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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

2020年《洁净煤技术》十大综述

来源:《洁净煤技术》

为促进学术成果的广泛交流,服务科研进步与技术应用,《洁净煤技术》编辑部筛选了2020年刊发的最具影响十大综述论文,供广大学者借鉴、参考。(统计日期2021-11-22)

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  • 作者(Author): 史达, 张建波, 杨晨年, 曲江山, 李少鹏, 李会泉, 何发钰

    摘要:煤气化技术是我国现代煤化工的基础,该过程将煤中有机物转化为化学品,无机物以气化灰渣形式外排。目前煤气化灰渣主要以堆存为主,造成严重的环境和水体污染。在对煤气化灰渣进行消纳处理过程中,因内部含有大量的未燃碳,使其在建工建材等规模化利用途径受限。当前的国内外碳、灰分选方法虽有一定的效果,但基本处于实验室研究和半工业试验阶段,因存在成本高、分选效率低等问题,未能实现大规模工业化应用。碳灰分选效果受煤气化灰渣的矿相组成、物相成分、粒度分布、微观形貌等因素影响,不同类型气化渣需要采取不同的分选工艺,进而实现碳灰的高效分离。结合煤气化灰渣脱碳的主要影响因素,分析了煤气化灰渣脱碳的主要工艺技术和装备,多角度阐述了煤气化灰渣碳、灰组分的主要分离方法,并进一步总结对比各分选方法的工艺特点和不足。分析了各技术在煤气化灰渣脱碳分选应用的发展趋势,指明了研发绿色、高效、低成本的新型浮选药剂,解决煤气化灰渣灰分吸附罩盖问题,开发针对细粒级煤气化灰渣脱碳的分选工艺与装备,实现脱碳分选产品的高值化利用,是当前煤气化灰渣脱碳技术的重要发展方向。
  • 作者(Author): 柴春镜, 宋慧平, 冯政君, 张金才, 程芳琴

    摘要:粉煤灰是煤燃烧后的烟气中收捕的细灰,是燃煤电厂排出的主要固体废物,危害环境和人类健康。利用粉煤灰制备陶粒是粉煤灰资源化的重要途径之一。粉煤灰陶粒因密度小、质轻、保温、隔热、耐火性好、抗震性能好、吸水率低、抗冻性能和耐久性能好等优异性能,在废水处理、废气处理、噪声控制和建筑材料等领域具有广阔的应用前景。综述了近年来粉煤灰陶粒的最新发展动态,分别对焙烧法和免烧法制备粉煤灰陶粒进行了可行性分析,介绍了粉煤灰陶粒的相关研究成果,着重介绍了生产粉煤灰焙烧陶粒和粉煤灰免烧陶粒的机理、所用原料、工艺条件及产品性能。同时提出了我国在粉煤灰综合利用过程中面临的主要问题及解决措施,并对今后的发展趋势进行展望,为粉煤灰制备陶粒的机理研究和工艺研究提供参考。粉煤灰焙烧陶粒的制备过程主要包括配料、混合、造粒、干燥、预烧、焙烧、冷却和筛分等过程;影响其性能的主要因素有原料配比、预热时间、预热温度、升温速率、煅烧时间、煅烧温度等。粉煤灰免烧陶粒的制备过程主要包括配料、混合、造粒、陈化、干燥、养护和冷却等过程;影响其性能的主要因素有原料性质、激发剂掺量、黏结剂用量、发泡剂种类及用量、养护方式、蒸养温度和养护时间等,可通过改变工艺条件,制备出不同性能和用途的产品。目前,我国的粉煤灰陶粒以焙烧型为主。焙烧陶粒具有技术成熟、产品强度高等优势,但存在能耗高、投资大、工艺复杂等缺点。因此,开发粉煤灰免烧陶粒就成为发展的新趋向。我国的免烧陶粒尚处于研制阶段,产品强度低、比表面积小,克服了焙烧法制备陶粒成本高、污染大等缺点,可将其应用于对筒压强度要求偏低、堆积密度要求偏高的场合。为提高陶粒的性能、降低成本,可从多孔免烧陶粒的外加剂选择、工艺和环境安全性等方面进行深入研究。利用粉煤灰制备陶粒,不但解决了粉煤灰的污染问题,还解决了陶粒原料的来源问题,具有重要的现实意义。
  • 作者(Author): 吕武学, 于燕飞, 曲保忠, 陈嘉宁, 崔凌霄, 马双忱

