综合智慧能源

张剑, 张宝旭, 彭瑞峰, 陈玉民

2020, 42(10): 1-12.

摘要 ( 204 )

PDF (2537KB) ( 708 )

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通过焦炉煤气干重整回收热态钢渣热量，可同时资源化利用焦炉煤气（COG）与焦炉、钢厂的二氧化碳。重
点围绕二氧化碳-粗焦炉煤气热转化过程开展了动力学分析和机理研究，定量考察了温度、CO2 与 COG 入口体积流
量比 ψ、COG 入口体积流量 qVCOG(in)、压力 p和反应气氛等因素对重整过程的影响，并对反应过程中的原料转化与产物
生成规律进行了分析。计算表明：在 p=0.1 MPa，qVCOG(in)=1 cm3/s 的工况下，为得到产物气氢碳比为 2 的产物气，粗焦
炉煤气直接干重整的合适温度为 1 600∼2 100 K，ψ为 0.16∼0.21，对应的产物气中合成气产率 γsyn 为 0.76∼0.92；焦油
和 CO2 转化率分别达到 90% 和 80% 以上。在重整介质中添加 H2O 使得焦油转化率略有提高，CH4 转化率、CO2 转化
率和合成气产率略有降低；添加 O2 则会提高反应过程温度，明显提高 CH4 转化率，从而提高产物气产率。

粉末活性炭还原二氧化硫回收硫磺的沉降炉试验研究

冯太, 闫鲁玉, 刘志, 徐天明, 周滨选, 赵希强, 马春元

2020, 42(10): 13-21.

摘要 ( 241 )

PDF (928KB) ( 567 )

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针对我国硫磺资源短缺现状及当前脱硫技术无法实现 SO2 资源化利用的问题，提出了以活性炭粉末为还原
剂，气固两相流动下还原 SO2 为单质硫的方法。研究了反应温度、C/SO2 摩尔比及 CO，H2，CO2 和水蒸气体积分数对
反应的影响。研究表明：较高的反应温度和 C/SO2 摩尔比有利于提升活性炭对 SO2 的还原效率和反应速率，且对
COS 生成的促进不大，单质 S 选择性较高；CO 和 H2 的加入均可显著提高 SO2 转化率，但反应过程中生成大量的含 S
副产物，导致单质 S 选择性降低；CO2 对整体反应影响轻微；H2O 的加入影响 Claus 反应平衡，导致 H2S 生成量增加，单
质 S 选择性显著降低。经济性分析表明：工艺主要成本为加热能耗和活性炭反应物耗；每脱除 1 g 的 SO2，可产出硫
磺 0.38 g，消耗活性炭 0.16 g，同时带来 1.7 kJ 的能耗。该研究为流化床碳热还原 SO2 工艺提供了理论支持。

粒径对活性焦固定床和气流床吸附 SO₂ 过程的影响

张梦泽, 刘志, 张立强, 李阳, 周滨选, 马春元, 董勇

2020, 42(10): 22-27.

摘要 ( 151 )

PDF (894KB) ( 607 )

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活性焦脱硫是一种非常有潜力的资源化脱硫技术，粒径较小的粉末活性焦相较于大粒径活性焦在成本和
吸附传质方面具有优势。通过不同粒径活性焦的固定床和气流床试验，证明了活性焦在固定床和气流床中吸附
SO2 的速率均随着活性焦粒径的降低而增加，小粒径活性焦相比于大粒径具有更低的传质阻力。同样粒径的活性
焦在气流床中的吸附速率比固定床中的表观吸附速率高 2 个数量级。同一活性焦破碎成小粒径活性焦后，总比孔
容和总比表面积都大幅提高，且增加的比表面积以中大孔（孔径>2 nm）比表面积为主，中大孔的增多通过改善 SO2
在活性焦表面和内部的扩散及吸附过程副产物的迁移和赋存，提高活性焦的吸附速率。

半焦脱硝体系中重要碳氧中间体结构及其作用

范垂钢 , 李松庚 ,

2020, 42(10): 28-35.

