基于过热蒸汽干燥开式制粉燃褐煤发电技术研究

针对高水分褐煤燃烧发电中存在的热效率低和低负荷稳燃困难等问题,提出了基于过热蒸汽干燥开式制粉系统的新型高效燃褐煤发电技术,该技术采用基于汽轮机抽汽加热的过热蒸汽干燥开式制粉系统,保证了制粉系统的运行安全性,提高了燃烧系统的运行灵活性,实现了制粉系统与锅炉主机的运行解耦,并综合解决了褐煤锅炉炉温低、热效率低的等问题。以600 MW超临界燃褐煤机组为例,对采用该技术的热力系统进行了仿真,分析了其节能与环保效益。研究结果表明,该技术通过对锅炉与汽轮机整体热力系统的综合优化,将汽轮机回热系统扩大至高水分煤的干燥过程,同时梯级回收锅炉排烟废热和制粉乏汽废热至汽轮机回热系统,可获得较为显著的节煤效益。同时,该技术不仅可由节煤相应减少各类污染物及CO_(2)排放,还可回收大量水资源,有望实现零水耗电厂。

昭通褐煤催化热溶解聚及其可溶物组成和结构特征

温和热溶是从褐煤获取可溶有机质的有效途径,然而传统热溶过程可溶物收率较低。通过共沉淀法制备了一系列Al_(2)O_(3)负载金属催化剂,考察了昭通褐煤在异丙醇中的热溶和催化热溶行为。采用XRD、H_(2)-TPR、TEM和XPS研究了催化剂的物理化学特征,利用GC/MS、FTIR和MALDI-TOF-MS分析了热溶和催化热溶可溶物的组成和结构特征。结果表明,NiCu/Al_(2)O_(3)对昭通褐煤的催化热溶活性优于其他催化剂,该催化剂中活性组分以NiCu合金的形式存在,且Ni与Cu之间存在相互作用。热溶与催化热溶可溶物收率均随温度升高呈先上升后下降的趋势,320℃可溶物收率最高,分别为27.69%和50.54%。催化剂的引入可提高昭通褐煤可溶物中油、沥青烯(AS)和前沥青烯(PAS)收率,其中油和PAS的收率提升相较AS更明显。酚类化合物是非催化热溶衍生油的主要族组分,相对含量达到64.44%,而催化热溶衍生油主要由芳烃、酚类、醇类和酮类化合物组成,说明催化剂促进了可溶有机质碎片中共价键的断裂和酚类化合物加氢。与非催化热溶得到的AS和PAS相比,催化热溶得到的AS和PAS分子量分布范围窄,且FTIR谱图中羟基和醚键对应的吸收峰变弱或消失,说明催化热溶促进了C—O键加氢裂解。催化热溶可在相对温和的条件下从煤中直接高收率获取可溶有机质,研究结果为从褐煤直接获取化学品技术的开发提供参考。

水蒸气在褐煤孔隙中的吸附行为:试验研究与分子动力学模拟

深入理解水在褐煤上的吸附是褐煤干燥提质技术的理论基础之一。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和低温氮吸附/脱附试验分析了褐煤的含氧官能团和孔隙结构,利用水蒸气吸附/脱附试验和分子动力学(MD)模拟探究了水蒸气在褐煤孔隙中的吸附行为。研究结果表明:褐煤样品丰富的含氧官能团和较多的微孔、中孔(孔径约2 nm),为水蒸气提供了吸附位点和吸附场所。水蒸气在煤样上的吸附过程可分为3个阶段。第1阶段,相对蒸气压(P/P_(0))<0.21,水分子直接吸附于含氧官能团上,此时的吸附速度最大;第2阶段(P/P_(0)=0.21~<0.71),水分子与已吸附的水分子相互作用,促使水团簇逐渐生长;第3阶段(P/P_(0)≥0.71),水团簇填充孔隙,并发生毛细凝聚,此时的吸附速度略大于第2阶段。根据Dent模型对水蒸气吸附等温线的拟合结果,吸附类型属于多级吸附,包括初级吸附(第1阶段)和次级吸附(第2、3阶段)。初级吸附能(-48.77 kJ/mol)显著大于水的液化热(E L=-43.99 kJ/mol),而次级吸附能(-42.28 kJ/mol)略小于E L,表明吸附于褐煤的水呈液态。水蒸气脱附过程存在明显的脱附迟滞现象,表明水蒸气吸附稳定,较难去除,其中高压迟滞发生在P/P_(0)≈0.4~0.9,主要由毛细凝聚和“墨水瓶”效应引起;而低压迟滞发生在P/P_(0)<0.4,由水分子与含氧官能团间强相互作用引起。MD模拟结果与水蒸气吸附/脱附等温线分析结果一致,水分子优先吸附在孔隙中,与孔隙壁的含氧官能团形成氢键,且其扩散系数(2.98×10^(-5)cm^(2)/s)与液态水的分子扩散系数相近。

