评选|“神州集团”杯《洁净煤技术》2021年度优秀论文邀您投票！

李峥辉;卢伟业;庞晓坤;李运泉;白凯杰;李越胜;卢志民;姚顺春

笔者分析总结了燃煤发电企业碳排放计量方法,研发了适用于火电企业的碳排放在线监测系统,并成功在某320 MW热电联产企业进行了应用示范,实现了总碳排放量、碳排放速率等主要参数的在线监测和历史数据统计。基于本系统监测的碳排放数据,对比了直接监测碳排放与核算碳排放的结果,分析了两者之间的差异原因。

笔者通过化学还原法将Pt和Cu 2 O纳米颗粒沉积在锐钛矿TiO 2 晶体表面,系统研究了Pt、Cu共改性对TiO 2 光催化还原CO 2 性能的影响。研究认为，Pt-Cu/TiO 2 催化剂可将CO 2 选择性地还原为CH 4 。经3次循环试验,催化剂的活性未降低,具有良好的稳定性。

基于催化臭氧氧化去除煤化工废水中污染物—苯系物

笔者自主制备了多孔臭氧催化剂,并对催化剂进行表征分析;考察了催化臭氧化降解BTEX的最佳反应条件,并对不同反应体系中自由基的激发情况进行比对;在此基础上探究催化臭氧化对BTEX的去除机理,为BTEX在实际处理过程中的技术应用提供理论基础。

抗结渣生物质燃料研究进展

笔者介绍了生物质中碱金属的存在形式及其热转化过程中钾的释放路径、迁移规律,概括了生物质热转化利用过程中的结渣机制,总结了铝基、钙基、磷基3种添加剂在生物质抗结渣过程中的作用机理。磷基添加剂可较好地解决烟道与炉底结渣问题,钙基添加剂只能解决炉底结渣但会造成严重的烟道结渣,铝基添加剂虽能达到与磷基相近的结果,但成本较高且作用效果随温度的升高而减弱。

α-Fe ₂ O ₃ 表面SO ₂ 吸附及SO ₃ 催化生成的密度泛函分析

笔者 建立了 α-Fe 2 O 3 （001） 表面,利用密度泛函分析方法,对 SO ₂ 和 O ₂ 在 α-Fe 2 O 3 （001） 表面的吸附方式进行研究 , 得到 SO ₂ 的稳定吸附构型和 O ₂ 在Fe 2 O 3 表面的解离方式,利用过渡态搜索方法研究了 α-Fe 2 O 3 表面催化生成 SO ₃ 的反应路径和反应能垒,并对比了气相反应生成 SO ₃ 的反应能垒。

笔者 通过对NO _x 的生成机理进行分析,以CFB锅炉燃烧产生的燃料型NO _x 为主体,应用数学建模与仿真的方法,以给煤量、风量等作为模型输入,建立炉膛出口CO浓度预测模型,并以此模型为基础,与即燃碳模型为输入,建立可以用于控制的炉膛出口NO _x 浓度预测模型。

笔 者 利用一系列检测手段 , 对中国西北地区产出的 2 种典型垃圾焚烧飞灰进行物相组成、矿相结构、孔道及比表面积、元素赋存形态研究 , 并通过固体废物毒性浸出试验（ TCLP ） , 对 2 种典型垃圾焚烧飞灰的浸出毒性进行分析比较通过 TCLP 浸出试验发现 , 这 2 种垃圾焚烧飞灰均存在重金属被浸出的可能性 , 存在一定的环境风险 , 因此需要对垃圾焚烧飞灰进行妥善处置 , 降低其环境风险影响。

笔 者 针对SCR反应器的流场开展数值模拟以及导流板和整流板的结构优化,基于Realizable k-ε模型和多孔介质模型,通过对全尺寸SCR反应器模型的速度场的模拟,研究导流板结构、整流板数量对于SCR脱硝系统的流场组织和气流均匀性的影响。通过模拟SCR反应器内的颗粒分布,研究飞灰颗粒对流场的影响。通过计算整流板前截面的相对速度偏差和分析不同优化方案下的SCR反应器的速度场,评估导流板和整流板的导流效果,进而确定最佳方案。

笔 者 基于Fluent软件,构建三维稳态CFD模型,对湿法脱硫后烟气的冷凝过程进行数值模拟研究,将优化设计后的冷凝室作为计算对象,充分考虑气液两相流之间的能量、质量、动量交换,全面讨论了冷凝室本身结构和气液两相参数对传热传质的影响。