摘要 ( 121 )

PDF (1794KB) ( 542 )

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采用产自国内 11 个地区的不同煤阶煤炭所制半焦进行烟气脱硝程序升温与恒温试验，发现 11 种样品可根
据脱硝效率明显分为 2 组。进一步通过 BET 孔结构分析，X 射线光电子能谱（XPS），透射电镜（TEM），X 射线荧光分
析（XRF）等手段对半焦进行表征发现：物理性质上，2 组半焦各具不同的吸附特性、微观片层结构特征以及孔径分
布特征；化学组分上，二者亦有明显不同的 C—O 单键含量、碱（土）金属含量，其中碱（土）金属含量相差 2~4 倍。试
验同时发现，这些组分含量又与 11 种半焦脱硝效率指标存在较明显而单一的线性相关关系（线性相关系度绝对值
|r|主要分布于 0.841~0.992）。结合前期计算机模拟与碱（土）金属改性对照实验初步推测：脱硝过程中，半焦表面形
成的 C—O 单键及其在反应体系中的化学行为可较合理地解释不同条件下半焦脱硝效果的差异性。

氨基修饰多孔固体吸附剂吸附 CO₂ 的研究进展

胡小夫, 沈建永, 王桦, 张锡乾, 夏怀鹏

2020, 42(10): 36-40.

摘要 ( 184 )

PDF (683KB) ( 673 )

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固体吸附剂作为吸附法捕集 CO2 的核心组成，因其具有原材料损耗小、能耗低、腐蚀性弱、循环稳定性好、操
作简单、环境友好等优点，从而具有广阔的应用前景。氨基修饰多孔固体吸附剂与常规固体吸附剂相比，吸附选择
性更好、吸附效率更高，已成为该领域研究的热点。主要论述在不同条件下制备的氨基修饰多孔固体吸附剂，如氨
基修饰介孔分子筛材料、氨基修饰多孔炭材料、氨基修饰金属有机骨架材料等，对 CO2 捕集的最新研究成果，并对未
来新材料的研究方向进行了展望。

湿法烟气脱硫系统中 Hg⁰再释放特性及离子液体脱汞研究

许家菱, 鲍静静, 于江怀, 罗紫菱, 孙立成

2020, 42(10): 41-47.

摘要 ( 183 )

PDF (1007KB) ( 693 )

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为进一步提高湿法烟气脱硫（WFGD）系统中的脱汞效率，对低浓度 SO32-工况下 Hg0 再释放特性以及不同离
子液体的脱汞性能进行了研究。基于鼓泡塔反应器，在 N2 气氛下研究了 SO32- 和金属离子（Fe2+ ，Fe3+ 和 Cu2+）对
WFGD 系统中 Hg0 再释放特性的影响，同时考察了 3 种离子液体（HMIM［PF6］，BMIM［PF6］，BMIMCl）的脱汞性能，筛
选出表现最佳的添加剂和其最优运行工况。结果表明，当脱硫液中 SO32-浓度处于较低水平时，增加 SO32-浓度可促
进 Hg2+的还原；而当 SO32-过量时，Hg0 再释放行为将被明显抑制。Fe2+，Fe3+和 Cu2+等金属离子浓度的增加均能促进
Hg0 的再释放。上述 3 种离子液体添加剂抑制效果为 BMIMCl＞BMIM［PF6］＞HMIM［PF6］。对脱汞性能较好的添加
剂 BMIMCl 进行进一步试验，获得其抑制 Hg0 再释放的最佳工况，即添加质量浓度为 10 g/L、较低脱硫液 pH 值以及
50 ℃脱硫液温度。

活性焦对汞的脱除性能研究

安东海 , 王鲁元 , 程星星 , 董勇

2020, 42(10): 48-55.

