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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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双碳目标下燃煤电厂碳计量方法研究进展

作者(Author)：王萍萍, 赵永椿, 张军营, 熊卓

摘要：碳计量是碳交易市场稳定发展的基石，是国家制定碳减排政策的数据依据。燃煤电厂作为我国最大的碳排放源之一，准确量化燃煤电厂碳排放量对我国双碳目标的达成具有重要意义。首先，介绍了国内外碳核算标准及相关政策，欧美等发达国家发展较早，初步形成了各自的碳排放计量方法体系。美国火电厂主要采用实测法核算碳排放量，将相关技术标准和规范写入法规，规定25 MW以上燃煤机组必须采用实测法并上交温室气体强制性报告；欧盟目前的碳计量采用核算法和实测法并行，根据电厂碳排放量划分层级并规定不确定度要求，同时欧盟的碳交易市场发展迅速，为其他国家碳交易市场建设提供参考。相比欧美等发达国家，我国目前尚缺少完整的碳核算体系，实测法处于初步发展阶段，缺少碳核算数据库，标准体系有待完善。其次，基于核算法和实测法分别介绍了目前燃煤电厂碳计量的排放因子法、物料衡算法、实测法、生命周期法和模型法的发展现状，并对其优缺点和适用范围进行总结。排放因子法应用范围最广，计算过程较简单，但直接运用IPCC指南的排放因子缺省值计算我国燃煤电厂碳排放误差较大；物料衡算法利用碳平衡计算燃煤电厂碳排放量，但计算中间过程较多，需完整数据才可获得准确的碳排放量；实测法与其他计算方法不同，可直接测量烟气流量与烟气中CO2浓度，在我国政策推动下快速发展；生命周期法可加入电力生产阶段的上下游碳排放，故可扩大核算边界；模型法可直接预测碳排放量或元素碳含量，弥补关键核算数据缺失问题。论述了核算法和实测法数据对比现状，阐明核算法的主要误差来源为排放因子和净热值等数值的选取与测量，实测法的主要误差来源为烟气流量和CO2浓度测量，实测法的精度一般高于核算法。最后，从碳交易市场发展、不确定来源探究、碳排放政策法规制定等方向进行展望，以期为制定中国特色的燃煤电厂碳排放计量方法体系提供参考。

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2022年第10期

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燃煤机组耦合农林生物质发电技术现状及展望

作者(Author)：郭慧娜, 吴玉新, 王学斌, 王志超, 张缦, 黄中

摘要：燃煤机组耦合生物质发电具有改造成本低、调峰灵活、运行安全等特点，是双碳形式下火电机组减少碳排放，提高可再生能源发电比例的有效途径。目前，我国燃煤机组耦合生物质发电技术的应用非常有限。为进一步发挥生物质这种清洁零碳的可再生能源在我国新型电力系统中的作用，同时利用燃煤机组灵活可调度的优势，详细调研了我国生物质资源现状、燃煤机组和生物质的耦合方式、国内外典型燃煤机组耦合生物质发电项目的运行情况。指出我国生物质尤其是农林废弃物存在较大资源浪费，燃煤机组耦合生物质发电技术在国外尤其是欧洲国家已得到大规模应用，国内目前尚未应用于大型机组。梳理出燃煤机组直燃耦合生物质发电技术目前面临的挑战，包括稳定低成本的生物质原料供应和加工流程尚未形成、高比例掺烧缺乏成熟技术、受热面沾污腐蚀问题亟待解决、掺烧时生物质发电量的计量尚未形成标准等。为提高大型燃煤机组灵活性与降低CO2排放，未来需在以下几方面做出努力；通过在电厂周边或边际土地上种植某些能源作物保证生物质原料的相对单一性和稳定性，避免原料性质变化太大对机组运行的影响；发展高比例生物质耦合发电技术，保证煤与生物质掺混比例灵活可调；探索更先进的生物质发电计量方式，以此确定生物质掺烧合理的补贴及运营方式，加快形成具有竞争力的、可复制、可传播的生物质发电循环经济链；按照掺烧比例由低到高开展工程示范项目，并探索生物质能结合碳捕集与封存技术在火力发电厂中的应用，逐步将火电机组从原料减碳过渡到原料脱碳直至烟气脱碳。

