為實(shí)現(xiàn)彬長礦區(qū)優(yōu)質(zhì)煤炭資源的清潔高效利用,在對彬長礦區(qū)以往勘查鉆孔的煤質(zhì)化驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析了該礦區(qū)主采煤層4號煤的煤巖,、煤質(zhì)特征,論述了硫分,、灰分、揮發(fā)分,、發(fā)熱量和有害微量元素的分布規(guī)律,依據(jù)最新煤炭資源潛力評價提出的煤炭潔凈等級6級劃分方案,選用灰分,、硫分、有害元素(F,、Cl,、As及Pb)6個評價指標(biāo)對礦區(qū)內(nèi)4號煤層的煤炭資源潔凈等級進(jìn)行了初步劃分,。彬長礦區(qū)4號煤層以低硫、低中灰,、中高揮發(fā)分,、特高熱值不黏煤為主,局部含小范圍的弱黏煤,彬長礦區(qū)4號煤層原煤潔凈等級為Ⅲ級,屬較好潔凈煤;浮煤潔凈等級為Ⅱ級,屬好潔凈煤。整個礦區(qū)內(nèi)4號煤層原煤潔凈等級以Ⅲ級較好潔凈煤為主,分布區(qū)占礦區(qū)面積的73.03%,僅在礦區(qū)西部洪家鎮(zhèn)—巨家鎮(zhèn)一帶和中東部出現(xiàn)小范圍的Ⅳ級中等潔凈煤分布區(qū),面積占比為26.97%,。

針對褐煤成漿濃度低,難以滿足水煤漿氣化用漿要求的問題,通過分析水熱法提高褐煤成漿濃度的技術(shù)原理,認(rèn)為水熱法提高褐煤成漿濃度是最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N褐煤提濃技術(shù),同時介紹了國內(nèi)外典型的水熱法提高褐煤成漿濃度工藝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,并以某一典型工藝技術(shù)(THTT)為例,從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度兩方面,剖析了其工業(yè)化應(yīng)用的前景,。結(jié)果表明,水熱處理制備高濃度褐煤水煤漿在技術(shù)上具有安全環(huán)保、能效高和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn);在經(jīng)濟(jì)上具有處理成本低,、經(jīng)濟(jì)性突出等優(yōu)勢,以采用THTT技術(shù)在內(nèi)蒙古某化肥廠建設(shè)50萬t/a工業(yè)示范裝置為例,增加水熱處理工段,將東明褐煤的水煤漿濃度由50%提高至58%,尿素年產(chǎn)量可增加7萬t,該廠每年可增效約8 300萬元,。采用水熱處理提高褐煤的成漿濃度在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行,符合國家“增效降耗”的政策導(dǎo)向。

為了核算煤炭地下氣化制液化天然氣(UCG-LNG)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性,在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,以年產(chǎn)液化天然氣2億m3的UCG-LNG項(xiàng)目為例,計(jì)算了項(xiàng)目的總投資額,以及工程費(fèi)用和天然氣生產(chǎn)成本的構(gòu)成及各項(xiàng)占比,并分析了項(xiàng)目的敏感性,。結(jié)果表明,項(xiàng)目總投資約18.7億元,總投資的88.3%為工程費(fèi)用,而在工程費(fèi)用中,空分設(shè)備,、煤氣凈化設(shè)備以及天然氣液化設(shè)備的總費(fèi)用占比高達(dá)69.5%;在天然氣銷售價格為3.21元/m3時,整個項(xiàng)目的稅前內(nèi)部收益率(IRR)為10.90%,投資回收期為9.85 a(含3 a建設(shè)期),經(jīng)濟(jì)上可行,敏感性分析得出天然氣銷售價格對項(xiàng)目IRR的影響最大。

為了從微觀角度研究煤的熱解機(jī)理,找出熱解過程中反應(yīng)路徑,、中間產(chǎn)物等反應(yīng)信息,用Re-ax FF動力學(xué)的方法分析煤的熱反應(yīng)機(jī)理,。闡述了模擬過程中煤分子體系的構(gòu)建、模擬結(jié)果的處理方法,介紹了如何通過監(jiān)測自由基中間體種類,獲得反應(yīng)過程中常見產(chǎn)物的分布和基元反應(yīng),進(jìn)而解釋煤熱解,、氧化和水熱處理等反應(yīng)過程的機(jī)理,并對Reax FF動力學(xué)在煤熱反應(yīng)體系中復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的研究前景進(jìn)行展望,。通過Reax FF方法可模擬煤的熱反應(yīng)過程,可以獲得主要產(chǎn)物的生成路徑、產(chǎn)物種類,、產(chǎn)物的生成順序等信息,還可以研究煤熱解過程中煤分子間或與其他分子間的相互作用,進(jìn)而分析熱解過程中煤的熱反應(yīng)機(jī)理,。后續(xù)可通過時溫等效原理建立模擬溫度與實(shí)際溫度的定量關(guān)系,解決Reax FF方法模擬溫度與實(shí)際溫度不對應(yīng)的問題;通過編寫相應(yīng)的后臺程序縮短模擬計(jì)算結(jié)束后數(shù)據(jù)的處理時間。

