為抑制褐煤堆放時(shí)發(fā)生自燃與煤粉爆炸,利用自燃裝置試驗(yàn)臺(tái)和煤粉爆炸試驗(yàn)臺(tái),對(duì)褐煤及其干燥到不同水分的干燥煤進(jìn)行試驗(yàn)研究,分析其自燃特性和爆炸特性。結(jié)果表明,對(duì)于自燃特性而言,褐煤水分減少10%,耗氧速度增加約0.17%/min,粒徑減小一個(gè)等級(jí),耗氧速度增加約0.11%/min;對(duì)于爆炸特性而言,褐煤水分減少5%,平均煤粉爆炸下限質(zhì)量濃度約降低0.015 kg/m3,溫度每升高10℃,平均煤粉爆炸下限質(zhì)量濃度降低約0.03 kg/m3;總體而言,隨著干燥程度的加深,褐煤自燃、爆炸特性均增強(qiáng),危險(xiǎn)性增加。

為更好地開(kāi)發(fā)利用煤直接液化生成氣,必須準(zhǔn)確測(cè)定煤直接液化生成氣各組分含量,分析了氣相色譜法測(cè)定煤直接液化生成氣組成的主要影響因素,如色譜柱程序升溫方式、取樣袋的選擇和分流比的確定,確定最優(yōu)的試驗(yàn)條件,建立了煤炭直接液化生成氣組分分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。結(jié)果表明,采用氣相色譜法測(cè)定煤直接液化生成氣的組分含量的最佳分析條件為:采用以15℃/min的升溫速度從60℃升溫至150℃,始溫保持10 min,終溫保持4 min的升溫程序;復(fù)合膜取樣袋取樣;與FID相聯(lián)的用于烴類分析,與TCD相連的用于無(wú)機(jī)氣體分析,其載氣均為氦氣,流速為38 m L/min;有機(jī)烴氣路分流比為50∶1,無(wú)機(jī)氣體氣路不分流。將標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行8次平行分析表明,氣相色譜法的相對(duì)誤差不大于3.5%,樣品回收率均在97%~102.03%,準(zhǔn)確度和精密度良好,說(shuō)明氣相色譜條件適于分析煤直接液化生成氣含量。

為獲得較好的褐煤半焦制備工藝參數(shù),研究了不同制備條件(熱解終溫、升溫速率、原煤粒徑、熱解氣氛)下制得的烏拉蓋褐煤半焦的燃燒性能和燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明,熱解終溫對(duì)半焦品質(zhì)的影響最大,熱解升溫速率、原煤粒徑和熱解氣氛對(duì)半焦燃燒特性的影響不顯著。熱解終溫由350℃升至600℃時(shí),反應(yīng)指數(shù)RI由235℃升至292℃,半焦著火性能變差;燃盡指數(shù)Cb由4.68升至6.15,半焦燃盡性能變差;爆炸指數(shù)Kd由2.54降至0.46,半焦爆炸傾向性變低;反應(yīng)活化能由44.4 k J/mol升至63.4 k J/mol,半焦燃燒動(dòng)力學(xué)特性變差。熱解終溫為520℃時(shí)制得的半焦反應(yīng)指數(shù)、燃盡指數(shù)、爆炸指數(shù)和反應(yīng)活化能分別為265℃,5.34、0.80和53.2 k J/mol,屬于易著火、易燃盡、中等爆炸燃料,燃燒特性良好。

為研究神華煤反應(yīng)初期動(dòng)力學(xué)行為,在容積180 mL攪拌高壓釜中,使用循環(huán)溶劑為供氫溶劑,利用“863”催化劑進(jìn)行煤直接液化反應(yīng)。采用傳統(tǒng)的集總反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,將原料煤分為快反應(yīng)組分,慢反應(yīng)組分和惰性組分3部分,并計(jì)算各級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活化能。結(jié)果表明:快反應(yīng)煤向油、氣和瀝青烯組分(PAA)轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)活化能為279.74 kJ/mol,慢反應(yīng)煤向PAA轉(zhuǎn)化的活化能為57.80k J/mol。在開(kāi)始的4 min內(nèi),煤的轉(zhuǎn)化率及PAA的產(chǎn)率由于煤的熱解而迅速增加;在后續(xù)4~15 min時(shí),轉(zhuǎn)化率增加緩慢,PAA產(chǎn)率基本穩(wěn)定,并開(kāi)始降低,表現(xiàn)出了典型的中間產(chǎn)物的特性。當(dāng)煤的轉(zhuǎn)化率超過(guò)55%時(shí),在氫自由基的生成上,溶解氫將發(fā)揮重大作用。

