华东理工大学资源与环境工程学院，上海 200030
以循环流化床灰(CFBA)取代煤粉炉粉煤灰(PFA)，研究不同CFBA取代量和水泥掺量对蒸压加气混凝土(AAC)抗压强度和干密度的影响，借助化学滴定、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)探究钙矾石(AFt)在AAC中延迟形成的特点。结果表明，CFBA取代40%(质量分数)PFA、水泥掺量为20.0%(质量分数)条件下，能够制备满足干密度级别B05和强度级别A3.5要求的AAC。当CFBA分别取代40% PFA、100% PFA后，未经蒸压处理的空气养护试样中AFt含量于7 d达到最大值，分别为7.71%(质量分数)和18.60%；经过蒸压制得AAC后，再空气养护28 d，试样中延迟生成的AFt量均少于1.00%；而蒸压处理制得AAC后，再泡水养护28 d，CFBA取代40% PFA的试样中AFt生成量为2.57%，CFBA取代100% PFA的试样中AFt生成量达4.46%；CFBA取代100% PFA的AAC试样中延迟形成的AFt为典型高长径比针棒状晶体，存在体积安定性风险。
蒸压加气混凝土 循环流化床 钙矾石 煤粉炉粉煤灰 干密度 抗压强度 autoclaved aerated concrete circulating fluidized bed ettringite pulverized fuel ash dry density compressive strength
1 贵州中天爆破有限公司, 贵阳 550081
2 贵州省金沙县金钻爆破工程服务有限公司, 金沙县 551800
3 四川省攀枝花市公安局, 攀枝花 617000
4 雅化集团攀枝花鑫祥化工有限公司, 攀枝花 617100
火力发电站煤粉炉结焦, 是燃煤工业锅炉的普遍现象。贵州金沙黔北电站至建厂以来, 锅炉年平均结焦次数达52次之多, 严重影响电站的正常生产。为保证生产, 该电站3#锅炉大修期间采用爆破除焦。锅炉结焦多附着于煤粉炉水冷壁侧, 通过对爆破环境-炉膛空间, 煤粉炉结焦的形成原因和组成成分分析, 采用小药量0.6～1.5 kg、多频次裸露爆破。利用爆破直接破碎焦体的同时, 小药量多频次爆破振动使焦体脱离水冷壁除焦; 在施工中根据炉膛中结焦体所处位置不同, 采用水平支撑、预放滑竿和钢绳牵引3种不同的药包布置方式; 在安全措施方面提出了一次爆破作业时间控制在3 min以内, 出现意外采取相应的回收药包、冷却重新装药或在高温环境中等待自然爆炸等应急措施。通过精心设计、施工, 爆破取得了理想的效果, 为以后煤粉炉水冷壁爆破除焦, 提供了实践经验。
火电煤粉炉 锅炉结焦 水冷壁 裸露爆破 爆破除焦 coal-fired pulverized coal furnace boiler coking water cooled furnace wall exposed blasting blasting coke removal
1 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
2 浙江省能源集团有限公司，浙江 杭州 310007
煤粉细度是燃煤电厂运行过程中的关键参数之一，与锅炉燃烧效率、制粉系统功耗以及设备磨损等问题息息相关。文中对数字全息技术在线监测电厂煤粉细度进行了试验研究。搭建了基于脉冲数字同轴全息的在线测量系统，系统包括取样、测量、收集和数据处理四个主要部分。将测量系统应用于某300 MW机组两根一次风管道内的煤粉细度监测，两根管道内煤粉流来源于不同的两台磨煤机，采用自行开发的重建软件对煤粉全息图进行实时处理并输出煤粉细度结果。对系统收集的经过系统测量后的煤粉样品进行实验室筛分，将筛分结果与现场全息结果进行对比，以验证测量系统的可行性和准确性。结果表明，采用面积分布的全息结果与筛分结果基本一致，平均绝对细度偏差在4%以内。同时诊断出了一台磨煤机煤粉细度与设计值偏离较大，证明所建测量系统用于燃煤电厂煤粉细度的在线监测有较大的应用潜力。
数字全息 煤粉细度 在线监测 颗粒测量 digital holography pulverized coal fineness on-line monitoring particle measurement 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200456
北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083
