述评

• 中低温热解煤气热量清洁利用技术途径分析与策略建议

  王岩;白效言;袁殷;

  高温含焦油热解煤气携带大量显热与潜热,该部分热量高效回收利用对于整个工艺系统能效提升至关重要。为促进中低温热解过程余热资源高效回收利用,分析了激冷工艺、废热锅炉余热利用等中低温热解煤气冷却与余热利用方式的主要技术特点及不足;阐述了初冷器上段余热回收、循环氨水余热回收、上升管余热回收等高温热解煤气热量利用技术现状与特点。分析了含焦油高温热解煤气冷凝过程中焦油黏附问题、低温低压煤气热量捕捉与高效利用等中低温热解煤气热量回收利用过程中的主要技术难点。基于该技术难点及前期相变换热技术研究积累,以含焦油热解煤气冷凝-传热特性为科学基础,提出了热解煤气分级冷凝与相变换热相耦合的能量梯级回收利用一体化技术。即以焦油蒸汽不同组分露点差异与析出特性为基础,形成基于温度梯度的热解煤气分级冷凝工艺技术,逐级回收热解煤气所含热量,并实现不同馏程焦油产物在线分质回收;同时耦合复合相变换热技术,换热介质与热解煤气分级逆流换热,针对性回收热解煤气显热及低品位热解煤气潜热,实现含油热解煤气分级冷凝与热量梯级回收利用一体化,从而达到热解系统热效率与产品品质提升的双重效果。以100万t/a流化床热解工艺为例,提出了中低温热解煤气热量回收技术路线并进行了热量衡算。结果表明:该技术路线中低温热解煤气热量利用率可达到81. 17%,初步显示了其可行性。高效回收利用热解过程中的余热资源将是资源节约、环境友好热解产业发展的主要方向和潜力所在。

  2019年04期 v.25;No.122 1-7页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1614K]
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• 烟气脱硝尿素制氨工艺技术研究进展

  罗峻;刘国军;

  燃煤和燃气电站的烟气必须进行脱硝处理,脱硝还原剂为液氨和尿素。由于液氨受到安全、地域等因素的限制,已被列为重大危险源,国内机组面临大量液氨的改造问题,尿素分解制氨技术代替液氨技术成为发展趋势。尿素直喷技术对温度要求严格,会造成尿素利用率极低,有时甚至不足50%,运行成本增加;尿素热解技术高温运行,能耗极高,引进气气换热技术后,热解炉尾端堵塞造成机组强制停炉、尿素利用率不高等问题仍无法解决;尿素普通水解技术能耗低,尿素利用率提高,但反应速度慢、响应时间长,无法满足机组快速变负荷中的供氨需求,制约了机组的灵活性运行和深度调峰,通过增大反应器体积以增加氨气缓存量、提高反应温度和反应速度,可基本满足现场需要,但增加了反应器尺寸,升温易使腐蚀加剧,进一步降低了尿素利用率。尿素直喷技术、尿素热解制氨技术、尿素普通水解技术均存在一定的缺点,新研发的低能耗尿素催化水解制氨技术大幅提高了反应速度,降低了运行温度,进而降低腐蚀,尿素利用率可达99%以上,减小体积和能耗,降低了运行成本,目前已应用于国内主要发电集团。

  2019年04期 v.25;No.122 8-13页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1850K]
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• 煤焦油电脱盐脱水技术研究进展

  乔婧;殷海龙;孙显锋;李正;张生军;

  煤焦油中含有的水、无机盐、金属和固体杂质会对后续加工装置产生不利影响,也会降低二次加工原料和后续产品的品质。因此,在煤焦油加工过程中,需先对煤焦油进行预处理。与其他预处理技术相比,煤焦油电脱盐脱水技术具有对原料适应性宽、处理过程中不易发生缩合生焦、脱盐脱水效果好等优点,具有广阔的发展空间。笔者简述了煤焦油电脱盐脱水技术原理,综述了煤焦油电脱盐脱水技术在破乳方面的研究热点,包括煤焦油破乳机理、破乳动力学以及破乳剂用量、破乳剂种类等因素对破乳效率的影响,探讨了针对煤焦油特性改进的电脱盐脱水技术和目前工业应用上存在的问题及解决对策。最后,提出开发新型破乳剂、进行破乳剂的复配和组合多种脱盐脱水技术是未来主要的研究和发展方向。

  2019年04期 v.25;No.122 14-19页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1276K]
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研究论文

• 长焰煤热碎半焦的成型-干燥特性研究

  曲洋;

  低阶煤热解后易碎裂及粉化,导致大量热碎半焦的生成,其运输半径短、易形成扬尘并伴有自燃,热碎焦难利用已成为制约热解技术发展的瓶颈之一。对热碎半焦进行成型充分利用热碎焦的天然梯级粒度分布,解决了产品输配难的问题,同时作为洁净煤产品可广泛应用于目前农村地区的散煤替代,是最经济有效的解决途径。以长焰煤热碎半焦为对象,定量研究了长焰煤热碎半焦的成型-干燥特性。选择水溶性黏结剂腐植酸钠和具有较好热态强度及稳定性的无机黏结剂膨润土作为复合黏结剂,通过成型压力机测试了不同黏结剂配方下的型煤冷压强度,采用鼓风干燥法明确了最优干燥制度,最后进行了50 kg成型中试验证。结果表明:腐植酸钠与膨润土复配的黏结剂成型效果优于单种配方,最佳成型配比为腐植酸钠6%、膨润土5%,相应的成型水分为28%、成型压力为20 MPa、粒度上限3 mm的煤粉中低于1 mm比例为65%;型煤采用3个温度区间的干燥制度,避免了干燥温度跃升过快造成的型煤内外变形速率大和裂纹多、机械强度降低等问题,最优干燥制度条件为:起始温度60℃下0. 5 h、过渡温度100℃下1 h、最终温度130℃下1. 5 h。采用最佳的成型和干燥条件进行中试验证,获得的热碎半焦型煤挥发分为10. 55%(≤12%),发热量为28. 97 MJ/kg(≥24 MJ/kg),硫分为0. 33%(≤0. 5%),冷压强度为459 N (≥400 N),灰分为11. 69%(≤25%),各项指标均优于GB34170—2017《商品煤质量民用型煤》和DB 11/097—2014《低硫煤及制品》,论证了该工艺方法的可行性。

