ISSN:1006-6772 

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主管:国家煤矿安全监察局

主办:煤炭科学研究总院     煤炭工业洁净煤工程技术研究中心

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责任编辑:张晓宁   白娅娜    刘旸

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  • 褐煤低温热解分级利用现状分析及展望
    Present situation analysis and prospect of classification and utilizationof lignite pyrolysis at low temperature

    丁肖肖;李洪娟;王亚涛;

    我国“富煤,贫油,少气”的能源现状,决定了很长时间我国仍将以煤炭为主。其中中低阶煤占目前煤炭总探明储量的50%以上,为高效利用褐煤等中低阶煤炭资源,笔者对我国褐煤资源的分布特点、物理特性及其干燥脱水、压缩成型和低温热解加工利用现状进行了分析,重点综述了褐煤低温热解技术研究现状,对目前广泛应用的固体热载体热解技术、气体热载体和气-固热载体进行了总结,并从反应器类型、热载体类型、适用范围、进料粒度、目标产品、工业化程度等方面对热解工艺进行了对比,指出了现阶段褐煤分级利用过程中存在的产品附加值不高、焦油收率低、余热回收和粉尘处理等关键技术问题,并对未来褐煤热解分级炼制工艺进行了展望,提出了通过提高焦油等热解产物的附加值来延伸产品链、开发与其他物质的共热解工艺、完善现有反应器并开发新的热解反应器、通过工艺调整提高褐煤中氧等元素利用率及大型化发展的必要性。提出未来褐煤等中低阶煤综合利用的建议,将褐煤热解提质技术与现有的煤气化、液化、MTO、MTP等煤化工技术集成,并通过设置适宜的产品目标和设计合理的工艺路线,得到多种高附加值清洁燃料、化工原料以及热能、电力等产品,有效延长褐煤产业链,实现低阶煤分级分质利用,促进我国煤炭转化产业结构调整和优化升级。

    2019年05期 1-7页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1268K]
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  • 钒基脱硝催化剂SO2氧化率控制研究进展
    Research progress on the control of SO2 oxidation rate over vanadium based denitrification catalyst

    李文华;尹顺利;金震楠;薛东武;周文;赵会民;

    SO3是燃煤机组烟气关键污染物之一,影响机组稳定运行、大气环境质量和人类健康。笔者总结了控制商用SCR脱硝催化剂SO2氧化率的研究进展,包括孔结构调整、隔离层、降低壁厚、形态调整等物理方案,以及载体、助剂、活性组分及表面酸性优化等化学方案。由于受动力学因素影响(扩散控制),脱硝反应仅发生在催化剂表面75~100μm厚度以内(脱硝区域),而SO2氧化反应可在整个壁厚内发生(区域),因此减少参与SO2氧化反应的活性组分数量是物理方案的主要内容。在钒基脱硝催化剂中,活性组分V2O5既可以选择性催化还原NOx,也可将SO2催化氧化为SO3,调控活性组分与载体的相互作用,使NH3、SO2在催化剂表面形成竞争吸附,抑制催化剂对SO2的吸附,降低活性物种氧化还原能力,是化学方案的有效方法。物理方案较适用于板式脱硝催化剂,而化学方案对于催化剂结构无特殊要求,且化学方案较物理方案具有更好的效果。各技术方案主要基于脱硝反应属于气固非均相催化反应体系特点,从氨气、SO2等反应物扩散、吸附、氧化还原反应等多种角度出发对催化剂配方、物理结构进行优化调整,从而实现脱硝主反应活性K(NOx)与SO2氧化副反应活性K(SOx)的平衡。在商用低SO2氧化率脱硝催化剂开发中,可综合考虑扩散、吸附、氧化还原能力等多种因素对催化剂性能的影响,同时采取多种方案对催化剂进行改性,在保证催化剂脱硝性能的前提下,显著降低催化剂的SO2氧化率。在燃煤机组超低排放要求下,脱硝催化剂使用量或催化剂中活性组分含量明显增加,脱硝系统对SO2氧化率由1%升高到1.5%左右。同时考虑到超低排放要求下后端处理设备对SO3脱除的压力,新型脱硝催化剂SO2氧化率至少应降低1/3以上。

    2019年05期 8-16页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2596K]
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  • 大型煤粉电站锅炉直接掺烧生物质研究进展
    Research progress on direct blending biomass in pulverized coal fired boilers of large power plants

    刘家利;王志超;邓凤娇;屠竞毅;方顺利;

    为提高生物质在大型煤粉电站锅炉直接掺烧的安全性和经济性,分析了多种典型生物质与典型煤种的煤质及燃烧性能差异,论述了掺烧生物质后对锅炉主机及辅机的设备适应性及运行的影响,同时分析了国内外煤粉锅炉直接掺烧生物质的典型掺烧方式及特点。结果表明,生物质具有水分高、密度低、挥发分和氧含量高、硫含量低、环保性能好等优势。大型煤粉电站锅炉掺烧生物质时,需充分考虑掺烧生物质对机组设备的适应性及运行参数的影响,重点考虑生物质的全水分、发热量、灰熔融温度和灰成分中Fe2O3、CaO、MgO和K2O等碱性氧化物对燃料制备、储存和输送,锅炉效率,制粉系统出力,带负荷能力及锅炉的结渣、沾污和腐蚀等影响。通过优选生物质种类,掺烧5%~10%的成型生物质对大型煤粉电站锅炉主机、燃烧系统、制粉系统及其他辅机系统运行无明显影响。综合考虑技术可行性、经济性及运行安全性,采用独立喷燃工艺2即利用锅炉备用制粉系统实现生物质独立掺烧的经济性更高。为防止生物质燃烧器的烧损,要求磨制生物质燃料的磨煤机进口风温在100℃以内,以保证磨出口一次风温不超过50℃,以40~45℃为宜。当生物质比例低或掺烧时间短时,可考虑共磨掺烧方案,但需严重控制生物质自燃,确保生物质掺烧的安全性。因此通过优选生物质种类和掺烧方式、控制掺烧比例、优化运行参数等可保证大型煤粉电站锅炉直接掺烧生物质的安全运行。在大容量高参数的煤粉锅炉上直接掺烧生物质具有投资和占地面积少、无或少量设备改造、热效率高、掺烧不受季节影响等优势,目前制约其大规模推广应用的主要原因是生物质不受人工干预的准确计量。