风化煤与褐煤转化生物甲烷的差异性分析

为查明风化煤与褐煤生物甲烷生成量差别的内在原因,分别选取风化煤和褐煤,以富集驯化的菌液为菌种来源,通过生物产气模拟,红外光谱、X射线光电子能谱、16srRNA测试、扫描电镜测试来分析风化煤与褐煤生物产气量差异性的内在机制。结果表明:褐煤的生物产气潜力(7.63 mL/g)大于风化煤(3.24 mL/g);褐煤相比于风化煤,在产气过程中各类基团脱落明显,芳香类物质更多的被转化为小分子量的其它物质,同时酚碳或醚碳(C—O)氧化更加明显,有利于形成更多的小分子有机酸类物质;褐煤相较于风化煤在生物产气过程中表面侵蚀较严重,出现了较多的孔裂隙,使得有机质能够从这些孔隙中析出,有利于微生物进一步利用产气;褐煤中细菌和古菌多样性低于风化煤,但主要功能菌群占比较大,细菌中Macellibacteroides属和Lysinibacillus属占比达68.05%,古菌中Methanosarcina属和Methanobacterium属占比达89.99%,远大于风化煤,对煤中有机质的降解利用起到积极作用,能为后续产甲烷菌提供原料,因此褐煤更有利于被微生物利用产生物甲烷;风化煤的甲烷代谢类型为甲基类营养性区别于褐煤的氢营养型;在褐煤中微生物能够更好的利用乙酸作为碳源、葡萄糖和糖原能够被有效降解为丙酮酸,氧化(还原性)强,并产生供生化反应所需的ATP。研究结果为风化煤与褐煤产气差异机制提供理论参考,为今后风化煤与褐煤生物甲烷化利用提供现实意义。

2种细菌降解蒙东褐煤产腐植酸的研究

通过单因素实验和正交实验分别得到假单胞菌属和粪产碱杆菌降解蒙东褐煤提取生物腐植酸的最优条件,将此条件下所得的2种生物腐植酸与利用碱性萃取剂法得到的化学腐植酸通过UV-vis、FTIR、XPS及营养元素检测等方法进行对比分析。研究结果显示,假单胞菌属对蒙东褐煤氧化煤的最优降解条件为煤浆浓度0.5g/50mL、提取时间14d、菌液用量2mL/50mL,粪产碱杆菌对蒙东褐煤氧化煤的最优降解条件煤浆浓度0.5g/50mL、提取时间12d、菌液用量4 mL/50 mL,2种细菌对生物腐植酸的最高产率分别为35.39%和38.26%,这表明粪产碱杆菌对蒙东褐煤的降解效果好于假单胞菌属;对照组碱提取法对化学腐植酸最高产率为42.89%。UV-vis和FTIR分析表明,2种生物腐植酸的分子量、芳香度以及含氧官能团的总数量要小于化学腐植酸;XPS分析表明2种生物腐植酸中含氧官能团的种类数大于化学腐植酸,同时2种生物腐植酸中的碳元素的存在形式与化学腐植酸也有较大差异;营养元素检测表明2种生物腐植酸中的N、P、K、Ca、Mg的含量远大于化学腐植酸。