  2019年04期 v.25;No.122 20-25页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1845K]
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• 低温甲醇洗典型异常工况尾气硫含量模拟控制及优化

  葛晓东;

  煤气化生产过程中,合成气中混杂有H_2S、CO_2等酸性气体,尤其是H_2S会造成后续工序中催化剂中毒和环境污染。低温甲醇洗是典型的依靠物理方法吸收酸性气体的净化工艺,对气体吸收具有很好的选择性。在低温条件下甲醇对H_2S等酸性气体具有较大的溶解度,而对合成气中的CO和H_2溶解度较小。因此低温甲醇洗技术被广泛应用于合成气的净化。但实际生产过程中,由于合成气组分含量差别或操作参数改变会使放空尾气中硫含量出现波动,对稳定生产造成一定影响,亟需对其波动原因及调控方案开展深入研究。以企业生产运行数据为基础,分析了原料煤和尾气中硫含量变化关系,利用Aspen Plus模拟软件对低温甲醇洗工艺流程进行了建模和全流程模拟,通过比较模拟值与实际生产值,发现吻合程度较好,获得了具有较高可靠性的模型。在模型可靠性研究的基础上,对尾气硫含量影响较大的2个工艺参数(即甲醇吸收塔中段甲醇回流率和CO_2解析塔塔顶温度)为优化对象,分析了甲醇吸收塔中段甲醇回流率、CO_2解析塔塔顶温度影响尾气硫含量的主要原因,及其对其他物料流股的影响。通过灵敏度分析工具,探索了进料中H_2S气体含量超标时3个典型异常进料情况下控制尾气硫含量的最佳操作条件。典型异常工况的优化条件为:1～3号异常工况进料中H_2S体积分数分别为0. 52%、0. 42%、0. 35%,甲醇回流率分别调整为58%、58%、59%,CO_2解吸塔顶温度调整为-57、-56、-55℃。

  2019年04期 v.25;No.122 26-32页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1883K]
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• 煤直接液化沥青基道路改性沥青老化性能研究

  盛英;张胜振;梁文斌;卓锦德;魏建明;

  煤直接液化沥青(DCLA)是煤直接液化过程的副产品,由约50%的沥青类物质和约50%的固体颗粒组成,以DCLA为基础改性剂复合SBS高分子聚合物,制备了道路改性沥青即DCLA-改性沥青。沥青组分对沥青的各项性能有直接影响,并最终体现为改性沥青路面使用性能的改变,因此,研究改性沥青老化后的性能更重要。通过沥青旋转薄膜加热试验(简称RTFOT)模拟DCLA改性沥青老化试验,并对DCLA-改性沥青的老化特性进行研究,建立其微观组分特性和宏观性能的联系。通过分析DCLA改性沥青原料及改性沥青老化前后的分子质量、红外光谱(FTIR)、氧含量等,发现DCLA-改性沥青的老化不是单一反应,是活性物质氧化、轻质组分挥发、沥青分子团聚、SBS分子断裂等多种反应的综合结果,表现为DCLA改性沥青平均分子质量由13 865 g/mol降到11 983 g/mol,氧含量由0.9%升至1.3%,SK90的平均分子质量由1 906 g/mol团聚增长到2 068 g/mol,SBS发生断裂平均分子质量由41 482 g/mol降至20 647 g/mol。DCLA-改性沥青老化性能的变化由体系中沥青质和胶质的变化量决定。沥青质能提高改性沥青的抗老化性,但同时会降低改性沥青本身的延度。为达到JTG F40—2017的I-D改性沥青延度标准,即5℃的延度不小于20 cm,则改性沥青体系中沥青质含量不能超过12.9%,其残留针入度比为72%。胶质能改善改性沥青的低温延度,但胶质是一个不稳定的物质,易被空气氧化生成沥青质,从而造成老化后残留延度降低,这体现在红外谱图中出现的羰基■与亚砜基■。当体系中胶质含量为28%时老化后延度降低率达到70%。控制原料沥青质含量并降低原料中胶质的反应活性是提高改性沥青老化后性能的有效途径。

  2019年04期 v.25;No.122 33-39页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1760K]
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• 新疆东疆褐煤直接加氢液化特性

  赵鹏;

  为实现新疆东疆煤的清洁高效利用,对新疆东疆褐煤进行煤质与组成分析,以新疆东疆褐煤与加氢溶剂为原料,在500 m L搅拌式高压釜中进行加氢液化的过程调控试验,考察了反应温度、反应压力和停留时间对氢耗率、气产率、转化率、油产率、沥青质产率的影响规律,探究了不同工艺参数对液化性能及各类产物分布的内在作用机制,进行了0. 01 t/d连续试验的验证,并深入解析了液化初级油品的结构组成特征。结果表明,新疆东疆褐煤液化活性组分高达90%,具有高挥发分和高H/C原子比的煤质特征,在反应温度430℃,反应压力15 MPa和60 min的缓和反应条件下,煤的转化率高达94%,油产率57%,依然呈现出与传统反应条件(反应温度450℃,反应压力17 MPa,反应时间60min)相当的反应性能和液化效果,是一种适宜直接加氢液化的优质原料,反应条件的缓和使反应器温控更加平稳,有利于降低大型液化设备的能耗。过程调控表明,反应温度升至430℃,有效促进了煤和沥青质向油和气的转化,导致转化率和油产率增加;高氢压有利于氢气在液化体系中的溶解,有利于稳定自由基碎片,增强了沥青质中稠环芳烃加氢向小分子的转化; 30 min新疆东疆褐煤已呈现出良好的液化效果和反应性能,时间延长至90 min,铁系催化剂的活性相Fe7S8在加氢液化反应过程中逐渐转变为Fe9S10,甚至是FeS等非活性态,催化能力明显降低,引发了沥青质的缩聚反应,导致沥青质产率升高,转化率和油产率下降。0. 01 t/d新疆东疆褐煤连续试验获得的直接加氢液化初级油保留了煤的一些结构组成特征,具有高密度、高芳烃、高氮低硫的特点,<220℃馏分油20℃密度为851. 2 kg/m~3,220～350℃馏分油20℃密度为953. 5 kg/m-3,2种馏分初级油的主要组成为单环芳烃,均为60%左右,这是由多环芳烃易加氢生成单环芳烃,而单环芳烃加氢或开环反应较为困难所致。<220℃馏分油氮含量为2 500×10~(-6),220～350℃馏分油氮含量为4 800×10~(-6),均比各自的硫含量高一个数量级。

