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煤炭学报
煤炭学报

刘峰

月刊

0253-9993

mtxb@vip.163.com

010-84262930

100013

北京和平里青年沟东路5号煤科院内

煤炭学报/Journal Journal of China Coal SocietyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《煤炭学报》于1964年创刊，为季刊。1966年停刊，1979年复刊， 1993年改为双月刊，1995年改为大16开本，并申办创刊了《煤炭学报》英文版《Journal of Coal Science & Engineering(China) 》，半年刊。《煤炭学报》是中国煤炭学会主办的煤炭系统最高水平的综合性学术刊物，现为双月刊，112页。主要刊载与煤炭科学技术相关的基础理论和重大工程研究的理论成果，包括煤田地质学、矿山岩体力学、采矿工程、煤矿安全、环境保护、煤矿机电一体化、煤的加工与利用、煤炭经济研究等领域的学术论文。30多年来，为传播煤炭科学技术起到了重要的作用。 多年来，《煤炭学报》一直以“登一流文章，创一流期刊”为指导思想，培养了一支基础理论知识扎实、专业水平高的稳定的编辑队伍，使《煤炭学报》质量逐步提高。《煤炭学报》1992年荣获全国第一届优秀科技期刊评比二等奖，获中国科协优秀科技期刊二等奖；1997年获全国第二届优秀科技期刊评比一等奖，获中国科协优秀科技期刊一等奖；1999年荣获首届中国期刊奖；2001年入选“中国期刊方阵”,并被评为“双奖期刊”。《煤炭学报》在包括10名中国科学院、中国工程院院士的编委会领导下，每年都制定了明确的报道重点，使刊物能紧紧围绕煤炭重大科技攻关项目发表相关的基础理论论文。《煤炭学报》发表的论文反映了煤炭科学技术的最新研究成果，起到了促进煤炭科学技术交流和发展的龙头作用，为繁荣煤炭科学技术事业作出了重要贡献。《煤炭学报》被国内外近20家数据库和文摘期刊所收录，如IEA Coal Abstract CD-ROOM（美国）、 Ei Page One、美国的能源科学与技术数据库、美国地质文摘、中国科学技术期刊文摘数据库、中国科学引文数据库、日本科学技术文摘速报、РЖ、Coal Highlights（英国）、Geological Abstract（英国）、Geomechanics Abstracts（英国）、中国学术期刊文摘、中国力学文摘、矿业文摘等等。
正式出版
收录年代

    生物质锅炉中温受热面碱蒸气冷凝与飞灰黏附多重结渣模拟

    邱桐禹宿海宁孙裕庭朱轶铭...
    4169-4176页
    查看更多>>摘要：生物质作为CO2 零排放的清洁可再生能源，在部分替代化石燃料用于燃烧发电的领域具有良好的应用价值。但生物质燃料普遍含有大量碱金属成分，在燃烧过程中易于以气相形式析出凝结在受热面形成有黏性的初始沉积层，强化壁面对烟气中飞灰颗粒的捕获，导致锅炉受热面结渣情况进一步恶化。针对以上问题，利用Factsage软件计算生物质锅炉中温过热器初始沉积层黏附特性，结合临界速度模型，建立综合考虑KCl冷凝-飞灰捕捉的受热面结渣综合模型;利用AN-SYS FLUENT软件编写用户自定义函数(UDF)，对生物质锅炉中温过热器受热面沾污行为进行模拟研究，并与现场采样结果对比验证模型准确性。结果表明，中温过热器区域的沉积速率与取样结果相吻合;壁面温度升高对飞灰碰撞效率影响较小，但抑制KCl冷凝导致总沉积量降低;烟气入口速度变化影响KCl冷凝和飞灰碰撞效率，大颗粒(50、80 μm)碰撞效率随烟气速度增大而增大，而10 μm小颗粒更易被粘性壁面捕获，导致沉积效率更高;相同烟气入口速度下，粒径50 μm和 80 μm飞灰为主要沉积;总体上，碱蒸气冷凝在中温过热器区域结渣过程贡献显著，KCl直接冷凝在壁面的沉积质量占总沉积质量的 5。41%，黏性沉积表面捕获飞灰颗粒沉积质量占 19。24%。模型适用于生物质锅炉以中温过热器为代表的中温受热面(约700℃)积灰沾污预测。

    生物质积灰沾污气相冷凝初始沉积层结渣预测

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    啤酒糟流化床气化中颗粒粒径对气固流动和产气影响的CPFD模拟

