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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤炭清洁高效转化理论与技术专刊

来源:洁净煤技术

煤炭作为我国的主体能源和重要工业原料,在我国能源供应体系中具有“压舱石”作用。正如谢克昌院士所言,煤炭虽然是化石能源,但实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源。尤其是在“双碳”背景下,推动煤炭清洁高效利用,是保障我国能源安全,促进能源体系向清洁化、低碳化方向发展的重要途径。煤炭清洁高效转化,不仅可以缓解我国能源供应紧张的局面,也是构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系的必然选择。

在“十二五”末年(2015年),为加快推动能源消费革命,进一步提高煤炭清洁高效利用水平,有效缓解资源环境压力,国家能源局制定了《煤炭清洁高效利用行动计划(2015—2020年)》,提出“依靠科技驱动”,加强基础研究和技术攻关,积极推进将煤炭清洁高效利用重大科学研究和关键技术攻关纳入国家科技重大专项计划,将示范技术列入国家重点研发计划。据此,科技部在“十三五”时期(2016-2020年)组织了“煤炭清洁高效利用”领域重点专项50项,其中2016年12项、2017年17项、2018年18项、2020年3项(山西省定向),依托该类项目,“十三五”期间我国在煤炭清洁高效转化方面涌现出的理论和技术成果达到新高度,也奠定了我国在煤炭清洁高效转化领域科研水平的世界领头羊地位。

在“十四五”开局之年(2021年),我们深感荣幸,受《洁净煤技术》编辑部邀请组织本专刊,展示“十三五”时期国内同行在煤炭清洁高效转化理论与技术方面的部分最新研究进展,促进科研成果转化,与作者、读者共同研讨煤炭清洁高效转化的未来发展方向,共同推进我国煤炭转化过程的新理论、新方法、新技术、新工艺等方面的研究。

本专刊从征稿、审稿到发表恰一年时间,收录了来自国家能源集团、国家电网、南方电网、清华大学、华中科技大学、西安交通大学、东南大学、大连理工大学、华东理工大学、中科院工程热物理研究所、中科院山西煤化所等19家单位27篇文章,包括4篇综述性论文、14篇研究论文、7篇数值模型研究论文和2篇经济性分析论文,对“十三五”时期国内同行在煤炭清洁高效转化理论与技术方面的最新进展进行报道。从投稿论文的单位性质和研究性质,我们可以看出:社会主义建设的新阶段,我国越来越注重技术转化以及大型企业在重大项目研发中的示范效应;研究方法也逐渐从传统试验研究向更深的理论模型研究和更广的软科学政策研究方面拓展。值此专刊正式刊出之际,我们谨代表编辑部对众多学者的踊跃投稿表示感谢,同时也感谢同行专家对稿件认真细致的评阅。希望通过本专刊,进一步促进高等院校、科研院所与企业之间的交流合作,为推动我国能源高效、清洁和低碳利用略尽绵薄之力。

