“煤基先进能源清洁低碳利用利用理论与技术”专题

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“煤基先进能源清洁低碳利用利用理论与技术”专题

来源：洁净煤技术

专题来自《洁净煤技术》2023年第1期

行业视野: 环境保护
类别; 94个
关键词; 113位
专家; 19篇
论文; 8142IP
点击量; 5857次
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兰炭与秸秆混合燃料燃烧污染物排放和灰熔融性试验

作者(Author)：韩奎华, 武鹏魁, 刘文洋, 王伟

摘要：兰炭具有热值高、灰分低、硫分低等优点，但挥发分含量低、着火温度高；秸秆热值低、挥发分含量高，着火温度低；二者着火特性具有互补性。为考察兰炭与生物质混合燃料燃烧的硫氧化物、氮氧化物排放和灰熔融性能，利用固定床试验系统研究了3种兰炭、麦秆和玉米秆单独及混合燃料污染物排放特性及掺混比例和燃烧温度对污染物析出的影响，并通过灰熔融测定仪分析灰样熔融性能。结果表明：混合燃料的硫氧化物、氮氧化物析出与掺混条件相关，原料组成和燃烧过程影响污染物析出特性。在燃料中掺混20%～30%玉米秆时，混合燃料固硫效果较好，氮析出率在0.04%左右。提高燃烧温度明显促进硫析出，而低于1 000 ℃时，府谷兰炭和玉米秆的掺混样具备良好的自固硫特性，氮析出率低于0.02%。另外，混合燃料的灰熔融温度介于两原样间，与混合比例存在一定相关性，兰炭的抗结渣特性明显优于玉米秆，掺混有助于改善秸秆的结渣特性。本研究为兰炭和生物质的清洁利用提供理论参考。

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洁净煤技术

2023年第01期

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气化细渣掺烧煤和生物质的燃烧特性及动力学分析

作者(Author)：孙晓慧, 颜济青, 方梦祥, 王勤辉, 匡建平

摘要：气化细渣目前以堆放填埋为主，环保压力大，如何高效利用低热值气化细渣是关注热点。合成甲醇和煤油的煤气化工艺排出的2种气化细渣总量较大、处理困难。对2种气化细渣进行粒径分析及SEM观察，发现气化细渣粒径较小，大部分小于100 μm，整体结构破碎，由较多熔融聚合形成的球形颗粒和不规则孔隙构成。掺烧是利用低热值燃料的有效手段，将气化细渣与煤、生物质以不同比例掺烧，分析其燃烧特性，并用Coats-Redfern方法进行动力学特性分析。结果表明，气化细渣与煤、生物质掺烧可大幅提高气化细渣燃烧性能，降低燃烧所需活化能。纯甲醇渣、煤油渣燃烧所需活化能分别为105.10和100.80 kJ/mol，甲醇渣、煤油渣与煤掺烧后，气化细渣掺烧比例为30%时，综合燃烧特性指数最高，分别为23.64×108和25.96×108；活化能最低，分别为89.46和83.76 kJ/mol。气化细渣内含丰富孔隙结构，一定比例的气化细渣与煤掺烧可增大可燃物质与空气的接触面积，利于气体吸附扩散，缩短燃烧达到最大燃烧速率的时间，提前达到最大燃烧强度。甲醇渣、煤油渣与生物质掺烧，气化细渣掺烧比例为30%时，活化能最小，分别为72.14、69.59 kJ/mol，生物质的燃烧温度区间低于气化细渣，可对气化细渣燃烧过程起预热作用，显著降低气化细渣固定碳燃烧所需活化能。

