煤与污泥共气化过程中矿物转化及结渣特性分析实验设计

该文设计了一个煤与生活污泥共气化过程中矿物转化及结渣特性分析研究实验。该实验涉及煤与污泥混合样品结渣特性、灰熔融特性及共气化过程中矿物转化等方面的研究。以典型无烟煤和生活污泥为原料,利用碱酸比、硅铝比等指数对其结渣特性进行了评价,采用X射线衍射仪与傅里叶红外光谱仪对混合样共气化过程中的矿物相进行了表征。实验结果表明,生活污泥掺量超过50%会导致混合样结渣严重;污泥掺量增大使混合样灰熔融温度降低,掺量为20%时降低效果最显著。与氧化气氛相比,弱还原气氛下掺混更少的污泥即可生成较多的钙长石,从而导致熔融温度降低。通过该实验,能够使学生了解研究含碳固体废物共气化特性的基本方法,培养他们在含碳固废资源化高效利用方面的创新能力。

某300 MW循环流化床煤电机组灵活性运行技术探讨

为实现“双碳”目标,缓解高比例新能源并入电网后的调峰压力,提升煤电机组灵活性,对循环流化床热电联产机组灵活性技术的实施方案进行了探讨。以山西某电厂2×300 MW亚临界循环流化床机组为例,分别从供热期、非供热期以及全时段的角度出发,开展了煤电灵活性运行研究。在供热期开展的灵活性改造,采用低压缸微出力、高低旁路联合供热和电锅炉等多种调峰技术联合实施及综合改造技术路线,提高了循环流化床煤电机组供热期灵活性运行能力;针对热电联产煤电机组在非供热期调峰不足的缺陷,采用高参数蓄热态蓄热方式的压火调峰技术,进行了焖炉压火近零深度调峰试验和探讨;同时结合该电厂在全年可开展应用的工业园区间接调峰技术,提出了300 MW亚临界循环流化床煤电机组灵活性提升综合改造技术路线。总之,循环流化床热电联产机组在供热期可以通过低压缸微出力运行供热改造技术,高、低压旁路联合供热技术以及电锅炉技术提高机组运行灵活性。压火调峰技术为循环流化床热电联产机组在非供热期提升灵活性提供了参考路径,该技术实施与机组设备状态、辅机配置、设备可控性自动化水平有紧密关系,提高煤电机组运行水平及可控性是实现机组运行灵活性的基本要求。工业园区内供汽可在全年间接实现调峰,联合供热期和非供热期调峰技术进一步完善了CFB煤电机组灵活性提升综合改造路线,为有需要提高运行灵活性的循环流化床热电联产煤电机组提供了技术参考。

城市生活垃圾焚烧飞灰组成特性及重金属熔融固化处理技术研究进展

近年来,我国城市生活垃圾清运量以每年5%左右的增速发展,垃圾焚烧处理能力不断提升,而垃圾焚烧过程会产生占焚烧总量3%~5%的垃圾焚烧飞灰。随着垃圾焚烧处理能力的不断提升,垃圾飞灰产量逐年增加,飞灰处置压力越来越大。城市生活垃圾焚烧飞灰作为一种高重金属浸出毒性的危险废弃物,对环境存在较大危害。论述了城市生活垃圾焚烧飞灰的组成特性及重金属的分布和性质,从飞灰熔融过程原理、重金属转化特性、重金属固化影响因素等方面阐述了熔融处理垃圾飞灰技术的研究进展,探究了飞灰组分和熔融条件对熔融过程及重金属固化效果的影响。论述了等离子熔融技术和熔融固化重金属的效果,最后对飞灰复配熔融及冷却过程优化处理给出参考性建议,并指出飞灰熔融处理技术未来发展方向。垃圾焚烧飞灰中重金属主要以其氧化物、氯化物、硫酸盐形式存在,熔融处理可以改变飞灰组分及相态,使飞灰发生多晶转变和熔融相变过程,重金属离子发生同晶置换反应,被固化在硅酸盐的Si—O四面体晶格结构中,很大程度上降低了飞灰的浸出毒性并实现熔渣资源化利用。熔融处理过程中,熔融气氛、时间及飞灰组分对过程特性和重金属的迁移转化影响较大,冷却方式不同会影响玻璃体熔渣的物理性质。根据重金属的熔点和沸点特性,在熔融处理后,烟气和二次飞灰中会携带部分挥发性强、沸点低的重金属。在今后研究中需要对烟气和二次飞灰进行冷却或二次捕集处理,并对烟气成分进行探究。由于熔融处理过程耗能大、投资高、关键设备研发难攻关,我国垃圾焚烧飞灰熔融处理技术仍处于技术研发阶段,尚无稳定化工业运行实例,但已有部分中试研究试验。熔融处理前,应先分析飞灰组成成分,根据飞灰组成进行预处理。通过添加助熔剂、调节飞灰碱度对飞灰进行复配熔融处理,降低熔融处理的能耗,高效稳定处理重金属。在实验室稳定有效试验的基础上,可以对等离子体熔融处理装置进行技术改进和创新,提高等离子火焰稳定性,实现熔渣的高效分离,提升装置耐久性。