行业视野

煤化工

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  • 作者(Author): 《洁净煤技术》

  • 作者(Author): 《洁净煤技术》

  • 作者(Author): 靳立军, 王学斌

    摘要:  煤炭作为我国的主体能源和重要工业原料,在我国能源供应体系中具有“压舱石”作用。正如谢克昌院士所言,煤炭虽然是化石能源,但实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源。尤其是在“双碳”背景下,推动煤炭清洁高效利用,是保障我国能源安全,促进能源体系向清洁化、低碳化方向发展的重要途径。煤炭清洁高效转化,不仅可以缓解我国能源供应紧张的局面,也是构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系的必然选择。  在“十二五”末年(2015年),为加快推动能源消费革命,进一步提高煤炭清洁高效利用水平,有效缓解资源环境压力,国家能源局制定了《煤炭清洁高效利用行动计划(2015—2020年)》,提出“依靠科技驱动”,加强基础研究和技术攻关,积极推进将煤炭清洁高效利用重大科学研究和关键技术攻关纳入国家科技重大专项计划,将示范技术列入国家重点研发计划。据此,科技部在“十三五”时期(2016-2020年)组织了“煤炭清洁高效利用”领域重点专项50项,其中2016年12项、2017年17项、2018年18项、2020年3项(山西省定向),依托该类项目,“十三五”期间我国在煤炭清洁高效转化方面涌现出的理论和技术成果达到新高度,也奠定了我国在煤炭清洁高效转化领域科研水平的世界领头羊地位。  在“十四五”开局之年(2021年),我们深感荣幸,受《洁净煤技术》编辑部邀请组织本专刊,展示“十三五”时期国内同行在煤炭清洁高效转化理论与技术方面的部分最新研究进展,促进科研成果转化,与作者、读者共同研讨煤炭清洁高效转化的未来发展方向,共同推进我国煤炭转化过程的新理论、新方法、新技术、新工艺等方面的研究。  本专刊从征稿、审稿到发表恰一年时间,收录了来自国家能源集团、国家电网、南方电网、清华大学、华中科技大学、西安交通大学、东南大学、大连理工大学、华东理工大学、中科院工程热物理研究所、中科院山西煤化所等19家单位27篇文章,包括4篇综述性论文、14篇研究论文、7篇数值模型研究论文和2篇经济性分析论文,对“十三五”时期国内同行在煤炭清洁高效转化理论与技术方面的最新进展进行报道。从投稿论文的单位性质和研究性质,我们可以看出:社会主义建设的新阶段,我国越来越注重技术转化以及大型企业在重大项目研发中的示范效应;研究方法也逐渐从传统试验研究向更深的理论模型研究和更广的软科学政策研究方面拓展。值此专刊正式刊出之际,我们谨代表编辑部对众多学者的踊跃投稿表示感谢,同时也感谢同行专家对稿件认真细致的评阅。希望通过本专刊,进一步促进高等院校、科研院所与企业之间的交流合作,为推动我国能源高效、清洁和低碳利用略尽绵薄之力。
  • 作者(Author): 徐吉, 朱家龙, 胡浩权, 靳立军

    摘要:热解产物分析,尤其是热解初级产物的原位检测与分析是认识煤热解反应机理的重要途径。综述了热重分析与质谱联用(TG-MS)、热裂解仪与气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)和原位热解-真空紫外单光子/电子轰击双电离与飞行时间质谱(in-situ Py-PI/EI-TOF-MS)3种在线热解-质谱联用技术在煤热解及催化热解方面的应用,并分析其优缺点。TG-MS可获得煤转化率与热解气相挥发物(尤其是轻质组分)随热解温度的逸出特性,Py-GC-MS能够实现快速升温速率下热解挥发物的定性与定量分析,而in-situ Py-PI/EI-TOF-MS具有原位分析性好、灵敏度高、弱电离和易清洗等优点,可实现对类煤模型化合物、原煤及其萃取组分、生物质、废塑料等单独热解或共热解过程初级产物的原位检测以及二次演化行为的认识,也适用于热解挥发物的催化反应研究,是一种具有前途的、从分子水平上认识煤炭等含碳有机物热转化反应机理的有效手段。
  • 作者(Author): 赵雪, 罗楠洋, 韩枝宏, 薛瑜, 黄成梠, 张巧铃, 吕钊敏, 谭厚章

    摘要:针对目前工业锅炉石灰石湿法脱硫系统易堵塞、运行费用高等问题,开发了一种新型燃煤工业锅炉飞灰回用鼓泡(乳化)湿法脱硫除尘一体化系统,改变传统粉煤灰脱硫仅作为脱硫剂载体直接喷入烟道的利用方式,通过提纯粉煤灰中Ca2+离子制成碱性浆液实现粉煤灰湿法脱硫,不需添加其他脱硫剂。同时新型脱硫系统不设置喷头装置,通过“飓风旋流器”让烟气切割脱硫剂形成乳化层达到增加反应时间和反应面积的效果。通过某14 MW工业热水锅炉应用结果表明:高、中、低3种负荷下,新型脱硫系统均运行稳定,平均入口烟气温度为100 ℃,较改造前锅炉排烟温度降低30~50 ℃,有效提升了锅炉热效率;中负荷运行条件下,经新型脱硫系统脱硫后SO2含量为10.9 mg/m3,脱硫效率91.2%,同时脱硫系统协同除尘效率达98.94%,再经湿式静电除尘(雾)器深度除尘后烟尘浓度为4.8 mg/m3,达到超低排放标准。该系统解决了传统石灰石湿法脱硫喷头装置易堵塞问题,同时省却了传统布袋除尘器,运营成本低,具有良好的推广前景。
  • 作者(Author): 王超, 宋国良, 吕清刚