高壓釜是評(píng)價(jià)煤液化性能常用的設(shè)備,針對(duì)高壓釜中產(chǎn)物存在的掛壁現(xiàn)象,難以完全取樣計(jì)量,導(dǎo)致進(jìn)、出物料及灰達(dá)不到完全平衡,不同高壓釜數(shù)據(jù)可比性差,不能真實(shí)反映不同煤種的液化性能等問(wèn)題。論述了如何合理處理?yè)p失以達(dá)到進(jìn)、出物料及灰的完全平衡,并在物料平衡的基礎(chǔ)上,對(duì)高壓釜的油產(chǎn)率計(jì)算公式進(jìn)行了修正。結(jié)果表明,為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)更真實(shí),未處理的進(jìn)、出物料平衡最好在95%以上。灰平衡計(jì)算可以間接反映所取分析樣品是否具有代表性,灰平衡越接近100%,則所取樣品代表性越好。研究發(fā)現(xiàn),灰平衡在90%~110%為宜。與原有的油產(chǎn)率計(jì)算結(jié)果相比,使用修正的油產(chǎn)率公式,油產(chǎn)率會(huì)提高1.14%~3.42%。

為了充分利用劣質(zhì)燃料油頁(yè)巖和難以利用的高硫石油焦,以煤、劣質(zhì)燃料油頁(yè)巖及高硫燃料石油焦的混合燃料為研究對(duì)象,采用熱重-差熱的試驗(yàn)方法和差減微分法,對(duì)其混燒特性曲線和混燒特性機(jī)理進(jìn)行分析,計(jì)算出試樣各種燃燒特性參數(shù)及燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明:煤、油頁(yè)巖、石油焦的質(zhì)量比為1∶6∶3的混燒試樣S7的DTG曲線先后出現(xiàn)揮發(fā)分的析出著火燃燒峰和剩余固定碳的著火燃燒峰;煤、油頁(yè)巖、石油焦的質(zhì)量比為6∶3∶1的混燒試樣S4的可燃特性指數(shù)及著火特性指數(shù)均大于油頁(yè)巖及石油焦的值,而且混合試樣的燃盡指數(shù)均大于煤及石油焦的值,同時(shí),混合樣品的綜合燃燒特性指數(shù)均大于油頁(yè)巖的值;試樣S4的活化能最小,該混合試樣的燃燒反應(yīng)最容易進(jìn)行。只要煤、油頁(yè)巖及石油焦混合比例適當(dāng),其混合燃燒特性將優(yōu)于油頁(yè)巖及石油焦單獨(dú)的燃燒特性。

為了探索黏度測(cè)定方法、粒度級(jí)配、質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及溫度4個(gè)因素對(duì)管輸煤漿黏度值的影響,以陜西神南礦區(qū)煤樣制備漿體為樣本,通過(guò)試驗(yàn)研究來(lái)探索上述因素對(duì)黏度測(cè)定的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)黏度測(cè)定值比毛細(xì)管黏度計(jì)黏度測(cè)定值高約30%;黏度測(cè)定值隨著Ⅳ粒度區(qū)間占比、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈增加趨勢(shì),且隨溫度的降低而增加;管道煤漿黏度值測(cè)定的試驗(yàn),均需進(jìn)行黏度測(cè)定方法、粒度級(jí)配、質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及溫度4個(gè)影響因子的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