云南普阳煤矿新近系褐煤中稀土元素的赋存状态

目前对于褐煤中稀土元素(REY)赋存状态的研究还存在较多疑问,主要体现在两个方面:一是褐煤中REY究竟主要赋存于有机质中还是矿物质中?二是褐煤含有较多容易受到酸溶干扰的含氧官能团,在逐级化学提取实验过程中,高比例HCl提取相中的REY究竟来自于碳酸盐、磷酸盐、单硫化物等矿物还是来自于有机质?着眼于此,本文在逐级化学提取这一常规元素赋存状态研究方法的基础上,结合密度分离实验、红外光谱(FTIR)等手段,对普阳煤矿新近系褐煤中REY的赋存状态进行了系统研究。研究结果表明,普阳煤矿M2和M3煤层为极低—中灰、中高—高挥发分、中硫分褐煤,其组成矿物主要为石英、方解石、高岭石、黄铁矿。M2和M3煤层中常量元素以Al和Si为主,其REY配分模式主要为L型和N型,其中M2煤层中REY轻度富集。逐级化学提取实验结果显示M2和M3煤层中的REY主要被HCl浸取,其次被HNO3浸取,同时还有部分REY保留在残渣中,HF对煤中REY的提取率很低(一般<10%)。密度分离实验结果表明REY主要赋存于低密度组分中。红外光谱分析结果显示煤样品经HCl处理后,酚羟基、羟基等含氧官能团增多,可能是经HCl浸取后样品中与酚羟基、羟基点位结合的REY被浸出迁移所致。综合来看,普阳煤矿M2和M3煤层中的REY主要赋存于有机质中,少量赋存于硅酸盐矿物中,碳酸盐、磷酸盐、单硫化物和双硫化物也可能是部分REY的赋存载体。逐级化学提取实验过程中HCl所提取的异常高比例的REY可能主要来自于有机质。

热解预处理对昭通褐煤润湿性的影响机制

褐煤的强亲水性为其加工和利用造成了许多不利影响,热解预处理是调控褐煤润湿性的有效方法之一。采用工业分析、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和接触角测量探究了热解预处理对褐煤润湿性的影响机制。热解预处理的温度分别为200℃,300℃,400℃和500℃,时间分别为30 min,60 min,90 min和120 min。结果表明:热解预处理改变了褐煤的化学结构和组成,显著影响了褐煤的润湿性。褐煤的羧基在200℃时开始裂解逸出,并在300℃时基本消失;褐煤的酯基在300℃时开始裂解逸出,并在400℃时基本消失;而褐煤的C—O(醚键、酚和醇)的热稳定性较好,热解预处理后其相对含量略微增加;褐煤的芳碳率随着热解温度和时间的增加而增大,且芳香核尺寸在300℃时开始增大。如果使用热解预处理来减弱褐煤的亲水性,则应确保在较低温度下有足够的热解时间来去除褐煤的含氧官能团,而在较高温度下应使用较短的时间来防止褐煤的有机质过度损失。在300℃(120 min)或400℃(30 min)热解条件下,褐煤的亲水性含氧官能团(羧基或酯基)裂解逸出,且疏水性芳香核尺寸增大,从而使其亲水性显著减弱,接触角由原煤的44.00°分别增大为87.50°和85.75°。然而,在400℃(热解时间大于30 min)和500℃条件下,褐煤的有机质过度损失,导致矿物质或无机质的相对含量增加,使其亲水性仍然较强。

小龙潭褐煤的高温气化反应动力学研究

以小龙潭褐煤为研究对象,在下落式固定床中对其二氧化碳高温气化反应性进行了研究。在1000~1500℃温度范围内,测定了小龙潭褐煤气化碳转化率与时间的关系。采用缩核芯模型、均相体积模型和表观动力学模型,对气化实验数据进行了拟合,得到了煤样二氧化碳高温气化反应的速率常数、活化能和指前因子等动力学参数。从三种模型的拟合结果可以看出:三种模型均能有效拟合褐煤的高温气化过程,相关系数都在0.96以上;相比之下,缩核芯模型的拟合效果最好,表观动力学模型次之,表明缩核芯模型的模型假设更接近褐煤高温气化反应过程,即褐煤高温气化反应以气体扩散控制为主,反应主要在煤样/半焦外表面进行;由三种模型拟合计算所得褐煤的表观活化能分别为45.6 kJ/mol、45.8 kJ/mol、47.1 kJ/mol,缩核芯模型和表观动力学模型拟合所得活化能非常接近,印证了模型拟合结果具有较高的可信度。