    摘要:因固有的低污染物排放控制成本优势,循环流化床(CFB)锅炉已成为商业化程度最好的洁净煤燃烧技术之一。随着超低排放标准的提出,CFB燃烧技术也面临巨大挑战。为满足超低排放标准,通常要使用烟气净化处理装置,导致CFB锅炉污染控制成本显著增加。如何低成本实现CFB锅炉NOx与SO2原始超低排放成为关注焦点。系统论述了现有CFB超低NOx和SO2排放技术、最新开发的CFB超低NOx燃烧技术、炉内CFB超低SO2排放技术和CFB超低NOx、SO2协同控制技术等。研究表明:开发高效分离器不仅可提升CFB燃烧效率,也是保证超细石灰石高效脱硫的前提,分离器效率越高,CFB燃烧效率和超细石灰石脱硫效率越高;随着循环流化床锅炉的大型化发展,炉膛截面越来越大,如何实现超细石灰石在大型炉膛内横向的均匀混合成为第1个技术难点;控制单一气体使其满足超低排放的技术相对成熟,但如何协同控制NOx和SO2使之满足超低排放标准成为第2个技术难点;现阶段CFB炉内超低排放技术仅针对某些特定的燃料可达到超低排放,针对其他常规燃料,NOx和SO2能否达到超低排放仍需要进一步深入研究。
  • 作者(Author): 王世伟, 焦甜甜, 张亚青, 李湘萍, 张华伟, 梁鹏

    摘要:我国能源结构以煤炭为主,石油、天然气对外依存度逐年升高,为了缓解能源供需矛盾和保障国家能源安全,我国煤化工行业正面临着新的挑战与机遇。基于费托合成的煤炭间接液化技术是缓解石油资源紧张和促进煤炭资源清洁高效利用的有效方法之一。费托(F-T)合成浆态床反应器后过滤系统会产生大量的固体废弃物费托合成渣蜡,其中含有40%~60%石蜡,长期存放易蓄热自燃,是一种相对危险的固废。目前对于费托合成渣蜡的处理方式主要是将其掺烧或掩埋,造成了极大的资源浪费及安全隐患。介绍了费托合成浆态床技术,费托合成渣蜡的形成及存在问题等。综述了国内外对于费托合成渣蜡回收利用的研究进展,分析对比了离心法、表面活性剂法、过热蒸汽喷射法、超声波处理法、萃取和热解技术对于回收石蜡的优势与局限性,提出了采用多种分离技术耦合可以在减少石蜡化学结构破坏的基础上提高石蜡回收率的思路。回收石蜡后的废白土可作为建筑、陶瓷、橡胶填料等再利用,或再生为新鲜白土用作染料吸附和漂白剂等。对废弃渣蜡进行资源化利用和无害化处理既可以回收优质石蜡,又可以缓解资源紧缺及环境污染问题。开发操作简单、利用率高、不产生二次污染且具有一定经济效益的综合利用路线,是费托合成渣蜡资源化利用的有效途径和迫切需求。
  • 作者(Author): 侯冉冉, 白宗庆, 冯智皓, 郭振兴, 孔令学, 白进, 李文

    摘要:褐煤氧含量高且具备良好热反应性,是制备酚类、腐植酸等高附加值含氧化学品的重要原料。褐煤中的杂原子尤其是丰富的含氧官能团(酚羟基、羧基等)导致了大量氢键的存在,褐煤热转化过程(热解、干燥和直接液化等)中常见氢键包括煤中氢键和褐煤-溶剂间氢键等。煤中氢键和褐煤-溶剂间氢键在构型和强度上存在明显区别,目前可通过体积溶胀度、红外光谱等观测手段以及量子化学计算进行探究。煤中氢键和褐煤-溶剂间氢键广泛存在且明显作用于褐煤热解和直接液化等热转化过程。煤中氢键是维持褐煤大分子网络结构稳定的重要因素,能在热解过程中诱导酚羟基和羧基脱水,进而促进褐煤热转化过程中的低温交联反应,不利于焦油等轻质产物的生成。褐煤-溶剂间氢键是褐煤与溶剂相互作用的重要形式,其强度显著影响褐煤在热转化过程中的物理化学反应如萃取、溶胀以及脱氧等。充分认识褐煤相关氢键的存在形态和影响因素,并以此为基础进行氢键调控,对于褐煤清洁高效转化具有重要意义。现有的氢键调控主要目的在于破坏煤中氢键,从而在一定程度上抑制热转化过程中的交联反应。氢键调控方法主要包括低温预热以及使用吡啶、离子液体等强氢键受体进行溶剂预处理等。当前针对褐煤-溶剂间氢键的研究主要停留在定性层面,缺乏褐煤热转化过程中的原位观测以及定量分析。

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