為了探究高水分褐煤干燥后的燃燒與自燃特性變化,采用一維火焰爐、煤粉著火爐以及自燃試驗(yàn)臺(tái)對(duì)不同干燥程度的勝利褐煤進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,試驗(yàn)樣品的著火溫度隨著干燥程度的增加而降低,隨著風(fēng)煤比的增加而增加,煤粉細(xì)度同樣會(huì)對(duì)著火溫度產(chǎn)生影響。在燃用干燥褐煤過(guò)程中宜采用較高一次風(fēng)率以提高制粉系統(tǒng)的安全性。勝利褐煤及其干燥褐煤均屬于極易燃盡煤種,燃盡率均在99.4%以上,水分的變化對(duì)燃盡率影響不大。建議勝利褐煤與20%水分干燥褐煤的運(yùn)行氧含量控制在3.5%左右。隨著干燥程度的加深和粒徑的減小,褐煤越容易自燃。勝利褐煤干燥到20%以下可能有自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

為了給煤粉鍋爐用戶提供煤粉優(yōu)選理論依據(jù),以煤粉鍋爐主要用煤神府煤制備的煤粉為研究對(duì)象,采用TG-DTG對(duì)煤粉的燃燒特性進(jìn)行研究,分析了不同煤粉及升溫速率對(duì)煤粉燃燒特性的影響。結(jié)果表明:在空氣氣氛下,升溫速率提高,TG、DTG曲線向高溫方向移動(dòng),煤粉的著火溫度升高,最大質(zhì)量變化速率增大,最大失重溫度提高,燃盡指數(shù)增大;隨著灰分和粒徑改變,升溫速率為10或20℃/min時(shí),煤粉的著火溫度變化不顯著,燃盡指數(shù)及綜合燃燒特性指數(shù)均有影響。灰分減小,粒徑不變時(shí),D煤粉的綜合燃燒指數(shù)為1.51,優(yōu)于粒徑74μm、灰分9.5%的P煤粉。

為提高水焦?jié){的穩(wěn)定性,采用A、B兩種穩(wěn)定劑制備水焦?jié){,考察對(duì)比了2種穩(wěn)定劑對(duì)水焦?jié){的表觀黏度和析水率的影響。結(jié)果表明,A物質(zhì)的添加量為0.3%時(shí),隨著濃度的增加,流動(dòng)性逐漸變差,表觀黏度上升,由873 mPa·s增至1 039 mPa·s,析水率由11.61%降至8.57%。B物質(zhì)的添加量為0.3%時(shí),隨著濃度的增加,流動(dòng)性逐漸變差,表觀黏度由891 mPa·s增至1 187 mPa·s,析水率逐漸下降,由6.30%降至3.45%。2種添加劑均可提高水焦?jié){的穩(wěn)定性。隨著2種穩(wěn)定劑添加量的增加,水焦?jié){黏度有所增加,析水率逐漸降低,即穩(wěn)定性增加。添加0.3%的B物質(zhì)時(shí)漿體的黏度低于添加0.6%的A物質(zhì)的水焦?jié){黏度,而漿體的析水率也優(yōu)于添加0.6%的A物質(zhì)水焦?jié){的析水率,因此B物質(zhì)對(duì)穩(wěn)定性的提升效果要優(yōu)于A物質(zhì)。

為了對(duì)某煤制烯烴全廠能量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究,提出基于單元、子系統(tǒng)和全局分段遞進(jìn)協(xié)同優(yōu)化的策略,首先對(duì)全廠各個(gè)單元進(jìn)行能耗計(jì)算和節(jié)能分析。在對(duì)合成氣凈化單元進(jìn)行能耗分析和計(jì)算時(shí),發(fā)現(xiàn)目前合成氣凈化單元粗合成氣中夾帶水蒸氣的折標(biāo)系數(shù)沒(méi)有統(tǒng)一的基準(zhǔn),因此對(duì)合成氣凈化單元能耗計(jì)算方法進(jìn)行了探索研究,提出了合成氣凈化單元能耗計(jì)算方法,規(guī)定了粗合成氣中夾帶水蒸氣的折標(biāo)系數(shù)選取方法以及單位能耗計(jì)算的基準(zhǔn)。結(jié)果表明:提出的方法能較好地反映合成氣凈化單元的能效水平,并為合成氣凈化單元對(duì)標(biāo)分析提供統(tǒng)一計(jì)算基準(zhǔn),為合成氣凈化單元能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)制定提供參考。