为明确不同煤种大分子结构特征的异同, 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)分析技术, 对五种烟煤(HY, HJ, BL, DJ和HK)进行系统表征, 为后续煤及类煤材料结构和性能的研究提供可靠指导。 在FTIR光谱特征曲线上, 波数3 200~3 600 cm-1范围有明显的吸收区, 其中样品HJ相较于其他4种样品更明显, 主要是由于—OH官能团和N—H结构振动引起, 但该波段容易受到自由水或结晶水的影响, 从而造成判断误差。 在2 923 cm-1处可以观察到CH2反对称伸缩振动峰值都明显高于其对称伸缩振动, 产生这一现象的原因是烟煤中存在大量脂肪族CH2碳链结构, 后续将其液化加工再应用的潜力较大。 而在1 000~1 800 cm-1的含氧官能团波数范围内, 主要包含了羟基(醇羟基和酚羟基)、 羧基、 羰基等。 为了更清晰的表征煤结构, 定量分析了煤的表观芳香度fa(FTIR), (R/C)u, Hal/H, Aar/Aal和H/C原子比之间的关系, 可以看出随着煤质水平的提高, 煤中芳香族氢含量增加, 脂肪族氢含量降低。 另外比较了各个结构参数发现fa(FTIR), (R/C)u和H/C原子比之间存在线性关系, 能够更加准确的表征煤阶。 Raman光谱特征曲线通过Origin 2018进行分峰拟合, 采用去卷积方法将频谱划分为十个峰, 分别为G, GR, VL, VR, D, S, GL, SL, SR和R。 对比不同波段峰面积比例及主峰半高宽和H/C原子比的关系, 发现随着H/C原子比的增加, AD/AG值总体呈下降趋势。 从而说明煤样基本结构中单元核的芳香环数量随着煤化作用及其石墨化程度的增加而增加, 该结果与FTIR光谱分析一致。 通过上述研究结果的对比可证明FTIR和Raman光谱技术是煤中大分子结构特征研究的可靠方法。 最后基于两种分析技术提供的结构参数, 建立了简单的煤分子模型, 为煤化学研究中基础分子构建提供参考。
煤粉 结构分析 分子模型 Coal Structure analysis FTIR Raman Molecular modeling FTIR Raman 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2050
徐州工程学院机电工程学院, 江苏 徐州 221018
浓相煤粉浓度是煤粉锅炉运行的关键指标之一。将太赫兹时域光谱技术应用到煤粉浓度的定量分析中,为提高对具有复杂化学成分的煤粉混合物太赫兹光谱定量分析的稳定性和准确性,将遗传算法(GA)和偏最小二乘回归(PLS-R)引入浓相煤粉-高密度聚乙烯材料(HDPE)混合物太赫兹时域光谱定量分析中。通过GA构建最优光谱变量集合,利用偏最小二乘建立煤粉浓度的定量分析模型。实验结果表明,GA和PLS-R得到的样本预测集相关系数和均方根误差分别为0.9568和1.0345,与传统的区间偏最小二乘法(iPLS-R和biPLS-R)建立的定量分析模型相比具有更高的准确度和稳定性,为太赫兹时域光谱在浓相煤粉浓度定量分析中的应用提供了参考依据。
光谱学 太赫兹时域光谱 浓相煤粉浓度 定量分析 遗传算法 偏最小二乘法 激光与光电子学进展
2020, 57(15): 153003
中国矿业大学信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116
煤粉气力输送的细度检测对磨煤机工作状态的最优控制具有重要的意义。 传统的检测方法多采用抽检取样法, 通过分样筛等设备检测样品的细度, 耗时长且操作复杂。 国内外对细度地快速检测也有部分研究成果, 但所测粉体浓度须较低, 且设备稳定性还有待提高。 太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）是一种新型的无损检测技术, 其低能性、 选择透过性、 相干性等特点使它具备其他光谱测量方法没有的优势。 国内外对太赫兹辐射与颗粒介质相互作用的研究表明, 太赫兹波对颗粒介质的细度具有显著敏感性, 因此通过太赫兹波检测煤粉细度具有可行性。 太赫兹波在高浓度颗粒介质的传播可以被看成是一个非线性动力过程, 这个过程包含了复杂的非线性动力学效应, 导致光谱测量结果具有混沌特征。 将非线性动力系统的概念应用到太赫兹时域光谱信号的分析中, 将太赫兹时域光谱信号视为由复杂非线性动力系统产生的时间序列进行特征分析。 