煤矸石的流态化冷态模拟实验研究

进行了煤矸石颗粒流态化冷态实验,研究了分布板开孔率、料层厚度、颗粒性质对煤矸石临界流化特性及流化质量的影响,结果表明:直流式分布板的开孔率及床内料层厚度对煤矸石的临界流化特性影响不大,两种煤矸石颗粒均为B类颗粒,其临界流化速度分别为0.16m/s和0.14m/s,采用Babu公式可以很好的预测煤矸石的临界流化速度;分布板开孔率、料层厚度及颗粒性质均对煤矸石颗粒的流化质量有影响,适宜的操作气速应为临界流化速度的1.5倍。

高校实验室开展实验内容风险评价工作的探讨

进行实验内容风险评价工作是实验室安全管理工作的重要组成部分,高校实验室在实验内容风险评价工作方面存在管理机构体制不科学、科研单位安全意识淡薄和安全评价制度不完善等问题.高校管理层面完善实验风险评价制度、研究机构强化风险评价管理措施,可提高实验室人员安全准入门槛,实现实验过程全程监管,有利于高校实验室安全管理工作的顺利开展,营造安全、科学、有序的科学研究氛围,进而推动高校各项事业可持续发展和全社会科技进步.

高温下多种工业固体废弃物复配体系的熔融特性研究

以粉煤灰、煤矸石、电石渣、镁渣和赤泥等五种工业固体废弃物为原料,按照不同酸度系数进行复配,分别采用灰熔融温度测定仪和高温黏度测定仪测定了高温下复配样品的熔融特征温度和黏度变化。结果发现,酸度系数在0.95~1.19范围内时,熔融特征温度随酸度系数的增大而升高;在酸度系数较大时,酸度系数对熔融温度的影响更为明显;熔体的黏度随温度降低而增加;当黏度在0~1000 m Pa·s范围内,随样品中Fe2O3含量增加,熔体黏度随温度的变化速度降低。

燃煤发电行业低碳化发展路径分析

在加快推动生态文明建设和“碳达峰、碳中和”目标的共同要求下,燃煤发电行业迫切需要进行转型改革,实现绿色低碳化发展,提升未来在新型电力系统中的竞争力。讨论了燃煤发电行业在双碳背景下进行碳减排面临的三大挑战,包括燃煤发电行业传统设计参数、新能源装机容量、电力系统安全性。重点阐述了燃煤发电行业实现由提供基荷电源向调节性电源转变,在新型电力系统中发挥压舱石和稳定器的作用,保障电力系统供应安全。为解决电力系统稳定性和低碳化发展之间的矛盾,需从多角度分析燃煤发电行业低碳化发展路径。从发电机组现状、煤燃料和燃烧、洁净煤发电技术、碳捕集、碳交易和现货交易等不同角度剖析了燃煤发电行业在低碳化转型发展中可采取的路径,为燃煤发电行业进行低碳减排转型发展提供不同参考方向,同时在双碳背景下,将为面临淘汰困境的燃煤发电行业争取更多的生存机会。值得注意的是这些低碳转型发展路径也需政府有关部门出台相关政策提供支持,如经常开展政企合作,燃煤发电行业才能尽快实现高效绿色低碳化转型发展。