為了推廣半焦在大型煤粉鍋爐上的應(yīng)用,通過(guò)在135 MW煤粉鍋爐上的半焦摻燒性能試驗(yàn),分別從電廠鍋爐效率、廠用電率、供電煤耗、環(huán)保指標(biāo)、檢修維護(hù)成本以及煤炭?jī)r(jià)格等方面分析了煤粉鍋爐摻燒半焦對(duì)電廠供電成本的影響。研究結(jié)果表明,摻燒30%左右的半焦對(duì)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響較小,在目前的煤炭?jī)r(jià)格下,摻燒30%半焦時(shí)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性變化對(duì)供電成本的影響在1%以下,半焦自身價(jià)格是影響其在電廠大規(guī)模推廣應(yīng)用的核心因素。

為實(shí)現(xiàn)煤泥水處理中自動(dòng)添加絮凝劑,研制了一套實(shí)驗(yàn)室使用的煤泥水自動(dòng)加藥設(shè)備。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備的自動(dòng)加藥性能,求出了設(shè)備的傳遞函數(shù),并通過(guò)仿真軟件對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行了模擬仿真,將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,判斷設(shè)備的可行性。結(jié)果表明,試驗(yàn)中不同煤泥水濃度在最佳加藥量的情況下,沉降速度為10~12 mm/s。仿真計(jì)算時(shí),藥劑達(dá)到最佳用量時(shí),沉降速度穩(wěn)定在10mm/s,試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。且出現(xiàn)干擾時(shí),系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整并趨于穩(wěn)定。該自動(dòng)加藥系統(tǒng)引入了光電測(cè)量技術(shù),即通過(guò)光電傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量煤泥水的沉降速度,并用前饋與反饋相結(jié)合的控制方案,解決了傳統(tǒng)煤泥水自動(dòng)加藥系統(tǒng)滯后性的問(wèn)題。

由于煤液化油石腦油餾分(<200℃)中芳烴潛含量較高,利用煤液化油石腦油餾分為原料,進(jìn)行加氫精制,將原料中的硫氮含量降至1 mg/kg左右,滿足重整進(jìn)料要求,然后在小型固定床連續(xù)反應(yīng)器上進(jìn)行加氫重整生產(chǎn)芳烴試驗(yàn)。著重考察重整反應(yīng)前、后族組成的變化及主要芳烴化合物的產(chǎn)率。結(jié)果表明,加氫重整過(guò)程中發(fā)生正構(gòu)烷烴異構(gòu)化反應(yīng);環(huán)烷烴主要發(fā)生脫氫芳構(gòu)化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為芳香烴;煤液化油石腦油餾分適宜進(jìn)行催化重整,C1~C4烴氣產(chǎn)率6.03%,氫氣產(chǎn)率3.60%;重整后,芳烴含量達(dá)83.20%,其中C6~C8芳烴含量61.03%,是提取BTX的良好原料。石腦油的餾程對(duì)芳烴的組成和產(chǎn)率有一定影響,適宜的餾程為60~160℃。

為比較不同型式的冷渣器對(duì)660 MW超超臨界CFB鍋爐機(jī)組能耗的影響,通過(guò)分析使用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器及滾筒冷渣器時(shí)鍋爐效率、廠用電率的變化,計(jì)算超超臨界CFB機(jī)組使用不同冷渣器時(shí)供電煤耗的大小。提出冷渣器選型方案,對(duì)不同方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。研究表明,底渣量和標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)對(duì)冷渣器選型有重要影響,標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)高、底渣量大的項(xiàng)目,宜選用風(fēng)水聯(lián)合冷渣器,技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好。為了兼顧冷渣器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性,可采用風(fēng)水冷渣器與滾筒冷渣器搭配使用的方案。研究?jī)?nèi)容可為燃用低熱值煤的CFB鍋爐冷渣機(jī)選型提供參考。