摘要 ( 146 )

PDF (1639KB) ( 556 )

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以新疆黑山煤为原料，通过一维沉降炉制备粉状活性焦。通过比表面积测试和扫描电子显微镜考察了活
性焦的物理性质和表面形貌，并通过鼓泡床对活性焦吸附 Hg0 的吸附效率进行研究，结果表明：活性焦比表面积为
402.1 m2/g，微孔比表面积占总比表面积的 77.5%，平均孔径为 2.10 nm，烧蚀率为 42.18%；3 h 内活性焦对 Hg0 的平均
吸附效率为 85%。进一步通过高温解吸考察了吸附 Hg0 后的活性焦解吸规律，并对解吸出来的 Hg0 进行深度固化，
系统分析了 HgS 合成的影响因素，结果表明：活性焦对 Hg0 主要以物理吸附为主，也有一定量的化学吸附；O2 对 HgS
的合成没有明显的促进作用，水蒸气和 SO2 对 HgS 的合成具有抑制作用。

吸附剂对准东煤中铬迁移转化的影响研究

孙英文 , 李箫玉 , 陈娟 , 韩军

2020, 42(10): 56-63.

摘要 ( 164 )

PDF (1296KB) ( 562 )

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为控制煤燃烧中铬的生成与排放，对添加了不同吸附剂的准东煤进行了燃烧试验。对燃烧后的灰进行了
重金属铬浸出试验，并从热力学角度模拟了 4 种不同吸附剂（CaO，Al2O3，Fe2O3，高岭土）对煤中铬的固化、灰中铬的
浸出及铬的热力学平衡转化的影响。结果表明，吸附剂 CaO 及 Fe2O3 通过与铬化合物反应生成铬酸盐，使铬很好地
被固化在灰中，铬的固化率达到 80% 以上，而 Al2O3 及高岭土对铬的固化效果较差。添加 Fe2O3 的灰中铬浸出率最
低，富氧燃烧下灰中铬的浸出率高于空气燃烧下的灰，细灰中铬的浸出率高于粗灰。从铬的捕集效率及低浸出率
的角度考来看，Fe2O3 最适合作为铬的吸附剂。

大比例半焦煤粉掺混燃烧排放数值模拟研究

赵阳, 陈炳安, 王鹏翔, 黎贤达, 孙锐, 孙绍增

2020, 42(10): 64-72.

摘要 ( 161 )

PDF (9228KB) ( 572 )

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半焦是原煤经过干馏后得到的产物，具有高热值、低挥发分的特点。现阶段作为煤化工副产品的半焦并未
得到充分使用，研究半焦与煤粉的掺混燃烧有助于提高经济效益，而掺混燃烧的难点在于半焦的着火条件较差、燃
尽率低、NOx排放质量浓度高。采用数值模拟方法研究了半焦与煤粉大比例掺混燃烧条件下，给粉方式、掺混比、二
次风配风方式对炉膛内的温度场、NO 质量分数场和 CO 质量分数场分布的影响。结果表明：均匀配风给粉条件下，
半焦的最佳掺混比例为 40%；燃料分层时半焦布置在上部燃烧器会导致炉内温度和 NO 质量分数激增，但可以通过
改变二次风配风来改善。

基于内循环预热器的超低挥发分碳基燃料预热燃烧试验

宋文浩, 李诗媛, 欧阳子区, 刘敬樟

2020, 42(10): 73-80.

摘要 ( 203 )

PDF (1139KB) ( 564 )

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基于预热燃烧技术，提出了一种适合于细粉燃料稳定预热的内循环预热器，以期实现超低挥发分碳基燃料
的清洁高效利用。先后在内循环预热器冷态试验台、2 MW 内循环预热燃烧中试平台，以及 16 MW 预热式燃烧器测
试平台研究了内循环预热器的运行特性，并且对超低挥发分碳基燃料的预热、燃烧和 NOx 排放特性进行了系统研
究。试验结果表明，内循环预热器在流化风速为 1.50~2.25 m/s 范围内进出物料平衡，能够建立稳定循环。内循环
预热器实现了稳定的预热过程，将燃料稳定、持续地预热到 850 ℃以上，满足预热燃烧工艺的要求。高温气体燃料
主要包括 N2，H2，CO，CH4 和 CO2。燃料中 57.08% 的氮元素在内循环预热器内被释放。经检测分析，燃烧效率高于
97%，NOx排放质量浓度降低到 112.7 mg/m（3@6% O2）。

褐煤基粉状活性焦制备小试试验初步研究

王涛, 刘珂, 张振, 周滨选, 马春元

2020, 42(10): 81-87.