    2019年05期 17-23页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1372K]
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  • 粉煤灰用于橡胶的研究现状及展望
    Research progress and prospect of pulverized fly ash in rubber

    王庭苇;郑正旗;贺行洋;刘永明;

    粉煤灰是一种火力发电厂的废弃粉体材料,炭黑是橡胶产品中所用的主要补强填料,一般来源于石油和煤炭相关产业,但从节约能源和保护环境的角度出发,必须要降低炭黑的生产量。由于粉煤灰和炭黑的性质相近,因而可采用粉煤灰替代部分炭黑用于橡胶补强材料中。笔者论述了粉煤灰填充橡胶补强材料的工艺研究进展,主要包括直接填充、物理分离、化学提取及表面活性剂改性等4个方式,同时指出了粉煤灰在橡胶填充材料中工业化应用现状,并对粉煤灰提取橡胶用补强材料的方法,用于填充橡胶的处理方法,以及实现工业化的研究方向进行了展望。结果表明,粉煤灰直接填充,分散效果差,掺量较少;化学提纯虽能提升产品质量,但提纯工艺复杂;物理改性方式获得的超细颗粒存在分散性难题;机械化学改性方式采用湿法改性方法效果较明显,但生产效率低,需干燥后使用,难以实现工业化。目前,粉煤灰填充在橡胶材料中的工业化应用主要有耐压橡胶管、阻燃橡胶、氯化聚乙烯胶管等方面,应用范围存在一定的局限性。为实现粉煤灰在橡胶制品中的大规模应用,还需针对上述应用难题,结合多种改性方法,提升改性效果和效率,如结合物理改性法时应减少球磨、超声时间,降低能耗;结合化学改性法时,可引入低成本偶联剂提升改性效果和效率,以寻找一种低成本、高附加值的改性粉煤灰方法。

    2019年05期 24-29页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1244K]
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  • 低焦油固定床气化研究进展
    Research progress on low tar fixed bed gasification

    臧雪晶;陈亚飞;董卫果;读刚;郭良元;

    随着环保要求日趋严格,固定床气化焦油引起的环境问题成为制约固定床气化技术发展的瓶颈,低焦油气化应得到重视。本文介绍了固定床气化中实现低焦油气化的途径及影响因素,分析了各工艺条件对焦油产量的影响,阐述了两段炉、下吸式炉型以及两段供风式气化炉降低焦油的原理。较为普遍的是将下吸式与两段式气化炉相结合,生成的焦油含量低,燃气热量高,炉内热量损失率低,多用于生物质气化技术开发。喉口结构既能增加气速,又能提高炉内温度,促进炉内焦油裂解。气化原料、粒径、气化工艺(气化终温、压力、气化剂、催化剂等)是影响焦油产率的重要因素。高挥发分的气化原料(低阶煤、生物质等)生成的焦油较多,挥发分较低的高阶煤焦油含量很少。粒径影响挥发分析出与传热,从而影响焦油产率。温度的影响主要在于焦油裂解,焦油裂解占裂解反应的主反应时,随温度上升,焦油产率逐渐降低,因此,部分催化剂与后续脱焦油技术需根据温度对焦油的热裂解作用来降低焦油含量。增大压力会抑制挥发分析出,有利于减少焦油。通入适量水蒸气能降低焦油含量,增加氢气含量,但会降低气化温度,需进行定量参数调节。各种催化剂能有效降低焦油含量且改变煤气热值,但催化剂反应条件严格,会增加气化成本。低焦油气化能产生清洁的新能源,是固定床气化技术的重要突破,既能提高低阶煤利用率,又能解决高挥发分的生物质、城市垃圾气化问题。煤气中焦油含量减少,有效气体成分提高,有效缓解低热值气化原料产气热值过低的问题。

    2019年05期 30-38页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3204K]
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  • 山西煤系锂镓铝分布特征和开发利用前景
    Distribution characteristics and development and utilization prospect oflithium gallium aluminum in Shanxi coal system

    刘汉斌;马志斌;郭彦霞;程芳琴;

    煤中共伴生金属矿产是指在煤系地层中,与煤共生或伴生在一起,在煤炭开采时共同产出的具有工业价值或工业利用前景的金属矿产。山西煤炭资源丰富,储量巨大,年煤炭产量常年占全国年煤炭产量的25%左右,火电发电量常年占全省总发电量90%以上。山西煤与煤基固废中蕴藏着大量可供工业开发和利用的金属矿产,如煤中锂、镓、铝等。但目前尚无从全省的角度对山西煤中共伴生金属矿产的分布进行研究,极大地限制了从宏观政策层面对煤中共伴生矿产的战略开发。笔者根据山西煤系地层中锂镓铝的研究数据,分析了目前山西煤系共伴生锂、镓、铝的分布特征和成矿前景。认为,山西煤中太原组煤中锂含量显著大于山西组,而铝镓小于山西组;煤层夹矸中锂镓含量显著大于煤层中。山西宁武煤田平朔矿区,沁水煤田晋城矿区、霍西煤田霍州矿区、西山煤田古交矿区太原组主采煤层以及西山煤田夹矸中的锂具有良好的煤系伴生锂矿成矿潜力;山西煤中镓和铝异常高值较普遍,广泛分布于山西山西省中北部地区,且整体上从北向南依次递减。山西煤系锂镓铝资源在山西电厂粉煤灰和高铝煤矸石储量巨大,具有良好的工业开发前景,亟需对山西粉煤灰中锂和煤层夹矸中锂镓的边界品位和最低工业品位进行划定,以实现资源的循环和高值化利用。作为2种特殊的矿产资源,粉煤灰和煤矸石的综合利用应从源头开始做顶层设计,因地制宜、分类分级梯级利用。