锡林郭勒褐煤清洁利用技术适用性研究

锡林郭勒盟褐煤可采储量1 400余亿t,年采量1亿t以上,主要通过燃烧用于发电、供热,利用效率低,高效清洁利用水平有待提高。选择当地3种代表性煤样,以格金低温干馏、热解和直接液化技术为研究手段,讨论不同锡林郭勒褐煤对清洁利用技术的适用性。实验结果表明,3种煤样在不同技术方向上差异显著,结合其气液固三相产物的收率和属性进行评价,认为来自于胜利矿区的样品更适于制取半焦,乌拉盖矿区的样品更适于气化技术,来自于白音华矿区的煤炭则有成为优良直接液化用煤的潜能。结合当地资源环境特点,认为低温热解制取半焦是适宜锡林郭勒褐煤未来清洁利用的技术方向。

氧载体NiFe_(2)O_(4)与褐煤的化学链燃烧反应特性实验研究

本实验制备了氧载体NiFe_(2)O_(4),并通过热重分析试验系统研究了其对褐煤的氧化还原性能。使用扫描电镜、比表面积和X射线衍射实验表征了表面结构,与NiO和Fe_(2)O_(3)相比,NiFe_(2)O_(4)中Ni的存在增大了比表面积和孔隙体积,提高了褐煤化学链燃烧过程中的反应活性和氧传递能力。此外,循环实验证实了NiFe_(2)O_(4)高反应活性的稳定性。

褐煤热风-红外联合干燥方式优化与物性分析

褐煤干燥脱水是实现其高效利用、节能减排的重要技术措施。基于不同热风温度(60℃,80℃,100℃)和煤样粒度(小于2 mm,2 mm~5 mm,5 mm~7 mm,7 mm~10 mm,10 mm~13 mm)对高西沟低阶褐煤单一热风干燥特性进行探讨,依次采用单一热风干燥、热风-红外串联和热风-红外并联联合干燥方式,通过实验分析了干燥过程褐煤水分比和干燥速率的变化特征,应用比能耗(QSEC)和能效(ηe)对比了三种干燥方式的能耗,采用SEM和FTIR分别分析了煤样表观形貌和官能团。结果表明:单一热风干燥温度越高,煤样与空气温差越大,煤样获得的热量越高,干燥速率越快;煤样粒度越小,煤样水分比下降越快,结束时的水分比越低;热风-红外串联联合干燥转换时间节点越早,所需干燥时间越短,在热风与红外干燥阶段干燥速率各出现一次最大值;并联干燥中褐煤水分比呈指数下降,并以降速期为主要阶段;三种干燥方式按比能耗由大到小依次为单一热风干燥(334.54 MJ/kg)、热风-红外并联干燥(273.89 MJ/kg)、热风-红外串联干燥(121.18 MJ/kg),按能效(ηe)由大到小依次为热风-红外串联干燥(1.91%)、热风-红外并联干燥(0.83%)、单一热风干燥(0.69%),热风-红外串联干燥为较节能的干燥方式,此方式干燥后煤样相较原褐煤表面大面积坍塌,表面裂隙明显增多、增大,并且干燥煤样除水分外的其他官能团未发生变化。

菲律宾某660MW锅炉燃用当地褐煤适应性分析

菲律宾某660 MW机组燃用当地褐煤,在锅炉试运行期间发生了严重的结渣问题,影响了机组带负荷能力,也增加了安全隐患。鉴于此,对燃煤取样后首先在实验室进行了煤质、着火、燃尽、结渣等性能的分析。煤质分析结果显示,试验煤样除部分灰成分超出设计煤质参数范围外,其他煤质参数均在设计范围内,煤样具有一定的代表性。燃烧性能试验结果显示,煤样着火和燃尽性能优良。需要注意的是,试验煤灰中碱性氧化物(Fe_(2)O_(3)、CaO、MgO)成分含量较高,煤灰结渣性能严重。煤粉细度R_(90)在20%~40%、运行氧量在2.5%~4.5%变化时,试烧煤样均具有严重结渣倾向。掌握煤质特性后,又对燃用类似煤种的国内锅炉的设计和实际运行情况进行了调研和分析。最后还针对该机组锅炉燃用试验煤进行了炉内燃烧状态的数值模拟计算。结果表明,此类高碱性氧化物煤种具有严重结渣倾向,燃用时会使锅炉存在以下问题:(1)截面热负荷、燃烧器区壁面热负荷和炉膛容积热负荷略微偏大、炉膛容积偏小;(2)燃尽风率和偏置风角度过大;(3)燃烧器区域没有布置吹灰器;(4)屏底烟温及后屏入口烟温偏高等问题。由于试验煤样结渣性能较强,在现有的锅炉设计条件下不能实现长周期的满负荷安全燃用试验煤样。为了提高锅炉对严重结渣煤种的适应性,建议对燃烧器进行改造,同时增加吹灰器布置,并进行燃烧优化调整试验,保证炉内良好的燃烧组织及有效的吹灰。