碳含量对煤矸石活化及酸浸提铝的影响

笔者考察了不同氧气浓度、煅烧温度对煤矸石热活化酸浸提铝效率的影响,并对比了煤矸石和无烟煤调配煤矸石中碳含量对煤矸石热活化酸浸提铝效率的影响 。煤矸石和配碳煤矸石中碳含量对煤矸石热活化酸浸提铝效率有一定影响且规律相似,碳含量低于23%时,铝浸出率随碳含量的增加而降低;碳含量高于23%时,铝浸出率随碳含量的增加而提高。

笔 者 利用一维小室模型对掺混不同比例煤泥的CFB锅炉运行工况进行模拟,研究了掺混煤泥比例对CFB锅炉炉膛内物料平均粒径、颗粒停留时间以及炉膛上部物料浓度的影响,确定了大比例掺烧煤泥条件下的流态优化条件。当锅炉负荷为300 MW时,掺烧煤泥后床温明显降低,飞灰含碳量和排烟温度随着掺烧煤泥比例的增加而增大,底渣含碳量则随着掺烧煤泥比例的增加而降低。为了实现大比例掺烧,建议控制矸石的入炉煤粒径,且需要强化尾部吹灰或适当调整尾部受热面。  

笔者针对锅炉机组存在的问题,通过建立改造前、后的模型计算分析,进行了导流板布置的优化设计、CFD流场分布、优化SCR系统导流板设计、声波与蒸汽吹灰器结合吹灰和氨注射栅格优化升级等工作,对脱硝系统烟道易产生积灰的部位增加声波吹灰器,对喷氨格栅喷嘴数量及氨空混合器升级,同时开展锅炉SCR脱硝喷氨热态优化调整试验工作。

卧式液态排渣旋风炉燃烧高碱煤试验研究

为研究液态排渣卧式旋风炉燃用新疆高碱煤液渣捕捉碱金属特性,在实验室条件下搭建液态排渣卧式旋风试验炉,并对新疆沙尔湖煤进行燃烧试验,对试验过程中在卧式液态排渣旋风试验炉内采集到的灰渣样进行SEM-EDS分析,根据其分析结果计算灰渣样中碱金属的固碱率,同时观察试验过程中炉膛内壁液渣的形成情况,测量炉内温度分布情况。

笔 者以煤炭资源型城市淮南市为例,采用层次分析法,从自然环境、社会经济环境、环境污染治理3方面构建煤炭资源型城市生态环境质量动态评价指标体系和生态环境质量综合指数模型。在此基础上,结合淮南市实际情况,对淮南市2010—2018年生态环境质量进行动态评价,根据评价结果提出进一步改善淮南市生态环境质量的建议。

为了调节煤基压块破碎颗粒活性炭的孔结构,分别以大同烟煤和灵武烟煤为原料,FeCl ₃ 为金属添加剂,采用压块工艺制备活性炭,重点考察混合法、浸渍法和离子交换法引入Fe元素对活性炭孔结构和磁性能的影响。利用热重分析了煤的炭化过程和炭化料的活化过程,采用X射线衍射分析了炭化料样品的微晶结构和无机矿物质组成,采用振动样品磁强计和低温N ₂ 吸脱附表征了活性炭的磁性能和孔结构。

笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NO _x 排放特性的影响规律。

气化滤饼中碳赋存形态及循环掺烧可行性研究

煤气化技术作为煤炭高效清洁转化利用的重要技术,其无机组分约占20%,主要以气化灰渣（气化滤饼和粗渣）形式外排,其中气化滤饼碳含量达20%～50%,是资源化利用的关键技术瓶颈,由于缺乏对碳微观物化性质的深入分析,导致脱碳效率低、成本高,主要以堆存方式处理,造成环境污染。针对上述问题,以内蒙古某公司气流床气化得到的气化滤饼为研究对象,采用一系列检测手段对气化灰渣的元素/矿相组成、碳结晶度、碳在不同粒度中的分布规律、碳与无机相赋存形态和微观形貌、碳失重范围以及气化滤饼的反应活性等方面进行研究。

日趋严苛的燃煤氮氧化物（NO _x ）排放标准对煤粉工业锅炉性能提出了较高的要求,我国现有的煤粉工业锅炉燃烧器难以通过运行优化直接达到排放标准。基于此开发了一种用于煤粉工业锅炉的新型预燃式低氮旋流燃烧器,并在25t/h煤粉工业锅炉上进行试验,研究了一次风率、二次风配比、旋流叶片角度、再循环风（FGR）及燃尽风（OFA）对NO _x 排放和燃烧效率的影响。