    国洪帅姜华伟杨海瑞王翠苹...
    4177-4187页
    查看更多>>摘要：我国酿酒工业每年产生大量废弃啤酒糟，其具有挥发分含量高、硫含量低的特点，特别适合作为气化原料，而流化床气化炉以优异的气固混合和温度均匀性而著称，通过流化床气化实现啤酒糟的资源化和能源化利用具有重要意义。为探究啤酒糟流化床气化过程中颗粒粒径对气固流动行为和产气的影响，基于计算颗粒流体动力学(CPFD)方法，对以空气和水蒸气为气化剂的啤酒糟鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟，研究了床料粒径和啤酒糟粒径的影响。通过CPFD数值模拟，获得了鼓泡流化床气化炉内颗粒体积分数分布、酒糟和床料的颗粒分布等流动特征，以及产气中主要气体组分的摩尔分数。借助鼓泡流化床气化实验装置，研究了床料粒径和啤酒糟粒径对产气中各气体组分体积分数的影响规律，并对数值模拟结果进行了验证。结果表明，床料粒径的增加不利于气化炉内的充分流态化和颗粒混合，使气化炉内温度沿高度的分布不均匀，并且不利于碳颗粒和水蒸气的充分混合以及气固反应和气相反应的均匀吸放热，造成H2 摩尔分数显著降低;啤酒糟粒径的适当增大有助于延长其在气化炉内的停留时间，从而提高固态碳与水蒸气、二氧化碳之间的反应转化率，生成更多的H2 和CO，但过大的啤酒糟粒径会造成啤酒糟和床料的混合较差，使啤酒糟比表面积减小，不利于热解和气化反应，导致H2、CO、CH4 和NH3 等可燃组分的摩尔分数均降低。

    流化床气化啤酒糟床料计算颗粒流体动力学颗粒粒径

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    退役晶硅光伏组件解离与资源化研究进展

    王敏胡中发白冰陈佩...
    4188-4202页
    查看更多>>摘要：近年来，全球光伏产业蓬勃发展，光伏装机量快速攀升。光伏发电碳排放较传统化石能源发电仅为 10%。然而，太阳能光伏板的使用寿命仅为 20～25 a，随着首批光伏组件达到其寿命极限，世界各地将陆续迎来光伏组件的"退役潮"。实现退役光伏组件无害化绿色处置并回收利用光伏组件中的二次能源是光伏产业可持续发展的关键环节。目前主流的晶硅光伏组件主要由光伏玻璃、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)胶膜、晶硅电池片和含氟背板组成。完整的光伏玻璃和晶硅电池片具有较高的经济价值，因此如何选择性去除EVA胶膜和含氟背板是退役光伏组件回收再利用的重要步骤。基于此，首先简要介绍了晶硅光伏组件各部分的结构和用途，并根据各部分的物理化学特性，从光伏组件回收完整性的角度详细分析了包括热法处置、物理分离和化学解离在内的各类工艺的优缺点。已有研究表明，退役晶硅光伏组件回收难点集中在以下 3个方面:高效低污染、低能耗地去除EVA胶膜、背板中含氟物质的无害化处置以及晶硅电池片上热解残碳的脱除。针对上述难点，展望了未来退役光伏组件回收技术的发展趋势，并对我国退役光伏组件回收技术研究与设计提出了合理建议。

    退役光伏组件EVA去除含氟背板晶硅电池资源回收

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    直接空气捕集CO2典型工艺与关键装置开发进展

    余斌鹏谈磊王鼎王利民...
    4203-4221页
    查看更多>>摘要：常规的碳捕集与封存技术和碳捕集、利用与封存技术多针对固定源排放CO2，直接空气捕集CO2(Direct Air Capture，DAC)技术作为一种新兴的负碳排放技术可对分布源排放的CO2 进行捕集，进一步降低全球大气CO2 体积分数。介绍了DAC典型液体吸收工艺、固体吸附工艺的发展过程及相关示范项目建设情况，分析了新兴DAC工艺的技术特点，探讨了现有DAC工艺关键装置方案和未来发展趋势。DAC液体吸收工艺具有吸收剂原料成本较低、选择性较高的特点，可实现大规模连续化捕集，但再生过程中能耗较高。DAC固体吸附工艺具有模块化、投资成本较低的特点，且再生过程能耗相对较低，但需要定期对吸附材料更换和吸附设备维护，适用于较小规模的DAC应用场景。对 2种典型DAC工艺吸收/吸附材料进行了概述。DAC电振荡吸附工艺中CO2 在固体电极中发生化学反应被捕集，并通过外加电场改变固体电极极性实现CO2 脱附，该工艺具有比基于热量或压力的分离过程更高的效率。空气中CO2 选择透过DAC分离膜从而实现了高效碳捕集。DAC变湿吸附工艺通过湿度的改变实现CO2 的吸脱附，突破了常规变温/变压吸附的高能耗限制等问题。DAC生物吸收工艺通过藻类生物的光合作用将CO2 吸收固定。基于双功能催化剂的DAC工艺可以在一个综合过程中实现CO2 的捕集与催化，节省了CO2 捕集后的运输与存储成本。DAC液体吸收工艺的关键装置为空气接触器、颗粒反应器、煅烧炉和熟化器，其中空气接触器开发的核心在于提高气液接触效率，减少喷淋过程中的水分损失和减轻设备腐蚀，颗粒反应器和熟化器开发的关键在于提高固液两相物料的接触效率以及反应后的固液分离效率。DAC固体吸附工艺由引风模块、吸附/再生模块、供能再生模块和CO2 压缩模块组成的模块化装置组成，其中优化吸附模块的核心在于提高气固传质速率、调谐CO2 捕集效率、降低压降;并基于不同应用场景工艺需求选择合适的再生系统或利用清洁能源，优化DAC工艺过程和开发高性能的DAC核心装置至关重要。

