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《洁净煤技术》2022年文章TOP30 | 论文推荐

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行业视野: 洁净煤技术
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2060年碳中和目标下煤炭保障性需求预测

作者(Author)：王兵, 李璐, 鲜玉娇, 于鹏伟, 郝文超

摘要：碳达峰碳中和目标的提出对煤炭行业碳减排提出了巨大挑战，煤炭行业将面临全方位深度调整，在保障能源安全的前提下有序开展煤炭行业稳健可靠碳减排至关重要。基于煤炭流图和煤炭终端消费部门分析法，识别了煤炭消费重点领域并建立了基于部门情景分析法的煤炭保障性需求预测模型，系统分析预测了碳中和目标下电力、煤化工、钢铁、水泥、热力等部门在基准情景、保障情景和强化保障情景下的煤炭保障性需求，并用类比法论证了结果的可靠性。结果表明：2030、2040、2050年中长期煤炭产能需求量分别为21.2亿～28.7亿、14.0亿～20.9亿和6.6亿～13.1亿t标准煤；2060年基准情景和保障情景下煤炭保障性需求量为2.8亿～6.1亿t标准煤，考虑电力中断加剧和油气安全保障的强化保障情景下煤炭产能需求量将达到7.3亿t；电力部门和煤化工部门对于煤炭产能需求量的影响较大，且具有较高的不确定性，2060年电力部门和煤化工部门的煤炭保障性需求量分别为2.1亿～5.9亿和0.3亿～1.1亿t标准煤；其他工业部门能效提升、工艺优化、产量调整等将减少其煤炭需求，煤炭将由工业燃料向碳基原料转变；对比国际主要国家煤炭发展历程，2060年我国煤炭消费量将分别达到2.9亿和5.6亿～7.6亿t标准煤，本预测结果可信度较高。总量锐减、生产与消费结构优化、产业链延伸和低碳技术发展是碳中和背景下煤炭行业可持续发展的典型特征。面对碳中和背景下煤炭产业的长期发展趋势，煤炭行业应从煤炭产能科学评价、产业链革新、节能减排、保障电力安全和煤炭柔性化供给进行优化。

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洁净煤技术

2022年第05期

900

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燃煤电厂锅炉机组受热面积灰结渣研究现状与展望

作者(Author)：刘鹏宇, 李德波, 刘彦丰, 陈兆立, 冯永新, 廖宏楷

摘要：燃煤电厂锅炉机组受热面积灰、结渣往往会造成熄火、锅炉效率降低甚至导致超温爆管而停炉的重大安全事故，积灰、结渣问题已成为燃煤电厂工程实际中亟需解决的问题。综述了基于受热面积灰、结渣的工程实际和数值模拟研究现状，对其产生机理及解决方法进行了综述，横向对比后认为在积灰方面开展基于智能监测技术方向的智能化吹灰系统的研究与开发是未来重要研究方向，且应提出考虑对流、辐射综合影响的数学模型以提高半对流半辐射受热面的预测精度；由于积灰、结渣现象受多因素影响，而目前研究大多只聚焦于1种或2种方法的探究，因此在结渣方面需要开展综合多影响因素协同一体的综合优化方案；积灰、结渣问题的数值模拟可以通过有限反应速率/涡耗散模型探究2种及以上多煤种的改善作用，同时开发ANSYS Fluent扩展功能以提高传统数值模拟精度，从而对锅炉机组受热面积灰、结渣的工程问题提供技术指导。

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2022年第05期

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低阶烟煤煤岩显微组分分选及其分质利用研究进展

作者(Author)：周安宁, 张怀青, 李振, 屈进州, 赵伟, 杨志远, 赵世永

摘要：双碳”目标下煤炭资源的加工和利用面临着根本性的变革，传统利用方式已不能满足当前的生态环保要求，而煤炭作为国家能源安全的基石，在未来很长时间内，仍将发挥巨大作用。我国超过40%的煤为优质的低阶烟煤，由于其惰质组质量分数过高（>35%），限制了这部分资源的高值转化。同时，由于煤岩显微组分之间的相似性及其赋存特征的复杂性，煤岩显微组分的分离富集工作面临巨大的难度和挑战，极大制约了这部分资源的分质转化利用。为全面了解煤岩显微组分分质利用的现状和发展趋势，促进煤炭资源的清洁高效低碳化利用，笔者从煤岩显微组分的测定方法、分选方法和清洁利用3个方面进行了系统论述，同时提出了未来发展的思路和方向。煤岩显微组分的测定方法面临细粒物料识别困难或测试精度低的问题，亟需开发一种基于煤岩显微组分结构参数，不受粒度限制的高效定量方法。在煤岩显微组分的分离方法方面，电浮选-电凝聚、油泡浮选和气流粉碎-精细分级等新分选方法，能有效改善传统分选方法选择性差、富集率低等问题，具有过程可调控、适应性强等优势。以煤岩显微组分分选为核心的煤炭分质清洁利用技术，打破了常规的用煤标准和煤种限制，煤岩显微组分经过有效的分离富集后，富镜质组煤可大比例应用于配煤炼焦、热解、液化等领域，富惰质组煤可作为制备碳材料的原料或燃料等，实现了各显微组分的物尽其用。基于煤岩显微组分的分质利用可从根本上提高煤转化利用能效、减少碳和污染物排放量，对于煤炭清洁高效利用，实现“双碳”战略目标具有重要的现实意义。