    2019年05期 39-46页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2285K]
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  • 棒状型煤抗碎强度影响因素试验研究
    Experimental study on factors affecting the mechanical strength of coal pellets

    王自祥;付亮亮;宋瑞领;庞明瑾;许文波;王超;蓝天;

    民用散煤利用效率低,燃烧过程产生大量污染物,也是产生雾霾的重要原因之一,推广洁净型煤是治理散煤的有效途径。为了研究棒状型煤的最优制备条件,以兖矿集团南屯动力煤为原料,经锤破制粉系统制得0~5 mm原料煤粉,利用ZLSP200A型平模颗粒机制备棒状型煤,研究了原料水分、粒度、模具锥角和黏结剂等因素对棒状型煤抗碎强度的影响。结果表明:原料煤中水分可润湿煤粉颗粒表面,挤压成型过程中,在煤粉颗粒之间形成稳定的桥接力,同时起到润滑作用。原料煤水分为15%时,成型过程顺畅且棒状型煤初始强度最高,水分过低不能成型或堵塞模孔,水分过高棒状型煤初始强度不足,发生变形、黏连,不能满足储运要求;原料煤粉粒度分布模数m<0.3时,利用电镜观察发现细粒级煤粉密实填充于粗粒级煤粉之间,煤粉颗粒之间接触紧密,颗粒间的桥接力和啮合力强,棒状型煤抗碎强度达90%以上;棒状型煤抗碎强度随模具锥角的增大略微提高,但锥角变大会导致成型过程压辊压力在垂直于锥面方向的分力变大,平行于锥面方向的分力变小,成型过程需要克服的摩擦力增大,能耗及模具磨损增加,在生产中要兼顾型煤抗碎强度与生产平顺性,锥角以16°为宜;黏结剂对棒状型煤抗碎强度有明显的提升作用,添加量在2%~3%时性价比最高。通过不同黏结剂棒状型煤的TG曲线可以看出,有机黏结剂可降低棒状型煤燃点,促进燃烧过程;无机黏结剂使型煤燃点提高,燃烧速率降低,燃尽温度提高,灰分增加,灰熔融温度降低,抑制燃烧过程,生产中可根据用户对型煤抗碎强度、热值、热稳定性的要求及黏结剂价格综合考量选择。

    2019年05期 47-52页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 13675K]
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  • 褐煤改性对其表面特性及成浆性的影响
    Effect of lignite modification on its surface properties and pulping properties

    柳金秋;吕向阳;张胜局;张孝雨;

    针对蒙东胜利褐煤孔隙率高、表面含氧官能团丰富、储运困难、成浆性差等问题,以阴离子石蜡乳液对褐煤表面进行改性,对褐煤改性前后表面性质的变化和成浆性进行研究。采用热重分析仪(TG)研究了空干基褐煤(ADL)和改性空干基褐煤(BADL)的热失重规律;采用X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附比表面积测试法(BET)对热风干燥后的褐煤(DL)和改性后的干燥基褐煤(BDL)表面官能团、比表面积和孔结构进行研究;通过成浆性试验研究改性前后褐煤成浆性的变化。结果表明,ADL通过阴离子石蜡包覆改性后,50~150℃时,BADL质量变化速率绝对值小于ADL,117. 82℃时,绝对值相差最大,为0. 34%/min; DL通过阴离子石蜡包覆改性后,表面无机氧含量从0. 64%降低至0. 20%,CO和COO—含量分别从13. 93%和12. 22%降至13. 11%和12. 03%;比表面积从8. 790 m2/g变为14. 995 m2/g;孔体积从0. 041 cm3/g降低至0. 032 cm3/g,平均孔径从32. 697 nm降低至17. 054 nm;以水煤浆表观黏度小于1 300 m Pa·s、流动性好于B-(12 cm)为评价标准,褐煤改性后结合使用分形级配制浆工艺,最高成浆浓度可达60. 59%,与未改性前相比,最高成浆浓度提升了10个百分点,表观黏度从1 059 m Pa·s降至682 m Pa·s,提高了水煤浆的稳定性。

    2019年05期 53-58页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3323K]
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  • 煤粉加压密相输送特性研究
    Study on characteristics of the dense phase transportation of pulverized coal pressure

    方薪晖;安海泉;刘臻;冯子洋;彭宝仔;王永刚;

    煤粉加压密相输送系统作为粉煤气化工艺的上游系统,直接影响气化炉的稳定、可靠及安全运行。当气化原料煤种发生改变或进行掺混配煤,其煤粉输送特性可能随之改变,对煤粉输送过程的平稳运行有一定影响。为研究干煤粉气化炉供煤系统的工作特性,针对某气化装置混配后的原料煤粉,利用HR指数和FF函数对粉体流动性进行分级表征,然后在内径25和15 mm管径下进行背压2、4和5 MPa的加压密相输送试验,考察了表观气速、输送压力对煤粉流量的影响规律,最后采用煤粉流量的平均波动幅度和最大波动幅度作为煤粉输送过程稳定性的评价指标,对各工艺参数间的波动相关性进行比较分析。结果表明:该原料煤粉的HR指数为1.42,FF函数为2~4。结合流动性分级表,该原料煤粉的流动性位于黏结区,但靠近易流动区;随着表观气速的增大,煤粉流量先增大后减小,在临界气速处煤粉流量最大。当表观气速超过临界气速后,由于气相压降占主体,颗粒相压降减小导致煤粉流量开始降低;输送压力对煤粉流量和流态转换有一定影响。在相同表观气速下,输送压力提高,煤粉流量有下降趋势,在小管径15 mm管道中该规律更为明显。输送压力越高,密相到稀相的流态转换越急剧,根据背压2和4 MPa的输送相图,在临界气速处,25 mm管径下相图曲线的曲率约为15 mm管径下的2倍;煤粉流量的平均波动和最大波动幅度可作为输送稳定性的评价标准。试验范围内,煤粉流量的平均波动幅度小于3%,最大波动幅度小于10%,煤粉流量最大波动幅度约为平均波动幅度的3.4倍,两者间的相关系数为0.948。