  2019年04期 v.25;No.122 40-45页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1637K]
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• 渣油加氢转化过程结焦物分析与表征

  钟金龙;毛学锋;朱肖曼;

  渣油加氢过程中易发生结焦现象,生成的结焦物可能会导致装置堵塞、催化剂失活、产物收率降低等。为了防止结焦现象的发生,需揭示结焦物的基本特性,以便为渣油加氢工艺设计、煤油共炼工艺设计、催化剂设计和工业生产提供参考。采用间歇式高压釜装置,模拟工业装置渣油加氢裂化条件,获取渣油加氢裂化的结焦物。采用红外光谱分析(IR)、核磁共振分析(NMR)、热重分析(TG)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜-能谱仪分析(SEM-EDS)、元素分析等对渣油加氢过程中的结焦物进行分析和表征。结果表明,常压渣油在450℃加氢裂解时,出现结焦现象,氢耗率为2. 19%,气产率为8. 90%,结焦物产率达6. 95%;结焦物的H/C原子比为0. 66,结焦过程发生剧烈的脱氢反应。渣油的芳香环缩合度为0. 699 4,芳碳率为0. 395 6;结焦物的芳香环缩合度为0. 400 5,芳碳率为0. 7695。结焦物中含有大量的芳香环结构,在187℃和584℃失重最为剧烈;结焦物的主要成分是C,还含有少量O、Na、Cl、Ca、V等元素;结焦物呈球状和不规则块状,尺寸为30～50 nm,部分结焦物堆积后呈多孔状,孔径为500～1 000 nm。

  2019年04期 v.25;No.122 46-51页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3435K]
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• 山西煤用于干粉气流床气化的煤质适应性研究

  张凝凝;邵徇;

  与气化炉匹配的煤质条件会保证气化炉的平稳运行,提高气化炉的气化效率。为提高干粉气流床气化炉的气化效率,本文结合干粉气流床气化用煤的技术要求及煤炭质量分级等相关标准,对山西大同煤田的弱黏煤和沁水煤田的贫煤、无烟煤的煤质特征进行分析评价,开展山西煤用于干粉气流床气化的煤质适应性研究。结果表明:山西地区煤种丰富,其中可气化用煤主要分布在大同煤田和沁水煤田。地处大同煤田的虎龙沟煤、小峪煤和地处沁水煤田的润东煤的灰分较高,干基灰分分别为31. 81%、35. 59%和42. 17%;煤气化时煤中硫主要以H_2S形式存在于煤气中,小部分残存于灰渣中,含硫化合物会腐蚀煤气运输管道,大同煤田金庄煤的全硫含量较高,干基全硫高达2. 10%;从煤炭有害元素含量分级来看,山西气化用煤的氟、氯、砷、汞和磷含量普遍较低,但润东煤的氟含量较高,干基氟含量高达235μg/g,煤炭气化过程中,高温下煤中氟分解为HF及少量Si F4、CF4等进入煤气中,因此有必要在气化前通过分选达到降灰、降硫和降氟的目的。山西气化用煤大多为中高灰熔融性温度煤,润东煤ST为1 340℃,其余煤的ST、FT均大于1 500℃。煤灰黏温特性试验结果表明,灰黏度为25 Pa·s时,虎龙沟煤灰对应的温度为1 445℃,小峪煤、同忻煤和塔山煤灰对应温度分别为1 630、1 645和1 605℃。从灰渣形态看,虎龙沟煤的灰渣形态为玻璃渣,小峪煤、同忻煤和塔山煤的灰渣形态为结晶渣,用于气流床气化时可能导致温度操作区间范围窄,因此建议采用通过添加助熔剂、配煤或分选手段达到改善熔渣渣型的目的。

  2019年04期 v.25;No.122 52-58页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1756K]
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• 配煤煤灰熔融特性模拟研究

  王芳杰;唐玉林;夏国富;崔龙鹏;王树青;王大川;

  煤灰熔融特性是影响液态排渣气化炉运行稳定性的重要因素,高熔点煤会造成气化炉排渣困难,从而导致气化炉非计划停工。为了将高灰熔融温度的朱集西煤应用于液态排渣的SE-东方炉,利用热力学软件Factsage,研究朱集西煤、神华煤、门克庆煤及朱集西-神华配煤、朱集西-门克庆配煤的煤灰熔融特性,包括全液相温度、灰渣矿物组成及煤灰黏度的变化规律。朱集西-门克庆配煤和朱集西-神华配煤的完全熔化温度分别为1 390℃和1 400℃,配煤灰熔融温度并不是单纯2种煤的灰熔融温度加和; 800℃时2种配煤中堇青石和钙长石含量较高,900℃时朱集西-神华配煤灰中出现少量尖晶石;朱集西-神华配煤在黏度为25 Pa·s时的温度为1 400℃。结果表明,朱集西-门克庆配煤可满足SE-东方炉入炉煤的煤灰流动温度要求,但其在SE-东方炉正常操作温度下灰渣黏度较大,无法顺利排出;朱集西-神华配煤在有效降低灰熔融温度的同时,改善了灰渣的黏温特性,与主体煤朱集西煤相比,灰渣黏度为25 Pa·s时的温度降低100℃,渣型由"塑性渣"变为"玻璃渣",适用于SE-东方炉。朱集西-神华配煤中熔融温度低的堇青石和钙长石含量较高,钙长石和尖晶石形成低温共熔体,是配煤灰熔融温度低的主要原因。