為考察原料煤中水分對神東煤熱解產(chǎn)物分布的影響,通過格金試驗(yàn)和固體熱載體小試試驗(yàn)研究了神東煤中水分對熱解特性的影響,得到神東煤在不同水分下熱解產(chǎn)物的分布規(guī)律,。格金試驗(yàn)表明,水分對神東煤熱解產(chǎn)物中焦油和熱解氣收率有顯著影響,。隨著水分降低,神東煤熱解產(chǎn)物中焦油收率從9.98%降至4.92%,熱解氣收率從8.47%上升至11.07%,熱解水收率從2.74%上升到5.94%。小試試驗(yàn)結(jié)果與格金試驗(yàn)趨勢基本相同,。隨著原料煤中水分的降低,焦油收率下降,熱解氣收率上升;未經(jīng)干燥的原煤在不同溫度下熱解的焦油收率比干燥后煤樣平均高2.17%,熱解氣收率平均低1.58%,。熱解溫度對H2和CO比例影響較大,對其他氣體比例影響較小。研究結(jié)果表明,水分對神東煤的熱解過程及其熱解產(chǎn)物分布有顯著影響,熱解原料煤中水分的增加有利于抑制神東煤熱解水和熱解氣的生成,提高焦油收率,因此有望通過控制原料煤中的水分來調(diào)節(jié)熱解產(chǎn)物的分布,。

為優(yōu)化高爐燃料結(jié)構(gòu)和降低生產(chǎn)成本,從半焦的基礎(chǔ)性能,、工藝性質(zhì)、噴吹效果等方面論述了中低溫?zé)峤獍虢棺鳛楦郀t噴吹燃料的研究現(xiàn)狀,分析了半焦替代噴吹煤粉后存在的主要問題,提出了改善半焦性能的途徑和建議�,，F(xiàn)有中低溫?zé)峤獍虢沟拿嘿|(zhì)特征和多數(shù)工藝性質(zhì)滿足高爐噴吹要求,但其可磨性與燃燒性能波動較大,需區(qū)別對待,。隨著半焦添加比例的增加,混煤的燃燒和可磨性能總體呈下降趨勢。提出應(yīng)通過熱解過程控制,、與其他燃料共熱解,、催化燃料等方式改善低溫干餾半焦性能,增加廉價燃料在噴吹燃料中所占比例,降低高爐煉鐵成本。

為了研究塔式鍋爐摻燒神華煤的適應(yīng)性,采用預(yù)混和分磨2種摻燒方式,不斷提高神華煤摻燒比例,評估鍋爐運(yùn)行的安全性,、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性,。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著神華煤摻燒比例的升高,灰渣含碳量降低,鍋爐效率升高,。神華煤預(yù)混摻燒比例低于75%時,鍋爐汽水參數(shù)正常,鍋爐沒有出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象,鍋爐對摻配煤種具有良好的適應(yīng)性;神華煤摻燒比例高于75%時,鍋爐局部出現(xiàn)結(jié)渣。分磨摻燒最高摻燒比例達(dá)到60%,鍋爐局部出現(xiàn)結(jié)渣,并且在相同摻燒比例下,分磨摻燒的鍋爐效率高于預(yù)混摻燒,。長期高比例摻燒神華煤時,應(yīng)注意加強(qiáng)燃燒器區(qū)域和一級過熱器區(qū)域的監(jiān)測,避免形成大渣塊,。