    2019年05期 59-65页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 7889K]
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  • 煤焦油加氢油品中重质芳烃的溶剂萃取规律
    Solvent extraction rules of heavy aromatics in productsgenerated by hydrogenation of coal tar

    赵渊;王光耀;

    为研究煤焦油中重质芳烃的溶剂萃取规律,以煤焦油加氢产品中220~270℃馏分为原料,分别进行单一溶剂、复合溶剂、单级萃取以及多级萃取试验。结果表明,6种单一萃取剂中,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)对芳烃的溶解性最佳,重质芳烃分配系数高达0.28,萃余相中的芳烃含量从原料的40.00%降至10.65%。二甲亚砜(DMSO)萃取重质芳烃的分配系数虽然与环丁砜(SULF)相当,但其分离因数高达75.00%,对重质芳烃具有较好的选择性。DMSO、DMF均属于非质子型极性溶剂,其介电常数和偶极矩均较大,因此极性较强,对于芳烃的溶解性及选择性均优于TRIG。其中,DMF含有N—C及CO基团,溶解能力较强,但通常含—S—基团的溶剂有较好的选择性,因此DMS选择性优于DMF,但同时由于DMSO中含有SO共轭双键基团,因此DMSO对芳烃的溶解性仅次于DMF。以DMSO为主萃取剂,添加20%DMF助剂进行复合溶剂萃取试验时,重质芳烃的分配系数从单萃取剂的0.09升至0.15,分离因数从单萃取剂的74.49%降至53.45%,重芳烃的萃取效率有所增加,但也增加了部分环烷烃的损失。经复合溶剂三级萃取最终可将总重质芳烃含量降至8.7%,其中二环芳烃与三环芳烃较易脱除,而单环芳烃含量仍高达8.20%。一环芳烃中茚满类、四氢萘类含量从原料的18.20%降至2.80%,总萃取率为84. 60%;茚类的含量从原料的14. 90%降至1. 30%,总萃取率为91.30%,而烷基苯原料中含量为6.70%,经过三级萃取后,降至4.10%,总萃取率仅为38.80%。影响萃取效果的主要原因是单环芳烃中烷基苯类化合物较难被常规极性溶剂萃取。C9以上一环芳烃中的烷基苯主要结构特点是苯环侧链上带有较长的链烷基或环烷基,如苯基环己烷、甲基苯基环己烷等,一方面其分子结构中苯环上的非芳烃侧链较长或结构较复杂,与主萃取剂DMSO的结构差异较大,另一方面烷基苯的极性与四氢萘、茚类等其他一环芳烃化合物的极性相比,其与DMSO极性的差距更大,因此无论从结构还是极性来说,烷基苯在DMSO中的溶解性均弱于四氢萘类以及茚类。

    2019年05期 66-72页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 5852K]
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  • 420 t/h四角切圆锅炉低氮燃烧改造数值模拟研究
    Numerical simulation of low NOx burner retrofit of a 420 t/h tangentially lean coal-fired boiler

    陈涛;于洁;赵鹏;孙路石;

    为达到严格的超低排放标准,目前国内绝大部分电站锅炉均实施了NOx排放控制技术改造。针对一台燃用烟煤的420 t/h四角切圆煤粉锅炉,将原双通道燃烧器改造为水平浓淡燃烧器并加装3层燃尽风(SOFA),从而达到低氮燃烧的效果。应用数值模拟方法进行方案论证,研究了一次风浓淡比、SOFA风率和SOFA风射流角度等参数对锅炉燃烧状况及NOx排放规律的影响,并提出最佳改造方案。随着浓淡比的增加,炉膛出口温度逐渐增加,而NOx含量逐渐降低。浓淡比为4∶1时,飞灰含碳量最低。随着浓淡比增大,CO浓度升高,增强了主燃区域的还原性,抑制挥发分含氮中间产物氧化成NO;另一方面,浓淡比增大使浓煤粉气流挥发分析出速率加快,强化挥发分含氮中间产物HCN和NH3将已生成的NO还原为N2;同时,淡侧气流煤粉浓度低,含氮基团析出量变小,与氧反应生成NO的量减少。随着SOFA风率的增加,炉膛出口烟温、飞灰含碳量增加,20%SOFA风率时,NOx浓度较高,SOFA风率由30%增加到40%时,NOx浓度基本保持不变。随着SOFA风率的增加,主燃区形成的低O2高CO浓度的强还原性气氛抑制了HCN及NH3被氧化成NO,反而促进了其与已生成的NO发生反应生成N2。此外,高SOFA风风率下,主燃区高温区缩小,生成的热力型NOx也相应减少。随着SOFA风射流角度上扬,还原区加长,有利于降低NOx浓度,但燃尽区的火焰中心会上升,煤粉燃尽时间变短,炉膛出口温度和飞灰含碳量上升。随射流角度增加,O2浓度降低而CO浓度升高,这是由于射流角度增大延迟了煤粉燃尽过程,增加了化学不完全燃烧损失;这种低氧高CO的强还原性气氛大大抑制了NOx生成。根据数值模拟结果,确定试验锅炉的低氮燃烧改造方案为:选择浓淡比为4∶1的水平浓淡燃烧器作为改造燃烧器,SOFA风率定为30%,SOFA射流角度上扬15°。改造后锅炉燃烧稳定,NOx排放显著降低,为220 mg/Nm3左右(降幅达65%~70%),而飞灰含碳量保持在3%~4%,表明改造方案可达到良好的低氮燃烧效果。

    2019年05期 73-79页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 9434K]
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  • 环形逆向射流流场结构特性的模拟研究
    Numerical simulation study on the structural characteristics of annular counterflow jets flow field

    罗伟;