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洁净煤技术

2022年第07期

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循环流化床生物质直燃发电技术研究进展

作者(Author)：胡南, 谭雪梅, 刘世杰, 赵冰, 巩太义, 王家林, 张守玉

摘要：循环流化床农林生物质直燃发电是农林生物质能源化利用的主要途径，在我国碳达峰和碳中和的战略目标下，产业发展将迎来更大的机遇，同时也面临更多的问题和挑战。为了促进循环流化床锅炉生物质发电产业的稳定、健康发展，调研了生物质直燃发电产业发展现状，梳理了循环流化床锅炉在生物质发电产业应用的技术优势，系统分析了生物质循环流化床锅炉的发展历程和关键技术突破。生物质直燃发电产业近年来在我国乃至世界范围内都得到了高速发展，“十三五”以来，我国生物质发电装机年均增长率约20.3%。循环流化床燃烧技术由于其特有的燃料适应性、较高的燃烧效率和较低的污染物排放，适用于生物质直燃发电，目前新建的生物质发电厂普遍采用高压和超高压参数循环流化床锅炉，部分先进机组带有一次再热循环。流态重构技术在生物质循环流化床锅炉上的应用，能大幅降低机组厂用电率，进一步提高锅炉效率；通过优化燃烧温度及风量配比，NOx原始排放得到有效控制；针对生物质燃料碱金属含量高，易于结渣沾污的问题，通过优化对流受热面，控制燃烧温度，可以有效减缓受热面沾污堵塞等问题，锅炉可用率大幅提高。目前限制生物质发电产业发展的主要因素包括运行成本较高、企业管控水平落后以及国家补贴的不确定性，随着生物质发电政府补贴的退坡，产业发展将受到一定影响。针对生物质纯燃发电经济性较差的问题，我国应发展小容量超高参数机组，包括超高压一次再热甚至亚临界机组，可以有效提高发电效率。随着碳交易体系的建立，燃煤耦合生物质直燃发电将得到进一步发展。

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2022年第03期

553

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有机胺CO2吸收技术研究现状与发展方向

作者(Author)：陆诗建, 贡玉萍, 刘玲, 康国俊, 陈曦, 刘苗苗, 张娟娟, 王风

摘要：CO2排放量迅速增加，严重威胁人类生存环境及气候变化，如何减少碳排放量是关注热点。化学吸收法是捕集CO2的主要方法之一，其脱除CO2的实质是利用碱性吸收剂溶液与烟气中CO2逆向接触并发生化学反应，形成不稳定盐类，而盐类在一定条件下会逆向分解释放出CO2而再生，从而实现CO2从烟气中分离脱除。以醇胺溶液为吸收剂的化学吸收法技术开发相对成熟，且分离效果好、操作简单，在电力、钢铁、水泥、化工等行业得到广泛应用。醇胺溶液是化学吸收法的核心，目前应用于工业减排的醇胺溶液包括一级醇胺溶液、二级醇胺溶液、三级醇胺溶液以及空间位阻胺等。综述了4种典型的醇胺溶液和低浓度烟气吸收法胺液的国内外研究现状，介绍了国外三菱重工的KM-CDR工艺、壳牌康索夫脱硫脱碳工艺、陶氏化学Ucarsol溶剂的配套工艺、西门子氨基酸盐溶液的配套工艺、Powerspan的ECO2工艺，同时对阿尔斯通的富氧燃烧技术进行了总结；国内在碳捕集方面研究时间较短，在“双碳”计划推动下，碳减排成为近年来国内研究的重点和热点，论述了浙江大学、华北电力大学、北京化工大学以及中国矿业大学等高校和研究院的研究成果，调研结果表明国外应用规模达到百万吨级，国内技术水平接近，可达10万t级，应用规模尚有较大差距；目前，化学吸收法已有工业应用，国内已建成多个碳捕集示范工程，系统介绍了华电句容电厂1万t/a CO2捕集示范工程、国华锦界电厂15万t/a CO2捕集示范工程以及胜利油田4万t/a 燃煤CO2捕集与驱油示范工程等典型案例。当前国内外燃煤电厂CO2捕集示范工程的规模总体较小，仅有3项百万吨级示范工程，其中中石化建成了我国首套百万吨级的碳捕集项目，这对我国碳捕集行业的发展具有里程碑意义。在有机胺捕集CO2领域，应重点在吸收剂再生能耗与降解性降低、捕集系统热能综合利用与回收、高通量CO2捕集吸收反应器研制以及吸收剂逃逸控制等方面开展研究，开发低能耗、低损耗、低成本CO2捕集技术，推进多行业工程示范，为燃煤烟气CO2捕集技术规模化推广奠定基础。

