W火焰锅炉全烧烟煤一体化改造方案

在役的燃用低挥发分煤W火焰锅炉普遍存在炉效低、NO_(x)排放高、结焦严重等问题,在双碳目标和“三改联动”背景下急需提升可靠性、经济性和环保性。某电厂进口350MW亚临界W火焰锅炉机组实施了全烧烟煤的一体化改造,涵盖制粉系统、燃烧系统、锅炉受热面改造等方面内容。改造后锅炉运行良好,炉膛不结焦,锅炉效率由改造前91.64%提高至94%以上,锅炉出口NO_(x)大幅降低,调峰能力满足30%负荷深度调峰需要,机组总体性能显著提高。

2024年我国无烟煤市场发展与展望

通过对宏观政策以及产业政策动态等多维度进行剖析,对无烟煤下游行业的消费现状和趋势进行详细分析和预测。介绍了我国无烟煤资源分布、生产和进口现状,对我国无烟煤生产和进口趋势进行了预测。综合分析供需、成本、政策等影响无烟煤价格的因素,特别是需求和供应关系,对2024年无烟煤价格走势进行了定性分析。整体认为,2024年,我国无烟煤将处于供需紧平衡状态,但较2023年略有宽松;价格中枢有望小幅下移,但仍将处于相对较高的位置。

基于分形阶理论的无烟煤蠕变模型设计及数值模拟

分形阶导数可以较好地模拟蠕变模型的加速蠕变阶段。通过设计含损伤无烟煤分级加载蠕变试验,探究不同围压条件下无烟煤蠕变规律;在Bingham体中引入分形阶导数,建立含损伤的分形导数Newton体,用以表征含损伤无烟煤加速蠕变阶段;通过基本元件的串并联组合,建立相适应的蠕变模型;对模型完成三维扩展及有限差分;在FLAC^(3D)内置Burgers本构模型的基础上,完成含损伤无烟煤分形阶蠕变模型的二次开发。结果对比表明,蠕变模型能较好的表征损伤无烟煤各阶段的变化特征。改变含损伤分形导数Newton体的相关参数,可以较好的表征相关模型的加速蠕变阶段。

高炉喷吹用烟煤配煤炼焦试验研究

为了扩大炼焦煤资源,优化配煤结构,结合烟煤配煤炼焦理论,通过高炉喷吹用烟煤的工业铁桶试验研究,分析了配加烟煤后配合煤的性能变化和所炼焦炭的质量。结果表明:适当增加1/3焦煤、减少气煤配比,烟煤配加质量分数控制在2%~3%,可以有效优化配煤结构,使配合煤的灰分、硫分及挥发分保持在稳定状态,改善焦炭的机械强度、热强度,提高焦炭的块度,同时还可以降低配煤成本,当烟煤配加质量分数为2%时,配煤成本可降低15.60元/t。

无烟煤分子模型构建及优化方法研究

为了认识煤的分子结构特征,采用元素分析、^(13)C-核磁共振、傅里叶变换红外光谱等测试方法构建无烟煤大分子模型。研究结果表明:大分子模型中芳香碳以C的2、3环结构为主,确定其模型分子式为C_(193)H_(138)N_(2)O_(7);结构和退火优化后,其分子模型越发紧凑,键角更加弯曲,添加周期边界条件后其体系能量迅速降低,这是由于价电子能中的键伸缩能和非成键能中的范德华能降低所导致的,通过密度模拟得到无烟煤大分子最优模型的密度为1.45 g/cm^(3)。研究结果可为构建煤大分子模型提供参考。

惰气熔融-红外吸收/热导法同时测定无烟煤中氮和氢

首次使用惰气熔融-红外吸收/热导法实现无烟煤中氮、氢元素的同时、快速、准确测定.探究分析条件,发现当称样量为0.0300 g,分析功率为5500 W,氮元素的积分延迟时间为15 s,集成时间为55 s,氢元素的积分延迟时间为5 s,集成时间为85 s,且使用石墨套埚时,氮氢元素的释放最完全、合理.方法中氮、氢校准曲线的相关系数分别为0.9949、0.9940,检出限分别为0.321%、0.189%,定量限分别为0.326%、0.194%,精密度分别为3.60%、0.63%,满足线性关系及方法要求.惰气熔融-红外吸收/热导法重复性好、高效便捷、操作和维护简单,可用于无烟煤中氮、氢元素的定量检测.