昭通褐煤氨解可溶化转化及热溶物中氧和氮的赋存形态

褐煤碳含量高且富含氧、氮等杂原子,是制备炭材料的重要原料。但由于褐煤可溶有机碳含量低,杂原子分配无规律,导致以褐煤为原料制备炭材料面临诸多挑战。因此,亟需实现褐煤的可溶化转化。本研究以氨水为溶剂,旨在温和条件下,同步实现昭通褐煤的可溶化和褐煤热溶物中氧和氮的调控。实验结果表明,在氨水质量分数15%、温度160℃条件下反应3 h,热溶物收率最高为76.66%,昭通褐煤表现出良好的热溶效果。基于对热溶物的表征和分析,发现氨解在一定程度上改变了煤中的大分子结构,表现为氨基与羟基置换,或与部分羧基、羰基直接反应生成有机态氮。对比发现,原煤中氮元素赋存形态以季氮和吡咯氮为主,而可溶物中氮元素赋存形态以氨基氮和吡啶氮为主,表明褐煤氨解热溶过程产生了氨基或酰胺基。

不同升温速率下褐煤热解特征及产氢过程

煤制氢是现阶段中国H_(2)的主要来源,开展不同温度条件下的褐煤热解反应和产氢机理研究,对提高H_(2)产率、优化工艺流程以及褐煤的高效清洁利用至关重要。为此,基于实验测试—分子模拟—理论分析的研究思路,通过热分析红外气质联用仪(TG—FTIR—MS)实验测试和分子动力学模拟(ReaxFF MD)对云南省先锋煤矿的褐煤热解过程进行了研究,分析了不同升温速率下(10℃/min、20℃/min和30℃/min)的主要热解产物,尤其是H_(2)的生成特征,标定了氢原子的热解路线,从多角度探究了褐煤热解生成H_(2)的分子作用机理。研究结果表明:①不同升温速率下褐煤热解的最终失重率接近,升温速率越高反应越易进行;②20℃/min条件下褐煤热解气体产物最多,主要成分为CO_(2)、H_(2)等小分子气体,气体析出总量随升温速率的增大呈先增加后降低的趋势;③H_(2)的生成过程主要为脂肪链上的氢原子发生脱落,生成氢自由基,氢自由基之间再进行结合而生成H_(2)。结论认为,褐煤热解H_(2)析出过程分为3个阶段:第一阶段为约350~700℃,H_(2)缓慢生成,主要由脂肪链甲基C—H和羟基中的O—H键断裂后组合形成;第二阶段为700~900℃,H_(2)快速生成,主要与羧基官能团、脂肪烃结构以及吡咯结构中氢键断裂的反应有关;第三阶段为900℃以上,H_(2)大量生成,主要表现为芳香结构的氢自由基增多。

水热改性对褐煤下游应用影响的研究进展

褐煤已成为我国东北和蒙东地区重要的能源保障,但高含水量、高氧含量及低热值限制了其高效清洁利用,造成了极大的资源浪费。水热改性(HTD)是一种典型的非蒸发式高效脱水脱氧技术且对下游应用具有很好的促进作用,在节能降碳和下游高效清洁利用等方面具有优势,是一种非常有潜力的褐煤提质技术,需要继续了解其研究现状。系统性总结了水热改性对下游褐煤应用(包括热解、浮选、燃烧、水煤浆制备等)的影响机理和技术进展,分析了水热改性对褐煤下游应用的技术优势。水热改性不仅提高了提质煤水煤浆的成浆浓度,而且提升了热解油气资源产率和浮选效率,同时也有利于煤液化长周期的稳定运行。由于褐煤提质产业本身内驱力不足、水热过程连续化设备研发投入力度不够、存在环境污染和市场盈利空间低等问题,导致褐煤水热改性提质在半工业化、工业化方面进步缓慢。褐煤脱水提质在“双碳”目标和新的历史时期下仍有其重要的历史使命,这需要国家给予褐煤提质产业顶层设计,引导科研机构、人员、企业转变“谈褐煤提质色变”的观念,持续投入研发力度,解决设备连续化以及有机废水处理等方面的问题。基于上述观点,提出了以褐煤提质为基础的多联产技术开发的发展方向(如水热提质脱水脱氧+水煤浆制备+水煤浆气化现代煤化工和水热提质脱水脱氧+热解提油+气流床气化现代煤化工等),为我国褐煤清洁高效利用提供参考。