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洁净煤技术

2023年第01期

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煤炭中温活化碳共价键解聚机理

作者(Author)：王明月, 张思源, 周丽, 任强强

摘要：为研究煤粉不同气氛和温度活化后的热半焦在微观结构上的变化规律，采用拉曼光谱对煤焦碳架结构进行表征，采用X射线光电子能谱（XPS）检测C和O的表面官能团，固态核磁共振碳谱（13C-NMR）表征碳共价键。将3种测量方法互相验证，提高结果可靠性，从微观层面表征半焦的化学结构，分析煤粉中温活化反应中温度和气氛对煤焦化学结构和表面官能团演变的影响，并探讨中温活化机理。结果表明，60～900 ℃下CO2和水蒸气对半焦活性均有显著增强作用，这可能是气体分子与煤焦分子结合形成羰基或羧基，在羰基或羧基分子影响下相连的碳键削弱断裂，从而破坏芳香环，产生新的活性位点，增强煤炭反应活性。经800 ℃下CO2活化或900 ℃下水蒸气活化后的半焦，活性位点数量均增加2倍以上，同时羰基和羧基占比之和由18%分别增至32%和34%，而CO2中温活化引起接氧脂碳由0.02增至0.11，水蒸气活化后桥碳比为0.01，相比N2热解半焦桥碳比大幅降低。煤粉中温活化反应主要通过形成羰基或羧基破坏芳香结构形成更多活性位点，但二者作用范围及决速步骤不同导致形成的产物有一定差别，CO2主要通过将焦炭边缘的sp2结构转化为富含sp3杂化的碳结构起到活化效果，水蒸气可通过抑制层内石墨化进程达到活化效果。

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洁净煤技术

2023年第01期

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基于多经济因素的FGD联合脱硫试验

作者(Author)：王鹏程, 高明楷, 李丽锋, 贾阳杰, 程芳琴, 杨凤玲

摘要：大型循环流化床发电机组在烟气污染物超低排放的限制下，仅靠炉内脱硫难以满足要求，需在炉外联用烟气脱硫系统，二者脱硫有机匹配能够降低综合脱硫成本。为确定电厂运行过程中两级联合深度脱硫最佳脱硫分配比例，实现满足排放标准下最低的脱硫成本。根据多种成本因素，建立技术经济计算模型分析不同炉内钙硫比（物质的量之比）对脱硫分配比例的影响及主要成本因素，并研究不同石灰石价格和厂用电价在不同炉内钙硫比下对综合脱硫成本的影响。结果表明，炉内钙硫比为1.0、1.1～1.5、1.6、1.7～2.1时，最佳炉内脱硫份额分别为70%、60%、85%和80%；炉内脱硫对锅炉热效率有较大影响，且钙硫比越高影响越大，当炉内钙硫比超过2.0时，炉内脱硫热损失会降低锅炉热效率；炉内脱硫的主要成本因素是石灰石粉和运行电耗成本，石灰石/石膏湿法烟气脱硫的主要成本因素为石灰石浆液和吸收塔运行电耗成本，且随脱硫分配比例不同有明显变化；不同的石灰石价格和厂用电价在不同炉内钙硫比下具有不同的最佳脱硫分配份额。

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洁净煤技术

2023年第01期

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低温烘焙提质对褐煤着火燃烧特性的影响

作者(Author)：董琨, 胡中发, 周博斐, 周月桂, 王学斌, 陈冠益, 雷廷宙

摘要：褐煤高水分和高挥发分不利于运输和储存，且会降低锅炉燃烧效率，低温烘焙提质作为一种褐煤提质常用技术，能有效降低燃料中水分并提升燃料品质，显著改变褐煤燃烧特性。为研究低温烘焙提质对褐煤着火特性的影响，利用平面火焰燃烧系统并结合CMOS相机研究了不同热协流温度(1 473、1 673和1 873 K)和O2体积分数(5%、10%和20%)下低温烘焙预处理（200、250和300 ℃）对褐煤着火燃烧特性的影响，并分析低温烘焙提质对着火延迟距离和火焰亮度的影响。结果表明，经低温烘焙预处理的褐煤颗粒在相同热协流温度和O2浓度条件下的着火延迟距离稍大于原始褐煤颗粒；O2体积分数为5%时，200 ℃烘焙褐煤的着火延迟距离在热协流温度1 473、1 673和1 873 K时较原始褐煤颗粒分别增加了0.24、0.28和0.13 cm；此外，不同烘焙温度下煤粉颗粒的着火位置较褐煤均有所延迟，且升高烘焙温度会降低褐煤着火距离，在1 673 K、O2体积分数5%下，烘焙温度200、250和300 ℃时对应的着火延迟距离较褐煤的增加值分别为0.28、0.16和0.11 cm。