為解決內(nèi)蒙古某發(fā)電廠風(fēng)扇磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)第4層煤粉管道堵塞的問題,對該制粉系統(tǒng)的分配狀況進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)測量發(fā)現(xiàn)造成第4層煤粉管道堵塞的根本原因是分配器入口風(fēng)粉分配不均勻,且分配器對此不均勻問題的調(diào)節(jié)改善作用較小,。試驗(yàn)臺模型研究發(fā)現(xiàn),采用旋流式分配器或格柵型分配器均可有效地解決第4層煤粉管道堵塞的問題,且均比封堵第4層煤粉管道的當(dāng)前運(yùn)行方式阻力要小,。實(shí)施任一方案都不會使系統(tǒng)通風(fēng)量低于當(dāng)前運(yùn)行風(fēng)量,均能夠保證制粉系統(tǒng)出力要求。若采用旋流式分配器,則第1層煤粉管粉量偏少約40%,且比一級格柵分配器阻力偏大約250 Pa,。因此建議優(yōu)先考慮改造格柵分配器以解決該制粉系統(tǒng)第4層煤粉管道堵塞的問題,。

為了解決煤制烯烴工程蒸汽動力系統(tǒng)存在的參數(shù)低、煤耗高,、備用量大,、管網(wǎng)不平衡等影響系統(tǒng)大型化的關(guān)鍵性問題,對運(yùn)行中系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,通過引入超臨界燃煤機(jī)組和總管制蒸汽管路等方法,提出了一種適應(yīng)于更大規(guī)模煤制烯烴工程的蒸汽動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式。在120萬t/a煤制系統(tǒng)工程蒸汽動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,配置2臺350 MW超臨界燃煤機(jī)組,結(jié)合8~9級回?zé)岷?級再熱系統(tǒng),可以將系統(tǒng)供電煤耗降低從450 g/k Wh降低到320 g/k Wh,。利用機(jī)組間總管制的蒸汽管道可以實(shí)現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)的靈活切換,在“零備用”條件下滿足年運(yùn)行8 000 h以上的高可靠性要求,。系統(tǒng)發(fā)電出力不僅可以滿足煤制烯烴工程自用要求,還可以向周圍電網(wǎng)輸出255 MW。該系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性,可以隨煤制烯烴工程規(guī)模的變化靈活配置,滿足未來更大規(guī)模工程的需求,。

為考察蘭炭在電站煤粉鍋爐上的適應(yīng)性,確定蘭炭在煤粉鍋爐上的摻燒比例和方式,在充分掌握蘭炭燃料特性基礎(chǔ)上,在國內(nèi)首次進(jìn)行了配中速磨制粉系統(tǒng)的電站煤粉鍋爐摻燒蘭炭試驗(yàn),。試驗(yàn)結(jié)果表明,電站鍋爐燃用蘭炭具有減輕燃燒器噴口結(jié)渣、大幅降低煙氣污染物生成量,、對低熱值煤具有較好替代作用等優(yōu)勢,試驗(yàn)鍋爐可以預(yù)混摻燒方式實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定燃用33%比例的蘭炭。針對蘭炭的強(qiáng)磨損,、低燃盡特性對制粉系統(tǒng)以及鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可能產(chǎn)生的不利影響,提出了“預(yù)混+防磨+燃燒調(diào)整”的燃用蘭炭原則,。

煤氣化廢水中的溶解性有機(jī)物(DOM)決定著處理藥劑和微生物生長等,直接影響廢水處理工程效果,DOM的光譜表征可反映各組分在氧化、降解或吸附等方面的特性,。在分析某煤氣化生產(chǎn)尿素企業(yè)的廢水產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上,采集脫酚氨后廢水,采用樹脂分離方法對氣化廢水中的DOM進(jìn)行6組分(Ho A,、Ho B、Ho N,、Hi A,、Hi B、Hi N)分離,通過紫外-可見光譜,、三維熒光光譜等分析方法對其水質(zhì)特征進(jìn)行分析,。結(jié)果表明:廢水DOM中Ho A、Ho N組分占比高達(dá)43.21%和33.65%,廢水中含有較多非飽和結(jié)構(gòu)的芳香族化合物;脫酚后廢水各組分的E300/E400數(shù)值都較低,為2.88~5.00,說明廢水的腐植化程度很高,主要為難生化降解的苯環(huán)結(jié)構(gòu)物質(zhì);三維熒光光譜分析表明煤氣化廢水DOM各組分的最強(qiáng)熒光響應(yīng)區(qū)域?qū)��?yīng)的有機(jī)物質(zhì)主要包括類腐植酸,、類富里酸,、類酪氨酸以及類色氨酸這四大類有機(jī)物,為控制和處理煤氣化廢水中有機(jī)污染物提供理論依據(jù)。