活性磁化水改善无烟煤煤尘润湿性能的研究

为了提高活性磁化水抑制无烟煤尘的性能,分别测定了4种表面活性剂溶液的表面张力,进而选取最佳浓度表面活性剂溶液.测定了不同磁化参数下的最佳浓度表面活性剂溶液的表面张力,以确定最优磁化参数.同时分别测定矿井静压水、最佳浓度表面活性剂溶液、最佳活性磁化水与无烟煤的接触角.结果表明,质量分数0.10%尘克C&C溶液可使矿井静压水的表面张力下降43.83%.质量分数0.10%尘克C&C溶液的优磁化强度为300 mT,磁化时间为50 s.相较于矿井静压水,质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水接触角减小了79.11%,表面张力减小了47.04%,铺展功及浸湿功分别提升了97.35%、87.01%,极大提升了溶液的铺展能力和浸湿能力.现场应用试验结果表明,使用质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水作为采煤工作面的喷雾降水,降尘效率提高了37.53%.

不同类型表面活性剂对烟煤润湿性能影响的分子模拟及实验

喷雾降尘是现阶段矿井使用最广泛的除尘方式之一,水对煤的润湿性能对喷雾降尘效果有着直接的影响,所以在水中加入表面活性剂可提高水对煤的润湿性能。为探究不同类型表面活性剂对烟煤粉尘润湿性能影响,以快渗T、1227、BS-12和APG 4种类型的表面活性剂为代表,采用分子模拟技术和实验室实验相结合对烟煤的润湿性能进行了研究。一方面,利用分子模拟手段构建了表面活性剂水溶液的界面体系,基于氢键形成数目和径向分布函数理论,对表面活性剂自身的亲水性进行了模拟分析,并开展了4种试剂的表面张力实验,研究发现,快渗T形成氢键的数目最多,为398个,且径向分布函数曲线出现峰值最早在1.99×10^(-10)m处,最易与H_(2)O分子吸附,实验结果也表现为快渗T对水的表面张力削弱最强,即表面张力最小,为24.4 mN/m。另一方面,通过静电势计算,结合构建的表面活性剂/水/烟煤三元吸附体系相互作用能分析,研究了4种表面活性剂对烟煤润湿性影响,并分别开展了烟煤在4种试剂中的沉降实验和接触角实验,结果表明,快渗T与烟煤分子结合后该部位与水分子的电势差最大,为6.8535 eV,其与烟煤间相互作用能也最大,为-2705.12 kJ/mol,实验结果也表现为2种烟煤在快渗T中的沉降时间最小,分别为26.3、10.22 s,接触角最小,分别为25.8°、21.7°,由此表明分子模拟结果均与实验结果一致,均验证得出阴离子型表面活性剂快渗T对烟煤的润湿性能为最好。

矿物对无烟煤力学非均质性影响的分子动力学研究——以沁水盆地南部主要黏土矿物高岭石为例

煤是由有机显微组分和矿物组成的混合物,矿物的存在会导致煤的大分子结构存在差异,使得煤的力学性质具有明显的非均质性,进而影响区块内整体的煤层气产量、压裂改造效果和成熟技术的规模化应用。以沁水盆地典型的无烟煤和高岭石矿物作为研究对象,通过分子动力学的方法定量研究高岭石及其含量对无烟煤力学性质的影响规律,分析不同矿物含量下无烟煤的分子结构和孔隙特征,从能量和有序化的角度揭示其微观机理。结果表明:①煤有机质与高岭石相互结合过程中同时存在范德华力和氢键作用,且氢键作用强度要高于范德华力,煤有机质周围出现高岭石分子的概率、相互作用强度和有序性均随着矿物质量分数的增加而增大。②无烟煤的孔隙率φ随高岭石质量分数a的增大呈线性规律(φ=−0.2293a+9.6295)降低,而无烟煤的体积模量、弹性模量和剪切模量均随高岭石质量分数的增大呈线性规律增强,泊松比随高岭石质量分数的增大呈二次多项式规律降低。③无烟煤的力学非均质程度整体上随着高岭石质量分数增加而增大,其中不同高岭石质量分数下体积模量、弹性模量和剪切模量的变异性可分为很低、低、中等、高和很高5个部分,而泊松比的变异系数均小于0.1,变异性很低。④随着高岭石质量分数的增加,煤有机质与高岭石的相互作用能呈线性规律(Einteraction=4.5585a+443.929)增大,与纯有机质相比,当高岭石质量分数达到20%时,无烟煤的键能和范德华能分别增加了63.86%和48.06%。⑤高岭石增强煤力学性质的内在原因是高岭石进入煤有机质后占据一定的孔隙空间,且与煤有机质的芳香碳骨架和不同官能团进行相互作用,高岭石质量分数越大充填煤大分子结构孔隙的程度越高,煤大分子结构的能量越大,导致煤大分子结构的孔隙率降低,有序性增大,使得力学强度和抵抗变形的能力增强。