  2019年04期 v.25;No.122 59-64页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2193K]
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• 300 MW四角切圆贫煤锅炉三次风布置对NO_x排放的影响

  伍俊宇;陈涛;于洁;孙路石;

  低氮燃烧改造是燃煤电厂降低氮氧化物排放最主要的策略之一。空气分级燃烧技术因其技术成熟、成本低廉等优势在燃用烟煤的锅炉中得到广泛应用。然而,随着煤/风比的进一步增加,NO_x降幅减小,未燃尽碳含量显著变大。与燃用烟煤的锅炉相比,燃用低挥发分煤种锅炉的低氮改造工作更加困难和复杂。四角切圆贫煤锅炉的三次风会影响风煤混合、燃烧气氛和温度,这些都会对煤粉燃烧过程和NO_x生成产生显著影响,若仅采用空气分级技术,并不能满足NO_x排放标准。因此,在低氮燃烧改造方案设计过程中,需寻求最佳的三次风布置方案以实现低氮高效燃烧。将一台300 MW四角切圆贫煤燃烧锅炉作为研究对象,采取CFD数值模拟方法,考察了三次风布置方式对锅炉燃烧特性的影响。结果表明:当三次风布置在燃烧区下部时,下层一次风和三次风中的煤粉迅速着火燃烧,温度攀升,火焰中心上移; NO_x还原区变长,此时炉膛出口NO_x浓度最低,为405 mg/Nm~3;三次风的下移导致炉膛主燃区中上部氧量较少,煤粉不充分燃烧,燃尽率降低。当三次风布置在主燃区中部时,由于三次风风温较低,导致炉膛燃烧温度下降,一定程度上抑制了热力型NO_x的生成,炉膛出口NO_x排放量减少;三次风的喷入增加了主燃区过量空气系数,有利于煤粉的充分燃烧,燃尽率提高。当三次风布置在主燃区上部时,随着三次风位置的升高,三次风煤粉整体燃烧燃尽区域上移,折焰角附近温度依次升高;三次风位置的上移增加了NO_x还原区的长度,三次风喷口位置越高,炉膛出口NO_x浓度越低;三次风上移导致三次风煤粉在炉膛的停留时间变短,造成燃烧不充分,飞灰含碳量增加,燃尽率降低。此外,对改造后飞灰及大渣含碳量,炉膛出口烟温和NO_x浓度等参数进行现场测量,NO_x排放浓度模拟值和测量值分别为445和448 mg/Nm~3,飞灰含碳量分别为1. 92%和1. 48%,数值模拟结果与现场测量结果吻合较好。

  2019年04期 v.25;No.122 65-71页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 565K]
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• 两类锅炉中兰炭粉和生物质混燃特性数值模拟

  李美军;程晓磊;杨石;张鑫;王永英;崔豫泓;

  清洁能源兰炭粉价格低且污染物排放量小,但其着火和燃尽困难。可再生能源生物质清洁低碳、易于获取且利于着火,但其能量密度低。二者混燃可有效改善兰炭粉的着火和燃烧特性,解决生物质能量密度低的问题,有利于提高燃料适用性。针对煤科院自主研发的水冷式和风冷式锅炉,研究了不同掺混比例对兰炭粉和生物质混燃特性的影响,分析了不同型式的锅炉中不同混燃特性产生的原因。采用数值模拟方法建立了三维等比例模型,综合考虑了湍流、传热、挥发分析出和燃烧、固定碳燃烧、颗粒流动等实际燃烧过程。模型计算结果与文献试验结果的相对误差不超过5%,从而验证了模型的准确性。分析对比了不同掺混比例下,两类锅炉燃烧器出口温度分布、燃烧区域温度分布、炉膛出口温度分布及氧含量分布等。结果表明:水冷式锅炉中,掺混比例为2/8时燃烧器出口平均温度和最高温度、燃烧区域平均温度以及炉膛出口平均温度均最高,炉膛出口平均氧含量为最低值6%,燃烧性能最好,4/6和10/0时最差。风冷式锅炉中,掺混比例为4/6时燃烧器出口平均温度和最高温度达到最高,氧含量最低,为4. 8%,因此燃烧性能最好,8/2和10/0时最差。随掺混比例增大,两类锅炉燃烧器内的着火位置逐渐向前锥推移并在前锥最前端出现最高温度;水冷式锅炉着火位置偏向前锥时对炉膛内燃烧性能下降的影响较大。两类锅炉相比,风冷式锅炉的各温度参数明显较高,氧含量较低;水冷式锅炉在最佳工况2/8时,除燃烧区域最高温度外,各温度参数均低于风冷式,氧含量高1%,燃烧性能低于风冷式锅炉;风冷式锅炉处于最差工况8/2时,温度比水冷式锅炉高300～700K,氧含量是其1/2,故燃烧性能高于水冷式锅炉;在相同掺混比例下,风冷式锅炉燃烧性能明显优于水冷式锅炉。

  2019年04期 v.25;No.122 72-79页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3639K]
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• 燃尽风率对二次再热锅炉热量分配及NO_x的影响

  肖寒;蒙晨玮;吴玉新;冯乐乐;张海;张缦;