基于固定床氣化廢水的3種物理萃取脫酚技術(shù)存在的問題,提出了新型萃取脫酚技術(shù)——絡(luò)合萃取脫酚,研究了不同絡(luò)合萃取劑的脫酚效果及溶劑回收效果,分析了2種萃取技術(shù)的脫酚效果及經(jīng)濟(jì)成本,。研究結(jié)果表明:物理萃取劑對多元酚的萃取率普遍低于80%,而絡(luò)合萃取劑對多元酚的萃取效果均大于85%,絡(luò)合萃取劑在水中的損失率(<0.1%)普遍低于物理萃取劑(>0.87%),絡(luò)合萃取劑的回收采用堿洗方式,同時絡(luò)合萃取技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本(<20元/t)低于物理萃取的經(jīng)濟(jì)成本(30~40元/t),。

為了降低燃煤電廠脫硫廢水零排放的處理成本,通過中試試驗(yàn),研究了脫硫廢水經(jīng)過藥劑軟化預(yù)處理+管式超濾+碟管式反滲透(DTRO)濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶工藝的技術(shù)可行性,摸索了各工藝段的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù),。試驗(yàn)結(jié)果表明:預(yù)處理投加石灰階段,p H控制在10.5~11時,水中鎂離子去除效果較好,且可以去除水中大部分重金屬及F-。管式超濾和DTRO抗污堵性較好,能夠?qū)�廢水進(jìn)行減量化處理,回收率控制在65%~70%,。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,濃水可以進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng),使蒸發(fā)水量減少50%~60%,投資和運(yùn)行成本都有所降低,。

為加強(qiáng)對進(jìn)口高氟煤炭的管理,評價進(jìn)口煤炭中氟元素的環(huán)境遷入風(fēng)險(xiǎn),采用高溫燃燒水解-氟離子選擇電極法對唐山港口岸進(jìn)口的225批煤炭中的氟含量進(jìn)行了測定;用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)描述了其整體含量水平,并根據(jù)我國煤炭行業(yè)分級標(biāo)準(zhǔn)及富集比進(jìn)行了質(zhì)量評價;用相關(guān)分析對氟的賦存形態(tài)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:唐山港口進(jìn)口煤炭中的氟含量可描述為(137±24)mg/kg;按我國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量分級評價,唐山港口進(jìn)口的68%的朝鮮煤,、62%的加拿大煤屬于中氟煤,氟含量算術(shù)平均值高于中國煤,、世界煤,其遷入風(fēng)險(xiǎn)值得關(guān)注;進(jìn)口朝鮮煤中氟含量與灰分、全硫含量呈中度正相關(guān),、與磷含量呈微弱正相關(guān),推斷氟的賦存形態(tài)主要為無機(jī)硫結(jié)合態(tài)(硫化物和硫酸鹽)和黏土礦物,少部分可能存在于磷酸鹽類礦物及有機(jī)硫結(jié)合態(tài)中;進(jìn)口澳大利亞煤中氟含量與灰分,、全硫含量相關(guān)性不顯著,與磷含量呈低度正相關(guān),推斷氟的賦存形態(tài)比較復(fù)雜,可能部分以磷酸鹽結(jié)合態(tài)存在,賦存于氟磷灰石、磷鋁鈣石中;進(jìn)口加拿大煤中氟含量與灰分,、全硫含量相關(guān)性不顯著,與磷含量的相關(guān)性系數(shù)為0.763,顯著性水平為0.01,表明二者呈高度正相關(guān),具有顯著性,說明二者有很強(qiáng)的伴生關(guān)系,推斷氟主要以磷酸鹽結(jié)合態(tài)存在,賦存于氟磷灰石,、磷鋁鈣石中。

為了分析低階煤儲層滲透率對煤層氣勘探選區(qū)和產(chǎn)能建設(shè)的影響,在分析煤層氣儲層滲透率特征的基礎(chǔ)上,通過煤層地應(yīng)力,、埋藏深度,、顯微組分、煤級及割理間距,、煤體結(jié)構(gòu)與滲透率之間相關(guān)性分析,探討鄂爾多斯東北緣低階煤滲透率主控因素,。結(jié)果表明,該區(qū)低階煤儲層滲透率高于我國中高階煤層氣田煤儲層滲透率,且主要受到煤級及割理間距和地應(yīng)力的共同作用,煤級及割理間距通過煤演化過程改變煤巖力學(xué)性質(zhì)控制滲透率,地應(yīng)力通過影響割理的開啟程度和方向控制滲透率,而埋藏深度與滲透率相關(guān)性不強(qiáng)。