    摘要:燃煤电厂脱硫废水存在水质差、水量大、处理成本高等问题,废水处理技术也在不断更新换代。不同电厂其脱硫废水的水质、水量相差较大,处理技术的选择也存在较大区别,为了更科学有效地选择脱硫废水处理技术,汇总分析了目前燃煤电厂脱硫废水处理技术,根据实际案例详细分析各处理技术的优缺点,为燃煤电厂对脱硫废水零排放技术的选择提供参考。研究结果显示,目前燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术主要包括脱硫废水的预处理技术、浓缩减量技术、蒸发结晶技术以及转移固化技术,各废水零排放处理技术参差不齐。详细分析了预处理技术中的三联箱法、双碱法,根据废水特点,该预处理环节可省略,以减少投资成本;浓缩减量技术包含膜法浓缩(RO、FO、ED等)和热法浓缩(利用蒸汽浓缩、烟气余热浓缩),膜法浓缩可实现较高的浓缩倍率且系统稳定,但其较高的投资运行成本有待解决;热法浓缩依靠其低成本、高效率逐渐成为主流浓缩技术。蒸发结晶技术利用烟气余热蒸发(旁路烟道蒸发、烟道蒸发),其运行中的腐蚀、结垢问题有待解决;转移固化技术中的水泥化固定技术,不仅能够固定脱硫废水中的高浓度氯离子,同时对废水中的多种重金属离子具有较好的固定效果,该技术对处理产生的终端高浓度含盐水指明去处,其固化体得以二次利用;高浓度氯离子也可制备净水剂,实现废水中盐分的二次利用。同时,提出了脱硫废水处理技术选择的四原则。低成本、低风险、高成效的脱硫废水零排放工艺路线更符合当前企业需求。
  • 作者(Author): 姜龙

    摘要:我国电力能源以煤炭为主,每年燃煤电厂因燃煤产生的粉煤灰为6亿t,约占世界粉煤灰总产量的一半,而目前我国粉煤灰综合利用率仅为70%。为全面了解我国粉煤灰综合利用现状并改善我国粉煤灰综合利用情况,介绍了国内外粉煤灰综合利用的基本情况、相关标准、相关政策及主要利用途径,通过对比国内外利用现状,分别从利用途径、标准制定、政策制定3方面提出我国今后粉煤灰综合利用的合理化建议。我国粉煤灰综合利用率同世界平均水平持平,但由于产量大、分布不均匀、已有能源政策等造成我国在粉煤灰综合利用中主要存在传统建材需求萎缩、季节性影响、政策缺少引导并无强制利用、标准体系不完善、高附加值利用占比低等问题:我国粉煤灰主要应用在建材行业,与其他发达国家相比,在道路方面、矿坑回填方面的应用率偏低,其中西部地区由于燃煤电厂分布广泛、建材行业需求降低造成粉煤灰综合利用远低于全国水平;我国在粉煤灰方面制定的标准所涉及的指标范围和指标限值同国外发达国家相比偏松,涉及领域多为传统的建材和基建,并不能很好地指导粉煤灰在其他领域的应用;现有相关政策大多是鼓励利用粉煤灰,缺乏强制性,同时政策上无法有效提高产灰企业的主观能动性。为了更好推进我国粉煤灰的综合利用,结合自身国情且与发达国家现状对比,今后应主要从以下方面入手:加大我国粉煤灰在基建、填充、农业、环保、高附加值等方面的应用,推进西部地区粉煤灰在填埋和农业的应用;完善各利用途径的标准,在标准制定中应体现我国自身的特殊性并优先制定适用本地区粉煤灰利用的标准;我国粉煤灰利用对政策的依存度过高,因此政策内容应对产灰企业进行详细的政策引导从而提高产灰企业的治灰主观能动性,提高粉煤灰的综合利用率,提高固废利用信息的透明度,加强粉煤灰综合利用的社会监督。
  • 作者(Author): 王翰锋