  合理的燃尽风率对降低NO_x排放十分关键,也显著影响大容量锅炉炉膛内的燃烧和传热特性。针对1 000 MW超超临界二次再热塔式锅炉开展三维CFD数值模拟,研究燃尽风(OFA)率对于炉内NO_x生成及吸热量分配的影响规律。模型采用贴体六面体非结构网格,通过用户自定义函数(UDF)设置炉膛及各受热面的壁面温度;煤粉颗粒在炉内的运动及燃烧过程基于随机轨道法计算,采用Realizable k-ε模型模拟四角切圆炉内的湍流流动,采用离散坐标(discrete ordinates,DO)法计算炉内辐射传热;采用简化概率密度函数(probability density function,PDF)模型模拟湍流与化学反应的耦合特性。结果表明,燃尽风率对炉内的温度分布、炉膛的吸热比率以及污染物排放情况均存在显著影响。当燃尽风率在0～40%时,主燃区的平均温度随燃尽风含量的增大先升后降,而燃尽风区域的平均温度则随着燃尽风率升高显著上升。随着燃尽风率的升高,由于温度和氧含量变化等共同作用,原始NO_x排放量先降后升,燃尽风率在11%～25%时达到最低。随燃尽风率从0增至25%,锅炉炉膛吸热比率降低12%,过热器、再热器、省煤器等对流受热面的吸热比例相应增加。当燃尽风率大于25%时,炉膛吸热比例的降低趋势减缓。因此,建议在锅炉设计中应综合考虑OFA比例变化对炉膛吸热量以及污染物排放的影响。

  2019年04期 v.25;No.122 80-86页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 395K]
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• 双锥燃烧器燃用污泥水煤浆的燃烧特性和数值模拟

  程晓磊;

  为促进城市污泥的资源化利用,解决污泥物理处置中存在的二次污染问题,以及传统污泥干化焚烧中干燥成本高的问题,提出了将污泥浆与煤粉掺混制备污泥水煤浆,利用具有强化燃烧功能的中心逆喷双锥燃烧器燃烧的技术思路。通过热重分析试验对比了煤粉、水煤浆、污泥水煤浆的燃烧特性,并利用数值模拟研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上的燃烧特性,通过降低二次风量、提高二次风旋流强度及二次风温度等强化燃烧的措施,研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上应用的可行性。污泥水煤浆的基础燃烧特性试验结果表明,水煤浆中水分超过35%,除影响燃料热值外,水蒸发吸热是影响污泥水煤浆燃烧过程着火和燃尽的关键因素。由于水分的存在,水煤浆起始着火温度高于煤粉11. 3℃,燃尽温度低于煤粉13. 6℃,其最大吸热速率为0. 504 k W/kg,占水煤浆最大放热速率的56. 05%,总吸热量为1. 917 MJ/kg,占燃烧放热量的9. 94%;掺烧20%污泥时,污泥水煤浆起始着火温度高于水煤浆12. 3℃,燃尽温度低59. 1℃,水蒸发吸热量为0. 546 kW/kg,比水煤浆燃烧高8. 4%,总放热量为16. 88 MJ/kg,比水煤浆燃烧低12. 5%。通过采用双DPM的离散相数值模拟模型,充分考虑污泥水煤浆燃烧时水蒸发过程的影响,对污泥水煤浆燃烧的数值模拟更接近实际结果。14 MW双锥燃烧器的污泥水煤浆燃烧模拟结果表明,直接使用现有双锥燃烧器无法实现污泥水煤浆的稳定燃烧,仅可燃烧水含量为25%左右的污泥水煤浆。污泥水煤浆中水含量由0增至35%时,平均每提高1%水含量,燃烧器出口温度下降7. 95℃,燃烧器内平均温度下降7. 69℃;水含量为35%时,燃烧器内平均温度降低269℃,燃烧器出口平均温度降低278℃。污泥水煤浆在双锥燃烧器内的燃烧,可通过降低二次风量、增加二次风旋流强度、提高二次风温度等强化燃烧措施实现。二次风旋流强度由1变为2时,燃烧器出口平均温度提高20℃,二次风量减少为理论空气量的0. 6,燃烧出口平均温度提高203℃,综合使用降低二次风量、增加旋流强度和提高二次风温的措施后,燃烧器出口平均温度提高289℃,基本接近该燃烧器燃用煤粉时的燃烧条件,双锥燃烧器基本可达到稳定燃烧污泥水煤浆的目的。

  2019年04期 v.25;No.122 87-93页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2441K]
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• 环境湿度对煤粉吸水特性的影响

  周沛然;

  煤粉广泛应用于锅炉燃烧中,含水率过高会影响煤粉存储和锅炉生产安全。煤会吸附环境中的水分,为了研究环境湿度对煤粉吸水率的影响,选用3类不同变质程度的原煤制成煤粉,收到基煤粉为Ⅰ组,烘干外水后煤粉为Ⅱ组,共6个样品,在45%和70%两种环境湿度条件下研究了煤粉的吸水特性。45%和70%湿度时,Ⅰ组含水率曲线均为持续增加后出现下降拐点,再小幅上升直至基本稳定。Ⅱ组含水率曲线变化趋势则不同,45%湿度时,含水率一直上升直至稳定。70%湿度时,变化趋势为先增加而后出现下降拐点,再上升直至基本稳定。45%湿度时,3种煤粉出现拐点时含水率相比70%湿度时低4%～5%,主要是由于拐点产生的原因不同,45%环境湿度下出现的第一类拐点是由于氢键断裂导致煤粉对水产生解吸影响。70%环境湿度下出现的第二类拐点是因为煤粉吸附水后煤氧复合作用产生润湿热,样品自身水分蒸发的逸出量超过吸附量后产生的。2种湿度条件下,在吸附达到饱和后,Ⅱ组煤粉含水率均低于Ⅰ组煤粉,是由于干燥煤样时,发生了一定程度的提质改性,同时孔隙结构会有少量坍塌破坏,煤的疏水性增加,导致干燥基吸附平衡时含水率低于收到基。Ⅱ组的绝对吸水量和吸水速率均高于Ⅰ组,是由于环境水蒸气与烘干煤自身毛细管压差大于Ⅰ组造成的。70%湿度时的吸附水量和吸附速率均高于45%湿度时,其余试验条件均基本相同,是因为湿度大时水蒸气分压力大,水蒸气更易被煤粉吸附,更易主动进入煤粉内部结构中,说明环境湿度是影响煤粉吸附水量和速度的一个重要因素。最后还比较了不同变质程度煤粉对水的吸附情况,由于低阶煤表面静电势和活性官能团多于高阶煤,故而吸水性能强于高阶煤,在45%环境湿度时,环境蒸气压与3种煤粉毛细管压力相差不大,故而吸附量较小且相差不大;在70%环境湿度时,该规律表现较为明显。