超临界CO_(2)作用下无烟煤孔隙结构演化时间效应规律

CO_(2)地质封存技术是实现减排和废弃矿井资源再利用的有效技术之一,但煤层孔隙结构在CO_(2)注入后的变化具有时间效应,其演化规律将直接影响CO_(2)地质封存潜力。为了探索作用时间增加后煤层孔隙结构变化的真实情况,提高CO_(2)地质封存量计算精度,通过对重庆市南桐矿区无烟煤进行超临界CO_(2)吸附实验、低温氮气吸附实验、X射线衍射测试、核磁共振测试、扫描电镜测试等实验,研究了不同超临界CO_(2)作用时间对该区域内煤样孔隙结构的演化规律。研究结果表明:①超临界CO_(2)作用后煤样孔隙度的变化主要发生在7 d内,处理7 d后煤样孔隙度增加了3.20%,7~14 d内煤样孔隙度仅增加了0.05%;②随作用时间增加,煤样孔隙的比表面积增加但变化量逐渐减小,7 d内日均增长19.74%~24.50%,7~14 d内日均增长2.37%~4.60%,其变化规律近似呈对数函数关系;③超临界CO_(2)与煤产生的化学反应引起矿物质的溶解,增大了煤体的表面粗糙度,表征煤样粗糙度的分形维数随着作用时间的增加持续增大;④超临界CO_(2)作用后能有效改变煤样的孔隙度及表面形貌,为CO_(2)吸附提供了更多吸附点位,超临界CO_(2)对孔隙结构的改造效果在7 d内比较明显。结论认为,超临界CO_(2)作用下无烟煤孔隙结构的变化随作用时间增加最终会趋于稳定,研究结果可为无烟煤储层CO_(2)地质封存潜力评价提供理论指导。

神东低阶烟煤煤岩组分强化重力分选研究

为了更加有效地分离和富集煤岩组分,基于煤样的工业及元素分析以及煤样表面形貌分析,通过棒磨试验以及强化重力分选试验,研究了棒磨时间对于煤岩组分解离及富集的影响以及强化重力分选中各影响因素的效果,并对强化重力分选中的因素进行了正交优化。研究结果表明,随着棒磨时间的延长,0.500~0.250 mm粒级逐渐减少,当研磨时间增至30 min时,0.500~0.250 mm粒级逐渐减少至不再出现,同时棒磨产品中随着粒度减小而呈现出灰分降低的趋势,特别是低于0.045 mm粒级的灰分从14.81%减至8.62%;当棒磨过程进行到10 min时,密度级分别为低于1.35 g/cm^(3)和高于1.40 g/cm^(3)在产率和灰分中显示出较明显的变化,更有利于后续煤岩成分的有效分离和富集,且当研磨时间为10 min时,低于1.35 g/cm^(3)密度级中镜质组含量最高;旋转频率对R V和E V的影响更为显著,经效应面法(Box-behnken)正交试验对因素水平优化后,镜质组回收率和富集比分别可达71.61%和1.15,低阶煤煤岩组分强化重力分选效果显著。