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洁净煤技术

2022年第03期

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煤气化渣特性分析及资源化利用研究进展

作者(Author)：范宁, 张逸群, 樊盼盼, 樊晓婷, 王婕, 王建成, 董连平, 樊民强, 鲍卫仁

摘要：我国能源结构特点为富煤、贫油、少气，煤化工行业发展充满机遇和挑战。煤气化技术是现代煤化工的前端支柱，是实现煤炭清洁、高效、绿色、低碳利用的有效途径，具有重要的国家战略意义。煤气化技术规模化应用产生的大量固体废弃物（煤气化渣）的处置，是煤化工基地当前迫切需要解决的问题。分别从国内具代表性煤化工基地的气化灰渣粒度组成、矿物构成、微观形貌、表面性质和持水特性等理化性质入手，对比分析不同炉型、产地、气化工艺等条件下的灰渣特点。灰渣物性特点的差异化与气化工艺、炉型、煤种等因素均相关。灰渣主要组分为硅铝矿物等，其中粗渣粒度普遍偏大；细渣残炭质量分数一般在20%左右，且其表面含氧官能团丰富。此外，细渣因其孔隙率高，含水率较高。基于气化灰渣理化性质，系统归纳了目前报道的气化灰渣提质方法，提出炭-灰分离是实现气化灰渣减量化与资源化利用的重要前提。从高效回收微细粒矿物角度考虑，浮选是最合适的炭-灰分离方法，但由于残炭发达的孔隙结构与含氧亲水性基团的存在导致可浮性差，目前生产成本较高；从降低生产成本、提高处理量角度考虑，重力分选方法是首选，但存在分选下限高的问题；而磁力分选则对铁磁性矿物含量高的灰渣更具有针对性，不具有普遍适用性。综上分选分离方法特点，研制规模化分选设备、研发新型高效浮选药剂与浮选方法及开发高效低耗的气化灰渣分级分选的联合分选工艺是后续炭-灰分离领域的研究重点。此外，系统总结了气化灰渣资源化利用研究进展。建工建材等应用领域可实现气化灰渣的规模化消纳，是提高固废综合利用率的首要利用方向，但需进一步研究气化灰渣干燥脱水、重金属析出等后续问题；生态修复、锅炉掺烧、碳材料制备、吸附/催化剂制备等领域可实现气化灰渣的高值化利用，亦应充分考虑市场容量问题。以下游市场为导向，综合考虑技术现状、成本核算、市场消纳等因素，结合高效分离与分质利用理念，是实现气化灰渣资源化利用的有效途径，保证企业效益和环保效益，同时也是实现煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展的重要补充。

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洁净煤技术

2022年第08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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中国煤电低碳转型之路———国外生物质发电政策／技术综述及启示