    摘要:我国能源资源赋存特点和能源结构现状决定了在今后较长时期内,煤炭作为我国能源安全稳定供应兜底保障的作用很难改变,促进煤炭清洁高效利用既是我国能源革命的必然要求,也是大气污染防治的有效途径。长期以来,我国燃煤工业锅炉是仅次于燃煤发电的第二大燃煤型污染源,也是PM2.5、PM10的主要来源之一。近年来,中国煤炭科工集团煤科院节能技术有限公司组织科研团队开展煤粉工业锅炉关键技术攻关,并在国内多个大中城市和工业园区推广应用,取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。笔者从单台锅炉蒸吨数、节能以及减排3个方面对2011—2019年我国关于燃煤工业锅炉的政策文件及行业标准进行解析,形成对煤粉锅炉政策的连续性认知,并对行业未来的潜在预期进行展望。未来我国将继续加大燃煤小锅炉淘汰力度,污染物排放标准不断加严,对污染控制水平的要求不断提高,应从提高行业装备制造水平、开发集成控制技术、培养研发团队及技术服务机构、推动与数字经济的融合以及加强国际合作等方面提升行业内核,打造不可替代的核心竞争力。
  • 作者(Author): 曲江山, 张建波, 孙志刚, 杨晨年, 史达, 李少鹏, 李会泉

    摘要:我国富煤、贫油、少气的能源结构特点,石油、天然气对外依存度高的实际情况以及对煤炭高效清洁利用的重视赋予了煤化工产业发展的机遇,作为煤化工产业龙头的煤气化技术在中国蓬勃发展。随着煤气化技术的大规模推广,煤气化渣的堆存量及产生量越来越大,造成了严重的环境污染和土地资源浪费,对煤化工企业的可持续发展造成不利影响,煤气化渣处理迫在眉睫。笔者介绍了煤气化渣的产生及其带来的环境问题,煤气化渣的基本特点,综述了国内外煤气化渣在建工建材(骨料、胶凝材料、墙体材料、免烧砖)、土壤水体修复(土壤改良、水体修复)、残碳利用(残碳性质、残碳提质、循环掺烧)、高值化利用(催化剂载体、橡塑填料、陶瓷材料、硅基材料)等方面的研究进展,提出了煤气化渣综合利用思路。煤气化渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、C组成,气化细渣残碳含量较气化粗渣高,煤气化渣的主要矿相为非晶态铝硅酸盐,夹杂着石英、方解石等晶相,富含硅、铝、碳资源的化学组成特点和特殊的矿相构成是煤气化渣回收利用的基础。目前煤气化渣规模化处置利用主要聚焦在建工建材、生态治理等方面,但因其碳含量高、杂质含量高等特点,导致建工建材掺量低、品质不稳定,生态治理二次污染严重等问题,经济和环境效益差。在资源化利用方面,结合煤气化渣资源特点,目前主要在碳材料开发利用、陶瓷材料制备、铝/硅基产品制备等方面引起广泛关注,虽然经济效益相对显著,但均处于实验室研究或扩试试验阶段,主要存在成本高、流程复杂、杂质难调控、下游市场小等问题,无法实现规模化利用。为了提高企业经济效益,同时解决企业环保难题,结合煤气化渣堆存量大、产生量大、处理迫切的现状以及富含铝、硅、碳资源的特殊属性,建议煤气化渣的综合利用思路为“规模化消纳解决企业环保问题为主+高值化利用增加企业经济效益为辅”。开发过程简单、适应性强、具有一定经济效益的煤气化渣综合利用技术路线,是目前煤气化渣利用的有效途径和迫切需求。
  • 作者(Author): 石朝亭, 蔡军, 任强强, 吾慧星, 马海军