烟煤黏结指数测定实验技术分析及实验教学优化

为准确测定烟煤黏结指数,优化本科实验教学过程,基于国家标准分析测试步骤,从煤样制备、煤样混合与压块、焦化与转鼓实验等方面对实验误差进行全面评价,为精准高效测试烟煤黏结指数提供理论依据。从工程背景实际出发,探索将传统验证性实验教学变更为开放性实验,激发学生主观能动性,提升实验教学质量。

颗粒缩放理论标定未筛选烟煤离散元仿真参数

【目的】为了给未筛选烟煤的仿真研究提供参数依据,分析未筛选烟煤的离散元仿真参数,保证仿真与实际颗粒的几何、材料及运动学相似,实现未筛选烟煤的可靠仿真研究。【方法】采用实验和仿真相结合的方法,测得未筛选烟煤的粒径分布、密度、静摩擦因数、堆积密度、休止角等基本参数;基于颗粒缩放理论,建立不同粒径范围内典型颗粒的放大模型,通过Plackett-Burman、最陡爬坡、 Box-Behnken试验对未筛选烟煤的泊松比、切变模量、滚动摩擦因数、恢复系数、 Johnson-Kendall-Roberts(JKR)表面能等仿真参数进行标定。【结果】以实验和仿真休止角相对误差最小为优化目标,得到最优参数组合下的未筛选烟煤的仿真休止角为37.59°,与休止角实验值37.81°的误差为0.58%;仿真堆积密度为717 kg/m^(3),与堆积密度实验值722 kg/m^(3)的误差为0.69%。【结论】煤-煤恢复系数与休止角呈负相关,煤-煤和煤-钢滚动摩擦因数与休止角呈正相关,溅射现象会阻碍颗粒堆积。

CO_(2)/N_(2)/C_(2)H_(4)及C_(2)H_(6)分子在烟煤中的吸附模拟

C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6)作为指标性气体易受到采空区残煤的吸附影响,降低其评价准确性。因此,为明确C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6)在煤中的吸附特征,建立两种不同挥发分烟煤分子模型,采用密度泛函理论(DFT)和巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法对两种气体进行吸附模拟研究。结果表明:C2H6在烟煤中的吸附量最小,C_(2)H_(4)吸附量比CO_(2)小;在同一种煤中C2H6最容易达到吸附极限,C_(2)H_(4)次之,且吸附速率与温度呈反比。各含氧官能团静电势最小值出现在O原子附近。煤吸附气体时,C_(2)H_(4)和C2H6与含氧官能团结合能力介于CO_(2)和N_(2)之间。另外,—COOH相互作用能更大,其更容易成为C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6)的吸附位点。

超临界CO_(2)作用下无烟煤结构响应特征及高压吸附机理

中国深部煤层气资源丰富,将CO_(2)注入深部煤层,在提高煤层气采收率同时,还可实现CO_(2)地质封存(CO_(2)-ECBM)。通常,深部煤层CO_(2)处于超临界态并显著影响煤体吸附能力,但对于超临界CO_(2)作用下煤体结构演化及吸附机理尚不清晰。为此,以山西晋城成庄矿二叠系山西组三号煤层为研究对象,开展了无烟煤对超临界CO_(2)的高压吸附实验,结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射光电子能谱(XPS)测试及比表面积(BET)测试,分析了超临界CO_(2)高压吸附引起的无烟煤化学结构与孔隙结构响应特征,最后揭示了无烟煤对超临界CO_(2)的高压吸附特性及吸附机理。研究结果表明:①超临界CO_(2)高压吸附存在突变点,35℃时突变点位于临界压力(8 MPa)附近,在突变点处的吸附能力最小;②超临界CO_(2)可使芳香环枝接官能团、醚氧键、羟基氢键断裂,脂肪结构甲基脱落,可为CO_(2)提供更多的吸附位点,增强了无烟煤表面吸附能力;③超临界CO_(2)改变无烟煤介孔的孔隙结构特征和分形特征,吸附后平均孔径、孔体积、比表面积、分形维数呈增大趋势,孔隙粗糙度增大,对孔隙结构改造作用表现为“增孔、扩孔、粗糙化”,可提供更多吸附空间,增强了无烟煤吸附能力;④在深部煤层中注入CO_(2),应优先选择高孔隙度、高渗透性储层,注入煤层环境应尽可能远离CO_(2)临界点区域,储层对CO_(2)才有最大吸附能力。结论认为,成果认识为深部煤层CO_(2)可注性及封存潜力评估提供了重要的理论依据,对煤层气高效开发具有重要现实意义。