    直接空气捕碳技术碳中和液体吸收固体吸附吸附剂再生吸附装置

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    超临界CO2发泡混凝土的制备及固碳性能研究

    他旭鹏张源万志军曹钊...
    4222-4234页
    查看更多>>摘要：实现绿色低碳是推动煤炭产业高质量发展的必然选择。为了实现这一目标，提出一种采用超临界CO2 相变发泡技术制备泡沫混凝土的方法，制备了一种兼具高孔隙结构和固碳能力的硅酸盐水泥基超临界CO2 发泡混凝土。研究了超临界CO2 对材料干密度、孔隙结构和固碳能力的影响规律及作用机制。结果表明:超临界CO2 相变发泡混凝土制备过程是考虑硅酸盐水泥特性及其与CO2 矿化反应特性的温压动态协调过程。利用超临界CO2 相变发泡技术制备硅酸盐水泥基泡沫混凝土机理可分为CO2-水泥浆液共存、CO2-水泥浆液共溶、超临界CO2-水泥浆液共溶、卸压发泡4个阶段。提高实验压力可以增大超临界CO2-混凝土体系中的CO2 质量分数，降低超临界CO2 发泡混凝土的干密度，超临界 CO2 发泡混凝土干密度为 787。14～993。52 kg/m3，变化范围为8。28%～19。20%。超临界CO2 发泡混凝土孔隙率的发展受CO2 在超临界CO2-混凝土体系中的扩散—溶解—反应行为影响，其孔隙率为 47。87%～89。79%，增大实验压力，优化保压时间是制备高孔隙率超临界CO2 发泡混凝土的发展方向。超临界CO2 发泡混凝土泡孔总体呈均匀、规则、独立的圆孔，其孔径大致相同，约为 0。2 mm。增大实验压力可以促进CO2 矿化反应程度，有效优化泡孔结构及分布密度。每吨超临界CO2 发泡混凝土骨架固碳率为6。32%～10。36%，泡孔储碳量为0。98～2。27 kg，具有明显的固碳潜力，但其制备工艺及参数仍需进一步改善。超临界CO2 发泡混凝土有望发展为一种近零碳矿用功能性材料，对实现煤电一体化基地源头减碳意义重大。