作者(Author)：毛健雄, 郭慧娜, 吴玉新

摘要：我国生物质具有储量丰富，分布广泛的特点，是一种可靠的低碳替代燃料，由于生物质燃料同时具有储能属性，合理有效地利用生物质，对于实现我国低碳/零碳的排放目标，构建以新能源为主体的电力系统具有重要作用。为此，系统综述了国外生物质利用政策及发电技术的发展现状和趋势，结合我国生物质特点及电力生产需求目标，对我国未来生物质利用途径开展深入分析。高效煤电+生物质混烧是全球范围内煤电低碳转型发展的主要方向，具有技术成熟、成本较低、利用形式灵活等优势，是英国、瑞典等国家实现碳中和的关键措施，在有效的政策激励下得到了快速发展。目前我国燃煤机组发电能效水平已显著提升，继续改进技术提升能效已不能满足火电大幅度降碳需求。燃煤发电的碳减排需要原料减碳和尾气固碳2方面着手进行，而生物质发电是一种原料减碳的有效措施。我国在发展高效先进节能煤电的基础上，应先立后破，大力发展生物质火电取代煤电，最终实现煤电的零碳化转型，因此煤电升级改造+生物质混烧+碳捕集、利用和封存（CCUS）的技术路径对我国最终实现2060碳中和具有重要战略意义。未来我国生物质发电技术的发展应注重3个方面：根据我国生物质资源情况及利用目标，制定更合理的国家法规政策和激励政策，如碳交易体系下减免碳税、根据耦合比例灵活性颁发发电补贴、绿证交易等，对燃煤电厂混烧生物质进行约束和支持；大力发展生物质燃料产业，规范生物质的加工和收购标准，建立稳定可靠的生物质燃料的供给市场，从根本上降低原料成本，把控原料质量，这也是促进生物质利用良性发展的重要举措；开发先进可行的生物质与煤混烧，乃至100%燃烧生物质的可靠技术，国外经验表明燃煤机组高比例掺烧生物质在技术上完全可行，但我国在此方面积累的经验较少，在原料加工制备与上料、保证锅炉掺混比例较大波动下仍能高效燃烧运行、解决锅炉腐蚀结渣等方面仍需技术积累。未来低碳能源系统将是多能互补格局，生物质大规模利用还将面临原料短缺问题，需推进在边际土地上种植灌木、草类等能源植物以及现有林地改造，建立农林废弃物和能源植物的一体化收、储、运和初加工产业链，可将其与发展三农战略相结合，利国利民。

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洁净煤技术

2022年第03期

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锅炉低氮燃烧技术研究进展

作者(Author)：王晶, 廖昌建, 王海波, 金平, 刘志禹, 孟凡飞

摘要：随着国家对氮氧化物（NOx）排放要求越来越严格，提高NOx治理水平现已成为环保领域的研究重点。概述了锅炉NOx生成机理，对低氮燃烧技术特点进行分析,重点讨论了富氧燃烧技术的机理、特点和应用。NOx的生成机理复杂，与燃料特性、氧气含量、氮气含量、温度及炉膛结构等因素密切相关，锅炉燃烧过程产生的NOx根据其生成机理不同可分为燃料型、热力型、快速型、NNH型及N2O型5种。不同种类的锅炉可应用不同低氮燃烧技术或其结合来实现NOx减排。低氮燃烧技术具有种类多样化、适应范围广、成本较低等优点，是实现NOx减排的重要技术之一，目前应用较为广泛的低氮燃烧技术主要包括空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术与烟气再循环技术。其中空气分级燃烧技术运行经验多，适合锅炉改造项目，但其减排效果有限且存在燃烧不充分及腐蚀问题；燃料分级燃烧技术中以天然气为代表的气体再燃燃料降低NOx效果较好，但更适用于新建锅炉；烟气再循环技术对于现有锅炉改造较容易，但单独使用时NOx减排效果有限且对锅炉燃烧稳定性及燃烧效率有不利影响，宜与其他技术配合使用。MILD(Moderate and Intense Low Oxygen Dilution)燃烧技术、多孔介质燃烧技术、富氧燃烧技术及MILD富氧燃烧技术作为新兴的低氮燃烧技术，可实现NOx超低排放，应用前景十分广阔。MILD燃烧技术的燃烧稳定性好、燃烧效率高且NOx排放低，在不预热空气或全预混条件下均可实现气体、液体及粉状固体燃料的MILD燃烧，对于低热值燃料燃烧也同样具有显著优势。多孔介质燃烧技术燃烧效率高、NOx排放低且贫燃极限宽，可实现高炉煤气、生物质气及挥发性有机物（VOCs）等低热值气体燃料的燃烧。富氧燃烧技术是一种可同时实现超低污染物排放与碳捕集的清洁燃烧技术，具有十分可观的经济效益与社会效益。MILD富氧燃烧技术兼具MILD燃烧技术与富氧燃烧技术2者的优点，并可进一步降低NOx排放量，是一种新型、高效的燃烧技术，可实现煤或天然气等化石燃料的“近零排放”。

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洁净煤技术

2022年第02期

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