針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐污染物生成量較低的特點(diǎn),分析了鍋爐SO2生成量的影響因素,不同脫硫工藝的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合試驗(yàn)研究結(jié)果和工程應(yīng)用實(shí)例提出了循環(huán)流化床鍋爐實(shí)現(xiàn)SO2超低排放的技術(shù)。結(jié)果表明:循環(huán)流化床鍋爐SO2生成量取決于煤的硫分中可燃硫所占比例、煤灰中CaO等堿金屬氧化物含量和鍋爐運(yùn)行參數(shù),運(yùn)行參數(shù)中床溫影響最大;通過(guò)優(yōu)化鍋爐運(yùn)行參數(shù)降低SO2生成量,爐內(nèi)干法高效脫硫和煙氣脫硫相結(jié)合的深度脫硫技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)SO2超低排放的目標(biāo),并具有更高的調(diào)節(jié)靈活性和運(yùn)行可靠性;煙氣脫硫工藝的選取上,CFB-FGD半干法脫硫工藝相對(duì)于石灰石-石膏濕法脫硫工藝更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

為了解決我國(guó)礦井風(fēng)排瓦斯因濃度低、不易利用而直接排放,污染空氣這一難題,提出了低濃度、超低濃度瓦斯燃料電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能的瓦斯利用新技術(shù)。該技術(shù)是將低濃度瓦斯與氧氣分別從燃料電池的不同電極充入池內(nèi),發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,可以將這部分電能加以儲(chǔ)存利用。分析表明:瓦斯在燃料電池中氧化產(chǎn)生的電能比其經(jīng)過(guò)其他形式產(chǎn)生的電能高50%。此外,瓦斯燃料電池發(fā)電利用技術(shù)還具有不受瓦斯?jié)舛取�濕度、雜質(zhì)等因素制約的優(yōu)點(diǎn),有效地克服了低濃度瓦斯在內(nèi)燃機(jī)中燃爆發(fā)電等技術(shù)的弊端。

針對(duì)“十一五”、“十二五”期間煤礦區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)利用量與規(guī)劃目標(biāo)差距較大,特別是井下抽采利用率與規(guī)劃目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)的問(wèn)題,從抽采量和抽采濃度、利用技術(shù)、利用模式、政策因素等方面開(kāi)展利用潛力影響因素分析,構(gòu)建開(kāi)發(fā)規(guī)模、利用規(guī)模和利用率預(yù)測(cè)模型,采用情景分析方法預(yù)測(cè)“十三五”煤層氣開(kāi)發(fā)利用量和利用率,并提出發(fā)展目標(biāo)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,取中情景,到2020年煤礦區(qū)煤層氣抽采量達(dá)到257億~289億m3,利用量達(dá)到148億~170億m3,地面井煤層氣利用率在80%以上,井下抽采煤層氣利用率在45%以上,煤礦區(qū)煤層氣綜合利用率在58%以上。

為了提高煤礦綜采支架運(yùn)行的可靠性,必須正確選擇和使用環(huán)保型液壓支架液壓系統(tǒng)油脂。通過(guò)對(duì)淮南礦區(qū)各礦使用的綜采工作面液壓支架系統(tǒng)濃縮液和乳化液的調(diào)研,采用現(xiàn)場(chǎng)跟蹤記錄和實(shí)驗(yàn)室對(duì)比分析的方法,研究了液壓支架常用油脂的特性、優(yōu)缺點(diǎn)及使用要求。結(jié)果表明,環(huán)保型濃縮液是采用植物性油替代礦物油為基礎(chǔ)料,無(wú)環(huán)境污染,可生物降解,對(duì)人體無(wú)害,對(duì)皮膚無(wú)刺激,是環(huán)保型產(chǎn)品,有利于煤的綠色開(kāi)采。無(wú)論是極索濃縮液還是福斯乳化油,一定要在規(guī)定配液濃度(3%~5%)下使用,否則會(huì)直接影響液壓支架系統(tǒng)正常工作。