    绿色低碳超临界二氧化碳矿化封存泡沫混凝土矿用材料

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    扩散作用控制下CO2矿化封存实验及模拟研究

    王晓文凯星石祥超吴彬...
    4235-4251页
    查看更多>>摘要：玄武岩地层由于富含钙、镁、铁等二价金属元素，能够通过高效的矿化反应将注入的CO2转化为碳酸盐岩，实现CO2 安全有效的永久封存。但围绕CO2 矿化封存机制的研究尚不完善，多数研究忽略了扩散作用对CO2 矿化机制的影响。通过试管填充及烧杯平铺实验，开展了不同矿物、不同粒径及不同反应时间下的CO2-水-岩反应，并对反应后岩样开展多维度分析，包括拉曼光谱、无机碳含量以及SEM-EDS等，从而阐明了扩散作用在CO2 矿化封存中的重要性以及扩散作用控制下CO2 矿化产物的时空演变规律。同时，通过TOUGHREACT建立了扩散作用控制的试管填充实验的数值模拟模型，并通过与物理实验结果拟合，确保数值模拟模型的准确性。在此基础上，开展了更多影响因素的作用规律研究，并为物理实验现象提供机理解释。结合物理实验及数值模拟结果表明:①在不存在扩散作用的烧杯平铺实验中，反应 14d后无矿化产物，28 d后仅有微量菱镁矿生成。②相反，在扩散作用控制下的试管填充实验中，橄榄石填充管中的主要的沉淀物是菱镁矿，天然玄武岩填充管中的沉淀物以方解石、菱铁矿为主，菱镁矿为辅。在相同矿物粒径、相同反应时间下，天然玄武岩中CO2 矿化速率远小于橄榄石，这是由于橄榄石与玄武岩其他组成矿物相比溶解速度最快。③在橄榄石或玄武岩填充管中，碳酸盐沉淀物沿填充管均呈非均匀分布。通过数值模拟解释了造成这一现象的根本原因，即在扩散作用控制下，填充床中H+、DIC(Dis-solved Inorganic Carbon)以及二价金属阳离子存在浓度梯度，且浓度梯度方向不同。④矿物比表面积对CO2-水-岩反应有显著影响，不仅影响矿化效率而且影响矿化产物空间分布，并最终影响反应后多孔介质孔隙度分布。⑤与压力相比，温度对CO2 矿化的影响更大;当温度从 65℃升高到85℃时，方解石、菱铁矿及碳酸盐沉淀总量明显增加，但从 85℃升高 100℃，仅菱镁矿沉淀量增加明显。压力对方解石沉淀的形成影响较小，而对菱镁矿及菱铁矿的形成几乎没有影响。

    CO2矿化封存玄武岩橄榄石扩散作用数值模拟

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    新型燃煤电厂发电-脱碳-供热一体化的耦合系统

    徐熙然汪若凡李珏陈海军...
    4252-4262页
    查看更多>>摘要：伴随着能源需求的提高，所伴随而来的环境问题也日益加剧，燃烧产生的CO2 便是温室气体的直接来源，其中燃煤电厂是主要碳排放源，且在生产过程中产生大量的余热。燃煤电厂脱碳系统和热电联产系统对热源温度要求相近，针对这一特性，可以在控制燃煤电厂的碳排放量的同时，对其过程中产生的余热进行回收利用，提高系统的供热能力。基于燃煤电厂发电系统、固体胺吸收剂脱碳系统以及一次/二次供热系统，创新性地提出了一种发电-脱碳-供热一体化的耦合系统。引入背压式供热汽轮机和背压式脱碳汽轮机取代低压汽轮机，以背压式供热汽轮机和背压式脱碳汽轮机的排汽分别给供热过程和脱碳过程提供热源，在保证脱碳能力的前提下显著降低了耦合系统的发电能力损失。为再进一步提高耦合系统的热力性能，采用吸收式换热技术高效回收脱碳系统释放的低温余热，提高耦合系统的供热能力。计算结果显示，新型发电-脱碳-供热一体化的耦合系统回收了 90%以上脱碳系统释放的低温余热，系统的供热能力由 785。06 MW提升至1288。94 MW，供热能力升高65%，节能效果显著。

    燃烧后CO2捕集热电联产余热回收吸收式换热碳中和

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    微米级蜂窝状软木多孔炭的制备及吸附四环素的性能

    张己召王启航李承禹何丹味...
    4263-4275页
    查看更多>>摘要：以工业废弃软木颗粒为原料，KHC2O4 为活化剂，采用一步法慢速热解、活化得到具有蜂窝状结构的分级多孔活性炭KHBC，并将其应用于吸附水体中的盐酸四环素(TC)。通过拟合孔隙结构参数与四环素吸附量分析活性炭孔隙与吸附性能的关系，通过静态吸附实验探究初始pH、温度、初始质量浓度、离子强度等因素对吸附性能的影响，利用SEM、FT-IR等技术对KHBC吸附前后的物理化学结构进行表征，建立活化工艺-软木活性炭孔隙结构-吸附性能间的相关关系。结果表明，活化温度和KHC2O4 添加比例的提高对比表面积和总孔体积有积极影响，并促进 2～5nm介孔的形成。比表面积和总孔体积与吸附TC容量间呈较强的线性关系，R2 分别为 0。985 2、0。958，2～5 nm介孔容积与TC吸附容量的R2 为 0。838 8。当活化温度为 900℃、活化剂添加比例为 5∶1时，得到的KHBC5-900比表面积高达 2 447 m2/g，2～5 nm的介孔明显增多，对水体中TC的吸附效果最好，其呈现微孔-介孔的孔径结构，在 45℃时吸附量高达 1 113。45 mg/g，25℃时吸附量高达 961。54 mg/g，5 min即可达吸附总量的 85%，1 h可达吸附平衡，是未活化BC-900吸附量(21。25 mg/g)的 46倍。且吸附能力几乎不受环境pH和离子强度的影响。KHBC5-900对TC的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，吸附过程是自发和吸热的，吸附机理表明，孔隙填充是主要的吸附机制，同时存在π-π相互作用和氢键相互作用。