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2022年第09期

1179

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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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洁净煤技术

2022年第03期

775

751
深度空气分级下煤粉耦合氨燃烧及NO生成特性

作者(Author)：马仑, 方庆艳, 张成, 陈刚, 王学斌

摘要：氨作为一种富氢的无碳燃料，具有能量密度高、成本低、储运安全等优势，与煤粉耦合燃烧可降低煤燃烧过程中CO2的排放。以某20 kW沉降炉(氨从煤粉火焰高温区喷入)为研究对象，在深度空气分级下对煤粉耦合氨燃烧特性及NO生成规律进行研究，通过Fluent数值模拟探究了氨掺混比例(0、10%、20%、30%)、氨燃烧区过量空气系数(1.08、0.96、0.84、0.72)、氨不同送入位置(0.5、0.6、0.7、1.0 m)对煤粉燃尽特性及NO生成特性的影响。结果表明：① 与纯煤粉燃烧相比，煤粉中掺混氨后飞灰含碳量增加、NO生成量降低；氨掺混比例进一步提高会增加飞灰含碳量、降低NO生成量。考虑燃烧经济性和NO排放量，氨掺混比例维持在20%左右较为合适。② 氨燃烧区过量空气系数大于1时，氧量过剩会导致反应NH3+O2NO+H2——O+0.5H2发生，生成大量NO；氨燃烧区过量空气系数小于1时，未完全燃烧的氨发挥还原作用，有利于反应NH3+NO——N2+H2O+0.5H2发生，抑制NO的生成。综合考虑，建议氨燃烧区过量空气系数维持在0.96左右，既可满足煤粉的高效燃烧，又可有效抑制煤粉耦合氨燃烧过程中NO的生成。③ 喷氨位置与煤粉火焰区距离越大，飞灰含碳量和NO浓度越高，建议喷氨位置尽量靠近煤粉燃烧火焰区。

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洁净煤技术

2022年第03期

733

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生物炭材料吸附VOCs研究进展

作者(Author)：黄钰坪, 王登辉, 惠世恩, 刘长春

摘要：挥发性有机化合物（VOCs）因其对生态环境和人类健康的严重危害而受到广泛关注。VOCs处理技术主要有焚烧法、冷凝法、吸附法和催化氧化法等，其中，吸附法以成本低、效果稳定、吸附剂可再生等优点被认为是一种高效、经济的处理手段。生物炭是一种绿色环保、廉价易得的炭质吸附材料，近年研究较多。介绍了生物炭基本吸附特性，对比不同制备和改性方法的优劣，重点分析了比表面积、孔隙特性和官能团等因素对生物炭吸附VOCs的影响，讨论了生物炭吸附VOCs的机理。生物炭原料来源广泛，原料种类、含量和成分差异都会影响生物炭的结构性质，从而影响其吸附能力。生物炭具有丰富的官能团和复杂的孔隙结构，一般采用常规热解方法在适当温度下制备的生物炭产率较高，结构性能较好。现阶段对生物炭改性效果显著的方法包括物理改性和化学改性，且生物炭改性后具备很高的VOCs吸附性能。通常生物炭比表面积越大，吸附性能越好；孔径越大，对大分子VOCs吸附更有利，但孔径远大于VOCs分子直径时，分子间吸附减弱；孔径越小，对小分子VOCs吸附更有利，但孔径过小也会增加VOCs的扩散阻力。较大的比表面积、适当的孔径以及针对被吸附VOCs气体极性进行改性使得生物炭具有较好的吸附性能。生物炭吸附VOCs的机理主要包括炭化区的吸附和非炭化有机物的分配，炭化温度小于300 ℃时分配作用为主要作用。比表面积越大，孔隙结构越发达，越有利于物理吸附；化学吸附一般通过生成化学键（如氢键、π—π键）产生作用。多组分VOCs会发生竞争吸附，且吸附亲和力较强的气体会取代吸附亲和力弱的气体。生物炭在相关领域的研究主要集中在实验室阶段，原料运输以及二次污染等问题使得生物炭吸附在工业上还未有成熟应用。提出未来生物炭吸附VOCs重点研究方向在于开发靶向改性生物炭、新型环保型生物炭复合材料、降低生物炭材料生产成本以及在分子水平上进行模拟研究。

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洁净煤技术

2022年第02期

648

377

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