    逆向射流是火焰稳定的重要技术手段,为探究环形逆向射流结构对煤粉逆喷式旋流燃烧器稳燃特性的影响,构建了不同尺寸圆形与环形射流管的逆向射流模型,以Fluent软件为计算平台,采用“可实现”的k-ε模型对流场结构进行模拟研究。通过计算不同流速比下各射流管的无量纲贯入深度变化,发现环形射流的贯入深度大于圆形射流,且随内径的增大而增大,其射流在环境流中的渗透能力增强,这有利于增加煤粉的逆向传播距离,增加停留时间,提高燃烧稳定性。与圆形射流不同,环形射流的贯入深度与流速比并不是单调的线性关系,在流速比7.5~12.5存在一个平缓的过渡段,表明在一定区间内,流速比的减少不会引起贯入深度的明显减小,对现有燃烧器的设计具有指导意义。通过计算不同流速比下各射流管的最大零流速半宽,发现环形射流在逆流中的最大零流速半宽大于圆形射流,并随射流管内径增大而增大,表明环形逆向射流在径向的扩展宽度更大,卷吸能力更强。环形逆向射流的最大零流速半宽随流速比呈线性增大,斜率随内径增大而增加,高流速比的环形逆向射流径向扩展能力强于低流速比的环形逆向射流。根据计算结果绘制分界流线,发现在较低速度比时,射流的分界流线与圆形射流相似;在较高速度比时,虽然射流的轴线速度在滞点减少为零,但轴线附近的一定区域,流体依然向下游传播渗透,经过一段距离后速度才降至零并转向,分界流线也变得不规则。环境逆流在轴向上对环形射流有一定程度的压缩和阻碍作用,使得射流在径向的扩展宽度增大,增强了射流的卷吸能力,有助于促进燃烧器内煤粉与助燃风的混合。通过研究不同射流管逆向射流轴线上轴向流速的沿程变化,发现环形射流轴线上的流速衰减较圆形射流更为平缓,表明其与环境流的掺混不如圆形射流强烈。随着内径不断减小,环形射流轴向速度峰值增大且位置提前,衰减速度增强,逐渐接近圆形射流中轴线上的衰减情况。

    2019年05期 80-85页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 4074K]
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  • 660 MW超超临界循环流化床锅炉超低NOx排放研究
    ]Study on ultra-low NOx emission technology of 660 MW ultra-supercritical circulating fluidized bed boiler

    李影平;辛胜伟;王凤君;

    循环流化床(CFB)发电技术具有良好的炉内脱硫抑氮等优势,得到了广泛推广。随着环保形势的日趋严峻,CFB锅炉仅依靠炉内低氮燃烧无法满足NOx超低排放要求,因此必须深入研究CFB锅炉炉内低氮燃烧理论,并在660 MW高效超超临界CFB锅炉实现突破。基于流态重构节能型CFB锅炉的设计理念,通过试验和数值模拟研究了炉内NOx生成还原机理与炉内实现NOx全部脱除的技术方案。结果表明,影响660 MW超临界CFB锅炉NOx排放的因素包括:燃用煤质、燃烧温度及均匀性、过量空气系数(运行氧含量)、分级燃烧等。660 MW超超临界CFB锅炉采用单炉膛、单布风板、M型布置、4个旋风分离器、4个外置式换热器的炉型结构,锅炉热一次风从水冷风室后侧6点给入,保证了锅炉一次风静压分布均匀,进而保证了物料流化均匀性;采用“前墙给煤、后墙给煤泥”的给煤方式,前墙布置12个落煤口,后墙布置8支煤泥枪,同时后墙布置8点排渣,保证给煤均匀性;采用4旋风分离器布置结构保证了物料均匀性,不同旋风分离器之间流率偏差的最大值为7.9%;采用4个外置式换热器均匀布置保证床温的均匀性。同时炉内温度场及过量空气系数对NOx排放起关键作用,锅炉设计床温确定为860℃,既保证了锅炉效率,又减少了NOx排放,同时保证低负荷工况下满足选择性非催化还原(SNCR)脱硝系统反应温度窗口;锅炉过量空气系数选取1.15,进一步增强了还原性氛围。分级燃烧时一、二次风比例为4∶6,并适当调整锅炉二次风口位置及倾角,形成较大的还原性氛围。通过上述措施可实现炉内高效抑氮,最终使锅炉NOx原始排放浓度低于50 mg/m3,炉外选取以尿素为还原剂的SNCR技术为辅助脱硝手段,在低投资、低成本、全负荷条件下实现最终烟气中NOx超低排放。

    2019年05期 86-92页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 8475K]
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  • 劣质煤种对1000 MW旋流对冲锅炉燃烧性能的影响
    ]Influence of low quality coal on the combustion performancein a 1 000 MW swirl opposed firing boiler

    郝剑;裴建军;由长福;

    旋流对冲燃烧锅炉在燃用劣质煤种时,由于劣质煤着火困难,会造成主燃区温度较低,引起炉内燃烧不稳定,并且水冷壁经常发生高温腐蚀和结渣,上部对流受热面超温,飞灰含碳量也增加,锅炉热效率明显降低,是目前电站锅炉运行面临的一大难题。针对某1 000 MW旋流对冲燃烧锅炉,采用CFD方法研究了锅炉燃用劣质煤种时炉内燃烧组织的分布特性,并将结果与设计煤种进行了对比分析。结果表明:与设计煤种相比,劣质煤灰分高,热值低,原燃烧器的分级配风方式不利于劣质煤粉及时着火,燃点推迟,炉膛水平截面温度分布不均匀,四周水冷壁中心附近出现高温区和高浓度CO,炉膛中心高温区减小,火焰中心上移,因此对流受热面附近出现高温区域,这些会导致水冷壁高温腐蚀,对流受热面超温问题发生,同时出口烟温也会增加,即锅炉效率降低。另外,由于分级燃烧组织的不合理,炉膛出口NOx生成量也明显增加。在实际运行中,可以采用混煤掺烧的方式,改善劣质煤种的燃烧特性,从而提高锅炉燃烧稳定性;其次,可以对原旋流燃烧器进行改造优化,如适当减小一次风速,或者在水冷壁中心增设墙式风,保证劣质煤粉有足够的时间预热并能够及时与二次风混合,稳定着火,提高锅炉燃用劣质煤种的能力。