脱硫废水浓缩滤液烟气旁路蒸发喷枪设计及系统运行优化

烟气旁路蒸发系统在脱硫废水零排放中的应用越来越广泛,但脱硫废水浓缩滤液含盐量高、腐蚀性强、硬度大,旁路蒸发处理过程易堵塞喷枪喷嘴。试验确定了喷枪尺寸参数,解决了滤液堵塞喷枪喷嘴的问题;根据喷枪喷射特性设计蒸发器尺寸并完成旁路蒸发系统。现场实际运行发现,高温烟气量约为理论计算的1.06~1.20倍,可通过蒸发器测温系统判断滤液雾化蒸发效果和蒸发器堵塞情况,当出现积灰时,启动振打除灰和吹灰系统。投入蒸发器系统后,除尘器入口烟温平均升高3.6℃,对除尘器除尘效率无影响。

垃圾焚烧飞灰复配焦粉熔融过程特性及节能优化

近年来,我国生活垃圾无害化处理能力逐年提升,生活垃圾焚烧处理量逐步加大,垃圾飞灰量也显著增加。将工业副产焦粉与垃圾焚烧飞灰复配熔融处理,利用焦粉燃烧为熔融过程提供部分热量,降低垃圾飞灰熔融处置过程能耗。通过分析熔渣物相组成、微观形貌及重金属浸出特性,探究不同复配比例及冷却条件下,熔融过程特性及熔渣中重金属固化效果。根据实验室复配熔融优化条件,通过Aspen Plus搭建熔融过程模型,模拟飞灰、焦粉不同配比下的熔融过程,计算全过程能耗,得出复配熔融处理工艺优化条件。为有效降低垃圾焚烧飞灰熔融处理能耗、实现大范围工业化应用提供技术支撑。

高传质快速响应的循环流化床炉内脱硫研究

为应对当前火电机组变负荷运行引起的炉内SO2生成浓度变化幅度大的现状,实现炉内脱硫高效快速响应,以某350 MW循环流化床锅炉为研究对象,将炉内喷钙位置由回料腿改造为二次风管,通过试验对比了不同喷钙位置对炉内脱硫效率及脱硫响应时间的影响。结果表明,在190 MW、250 MW负荷下,相比于回料腿喷钙,二次风管喷钙可使锅炉出口SO2浓度分别降低103 mg/Nm^(3)、226 mg/Nm^(3),脱硫效率分别从89.99%、88.53%提高到91.52%、91.78%;回料腿喷钙脱硫响应时间为3 min,而二次风管脱硫响应时间仅为1 min。相比于回料腿喷钙,采用二次风管喷钙的炉内脱硫方式既可提高炉内脱硫效率,又可大大缩短炉内脱硫响应时间。实际运行中,可优先选择二次风管给料方式进行炉内脱硫。

活化煤矸石酸浸过程中金属离子的溶出

以HCl作为酸浸介质,考察热活化及碳酸钠助剂+热活化耦合活化两种活化方式下,煤矸石物料在酸浸过程中Al,Fe,Ca,Mg,K和Ti等金属离子的溶出活性,采用X射线衍射光谱(XRD)和红外光谱(IR)对活化前后的物料及酸浸渣进行矿物组成和微观结构表征,并根据金属在煤矸石中的矿物存在形态对金属离子的溶出活性进行解释.结果表明,在750℃热活化作用下,煤矸石中Al,Fe,Ca和Mg大量溶出,K的溶出率很低,Ti基本上不溶出;加碳酸钠助剂活化不仅有利于Al的溶出,同时滤液中金属离子K,Ti和Na也大量溶出,增加了滤液分离提纯和铝产品制备的难度.此外还研究了煤矸石热活化-酸浸工艺过程中金属离子的溶出规律,提出了酸浸预除杂的措施.

片层花状氧化镁的制备及其吸附性能研究

本文以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为结构导向剂,利用尿素在高温条件下受热分解生成的二氧化碳与氯化镁反应,通过层-层自组装制备出具有片层花状结构的氧化镁,并以其对含Pb(Ⅱ)溶液的吸附为探针反应,研究其对重金属离子的吸附性能。实验结果表明,所制备氧化镁的前驱体为碱式碳酸镁;经过600℃焙烧后,得到的片层花状氧化镁比表面积大于60 m2.g-1,具有良好的吸附性能;对含Pb(II)溶液的吸附过程符合Langmuir等温吸附,最大吸附量达到320 mg.g-1。