煤化工水处理污泥对准东次烟煤热解和燃烧及气化性能的影响

解析煤化工水处理污泥(YS)的组成结构、微观形貌及官能团种类,探究不同实验气氛下其对准东次烟煤(ZSBC)热反应性能的影响,对于合理处置煤化工水处理污泥并实现其资源化利用具有较大现实意义。以ZSBC、YS和Y_(1)Z_(9)(YS与ZSBC按质量比为1∶9混合得到的样品)为研究对象,通过改变热量实验的气体氛围,研究不同反应气氛下YS对ZSBC热反应性能的影响。结果表明:ZSBC较YS富含固定碳和挥发分,而YS中的灰分含量较高且主要组成为含P,Ca和Fe等元素的化合物;YS的官能团种类较ZSBC的官能团种类更加丰富,且YS中主要为脂肪族化合物,而ZSBC中含有大量的芳香族化合物;惰性气氛下,YS的掺杂可以降低快速热解阶段(405℃~485℃)ZSBC活化能并增加指前因子,加快了Y_(1)Z_(9)在405℃~485℃温度段的反应进程;在氧化性气氛下,YS的掺杂可使ZSBC的着火点从475℃下降到443℃,综合燃烧特性指数(S)、燃烧稳定性指数(D)以及燃烧特性因子(A_(c))都得到增加;YS的掺杂可以降低380℃~550℃温度段ZSBC活化能并增加指前因子,促进Y_(1)Z_(9)在此温度段的燃烧反应;在二氧化碳气氛下,Y_(1)Z_(9)的平均初始反应性指数(R_(i))、反应性指数(R_(f))和平均终止反应指数(R_(s))均低于ZSBC的相应参数,表明YS的掺杂会延缓ZSBC的气化反应进程。

无烟煤基活性炭的制备及其吸附性能研究

以贵州威宁石炭系无烟煤为原料,通过物理活化法制备煤基活性炭。以活性炭对碘吸附值和亚甲蓝吸附值为考察指标,通过改变活化时间、水蒸气流量及活化温度来探究其对煤基活性炭吸附性能的影响。同时利用扫描电镜(SEM)、氮气吸附脱附(BET)、红外光谱(FTIR)对所制备的活性炭进行孔隙结构及官能团表征测试。结果表明:当活化时间为4 h,水蒸气流量为0.175 mL/(min·10 g),活化温度为950℃时,所制备的煤基活性炭比表面积可达686.68 m^(2)/g,碘吸附值可达857 mg/g,亚甲蓝吸附值可达81.8 mg/g,同时具有丰富的孔隙结构及含氧官能团。

无烟煤的微波辐照-固相力化学石墨烯化及与天然橡胶的纳米复合

将无烟煤与路易斯酸催化剂CuCl_(2)混合均匀后置于微波场-固相剪切力场交替作用下进行固相反应,微波场使煤分子内温度达到煤基石墨烯化的反应温度,路易斯酸催化剂在高温环境下使煤分子进行烷基脱除反应,固相力化学反应器提供强大的剪切力场重复粉碎剥离,实现了太西无烟煤的直接石墨烯化,进而在固相剪切碾磨中实现了煤基石墨烯与天然橡胶(NR)的纳米级复合,成功制备出抗静电煤基石墨烯/天然橡胶纳米复合材料。通过工业分析、元素分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和原子力显微镜等手段分阶段表征了所制备纳米复合材料的结构与性能。结果表明,在氯化铜催化-固相剪切碾磨-微波辐照的共同作用下,可以实现太西无烟煤的粉碎、剥离、脱氧、脱烃、脱氢、芳香稠环,进而向石墨烯化方向发展,最终得到了3.5 nm厚度2D形貌的“煤基石墨烯(CB-GE)”;CB-GE可以实现对天然橡胶的增强和导静电功能化,当CB-GE质量分数为20%时,CB-GE/NR纳米复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和电导率分别达到22.36 MPa、278.8%和9.8×10^(-4)S/cm,与天然橡胶材料相比分别提高314.1%、40.52%和9个数量级,当CB-GE质量分数为4%时即可达到抗静电的要求。这表明所制备的CB-GE可以实现对天然橡胶的增强和导静电功能化。氯化铜催化-固相剪切力场-微波场综合作用技术进行无烟煤的石墨烯化过程几乎无“三废”产生,可提升制备煤基石墨烯复合材料的经济性。同时固相力化学复合技术可实现纳米级石墨烯化无烟煤在不同聚合物基体材料中的纳米分散和直接复合,可以得到定向煤基石墨烯/聚合物纳米复合材料。