内在矿物质对褐煤加氢热解过程中氮迁移的影响

阐明内在矿物质对褐煤加氢热解过程中氮迁移的影响对建立褐煤梯级利用过程中含氮物质污染控制方法,实现褐煤的清洁高效利用具有十分重要的指导意义。研究采用固定床反应器进行胜利褐煤加氢热解试验,考察0.1~3 MPa下内在矿物质对煤中氮向热解产物NH_(3)、HCN、N_(2)、焦油氮和半焦氮中迁移的影响以及半焦中氮官能团生成的影响。分别采用紫外分光光度计、气相色谱仪和元素分析仪分析气相中的NH_(3)、HCN、N_(2)以及焦油氮和半焦氮,采用X光电子能谱仪(XPS)表征半焦中的氮官能团。结果表明:胜利褐煤加氢热解过程中,内在矿物质催化煤中氮向NH_(3)和N_(2)迁移;内在矿物质对煤中氮向HCN迁移的影响受热解压力影响,压力为0.1 MPa时,内在矿物质明显阻碍煤中氮向HCN迁移,而压力为1~3 MPa时,内在矿物质基本不影响煤中氮向HCN迁移;内在矿物质阻碍煤中氮向半焦氮和焦油氮迁移;这是由于加氢热解过程中,内在矿物质降低煤热解反应的活化能,致使更多的自由基攻击煤中的含氮杂环,使较多的含氮杂环分解转化为了NH_(3)、N_(2)和HCN;热解反应活化能的降低促进了挥发分生成的增加,延长了挥发分从反应器中析出的时间,加强了挥发分的二次反应,进而促使挥发分中HCN和焦油氮发生二次反应生成NH_(3)。半焦中存在的内在矿物质提高了新生半焦的反应性,加速了半焦与吸附在半焦上的H的反应,促进新生半焦二次反应生成NH_(3)和N_(2)。内在矿物质促进热解半焦中吡啶型氮的生成而抑制半焦中季氮的生成。内在矿物质对褐煤加氢热解过程中氮迁移影响的研究结果将为褐煤的清洁高效利用技术的发展提供基础数据和技术支撑。

660MW高水分褐煤锅炉超低负荷运行特性研究

为揭示大容量高水分褐煤机组的超低负荷运行特性及性能优化方式,基于建立并验证的燃煤锅炉燃烧模型,研究了33%最大连续额定负荷下燃烧器运行方式对660 MW高水分褐煤锅炉炉内燃烧、传热及NO_(x)转化特性的影响。结果表明:超低负荷下炉内仍可形成良好组织的流动及燃烧场,但锅炉综合性能显著下降,如燃烧温度及受热面吸热量显著降低、炉膛出口NO_(x)排放增加等;运行4层燃烧器时投运连续的下、中间组或中间、上组燃烧器,可有效防止燃烧、传热过程的显著恶化及NO_(x)排放的明显增加;燃烧器投运层数影响锅炉综合性能,运行2层燃烧器时炉内剧烈燃烧区域过于集中,不利于维持较高的燃烧温度及传热强度,炉膛出口NO_(x)排放升高。研究结果揭示了超低负荷下燃烧器投运位置及层数对660 MW高水分褐煤锅炉综合性能的影响,可为大规模可再生能源电力并网背景下高水分褐煤机组参与深度调峰的运行调整及优化提供指导。