为应对大气污染严重问题,我国近年来加速了"煤改气"政策的推行,燃煤锅炉逐渐被燃气锅炉替代,开发和设计新型低氮燃气燃烧器具有重要意义。为响应国家"低氮环保"号召,提出了一种新型微火焰燃气低氮燃烧器。采用数值模拟方法对该燃烧器进行了相应的孔径结构优化,并在此基础上进行燃烧工况模拟,以选出燃烧的最优工况。

笔 者 采用深度浮选联合氧化方法对贵州某高硫煤进行脱灰脱硫提质研究,通过接触角测试不同捕收剂的性能,研究不同捕收剂对浮选脱灰的影响规律,不同灰分抑制剂和硫分抑制剂对浮选脱灰脱硫的影响,并进行闭路浮选试验。采用化学氧化对浮选精煤进一步脱硫处理,研究了不同氧化剂对浮选精煤化学脱硫的影响规律,并通过红外光谱和扫描电镜证明脱灰脱硫机理。

笔者通过模拟烟气气氛对金属材料15CrMoG和T91进行高温腐蚀试验,并采用KCl涂抹方法模拟受热面表面碱金属盐的沉积腐蚀现象,利用SEM、EDS和XRD等检测方法分析腐蚀产物的形貌与组成,研究金属材料、腐蚀时间和反应温度对碱金属氯化物高温腐蚀的影响。

笔者 为了实现半焦在煤粉工业锅炉中的稳定燃烧及NO x 排放的降低,采用两段式滴管炉开展半焦空气分级燃烧NO x 排放规律研究。笔者对半焦空气不分级燃烧NO x 排放规律进行了研究,主要探究了主燃区温度（1000～1400℃）及过量空气系数的影响,为后续空气分级燃烧降低NO x 的效果提供对比依据。半焦空气分级燃烧试验主要研究了主燃区温度（1000～1400℃）及二次风比例（0.4～0.8）的影响,并从燃尽率、NO x 减少比例、灰样微观孔隙和形貌等方面进行论证。

笔者以14MW高速煤粉燃烧器为研究对象,采用数值模拟的方法,研究旋流强度、二次风温度等关键参数对燃烧器内煤粉燃烧的影响,针对燃烧器内煤粉燃烧特点进行结构优化设计。

笔者通过对历史在线数据、理论分析与计算,对燃煤电厂脱硫水平衡的影响因素进行全面总结与量化分析。明确燃煤煤质、环境条件、脱硝等环保设施对脱硫水平衡的影响。燃煤煤质的全水和氢含量影响最大，环境温度和湿度的影响明显，空气过剩系数（或氧量）也有较大影响。采用SNCR等工艺时,尿素溶液中含大量水,对脱硫排烟温度的影响可达1℃。脱硫入口烟温对脱硫排烟温度的影响明显,具体差异与脱硫入口烟温和煤质有关。此外,机组负荷等因素也会对脱硫水平衡产生较大影响。

为了探究烟气中不同酸性气氛对氧化物吸附气相砷的影响特性,选取燃煤飞灰中部分矿物质氧化物CaO、MgO、Fe ₂ O ₃ 为吸附剂,在两段式固定床反应器中开展700/900℃模拟烟气气氛、O ₂ /CO ₂ 气氛及含有HCl、SO ₂ 气氛的模拟烟气条件下氧化物吸附气相砷试验。样品吸附砷含量经HCl酸液提取后由原子荧光光度计测量,吸附剂比表面积和孔隙结构特性由BET分析获得,样品微观形貌经SEM分析获得。

针 对粉煤灰固废的处理/处置问题,采用湿式化学的方法将其合成沸石,探索粉煤灰的资源化高值利用方式。通过设计四因素、三水平的正交合成试验,结合阳离子交换容量的评价,确定湿式化学方法下粉煤灰合成沸石的最佳工况。为了检验合成的沸石对阳离子重金属的吸附脱除效果,进行9种正交工况下合成的沸石对重金属Pb（Ⅱ）的吸附脱除试验,同时研究了合成的沸石对阴离子基团的吸附脱除。

笔者以煤制油选煤厂的流程样品为试验煤样,通过工业分析、显微镜分析和红外光谱分析方法,结合在线计量工具,分析了不同有机组分在生产过程中的迁移规律,给出了选煤厂提高产品质量的理论途径。

燃煤工业亚微米颗粒物的排放会危害环境和人体健康,而团聚方法是脱除亚微米颗粒的主要手段之一。通过搭建亚微米颗粒湍流团聚试验台,利用扫描电迁移率粒径谱仪（SMPS）测量湍流段前后进出口亚微米不同粒径数量浓度,研究不同扰流柱排列对亚微米颗粒团聚效率的影响,并结合Fluent软件分析了流场对颗粒团聚效率的影响。