不同负荷下循环流化床锅炉粉煤灰的理化性质研究

为拓展循环流化床锅炉粉煤灰的利用途径,开发粉煤灰综合利用技术,研究了不同负荷下循环流化床(CFB)锅炉粉煤灰的粒径分布、化学组成、物相组成、Al_2O_3溶出特性和微观形貌等理化性质,考察了锅炉负荷对粉煤灰理化性质的影响。结果显示,CFB锅炉负荷对粉煤灰的粒径分布、化学组成和物相组成等性质影响较小,对粉煤灰中Al_2O_3溶出率影响较大,Al_2O_3溶出率与样品颗粒的微观形貌有关,颗粒表面孔隙和裂缝越多,Al_2O_3溶出率越高。CFB锅炉粉煤灰中的无定形相含量较高,在70%以上;CaO在粉煤灰中的主要存在形式有3种:硬石膏、生石灰和无定形CaO。Al_2O_3均是以无定形氧化物的形式存在,煤样中的Al_2O_3在燃烧过程中更容易以飞灰的形式排出;石英和硬石膏更容易以底渣的形式排出。

煤泥用于流化床燃烧时的结团过程研究

循环流化床燃烧是煤泥利用的主要方式之一,湿煤泥入炉后的凝聚结团现象具有两面性,对煤泥在循化流化床中的稳定燃烧至关重要。为了探究煤泥结团过程的机理,为煤泥的高效利用提供理论指导,笔者分别从时间和空间两个角度,对煤泥团在入炉后抗压强度、水分、矿物及官能团随时间的变化以及煤泥柱外部、中部及内部的变化进行研究。抗压强度是衡量结团强度的重要指标,结果表明,煤泥柱的抗压强度随停留时间的延长呈先增大后降低的趋势,结合对煤泥不同时间正面及剖面的观察以及不同时间水分、矿物质种类及官能团变化的结果,分析认为,0~30 s时,煤泥柱抗压强度增加主要与水分蒸发有关;30~90 s时,抗压强度的变化可能不仅与水分有关,还与高温下的热解及热分解有关;90~210 s时,抗压强度迅速增加,与矿物质和官能团的变化有关,但也可能与挥发分析出过程中产生的中间相有关。温度是影响煤泥凝聚结团的重要因素,炉温较低时,水分和挥发分析出较缓慢,不利于中间相发育,故抗压强度相对较低,在一定范围内抗压强度随炉温的升高而增大,但炉温过高,引起挥发分快速析出,可能抑制中间相的发育而影响抗压强度,因此合适的炉温利于中间相的形成,促进抗压强度的增加,850℃可使煤泥达到相对较高的抗压强度。

超高温等离子体气化熔融对垃圾焚烧飞灰的影响

近年来我国垃圾焚烧无害化处理量逐年递增,伴随垃圾焚烧后产生的飞灰量日益增长,而飞灰中的重金属等有害物质会污染环境。以太原市某垃圾发电厂产生的垃圾焚烧飞灰为研究对象,在中试现场利用超高温等离子体气化熔融炉在1700℃下分别对灰/焦(6∶1)和灰/焦(9∶1)的样品进行熔融处理,利用XRF、XRD和SEM-EDS对垃圾焚烧飞灰和熔融后的玻璃熔渣进行物质组成、微观结构和元素分布的表征与分析。研究表明,垃圾焚烧飞灰中的金属氯化物多以NaCl、KCl等形式存在,占飞灰组分的5%左右,高温熔融有助于垃圾焚烧飞灰中氯盐的气化,降低垃圾焚烧飞灰中氯盐含量。飞灰多以絮状和球状为主,表面富集了众多金属元素,高温熔融可以对飞灰中酸性氧化物SiO_(2)进行重组,实现对重金属的包裹。熔融后的玻璃熔渣浸出量低于各国浸出毒性标准。在1700℃下高温熔融会使炉体内部的耐高温材料ZrO_(2)发生脱落,缩短使用周期。碱度系数是影响熔融温度的主要原因,适当减小碱度系数可以降低熔融温度,需要进一步调整碱度系数从而降低炉内熔融温度,延长ZrO_(2)的使用寿命。因此,熔融处理前,可测定样品的灰熔点特征温度,据此设定熔融炉的熔融温度,避免因温度过高导致隔热材料的脱落。