為了提高粉煤灰質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)粉煤灰的高效脫炭技術(shù)發(fā)展,促進(jìn)粉煤灰資源可回收利用,介紹了粉煤灰脫炭的3種方法,即浮選法,、重選法和電選法,其中,浮選法主要依據(jù)礦物的表面性質(zhì)對粉煤灰進(jìn)行脫炭;重選法依據(jù)礦物密度性質(zhì)的差異對粉煤灰進(jìn)行脫炭分離;電選法則依據(jù)礦物摩擦帶電性質(zhì)的不同進(jìn)行分選,。同時,對粉煤灰脫炭方法的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望,建議未來應(yīng)深入研究粉煤灰性質(zhì),將脫炭方法與新型選礦設(shè)備相結(jié)合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),創(chuàng)新結(jié)合方式,如采取活性油泡與旋流靜態(tài)微泡浮選柱結(jié)合的方式對粉煤灰進(jìn)行脫炭處理。

為評價與煤炭相關(guān)重點(diǎn)行業(yè)的節(jié)能技術(shù),利用因子分析和聚類分析得出與煤相關(guān)的重點(diǎn)行業(yè),計(jì)算出這些行業(yè)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)系廣度與產(chǎn)業(yè)聯(lián)系深度,分析了這些行業(yè)節(jié)能技術(shù)的使用方式及使用優(yōu)勢,運(yùn)用優(yōu)劣機(jī)威分析法分析了這些行業(yè)使用煤炭節(jié)能技術(shù)的實(shí)際因素,運(yùn)用生命周期分析法分析了這些行業(yè)使用煤炭的節(jié)能技術(shù)的生命周期,。與煤相關(guān)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)節(jié)能技術(shù)的使用方式主要為該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品直接消耗煤炭或間接消耗煤炭,、煤炭直接消耗該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品或被該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品替代,使用優(yōu)勢主要為節(jié)約成本、節(jié)能減排,、技術(shù)簡便;與煤相關(guān)重點(diǎn)行業(yè)主要包括4個主要節(jié)能技術(shù)方向:煤天然氣共氣化制備合成氣及煤氣化技術(shù),、高效轉(zhuǎn)換二次能源技術(shù)、高效噴吹塑料及噴煤技術(shù),、窯爐替代燃料混燒代煤技術(shù),。

為了提高煤化工企業(yè)節(jié)能減排效果,構(gòu)建和開發(fā)了一套煤制清潔燃料過程通用能效評價系統(tǒng)。通過對煤制油工廠實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,、歸納和整理,將實(shí)際數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng),按照煤化工通用能效計(jì)算公式進(jìn)行能效,、能耗計(jì)算,并可將其中任意數(shù)據(jù)作為變量進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有流程自由組態(tài),、能效計(jì)算與評價,、專家知識庫及診斷等功能。該系統(tǒng)可通過流程組態(tài)模擬不同工藝過程,結(jié)合各單元模塊工藝參數(shù)和能效消耗數(shù)據(jù),自動完成物料平衡、能效,、能耗,、碳排放等計(jì)算,并通過專家系統(tǒng)進(jìn)行診斷和分析,給出節(jié)能參考建議。該系統(tǒng)可以應(yīng)用于煤制烯烴,、煤直接液化,、煤間接液化和煤分級煉制等過程能效分析和評價等。

為了在準(zhǔn)確測量鍋水堿度的前提下節(jié)約試劑,以煤粉工業(yè)鍋爐的鍋水為對象,研究了試劑用量和鍋水取樣體積對鍋水堿度測量結(jié)果的影響,。首先取樣鍋水100 m L,研究了酚酞和甲基橙試劑的用量對酚酞堿度和全堿度測量結(jié)果的影響;然后分別取樣鍋水100,、50、25 m L,對比了取樣體積和試劑用量對鍋水堿度測量結(jié)果的影響,。結(jié)果表明:酚酞和甲基橙試劑用量不同會導(dǎo)致溶液顏色不同,但對鍋水堿度測量結(jié)果沒有影響;鍋水取樣50 m L時,測量到的鍋水堿度值與取樣100 m L時基本相同,但鍋水取樣25 m L時測量誤差較大,。因此,從節(jié)約硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液和試劑的角度出發(fā),測量鍋水堿度時建議取樣50 m L鍋水、使用1滴酚酞試劑和1滴甲基橙試劑,。