  2019年04期 v.25;No.122 94-99页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1400K]
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• 准东煤燃烧过程中碱金属迁移规律

  高继录;盛增庆;陈晓利;郭万贵;陈永辉;石亮;庞开宇;

  由于准东矿区地域宽阔,不同地区的准东煤性质存在一定差异。为了探求某准东煤的结渣沾污机理,在卧式管式炉及一维沉降炉中进行不同工况的准东煤燃烧试验,并通过电感耦合等离子体发射光谱仪对煤灰中碱及碱土金属含量进行表征,研究了准东煤在不同反应环境中碱及碱土金属的迁移和沉积规律。结果表明:随燃烧温度的升高,煤样中钠金属逃逸量升高,当温度超过1 100℃时,钠金属逃逸量为2 760μg/g,超过85%。不同温度下煤灰中相同种类的其他氧化物含量较接近,CaO与MgO在灰中占比较大。O_2体积分数对钠逃逸量的影响不明显,对相同种类氧化物占比影响较小,最大相差仅为0. 52%。在沉降炉试验中,随温度的升高,沉积灰灰样颜色由浅变深,灰沉积逐渐加重并难以清除,表明温度升高对结渣有促进作用。温度超过1 000℃时,Na挥发基本完成,含量稳定在11%左右。高温下,灰沉积管表面产生氧化皮脱落现象。在过量空气系数较大时,沉积灰灰样中的团聚烧结物较其他2种气氛少,但减弱幅度较小。炉膛中的煤粉燃烧均匀性随煤粉细度的增大而变差,导致部分煤粉剧烈燃烧使炉膛内局部温度偏高,灰沉积加重。此外,灰中的大颗粒数量也随粒径的增大而增多,黏结在结渣棒上的大颗粒增多。

  2019年04期 v.25;No.122 100-105页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 4108K]
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• 煤泥用于流化床燃烧时的结团过程研究

  王飞;赵江婷;张圆圆;张雷;杨凤玲;张培华;郭庆;程芳琴;

  循环流化床燃烧是煤泥利用的主要方式之一,湿煤泥入炉后的凝聚结团现象具有两面性,对煤泥在循化流化床中的稳定燃烧至关重要。为了探究煤泥结团过程的机理,为煤泥的高效利用提供理论指导,笔者分别从时间和空间两个角度,对煤泥团在入炉后抗压强度、水分、矿物及官能团随时间的变化以及煤泥柱外部、中部及内部的变化进行研究。抗压强度是衡量结团强度的重要指标,结果表明,煤泥柱的抗压强度随停留时间的延长呈先增大后降低的趋势,结合对煤泥不同时间正面及剖面的观察以及不同时间水分、矿物质种类及官能团变化的结果,分析认为,0～30 s时,煤泥柱抗压强度增加主要与水分蒸发有关; 30～90 s时,抗压强度的变化可能不仅与水分有关,还与高温下的热解及热分解有关; 90～210 s时,抗压强度迅速增加,与矿物质和官能团的变化有关,但也可能与挥发分析出过程中产生的中间相有关。温度是影响煤泥凝聚结团的重要因素,炉温较低时,水分和挥发分析出较缓慢,不利于中间相发育,故抗压强度相对较低,在一定范围内抗压强度随炉温的升高而增大,但炉温过高,引起挥发分快速析出,可能抑制中间相的发育而影响抗压强度,因此合适的炉温利于中间相的形成,促进抗压强度的增加,850℃可使煤泥达到相对较高的抗压强度。

  2019年04期 v.25;No.122 106-110页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3927K]
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• 煤粉燃烧过程强化脱硝技术研究

  周棋;王勇;刘松霖;刘一;陈灿;范卫东;

  为进一步提高炉内燃烧过程的脱硝效率,尤其是解决燃用挥发分低的贫煤和无烟煤时炉内NO_x排放浓度高的问题,基于高温燃尽区喷氨还原NO机理,提出了多级燃尽风布置区的高温强化还原区喷氨脱硝技术——多级强化还原煤粉燃烧技术(MERC)。借助50 kW下行燃烧炉,开展了氨氮比(RNSR)、还原剂与烟气混合程度、还原剂载气等关键技术参数对脱硝效率的影响,同时开展了MERC和SNCR对比试验研究,并进行了MERC技术的工程应用试验。结果表明:采用双支喷枪对喷能提高还原剂与炉内烟气的混合程度,双支喷枪对喷使脱硝效率从单支喷枪的45%提高到70%;空气作为载气,氨氮比超过1. 2时,NO浓度在500～700 mg/Nm~3,随着氨氮比增加,NO_x浓度先升后降;烟气作为载气时NO_x浓度大幅降低,仅为100 mg/Nm~3左右,因此还原剂的载气中含氧量越低,越有利于增强高温中喷氨还原NO的效果,还原剂载气需尽可能降低氧含量或采用无氧媒介。通过对比SNCR和MERC试验结果发现,氨氮比小于2时,常规SNCR的NH3耗量高于MERC;氨氮比超过2. 5后,NH3同NO的反应趋于饱和,过量的NH3同SO_2发生反应生成(NH4)2SO3和NH4HSO3,这是工程上出现SNCR过量喷尿素后造成空气预热器堵塞的原因。对某电厂125 MW燃煤锅炉进行低氮改造,由于该电厂1、2号锅炉燃用无烟煤+贫煤+烟煤的混煤,2015年低氮燃烧系统改造后一直存在锅炉出口NO_x浓度不稳定的情况,尾部脱硝装置入口最低在500 mg/m~3以下,最高为1 200 mg/m~3。为确保改造达到超低NO_x排放目标值,在原有燃烧优化试验+SNCR改造+SCR优化提效的设计方案的基础上增加了燃尽风前的尿素喷枪。结果表明:炉内脱硝效率高于65%,结合锅炉尾部SCR装置能实现烟囱位置NO_x浓度不高于30 mg/m~3的超低排放,达到了预期效果。