褐煤腐植酸对科尔沁沙地风沙土土壤特性及荞麦产量的影响

【目的】探究褐煤腐植酸不同施用量对科尔沁沙地风沙土土壤特性和荞麦产量的影响,为风沙土改良提供科学依据。【方法】于2020-2022年,以科尔沁沙地风沙土为改良对象,通过田间定位试验,以不施用褐煤腐植酸为对照(CK),设置3个褐煤腐植酸用量处理:2 t/hm^(2)(低量,H1)、4 t/hm^(2)(中量,H2)和6 t/hm^(2)(高量,H3),研究2020年褐煤腐植酸一次性施用后0~40 cm土层土壤贮水量(SWS)、养分含量、微生物生物量碳氮(SMC、SMN)含量及荞麦产量的变化。采用主成分分析(PCA)研究土壤贮水量、养分、微生物生物量碳氮含量和荞麦产量的关系;在此基础上,通过随机森林分析探讨了以上土壤指标对荞麦产量的贡献率。【结果】与CK相比,施用褐煤腐植酸总体上提高了风沙土0~40 cm土层的贮水量,但不同褐煤腐植酸施用量对土壤贮水量的提升幅度不同。在2020-2022年,无论是在播种前、开花期还是在成熟期,4个处理中,H3处理0~40 cm土层的土壤贮水量均最高。与CK相比,施用褐煤腐植酸影响了风沙土土壤养分含量,且褐煤腐植酸不同施用量对不同土层土壤养分含量的影响程度存在较大差异。褐煤腐植酸一次性施用3年后(2022年),H3处理的的土壤有机质、全氮、铵态氮、速效磷和速效钾含量总体高于其他处理。无论是在开花期还是在成熟期,与CK相比,施用褐煤腐植酸总体提高了土壤微生物生物量碳和氮含量,且在0~10,10~20和20~40 cm土层,H3处理SMC和SMN含量总体均最高。2020-2022年,与CK相比,施用褐煤腐植酸均提高了荞麦干物质量和产量,其中H3处理的增幅最大。主成分分析和随机森林分析结果显示,土壤速效钾、贮水量、微生物生物量碳和铵态氮与荞麦产量关系密切,其对荞麦产量的贡献率分别为11.00%,8.60%,7.85%和6.29%。【结论】在科尔沁沙地,当施用量为4~6 t/hm^(2)时,褐煤腐植酸对风沙土保水增肥增产的改土作用明显,其中当褐煤腐植酸施用量为6 t/hm^(2)时效果最佳。

俾路支褐煤有机结构特征及大分子模型构建

以巴基斯坦俾路支褐煤(BL)为研究对象,由元素分析得出BL化学式为C_(167)H_(130)O_(53)N_(2)S。经X射线光电子能谱(XPS)分析BL有机结构中氧、氮和硫元素存在形式。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)研究BL有机结构中主要官能团特征,-CH和-CH^(2)为BL脂肪族结构中主要官能团。BL中苯环主要取代形式为三取代和四取代。运用核磁共振光谱(^(13)C-NMR)探究BL有机结构碳骨架结构。BL分子结构中,芳香桥碳与周碳之比X_(BP)为0.21,碳主要由芳香碳和脂肪碳2部分构成,其中脂肪碳质量分数53.23%,芳香碳占比41.93%。芳香结构以苯环和萘环为主,氧主要以羧基、羰基、醚氧和酚羟基形式存在,而氮主要以吡咯氮形式存在,硫主要为噻吩。建立BL二维分子结构模型,通过Materials Studio对其进行加氢饱和,构建BL分子模型三维立体结构,进一步优化所得分子模型,空间效果显著,得到能量最低的BL三维结构模型,发现范德华能是BL分子结构稳定的关键因素。通过计算得到的BL模型结构^(13)C NMR谱图与试验所测谱图基本一致,验证了所构建BL结构模型的合理性。

600MW燃用褐煤新型墙式切圆锅炉燃烧性能分析

针对某台采用墙式切圆燃烧的600 MW超临界褐煤锅炉在实际运行中出现的水冷壁结焦、超温爆管等问题,采用冷热态计算机数值模拟方法进行了研究,并通过现场参数测试及系统优化调整对模拟结果的合理性进行验证。结果表明:锅炉炉膛出口左右侧存在速度与烟温偏差,燃尽风的投切对炉膛出口气流速度分布影响很大,具有很好的消旋作用。计算机数值模拟及现场的参数测试揭示了炉膛内部存在一个直径较大且稳定旋转的“高温火环”,一方面提高了锅炉高水分褐煤点火和稳燃性能,另一方面过高的一次风率和过大的切圆直径导致了水冷壁结焦和局部超温爆管,影响机组的安全稳定运行。研究结果和方法对同类型锅炉优化设计及运行提供了参考,为高效利用低热值、高水分、易结焦褐煤提供了新的思路。