    摘要:我国是水泥生产和消费大国,水泥行业已成为我国继热力发电和交通运输之后的第三大NOx排放源,是引起我国雾霾天气的主要成因之一。随着水泥工业NOx排放标准的不断提高,燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术的发展越来越受到重视。为清晰了解水泥行业常见低NOx排放控制技术的优化方向和新型低NOx排放控制技术的发展现状,为水泥工业实现超洁净绿色生产提供技术储备,笔者梳理总结了燃煤水泥窑炉常见低NOx排放控制技术以及新型低NOx排放控制技术。围绕燃煤水泥窑炉常见低氮脱硝技术,阐述了燃烧前、燃烧中以及燃烧后等各种低NOx排放控制技术的降氮原理、特点以及应用现状,并指出了这些技术在实际应用中面临的问题;同时介绍了燃烧前、中、后等各种低NOx排放控制技术的组合应用。重点介绍了近年来新涌现出的以两步还原法为代表且具有潜力的低氮脱硝技术,论述其降氮原理及研究发展现状,对比总结了水泥行业常见低NOx排放控制技术以及新型低NOx排放控制技术的脱硝效率、研究和应用现状。面对日益严峻的减排形式,水泥行业深度脱硝工作的开展势在必行。结合常见低NOx排放控制技术的减排原理、优势以及存在的问题,建议水泥行业可采用燃烧中与燃烧后各种低氮控制技术的组合应用方案,以此达到降本增效的目的,并具体提出了水泥行业现有生产线以及新建生产线可行的组合应用方案。考虑到各种新型低NOx排放控制技术的降氮原理和发展现状,笔者对水泥行业低氮脱硝技术未来的研究和努力方向进行展望,认为未来水泥行业低NOx排放控制技术的发展应注重提高还原氛围下的碳还原能力,以激发碳还原能力为核心进行现有技术的优化以及新技术的探索,同时应考虑到与低氮燃烧技术相匹配的精准自动化、智能化测控设备的应用,以全方位监测、反馈系统的相关指标,更好地发挥低NOx排放控制技术的降氮脱硝效果。
  • 作者(Author): 杜俊涛, 聂毅, 吕家贺, 马江凯, 郏慧娜, 张敏鑫, 孙一凯, 郑双双, 白璐

    摘要:中间相炭微球(MCMB)具有良好锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势,是目前应用广泛、综合性能优异的锂离子电池负极材料,但较低理论比容量是制约其发展的关键因素。为了获得性能优良的MCMB基锂离子电池负极材料,改性修饰和复合材料已然成为目前研发重点。笔者论述了碳结构、表界面和复合材料等微观结构设计对MCMB负极材料电化学性能的影响。从碳堆积结构类型、有序性、层间距以及球体粒径大小等方面,论述了碳结构微观设计对MCMB电化学性能的影响。发现具有乱层结构的MCMB在充放电过程中内部产生应力较小,且碳结构较稳定,具有优异循环稳定性;内部具有大量微孔或碳层间距较大的MCMB,在充放电过程中可提高锂离子在电极中的迁移速率,并提供更多的储锂空间,一般具有优良的充放电比容量和倍率性能;小粒径MCMB具有较短的锂离子迁移路径和随之增加的比表面积,通常具有较好倍率性能,伴随着可逆比容量和充放电效率的衰减。从表界面碳层改性、包覆和掺杂改性等方面,论述了表界面改性对MCMB电化学性能的影响。表面碳层修饰可增加MCMB与电解液的相容性及其比表面积,提高了与电解液的接触面积及贮锂容量,改善了锂离子电池负极材料的电化学性能;另外,MCMB表面包覆一层无定型碳,可避免其表面与电解液直接接触,减少电化学副反应的产生,提升其可逆比容量。从碳活性物质复合材料、非碳活性物质复合材料等方面,论述了复合材料微观结构设计对MCMB电化学性能的影响。碳活性物质可降低MCMB内部碳层结构的有序性,减少锂离子嵌入过程中的内部应力,提升MCMB循环稳定性。非碳活性物质诱导MCMB生成更加有序的碳层结构,提高MCMB的比表面积,从而改善MCMB表面与电解液分子的接触能力及其嵌锂性能,有利于提升MCMB负极材料可逆比容量、循环性能和倍率性能。MCMB具有高碳层间距和多缺陷位点等结构特征,有利于钠离子自由脱嵌,应用于钠离子电池时具有良好的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能。MCMB的不规则定向层状结构经活化等处理具有较高比表面积,可应用于超级电容器电极材料。最后提出在高性能锂离子电池电极材料快速发展的需求下,从微观结构角度设计MCMB纳米复合材料将是MCMB负极材料的研究重点。

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