五彩湾次烟煤醇解可溶物的组成特征与不溶物的快速热解产物分布

以异丙醇为溶剂在300℃对五彩湾次烟煤(WSBC)进行醇解,得到可溶物(SP)与不溶物(ISP)。GC/MS分析表明,SP中芳烃含量占比最大,质量分数为27.9%;其次是酚类化合物,说明含苯环的化合物在异丙醇醇解时更容易被提取。红外光谱表明,在脂肪族和芳香族区域ISP的吸收峰强度相对于原煤都有明显的升高,说明醇解过程破坏了煤的大分子结构,通过断键和醇解反应产生新的官能团。从TG-DTG曲线可以看出,原煤失重率比ISP大,两者在400~500℃温度段内出现的第二个失重速率峰,其中WSBC在450℃失重速率达到最大,而ISP最大失重速率所对应温度向右移动(480℃),两样品在第二个失重峰温度区间内的热解反应最为剧烈,归属于有机质的热裂解和大量挥发。Py-GC/MS结果表明,WSBC与ISP在450℃热解产物中可检测的化合物均以脂肪烃和含氧化合物为主,醇解使含氧化合物明显下降,但是对ISP中含氮类化合物脱除不明显。

无烟煤断裂韧度与断裂过程区各向异性试验研究

为了测定原生层理构造引起各向异性对无烟煤断裂韧度和断裂过程区(FPZ)孕育特性的影响,在MTS液压伺服试验系统上对不同层理倾角直切槽半圆弯曲(NSCB)无烟煤试样进行了I型三点弯曲加载试验。结合数字图像相关法(DICM)和声发射(AE)定位技术研究了裂纹尖端FPZ孕育过程。同时,基于Irwin-Bazant模型、Strip-yield均匀牵引模型和Strip-yield线性牵引模型,对无烟煤样完全发育FPZ长度进行预测,并与试验结果进行了对比分析。探讨了各向异性无烟煤FPZ几何形态以及不同层理角度无烟煤FPZ孕育过程中剪切和拉伸变形时序特征。结果表明:无烟煤的峰值载荷、峰值位移和断裂韧度均随层理倾角的增加而增大;与0°层理角度煤样相比,层理角度为22.5°、45.0°、67.5°和90.0°的煤样平均断裂韧度分别增大了6.76%、86.82%、85.47%和134.46%。Irwin-Bazant模型和Strip-yield均匀牵引模型预测的不同层理角度试样FPZ长度比试验值更短,而Strip-yield线性牵引模型预测值普遍高于试验值,Strip-yield均匀牵引模型对无烟煤FPZ长度预测与试验值最为接近。表明无烟煤试样裂纹尖端黏聚力分布形态更加趋于均匀。无烟煤试样FPZ长度(L)与断裂韧度(KIC)和抗拉强度(σt)比值的平方成正比:L∝(KIC/σt)2。裂纹尖端变形以拉伸为主,剪切为辅,拉伸变形起始时刻的范围分布于峰值载荷的27.71%~57.26%,剪切变形起始时刻的范围分布于峰值载荷的72.88%~92.40%,裂纹尖端的拉伸变形发生时刻优先于剪切变形。层理角度为0°和45°试样各环向测量线上的应变场分布呈类似洋葱切面纹理分布,而90°试样的最大主应变监测值在大部分测量角度呈波动无序分布。无烟煤试样FPZ尖端各方向发散测线上,应变增加梯度并不相同。