  2019年04期 v.25;No.122 111-118页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 3200K]
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• 基于半干法NGD脱硫技术的SO_2超低排放试验研究

  李婷;

  随着环保形势的日益严峻,国家对中小型燃煤工业锅炉的烟气污染物治理也提出了超低排放要求。采用半干法烟气脱硫技术是解决中小型燃煤锅炉尾部烟气SO_2污染问题并实现超低排放的有效途径之一。作为一种新型半干法烟气脱硫技术,NGD脱硫采用锅炉自生高钙粉煤灰作为脱硫剂,有效降低了脱硫剂运行成本。为验证该技术的SO_2超低排放效果和脱硫剂使用经济性,以神东某锅炉房配套40 t/h煤粉锅炉NGD脱硫装置为研究对象开展工业试验,同时考察了装置运行稳定性以及关键因素对脱硫效果的影响。试验结果表明,NGD反应器进出差压平均值约1 100 Pa,未出现曲线急剧上升或下降的现象,说明装置总体运行稳定性较好。外加适量Ca(OH)_2后,NGD脱硫装置的SO_2平均排放浓度(9%O_2)小于35 mg/Nm~3,达到超低排放效果。计算得到外加Ca(OH)_2与反应器入口SO_2的钙硫摩尔比n(Ca/S)=0. 9,由于主要利用锅炉自生粉煤灰中的活性钙,外加Ca(OH)_2量低于同类半干法烟气脱硫技术。研究发现,装置脱硫效率随增湿水量的增加而升高;在测试工况下,锅炉自生粉煤灰掺混少量Ca(OH)_2后,脱硫率由70%提高到90%以上。

  2019年04期 v.25;No.122 119-124页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 186K]
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• 散射管气体鼓泡塔流场分布特性及优化

  何宇康;王春波;

  鼓泡塔因其较好的气-液传质性能具有高污染物脱除效率,被广泛应用于生物化工和烟气处理等领域。鼓泡塔散射管气体分布器的几何尺寸和结构是影响相间传质效率的关键因素,优化塔内流场对于提高鼓泡塔内气-液两相间的传质效率至关重要。采用Fluent软件对有内构件散射管横向进气口式的鼓泡塔进行模拟研究,基于双流体方法和群体平衡模型(PBM)模型对鼓泡塔三维建模,采用一阶迎风差分格式离散,使用Phase Coupled Simple算法进行压力速度耦合。研究了散射管所在圆环直径d分别为0. 375D、0. 5D、0. 625D、0. 75D时(D为鼓泡塔直径),散射管进气口的布置对整体和局部气含率、液速和气泡尺寸等的影响。研究结果表明,随着散射管分布环直径的增大,整体气含率先增大后减少,平均气泡直径先减小后增大;当散射管所在圆环直径d=0. 5D时,鼓泡塔整体气含率和液相循环速度最大,平均气泡直径最小,鼓泡塔流场综合性能最好。

  2019年04期 v.25;No.122 125-129页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1864K]
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• 燃煤电厂颗粒物测定方法研究

  寿志毅;郑少亮;刘含笑;徐旭东;方小伟;郭高飞;张君毅;

  燃煤电厂排放的颗粒物有3类:可过滤颗粒物(含细颗粒物)、可凝结颗粒物和可溶盐,国内对其测试方法的研究还较薄弱。笔者系统分析了3类颗粒物的测定方法,针对性地提出准确测定手段及控制要点并分别开展了现场实测验证。凭借精密度较高的测试仪器及开展空白试验等,可保证可过滤颗粒物测定结果具有较高精确度;电荷法(ELPI)和重量法(PM-10)的PM2. 5测试结果一致性较好; 2级冷凝盘管+异丙醇吸收可实现对SO_3的高效捕集,且第2级盘管和异丙醇吸收的SO_3占比最高可达40%,建议低浓度测试优先采用该方法;采样枪温度加热到160℃,此时滤膜实际测定的颗粒浓度即为可过滤颗粒物+可溶盐。

  2019年04期 v.25;No.122 130-136页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2996K]
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• 高铝粉煤灰碱法提铝过程镓的吸附研究

  竹小宇;黄科林;孙振华;李少鹏;李会泉;文朝璐;张建波;

