煤粉锅炉

本成果涉及燃料特性、锅炉设计、运行优化、环保等较宽技术领域。 煤炭高效梯级综合利用是国家重要发展战略之一。半焦是烟煤或褐煤经热解，脱除部分水分及挥发分形成的固态物质，属于煤化工的副产品之一，产量较大，但在冶金等传统行业利用不足 40%，严重阻碍该产业持续健康发展。电站煤粉锅炉及工业炉可消纳半焦产能，且半焦具有高热值、低硫、低氮等优点，是洁净可靠的发电燃料，但其挥发分低、磨损性结渣性强，易引起燃烧不稳、设备损耗、结渣沾污重等问题，制约其在电站煤粉锅炉及工业炉的规模化应用。 本成果可拓宽火电行业燃料选择范围，提升企业燃料安全性与企业竞争力，实现发电、煤炭与化工等企业的共赢，同时对国家煤炭综合利用具有积极的推动作用，并为我国其它超低挥发分燃料的研究与利用提供可靠的技术支持和手段，对电力行业的科技进步具有推动作用。

大型煤粉锅炉协同处理城镇生活污泥技术着力破解现有“污泥围城”难题，消除现有技术在规模、环保性、经济性等方面的不足，实现城镇污泥资源化处置，助推“无废城市”发展。技术路线分两种，一种是通过机械输送设备，污泥均匀与原煤配伍，送至锅炉焚烧发电，一种是利用电厂低品位热源将污泥高效干化之后，与原煤均匀掺混送至锅炉焚烧发电，并配套研发了臭气、废水无害化处置技术，实现近零排放。依托电厂高效燃烧系统和污染物集中治理设施，技术具有处置量大、节能减碳效果明显、项目投资低、减量化彻底等特点。经国能龙源环保有限公司孵化应用，科技成果已在4个电厂完成示范应用，后续在建项目8个，未来储备项目超过50多个，污泥处置规模可达300万吨/年。

鉴于我国环境容量限制，要求燃煤发电机组大气污染物达到超低排放。采用传统技术的 CFB 机组，尽管锅炉本身 NOx 排放低于煤粉锅炉，但依然远高于超低排放的要求，如果采用煤粉锅炉的 NOx 先生成再治理的控制方法（采用SCR烟气净化），在投资和运行成本上失去了低成本污染控制的优势，如何深度挖掘 CFB 锅炉炉内NOx控制潜力，国际上没有相应的理论和技术可以借鉴。该成果是CFB低氮燃烧技术的重大突破，超越了传统CFB的流态设计范围，以改变流态来改变CFB燃烧中的NOx生成与还原的化学反应行为，从而降低NOx的原始生成。获专利授权35项，其中发明专利24项。与创新点有关的论文共发表93篇，其中SCI收录41篇，EI收录52篇。 工程实践证实，即使燃用 NOx 排放最难控制的褐煤，原始排放值可降低至 80mg/m3、以下，比其他技术最优水平减排约43%，为国际最优。已推广应用 47 台，合同额约55亿元，带动相关产业约150亿元。近三年实现销售收入约4亿元，利润约2365万元，新增税收约6900万元。若在全国推广使用，每年可降低环保投资300亿元、节约运行费用540亿元、减排NOx 300万吨,经济和社会效益显著。由秦裕琨院士为组长的评价委员会认为：“该技术突破了国内外现有技术对燃煤循环流化床燃烧自身氮氧化物控制水平，属自主技术创新，达到国际领先水平。”该技术的氮氧化物原始排放水平明显低于国内外同类产品，已出口海外，成为CFB燃烧技术发展新方向，促进了循CFB燃烧技术的进步，引领了CFB技术的国际发展。

大型电站煤粉锅炉是一个多变量多目标的复杂耦合系统，其燃烧状态、解耦控制、协调优化是制约锅炉总体性能提升的技术瓶颈。但传统技术难以准确反映锅炉燃烧过程动态特性，炉整场温度分布无法连续实时获取，控制系统控制变量单一且时间带后，燃烧优化主要依赖试验结果与人员经验，锅炉不能连续稳定保持良好的运行状态，同时在锅炉效率提高与NOx生成量降低之间无法合理兼顾。项目提出了基于数据驱动与专家知识融合的锅炉燃烧整体优化方案，建立了锅炉智能控制模式和性能协调提升策略，开发了锅炉智能优化控制系统和炉膜三维温度场实时监测系统，搭建了可实现智能运算的DCS扩展控制平台，有效解决了锅炉多目标寻优、炉内三维温度测量、DCS扩展智能控制等一系列技术难题。