煤与生物质混合燃烧特性实验设计

该文设计了一种煤与生物质混合燃烧性能、燃烧效率研究实验。该实验涉及煤与生物质混合样品制备、混合样品燃烧过程参数采集和气体产物检测等方面。以典型无烟煤和玉米秆为原料,采用同步热分析与气体质谱仪联用方法分析混合燃料在燃烧过程中质量、热量及烟气变化情况。结果表明,在混合燃烧过程中,玉米秆可以改善无烟煤的燃烧性能,并提高无烟煤燃烧效率。通过该实验,使学生了解研究含碳固体燃料燃烧基本方法,培养学生对一次能源高效利用的创新能力。

焦炭矿物质对燃料氮转化及NO异相还原影响机制研究进展

焦炭氮转化及焦炭异相还原NO是燃煤锅炉中含氮组分转化的关键环节,而焦炭中的矿物质对二者有显著催化作用。本文总结实验和量子化学计算相关研究,总结煤种、矿物质分散度、流动性对矿物质催化焦炭氮转化,以及焦炭异相还原NO的影响。综合已有研究,Ca存在形式及分散度都影响HCN和NH_(3)的分布,对NO_(x)生成表现出促进和抑制双重作用。Fe在焦炭异相还原NO的反应中表现出优异的催化性能。关于量化计算,需要探索能够采用更复杂焦炭分子模型并引入元素化合物进行计算的可行方法,系统探究各矿物质之间协同作用,完善矿物质催化作用机理。

碱激发镁渣胶凝特性实验设计

该文设计了一种碱激发镁渣胶凝特性研究实验。实验涉及镁渣原材料分析、碱激发剂配制方法、碱激发剂与镁渣混合样品制备、碱激发镁渣胶凝材料的养护和性能表征测试等方面。以炼镁企业排放自冷渣为原料,采用单一和复合碱激发方式对镁渣进行处理,分析反应过程中水化产物、水化程度及影响镁渣胶凝特性的因素。结果表明,单一碱激发剂对提高镁渣胶凝活性的效果较差,养护28 d最高强度为3.0 MPa;利用水玻璃复合激发剂对镁渣激发,其胶凝活性有明显的提高,养护28d最高强度为26.1MPa。通过该实验,可使学生了解研究固废镁渣的高值化利用方法,培养学生对固废资源化高效利用的创新能力。

煤矿松软煤层固化密封材料的工业化试验研究

针对煤质松软的煤层巷道掘进采煤过程中巷道头、新掘进的巷道帮、顶煤壁间会释放出大量瓦斯气体的问题,以潞安余吾煤矿S2107工作面的回风顺槽为研究对象,将研发的以水泥、粉煤灰作为粉体材料的固化密封材料的进行了煤矿井下巷道喷涂试验。结果表明:该固化密封喷涂材料喷涂在巷道表面后,会在煤壁表面固化,在煤壁表面形成一层致密的保护层,降低了巷道四周的透气性系数,延缓了瓦斯向巷道空间的运移;同时还阻碍了煤壁内的瓦斯气体向巷道内涌出及巷道内的混合气体进入煤,降低了瓦斯涌出强度,且该材料的生产成本较低,有较好的工业化应用前景。

不同炉型潞安煤灰理化及酸/碱溶解特性

对潞安煤经循环流化床、煤粉炉和气化炉处理后得到的煤灰进行了化学组成、矿物组成、特征基团、粒径分布、比表面积及微观形貌等理化性质的对比研究,并考察了其在酸浸和碱浸过程中Al^3+,Si^4+,Fe^3+,Ca^2+,K^+和Ti^4+等离子的溶解特性。结果表明:不同炉型潞安煤灰中铝、钙、硫等元素的含量有明显的差异;矿物组成包括晶相的鳞石英、方石英、莫来石、硬石膏及非晶相的偏高岭石、假莫来石、无定型二氧化硅等;相比较而言,气化炉灰中铝硅酸盐矿物结构更加不稳定。循环流化床灰颗粒呈具有一定孔洞结构的不规则状,而煤粉炉灰和气化炉灰均为光滑球形颗粒,循环流化床灰的粒径>煤粉炉灰的粒径>气化炉灰的粒径,循环流化床灰的比表面积>气化炉灰的比表面积>煤粉炉灰的比表面积。在HCl溶液中,Al^3+,Fe^3+,Ca^2+,K^+,Ti^4+的溶出率均较高;在NaOH溶液中,仅Si^4+和K^+的溶出率较高。不同炉型潞安煤灰中各元素的溶出率具有较大差异,主要与其矿物组成、结构稳定性、粒径和比表面积等相关。