    软木KHC2O4活性炭四环素吸附性能

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    非热等离子体强化Cu催化CO2加氢制甲醇机理探索

    陈玉民董永恒史承静孙龙坤...
    4276-4294页
    查看更多>>摘要：CO2 耦合绿氢制甲醇可同时实现CO2 规模转化利用和绿氢储存，甲醇可作为绿色低碳燃料或工业平台产品大规模应用，对推动碳捕集、利用与封存(CCUS)技术进一步发展具有重要意义。非热等离子体(NTP)能在温和条件下活化CO2 进行加氢反应，耦合催化剂后可实现甲醇等特定产物定向调控，但其反应机理亟待明确。基于此，结合介质阻挡放电(DBD)实验与连续脉冲等离子体反应动力学模拟，对NTP强化Cu/γ-Al2O3 催化CO2 加氢制甲醇反应机理和过程耦合规律进行研究。实验证明，NTP与 10%Cu/γ-Al2O3 耦合可在 80℃、0。1 MPa下实现 18。74%CO2 转化率和36。28%CH3OH选择性。放电参数在线监测和原位发射光谱(OES)测量结果表明，耦合Cu/γ-Al2O3 后局部放电增强，使得平均电子能量和密度增加促进CO、H生成并参与表面反应而消耗，导致光谱强度减弱。进一步由敏感性和 ROP分析发现，NTP中 H、CO等活性物质通过CO2(S)+H→COOH(S)、CO+H(S)→HCO(S)、CO(S)+H→HCO(S)、CH3O(S)+H→CH3OH(S)等 E-R反应替代对应高能垒L-H反应促进甲醇高效生成。分析反应路径得出，甲酸盐(HCOO*)路径是Cu/γ-Al2O3 表面甲醇生成主要路径，其中反应CH3O(S)+H(S)→CH3OH(S)+Cu(S)是最大限速步，RWGS+CO氢化路径中通过 CO2(S)→COOH(S)→CO(S)路线生成 CO(S)并快速脱附为降低CH3OH选择性重要因素。不确定性分析表明，虽然提高CO2 吸附速率可有效提高其转化率，但当H(S)不足时反而会增加CO选择性，最优CO2 和H2 吸附速率比为γ(H2)/γ(CO2)=7～8;提高CO(S)吸附稳定性并增强H2 电子碰撞解离以促进H生成，可提高CO(S)→HCO(S)、CH3O(S)→CH3OH(S)等速率，协同实现27。4%、51%的CO2 转化率和CH3OH选择性。

    等离子体催化CO2加氢绿色甲醇动力学计算发射光谱

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    深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测

    王猛朱斯陶李士栋李冬冬...
    4295-4310页
    查看更多>>摘要：煤矿深部开采除了面临"三高一扰动"之外，还面临井下腐蚀性大气和高应力、强扰动等因素共同形成的高应力腐蚀环境，井下大气腐蚀环境等级能达到CX(极高腐蚀)级。以山东巨野煤田深部矿井为工程背景，首先分析了深井开采高应力腐蚀特征及影响因素，对锚杆杆体材料开展实验和理论研究，揭示了高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理，推导了杆体强度劣化理论模型。①通过对杆体材料开展SEM、腐蚀SSRT和加速腐蚀实验发现:腐蚀会造成杆体材料的断后伸长率和断裂时间的衰减，相较于惰性条件分别减少了 8。22%和 8。34%;随腐蚀率增加，材料破坏形式由韧性破坏向脆性破坏转变，区域腐蚀类型逐渐由点蚀发展为均匀腐蚀。②结合实验结果、电化学理论与非均匀腐蚀模型，引入Pruckenr温度影响因子，推导出杆体材料强度劣化时变模型。深入探究该模型中服役环境温度T、杆体截面半径R和杆体材料常温腐蚀速率Vh，298K对杆体服役寿命的影响发现，R与服役寿命呈线性正相关;T和Vh，298K与服役寿命的关系表现为服役寿命衰减程度随影响因素水平升高而减小。③结合实验结果与锚杆防冲吸能原理，对巷道锚杆支护极限抗冲能力进行计算分析。结果表明，随锚杆腐蚀率增加，锚杆吸能减少，可抵抗最大震级降低，巷道动力失稳灾害发生风险增加。

    高应力腐蚀锚杆巷道支护深井煤矿强度劣化

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