    2019年05期 93-100页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 16004K]
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  • 低水分澳煤燃尽特性较差关键因素研究
    Study on key factors of poor burnout characteristic of low-moisture Australian coal

    宋玉彩;

    近年来我国燃煤电厂大量进口澳煤,根据煤质特性,澳煤可分为高水分澳煤和低水分澳煤,其中高水分澳煤的煤质指标和燃烧特性与我国神混类煤基本相似,低水分澳煤的煤质指标与我国优混类煤基本相似,但电厂燃用低水分澳煤时存在飞灰含碳量高、锅炉效率下降等问题。为探求低水分澳煤燃尽特性差的关键原因及其判别方法,为低水分澳煤的合理利用或燃煤锅炉优化调整提供指导依据,选取2个典型的澳煤煤样和典型的优混煤煤样,采用煤质指标分析、可磨性分析、热分析、孔隙率分析和马尔文粒径分析等方法,对比研究澳煤与优混煤的煤质指标、燃烧特性、孔隙率和粒径分布等差异。研究结果表明,澳煤的基本煤质指标与国内同类优混差异不大,但氧含量低,说明澳煤的煤化程度高于优混煤;澳煤可磨性系数随氧含量的降低而减小,即随澳煤煤化程度的加深,可磨性变差,因此可通过可磨性系数或氧含量来初步判断澳煤的燃尽特性。采用热分析的燃尽指数C700判断煤的燃尽特性更符合实际应用情况。相同制粉条件下,澳煤的煤粉细度大,粗颗粒煤粉更多,是其难燃尽的根本原因。

    2019年05期 101-105页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3335K]
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  • 循环流化床锅炉翼形墙过热器/再热器变形分析
    Deformation analysis of wing wall superheater/reheaterin a circulating fluidized bed boiler

    黄智;郭学茂;李军;张缦;

    翼形墙过热器/再热器是循环流化床锅炉的重要部件之一,位于炉膛上部,通常前墙引入、炉顶穿出,其温度与水冷壁不同,导致热态运行的膨胀量不同。翼形墙受热面进出口与水冷壁连接密封,因此膨胀系统设计具有重要意义,设计不当会导致翼形墙受热面弯曲变形,影响安全性,膨胀设计中膨胀量的计算是关键。笔者建立了循环流化床炉膛中翼形墙受热面壁温的计算模型,计算了不同负荷下稳态最高壁温,发现最高壁温没有出现在满负荷下,而是在60%左右负荷下。但实践表明,据此设计,仍存在翼形墙受热面弯曲变形,表明稳态最高壁温不是翼形墙受热面壁温最高工况。笔者研究了最大膨胀量的发生工况,提出翼形墙过热器/再热器的最大膨胀量发生在极热态启动过程中,因此建议循环流化床锅炉翼形墙过热器/再热器的膨胀量应按极热态启动工况予以计算,建议该工况的计算条件为:压力为20%额定压力,温度为计算压力下的饱和温度,蒸汽流量为锅炉最大连续蒸发量的15%。据此进行膨胀设计的循环流化床锅炉应用实践表明,采用极热态启动的壁温计算膨胀量进行膨胀系统的设计,可解决循环流化床锅炉翼形墙过热器/再热器变形问题。

    2019年05期 106-111页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1923K]
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  • 410 t/h循环流化床锅炉燃烧调整试验
    Experimental analysis on combustion adjustment of 410 t/h CFB boiler

    韩应;惠小龙;刘冬;张世鑫;黄海鹏;徐海涛;

    针对国内A电厂410 t/h循环流化床(CFB)锅炉灰渣含碳量偏高、运行稳定性较差等问题,对锅炉一次风量、返料风量、入炉煤粒度等主要运行参数进行优化调整,探索锅炉最佳运行参数组合。结果表明:入炉煤粒度偏细,中位径仅约为1 037.97μm,锅炉底渣中位径仅为375.64μm,表明入炉煤的成灰特性较好;炉膛上部灰浓度差压值高达约2.5 kPa,表明炉内细颗粒组分偏多,循环灰量受到一次风量的影响波动较大。为保证锅炉返料的稳定运行,控制穿过布风板的一次风量仅约为102 300 m3/h,远低于设计值183 000 m3/h,较同类型机组严重偏低。过低的一次流化风量使密相区燃烧缺氧严重,是引起灰渣含碳量偏高的主要原因。此外过低的一次风量,致使布风板阻力仅为2.1 kPa。与同类型锅炉布风板的阻力相比,布风板阻力偏小,造成锅炉局部流化不良、温度分布不均匀等。建议合理调节入炉煤粒度,控制其中位径在2 000~3 000μm,优化炉内灰浓度分布,提高一次运行风量,可有效提高锅炉燃烧效率。

    2019年05期 112-117页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1505K]
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  • 煤矸石及煤泥燃烧过程重金属排放特性
    Emission characteristics of heavy metal during combustion of coal gangue and coal slime

    彭皓;王宝凤;杨凤玲;曹晏;程芳琴;

