目标晶体更易析出。通过电感耦合等离子体(ICPOES)对十二水硫酸铝铵(NH4Al(SO4)2·12H-2O)晶体以及结晶余液中铁钙杂质元素的含量进行测定，明确了杂质元素的分布规律。利用X射线衍射仪(XRD)对不同条件所产生晶体进行表征，明晰所产生晶体的物相结构，最终得到纯度较高的提铝结晶产物。

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煤炭转化

2022年第03期

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