实验中将煤样研磨并筛分为<38.5, 55~74, 74~88, 88~105和105~200 μm六种细度, 并将煤粉与HDPE混合后压制成样品片。 分别提取了的煤粉样品太赫兹时域光谱信号的功率谱熵、 小波能量熵、 盒维数、 关联维数、 偏度和峭度作为太赫兹时域光谱的混沌特征, 通过比较发现这些混沌特征与细度变化具有一定的相关性, 从视觉上可以大致区分出细度范围, 但无法进行定量分析。 支持向量机常用来解决小样本和非线性的分类问题, 但是需要选择合适的参数才能建立较为准确的预测模型。 文中引入粒子群算法来优化支持向量机建模参数选择。 将上述提取的混沌特征向量作为粒子群算法优化的支持向量机的输入变量, 以分样筛筛孔作为回归目标, 对所测量煤粉细度建立回归模型。 实验结果表明利用混沌特征建立的回归模型对<38.5和38.5~55 μm样品的预测结果要逊色于消光谱建模的回归结果, 认为这是因为煤粉细度小, 太赫兹波在样品中传播时与煤粉颗粒相互作用也比较弱, 时域信号的混沌特征表现不明显所导致。 对55~74, 74~88, 88~105和105~200 μm煤粉样品细度的预测结果要明显优于频域消光谱建立的模型, 特别是74~88和105~200 μm样品, 校正集均方根误差相对于消光谱分别下降了29.48%和26.14%, 预测集误差分别下降了88.62%和56.86%。 从预测结果整体上来看, 采用混沌特征建模的预测结果与目标细度的相关系数为0.9618, 消光谱建模的预测结果相关系数仅为0.78。 混沌特征建模的均方根预测误差仅为9.52, 消光谱建模的均方根预测误差为24.48。 同时采用混沌特征的建模时间相对于消光谱的建模时间下降了43.19%。 研究结果为太赫兹时域光谱技术在高浓度煤粉气力输送细度检测上的应用提供了科学依据和参考。
煤粉细度 太赫兹 混沌特征 粒子群优化 支持向量机 Granularity of coal particle Terahertz Chaos feature PSO SVM 光谱学与光谱分析
2019, 39(5): 1392
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
煤粉热解过程中产物及组分的不同会直接影响煤的燃烧特性, 为了进一步研究煤粉热解过程中产物浓度的变化, 采用1.65 μm附近的一组2v3的CH4气体吸收谱线, 在利用波长调制技术对原始激光强度修正的基础上, 实现了大同煤和准东煤热解过程中CH4气体浓度的在线测量。将直径约为8 mm、质量约为360 mg的单颗粒煤球通过金属丝悬挂于石英管中, 为使单颗粒煤球在热解过程中被迅速加热且受热均匀, 采用高功率CO2激光器与反射镜实现单颗粒煤球的均匀对称加热。可调谐激光光束在单颗粒煤球下方约10 mm处经3次反射穿过石英管, CH4气体浓度测量的过程从热解开始前一直持续到热解过程完全结束。在热解过程的开始阶段, CH4气体的浓度迅速增加, 之后逐渐下降, 直至最后降为0, 整个热解过程持续时间约为60 s。在气体释放速率最大处, 准东煤产生的CH4气体的体积分数约为大同煤的2倍；准东煤发生热解反应更加迅速, 且产生了较多的CH4气体。
光谱学 可调谐激光吸收光谱 煤粉热解 CH4气体浓度 在线测量 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 083001
为了明确在应用激光诱导击穿光谱技术进行煤粉流物质成分在线检测过程中, 煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性的影响, 利用螺杆给料机搭建煤粉颗粒流检测平台, 分析了粒径不同的6种煤粉流等离子体的光谱数据。结果表明, 在相同的实验条件下, 随着煤粉颗粒粒径减小, 等离子体的电子密度和温度升高, 粒径小于50μm与粒径为250μm~300μm的样品的等离子体电子密度和温度分别升高了19.89%和13.13%;煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性有很大影响, 选取合适的煤粉粒径不仅可以提高光谱强度而且元素检出限也得到改善, 更有利于检测样品中含量低的元素。
激光技术 激光诱导击穿光谱 煤粉颗粒流 粒径大小 光谱强度 元素检出限 laser technique laser-induced breakdown spectroscopy coal particles flow particle size spectral intensity element detection limit