    煤矸石和煤泥是煤炭分选和开采过程中产生的固体废弃物,大量煤矸石、煤泥的堆存会产生一系列的环境和生态问题。燃烧发电是煤矸石、煤泥资源化利用的主要途径之一。煤矸石和煤泥中均含有一定量的重金属元素,如Hg、As、Pb等。在燃烧过程中这些有害元素的释放造成严重环境危害,因此研究煤矸石及煤泥燃烧过程重金属的排放特性意义重大。为考察煤矸石及煤泥在富氧气氛和空气气氛下燃烧时重金属的排放特性,研究了不同温度下平朔煤矸石和煤泥在O2/CO2气氛和空气气氛下燃烧时,As、Hg、Pb和Se的排放特性。采用Hydra-II测汞仪测量煤矸石、煤泥和灰中的Hg含量,采用ICP-AES测量煤矸石、煤泥和灰中的As、Pb和Se含量。研究结果表明,煤矸石及煤泥燃烧过程中,燃烧温度在500~1 000℃、O2体积分数在20%~40%时,随着温度和O2体积分数升高,煤矸石、煤泥的成灰比例降低。此外,煤矸石在O2/CO2气氛下燃烧时,随温度和O2体积分数提高,As、Hg、Pb和Se在燃烧烟气中的占比升高,燃烧后所得灰占比降低。煤泥在O2/CO2气氛下燃烧时,随燃烧温度的升高,As、Hg、Pb更容易挥发到气相中;煤泥在空气气氛下燃烧时,As、Hg、Pb在烟气中的占比略高于相同温度、O2/CO2气氛下O2体积分数为20%时的比例。

    2019年05期 118-124页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 16303K]
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  • 活性焦制备过程中汞的迁移研究
    Study on migration of mercury in the process of preparing activated coke

    张浩强;

    为研究工业活性焦生产过程中汞的迁移情况,使用实验室设备模拟工业制备活性焦的工艺过程制备活性焦样品,并以冷原子吸收法为基本原理的测汞仪对制备活性焦的原料煤、炭化样品和活性焦样品的汞含量进行测定,计算制备过程中汞的迁移量。结果表明:制备活性焦的原料煤中汞含量为42. 4 ng/g,制备过程的中间产物炭化样品(TH)的汞含量仅为1. 0 ng/g,活性焦样品(HXJ)的汞含量仅为0. 8 ng/g。原料煤中汞的赋存形态主要以共价化合物的无机盐和一些腐植酸中的有机汞存在,这些汞化合物的分解温度在350℃左右,而炭化温度可达到650℃,此时原料煤中大部分汞的化合物都已分解并以零价汞蒸汽的形式逸散到大气中。炭化过程是活性焦制备过程中汞迁移逸散量最大的阶段,原料中97. 6%的汞在此阶段逸散到空气中。在工业化制备活性焦过程中,对炭化阶段产生的尾气进行脱汞处理十分必要。

    2019年05期 125-130页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 4435K]
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  • 燃煤工业锅炉烟气脱硫技术及经济性分析
    Flue gas desulphurization technology and economic analysisof coal-fired industrial boilers

    崔名双;周建明;张鑫;李婷;牛芳;

    燃煤工业锅炉含硫烟气排放是大气污染的主要来源之一,随着国家对锅炉烟气中不同污染物排放要求日益严格,国家实行了烟气超低排放标准,要求SO2低于35 mg/m3,锅炉烟气中SO2控制迫在眉睫。笔者分析了目前常用的湿法、半干法脱硫技术的特点,对比了不同湿法脱硫技术的差异性及优缺点,详细阐述了石灰石-石膏法和高倍率灰钙循环脱硫除尘一体化技术(no gap desulphurization,NGD)及脱硫机理,并分析对比了2种脱硫技术的可行性及经济性。目前石灰石-石膏法的脱硫效率在95%,应用最广泛的是石灰石强制氧化系统,结垢、堵塞、腐蚀、产生废水是该技术的主要问题。NGD脱硫技术将粉煤灰作为脱硫剂,由于神东地区煤种特殊性,粉煤灰中活性物质含量较多,在有水条件下粉煤灰中Si与Al溶解出来与熟石灰发生水合反应,生成的高水合物质使脱硫效率大幅度提升,脱硫效率在80%~90%。由于NGD脱硫技术的经济性优于石灰石-石膏法,加之燃煤工业锅炉不同于电站锅炉的特点,对于中小型燃煤锅炉而言,NGD脱硫技术有很好的适应性和发展前景。

    2019年05期 131-137页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2211K]
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  • D-11D磨煤机出力的理论计算及试验研究
    Theoretical calculation and experimental study of D-11D pulverizer output

    张锋;杨凯;徐龙;

    针对某电厂350 MW机组配备D-11D型双进双出钢球磨煤机的制粉系统存在出力不足等问题,本文通过对磨煤机出力的理论计算和制粉系统调整,分析了磨煤机出力不足的原因,提高了制粉系统出力。结果表明:磨煤机出力与通风量正相关,仅调整磨煤机运行方式增加磨煤机通风量并不能真正提高磨煤机的研磨能力。容量风门开度增大,磨煤机通风量增加使得研磨煤量增加的同时,煤粉变粗。如果磨煤机通风量不足,仅增加钢球装载量提高研磨能力也不能有效提高磨煤机出力。煤质变化后,为提高磨煤机出力,在增加钢球装载量,提高磨煤机研磨能力的同时,还需相应增加磨煤机的通风量,增强携带煤粉的能力。磨煤机运行方式未随煤质变化及时调整以及磨煤机钢球装载量不足导致研磨能力下降是造成磨煤机出力不足的主要原因。根据试验结果通过增加磨煤机钢球装载量及磨煤机通风量,保持热一次风母管风压7.0 k Pa不变,A、B、C三台磨煤机运行容量风门开度置于75%时,制粉系统总风量达到209 t/h,制粉系统总出力由128 t/h提高至137. 89 t/h,带负荷能力由280 MW提高至320 MW。容量风门开度置于90%时,制粉系统总出力提高至144.84 t/h,带负荷能力提升至337 MW,制粉系统总出力及带负荷能力显著提高。

    2019年05期 138-143页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 4624K]
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  • 智能化选煤厂专栏大型选煤厂智能化技术研究
    Research on intelligent technology of large-scale coal preparation plant

    宋文革;