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2023年第01期

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1 000 MW燃煤机组负荷变化对飞灰特性的影响

作者(Author)：郑桂波, 吴建群, 吴昊, 薛宁涛, 刘芳琪, 徐国荣, 于敦喜

摘要：燃煤机组变负荷调峰运行是提高可再生能源消纳能力的重要举措，但会对燃烧过程及系统产生重要影响。飞灰特性与锅炉结渣、除尘设备性能、颗粒物排放等密切相关，笔者研究了燃煤锅炉负荷变化对飞灰特性的影响规律，用于指导炉膛沾污结渣和颗粒物排放等相关问题的防控。针对1 000 MW燃煤锅炉，在60%和90%运行负荷下分别采集飞灰样品，利用先进的计算机自动控制扫描电镜（CCSEM）技术对飞灰化学和矿物成分、粒径分布以及形状特征进行深入表征，采用数字成像煤灰熔点分析仪对飞灰熔融温度进行分析，揭示了锅炉运行负荷变化对飞灰特性和熔融行为的影响。研究结果表明锅炉在不同运行负荷条件下飞灰化学成分相似。无机矿物元素交互作用是影响飞灰粒径分布的关键因素，低负荷运行工况下煤中含Ca和Fe的矿物与硅铝酸盐交互反应减弱，飞灰整体粒径分布向小粒径迁移，飞灰的D50（小于该粒径的颗粒占50%）由约40 μm减至约30 μm。相比高负荷运行工况，低负荷运行工况下飞灰在炉膛中的熔融受抑制，熔融飞灰比例相比高负荷运行工况降低约10%，低负荷运行条件下燃烧温度降低是导致飞灰熔融比例降低的主要原因。

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2023年第01期

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燃煤电厂协同处置生活垃圾及二噁英排放试验

作者(Author)：王学斌, 周澳, 马江东, 王璟, 王凤琴, 王建军, 张兰, 戴高峰

摘要：随着我国经济社会发展，城市生活垃圾产量迅速增加，生活垃圾的无害化处理中二噁英的减排一直是难点。首次针对某2×55 MW燃煤机组提出一种新的生活垃圾无氧热解灵活性耦合处置技术方案，并开展了垃圾无氧热解产物耦合协同处置工业化试验，测试该燃煤机组二噁英生成排放特性。实践证明该工艺方案不仅可实现生活垃圾协同处置，燃煤机组停炉检修时，仍能保证系统自平衡正常运行。结果表明，利用本工艺路线处理垃圾产生的二噁英含量远低于垃圾直接焚烧产生的二噁英含量；煤粉纯烧时，烟气中二噁英质量浓度为6.05×10-3 ng/m3（以TEQ计，下同）；垃圾耦合比例为4%时，烟气中二噁英质量浓度为5.34×10-3 ng/m3，最大限度折算垃圾热解油气燃烧排放的二噁英质量浓度后，最终烟气中二噁英总质量浓度分别为1.145×10-2和1.074×10-2 ng/m3，煤粉纯烧与垃圾掺烧烟气中二噁英含量差异不大，均满足上海市《燃煤耦合污泥电厂大气污染物排放标准》中二噁英排放限值要求0.02 ng/m3。研究表明，采用垃圾无氧热解耦合处置工艺，控制垃圾耦合比例不超过4%，燃煤耦合垃圾烟气中二噁英排放量不会显著升高。

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2023年第01期

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垃圾焚烧炉喉口壁面结渣特性

作者(Author)：许岩韦, 王俊杰, 袁野, 谭佳昕, 朱燕群, 何勇, 王智化

摘要：为研究垃圾焚烧炉壁面结渣特性，现场采集了喉口区域前拱壁面、后拱壁面和侧墙壁面的3块渣样，结合灰熔点测试仪、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析研究了渣样的熔融特性、微观形貌、元素分布和物相组成等物化性质。针对分层现象明显的渣样，沿渣样生长方向进行了元素分析和物相分析。分析测试结果表明,3块渣样的特征温度差值较小，且软化温度小于1 260 ℃，均属于易结渣灰；通过扫描电镜观察到3块渣样的微观形貌基本相似，主要为岩石状颗粒，说明垃圾焚烧形成的灰粒未经历熔融球化过程直接黏附在炉膛壁面或渣样表面；渣样中K、Na和Al三种元素的分布规律一致，其含量均沿渣样生长方向逐渐减少。K、Na、Al三种元素形成了熔点1 130 ℃的KAlSi3O8、熔点1 100 ℃的KAlSi2O6和熔点1 100 ℃的NaAlSi3O8，3种低熔点长石熔化后具有黏性，易凝结沉积在壁面或渣样表面；沿渣样生长方向，Ca元素含量逐渐增加，Si和Ca元素含量比值稳定在0.8～1.1；通过[JP2]物相分析发现Si和Ca两种元素形成了渣样中最主要的物质Ca2MgSi2O7，熔点为1 450 ℃；Ca2MgSi2O7的高熔点特性决定了渣样生长到一定厚度,渣样外层发生高温熔融，可阻止渣样继续生长。

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2023年第01期

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