摘要 ( 177 )

PDF (772KB) ( 581 )

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活性焦烟气脱硫是资源化脱硫的主要技术之一，针对目前成型颗粒活性焦移动床脱硫工艺存在的活性焦
成本高的约束性问题，提出并开发了煤粉快速炭化活化一步法制备脱硫用粉状活性焦（以下简称粉焦）的工艺方
法。基于实验室基础研究数据搭建了 30 kg/h 级粉焦产量的小试试验装置及系统，进行了褐煤快速制备粉焦的初步
试验，并将小试结果与沉降炉机理试验结果比较分析。在小试条件下，蒙东褐煤制备粉焦的产率为 38%，低于机理
试验得率；粉焦孔隙以微孔为主，且微孔孔容及比表面积优于 2 组机理试验制得的粉焦；粉焦 2 h 的 SO2 吸附量（质量
分数）为 6.1%，低于 2 组机理试验结果，应为小试与机理粉焦粒径和孔隙结构差异导致；小试制焦副产热解气中可
燃气 CO+H2+CH4 的体积分数为 7.3%，高于 2 组机理试验热解气中可燃气的体积分数。小试结果初步验证了低阶煤
快速制备脱硫用粉焦工艺的可行性。

欧洲大型燃煤锅炉耦合生物质发电技术综述

兰凤春, 李晓宇, 龙辉

2020, 42(10): 88-94.

摘要 ( 289 )

PDF (1144KB) ( 636 )

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燃煤锅炉耦合生物质混烧发电技术是解决燃煤电厂 CO2 减排的有效措施之一，并在欧洲得到了广泛应用。
调研了荷兰、芬兰、英国等欧洲国家的大型燃煤锅炉耦合生物质技术，介绍了该技术在欧洲的发展情况及典型电
厂，总结了欧洲大型燃煤锅炉耦合生物质发电主要技术路线，指出了英国是目前世界上大型燃煤锅炉耦合生物质
发电技术应用最成熟的国家。提出大型燃煤锅炉耦合生物质发电技术将是“十四五”燃煤发电机组发展的主要技
术之一，国内应重点开展该技术的研究。生物质耦合燃烧比例（质量分数）15%~40% 是比较适合我国未来大型燃煤
锅炉耦合生物质发电的主要技术路线，并对该技术发展提出了建议。

半焦和烟煤混合燃料挥发分释放和氮转化特性

于强, 王明昊, 关靖宇, 贾庚

2020, 42(10): 95-98.

摘要 ( 148 )

PDF (596KB) ( 616 )

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为实现半焦在煤粉锅炉中的大比例掺烧、降低 NOx 的排放，以管式沉降炉为例，研究了烟煤和半焦不同比
例混合后的挥发分释放特性和氮转化特性。研究结果表明，在温度一定的条件下，混合燃料挥发分的释放率与半
焦的掺混比例、在炉内的停留时间相关：挥发分的释放率随半焦掺混比例的提高而降低，随停留时间的增加而提
高，最大挥发分释放率大于其工业分析值；同时，随着半焦掺混比例的增加，混合燃料的焦炭氮呈上升趋势，挥发分
氮呈减少趋势；当掺混的半焦超过混合煤粉质量的 50% 时，焦炭氮占比较其在原煤中的占比增加了 6.08%，NOx 排放
的控制难度会增大。

2020年 第42卷 第10期 刊出日期：2020-10-25

2020年第42卷第10期刊出日期：2020-10-25