    以大型选煤厂为研究对象,依据选煤厂智能化需求,提出全方位智能化建设方案,在紧密融合煤炭分选加工、过程控制和人工智能的基础上,从智能感知、智能决策、设备智能诊断与管理以及生产过程智能化等环节进行理论研究和应用实践,研发了选煤厂智能化建设成套技术。通过智能决策系统,对比不同生产方式,预测所能生产的商品煤产率和质量,从而计算出产品效益,推荐最优生产方式,并对生产成本、效益等进行分析,极大促进了神东煤炭集团管理创新及智能化建设,实现提质增效、智能化生产与管理。建立分选过程数据库、生产模型评价库和选煤专家数据库在内的结构化私有云数据库,在此基础上,结合人工神经网络及随机搜索算法,根据用户需求和效益最大化原则,在原有网络基础上,构建了基于工业4G网络。以故障特征数据分析为支撑,开发选煤设备智能诊断管理系统,实现设备状态的实时监测、在线分析、故障诊断和全生命周期的智能管理,解决了现有的信息孤岛问题。以多维度的智能监控为基础,实现生产环境感知、工艺系统感知、生产设备感知,通过智能统计、分析、预测生产状态,对分选日常业务进行信息化管理,并结合移动控制等手段优化了现有管理机构及生产组织形式。开发数据驱动的重选控制参数在线实时智能给定与精准控制技术,开发煤泥水入料特性与固液相界面协同的智能化精准加药技术,开发智能配电、人员智能定位和自动装车等技术,实现选煤厂生产过程智能化。通过数据驱动与专家决策实现了分选参数的在线智能给定。通过智能化的升级改造,可以实现亿吨级大型选煤厂群精准生产、智能调配,有效降低了作业成本。

    2019年05期 144-150页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 6741K]
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  • 选煤厂煤泥水加药智能化控制系统研究
    Study on the intelligent control system of slime water dosing in coal preparation plant

    陶亚东;潘月军;

    为进一步提升选煤厂煤泥水处理智能化管理水平,神东洗选中心将在线传感器和喷灌式加药设备智能化控制系统相融合,结合选煤厂煤泥水工艺流程特征,以煤泥水絮凝沉降试验为依据,将浓缩机入料浓度作为加药量相关条件因素,沉积界面厚度参数作为反馈信息,控制箱程序计算分析,调整电动阀门调节控制发出加药量信息,实现煤泥水加药系统智能化控制。通过多点喷灌加药方式,使药剂与煤泥水充分混合,通过煤泥水的沉降状态判断煤泥水在浓缩池中的各层沉降状态,分析智能加药系统智能化调节与现场煤泥沉降状况的匹配度,人工对内置专家系统进行修订,保证智能加药系统不断优化升级。通过一系列智能化手段,解决煤泥水工艺流程数字化管理不足的问题,建成了现代化选煤厂煤泥水加药智能化控制系统的总体构架、在线监测仪器、加药控制策略、控制装置。以上成果在神东洗选中心上湾选煤厂投入使用,根据现场实践,每提高100 t煤泥水处理量可将入选量提高100 t,同比可增加230 t原煤处理量,提高生产效率10%。

    2019年05期 151-155页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3431K]
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  • 全自动装车系统的研究应用
    Research and application of fully automated loading system

    孙建荣;肖文远;

    神东煤炭集团洗选中心现有10座选煤厂采用快速装车系统,年装车量约2亿t。快速装车系统装车效率高,但自动化程度相对较低,工作量大,主观因素造成的煤炭浪费现象严重,影响装车速度和精度。针对以上问题,笔者通过可编程控制技术原理与传感器的应用,对原有快速装车系统进行升级改造,自行研发了一套新型全自动装车系统。具体措施为在装车站一定位置增设雷达测速传感器和光电传感器,分别检测火车的实时装车速度和火车车厢运行位置,利用可编程控制技术自动调节装车系统定量仓液压闸板放煤的开启时间点,进而实现全自动装车。通过以上技术措施,装车系统的装车精度已提升到99%以上,适应了不同车型的全自动装车。全自动装车系统的应用释放了装车员80%的劳动力,降低了选煤厂装车成本,可节约因装车溜槽与车辆碰撞产生的维修费、劳务用工费用、劳务装车质量差、超偏载等问题造成的经济损失共计约1 500万元/a。提高了装车量控制精度,杜绝了不规范操作造成的装车质量差,超、偏载等问题,保证了系统的稳定性和安全性。

    2019年05期 156-161页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 11560K]
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  • 选煤厂浓缩机煤泥水沉积界面超声波感知技术
    Ultrasonic sensing technology of coal slime water deposition interface in the thickener of coal preparation plant

    朱子祺;吕一波;

    浓缩机中煤泥水沉积界面是描述浓缩机工作状态重要技术参数,对指导煤泥水絮凝剂加药量等参数控制具有重要意义。笔者利用翻转式人工采样器对神东洗选中心煤制油选煤厂浓缩机中煤泥的浓度分布和粒度分布规律进行研究,沿着径向等距选取100~13 100 mm范围内的14个点、深度100~4 900 mm范围内的16个位置,共设置195个采样点。研究结果表明,浓缩机中从表层往下的煤泥水浓度逐渐升高,3 600 mm以下的煤泥浓度急剧升高且出现波动,煤泥水沿浓缩机径向水平分布的浓度变化与采样半径无关。利用超声探测原理设计制造了超声波测试平台,设定超声工作频率为66 MHz,由于超声波在煤泥水中传播时受煤泥水中煤泥的影响而出现衰减现象,以此来检测浓缩机中不同深度的煤泥水浓度,从而计算浓缩机中煤泥水沉积界面深度。试验结果表明,煤泥水浓度与超声波发射接收频率差具有良好的线性关系。对浓缩机生产状态和停产状态时的清水层高度进行测试,并与人工检测的清水层高度结果进行对比,结果表明,超声波测试平台检测指标与人工测试指标差在46~57 mm,可取代人工测试,实现了浓缩机沉积界面参数的自动化检测,为后续煤泥水絮凝沉降过程的自动化控制提供重要依据。

    2019年05期 162-167页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2645K]
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