  我国内蒙古中西部以及山西北部地区的高铝粉煤灰中氧化铝含量高达50%以上,伴生的镓含量可达60 mg/kg,是重要的含铝、镓二次资源。为进一步提升高铝粉煤灰资源化利用附加值,实现粉煤灰提铝过程低浓度含镓溶液的高效提取,本文基于高铝粉煤灰预脱硅拜耳-亚熔盐联合法提铝工艺中的含镓碱液体系,研究了含镓模型溶液中镓离子的静态吸附规律,系统考察了不同吸附时间、吸附温度、镓初始浓度以及碱浓度对螯合树脂吸附镓离子的影响,完成了吸附动力学与吸附等温线的考察,并采用吸附柱进行了低浓度含镓碱液动态吸附及淋洗试验验证。静态吸附试验结果表明:采用LSC-600型螯合吸附树脂可实现低浓度含镓碱液中镓离子的高效吸附,树脂的平衡吸附容量随静态吸附时间增大而增大,吸附24 h后树脂吸附容量达到平衡;镓离子初始浓度低于400 mg/L,树脂的平衡吸附容量受吸附温度影响较小,在镓离子浓度高于400 mg/L体系中,树脂的平衡吸附容量随吸附温度升高而降低,其中吸附温度为50℃时树脂对镓离子的平衡吸附容量最大;随含镓碱液碱浓度增加,螯合树脂对镓离子的吸附容量先增大后减小,螯合树脂对镓离子的平衡吸附容量随镓离子初始浓度增大而增大,镓离子初始浓度高于1 200 mg/L时树脂吸附容量达到饱和,吸附温度为50℃,镓离子初始浓度为1 200 mg/L,碱浓度为5 mol/L时树脂的最大吸附容量为36 mg/g。动力学拟合结果表明:碱体系树脂对镓离子的吸附动力学过程符合准二级动力学方程,属于化学吸附过程;吸附等温线拟合结果表明,LSC-600型螯合树脂对镓离子的吸附满足Langmuir等温方程,说明镓离子的螯合吸附过程为单层吸附。树脂的动态吸附和淋洗结果表明,液体流速越大,树脂达到吸附平衡时的穿透床层数越小,树脂对镓离子的吸附容量和吸附率均较低,镓离子初始浓度50 mg/L,吸附温度为50℃,吸附流速为2. 5 BV/h时,树脂对低浓度含镓碱液吸附效果最优,最大吸附容量为3. 13 mg/g,淋洗过程淋洗液镓离子浓度随着床层数增加先增大后降低,淋洗流出液达到0. 7 BV时镓浓度最高为1 936mg/L,高浓度段(0. 3～1. 5 BV)溶液中镓离子浓度为1 248 mg/L,富集倍数达25倍。

  2019年04期 v.25;No.122 137-144页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2456K]
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• 新疆煤制饮用水处理用活性炭工艺及应用

  陆晓东;雷清平;王福平;刘昆仑;

  新疆煤炭储量大,煤炭资源丰富,煤种多样化且具有灰分低、活性高等特性,是制备水处理用煤基活性炭的优质原料。以新疆主要矿区原煤为原料,采用配煤压块工艺制备活性炭,考察预氧化、炭化、活化等工艺条件及催化剂对活性炭性能的影响,优化饮用水处理用活性炭制备的工艺及主要参数,并表征了活性炭对TOC、CODMn和UV254的吸附能力。结果表明,灰分<5%、挥发分35%左右、水分3%～6%的新疆哈密煤、新疆宽沟按60∶40的比例配煤,添加含钾化合物催化剂,在250℃氧化180～200 min、530～560℃炭化150～180 min、920～940℃活化,可制备出碘吸附值1 200～1 320 mg/g、亚甲蓝吸附值280～290 mg/g、平均强度95%、装填密度470～485 g/L的高效水处理活性炭,基于新疆煤质生产的饮用水处理用煤基活性炭产品对水中TOC、COD、UV254的去除率分别为38%、42%、67%,表明新疆煤质生产的饮用水处理用煤基活性炭产品对水中有机物的吸附性能优于美国卡尔岗公司生产的F-400。

  2019年04期 v.25;No.122 145-151页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2272K]
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• 三维煤基吸附电极处理氰化废水试验研究

  刘巧妮;

  目前,矿产、金属工业、电子设备制造等行业的快速发展引起工业废水产出量急剧升高,废水中多种有毒离子(如铬、镉、砷等)及锌、镍、金等贵金属,特别是氰化提金过程中产生的CN_T、SCN-、CN-等危害大,必须进行无害化治理。为解决氰化废水中大量有害离子的污染问题,提高氰化废水处理效率,探索三维煤基电极废水处理方法,自制的三维煤基电极以阴、阳电极和活性炭粒子3个组件为主。以电压、时间为变量,分析氰化废水中Zn~(2+)、CN_T浓度的变化规律,结果显示,CN_T、Zn~(2+)去除率符合Lagergren一级动力学模型,随着煤基电极长周期、连续使用,废水中CN_T、Cu~(2+)、Zn~(2+)、CN-、SCN-的去除率分别为93. 74%、97. 28%、95. 22%、95. 13%、97. 05%;增加煤基电极循环使用次数,废水中有害离子的去除率微幅下降,6次循环后,CN_T、Cu~(2+)、Zn~(2+)、CN-、SCN-的去除率分别为92. 17%、94. 65%、92. 67%、90. 14%、97. 02%。升高电压,有害离子的去除率不再随电极板自身的吸附饱和发生变化,煤基电极可重复使用。煤基三维电极设备可简易、低耗、高效地进行工业废液去除处理,值得推广。

  2019年04期 v.25;No.122 152-157页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1423K]
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• 基于离散元技术的胶带端部采样器设计参数优化

  倪文婧;

  基于离散元仿真技术对输煤胶带端部的采样运动参数进行研究。通过改变端部采样切割斗在4×30个直径为50 mm颗粒料流模型中的运动速度,研究收集的颗粒粒子种类和数量。结果显示,随着切割斗运动速度从1 m/s升到2 m/s,收集的颗粒总数从2 006个降至958个,相当于胶带中部采样宽度从835 mm降至399 mm。将横截面为4×30个颗粒的料流水平分为30种颗粒的模型中,采样斗收集颗粒的标准差与切割速度无关,在切割速度1. 5 m/s时标准差最大,为3. 69,切割速度为1 m/s时标准差最小,为2. 43;将横截面为4×30个颗粒的料流垂直分为4种颗粒的模型,采样斗收集颗粒的标准差与切割速度呈弱线性相关,切割速度1 m/s时的标准差最大,为84. 98,切割速度1. 7m/s时的标准差最小,为53. 19。不同切割速度下,切割斗对远端和底层的采集效果较差,在设计中应向胶带方向加大采样斗进料口长度,提高对底层煤粒的收集效果。

  2019年04期 v.25;No.122 158-164页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2653K]
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