《洁净煤技术》首发文章推荐—清洁高效燃烧技术

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来源：洁净煤技术

行业视野: 洁净煤技术
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燃煤机组直燃耦合与气化耦合发电研究进展

作者(Author)：王光磊, 孙立刚, 赵传进, 谢泊男, 张海, 范卫东

摘要：双碳目标下提高可再生能源利用比例，减少对煤等传统化石能源的依赖已成为研究重点。生物质能源总量较大，取材普遍，方便存储与运输，若在燃煤锅炉中大比例耦合生物质，能有效的减少温室气体、氮氧化物、硫氧化物等的排放。此外，由于生物质挥发分高，反应活性高，灰分以及硫元素较低，不仅能作为直燃耦合的原料，而且也能在气化后与煤粉耦合燃烧。无论是采用生物质直燃耦合发电技术还是生物质气化耦合燃烧发电技术，由于需要更新的设备较少，是传统火力发电厂典型的低碳转型方向。本文系统梳理了生物质与煤粉直燃耦合发电技术研究现状以及生物质气化耦合燃烧发电技术研究现状，汇总了生物质与煤粉直燃耦合以及生物质气化耦合燃烧的污染物排放、积灰、结渣以及腐蚀等方面的研究，可为火电行业低碳改造提供理论支撑。

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一种新型低负荷稳燃燃烧器的气固流动特性研究

作者(Author)：黄椿朝, 李争起, 路跃, 王誉霏, 陈智超

摘要：现有燃用劣质煤锅炉无助燃最低稳燃负荷为50%，难以满足深度调峰需求。前人的研究主要聚焦于降低NOx排放，而非低负荷稳燃，试验条件大多设置为满负荷，缺乏对低负荷工况的研究。为解决燃用劣质煤锅炉深度调峰能力不足的问题，研发了一种新型低负荷稳燃技术。该技术保留了原有燃烧器的二次风结构，通过耦合中心给粉技术，引入旋流缝隙风，并结合对预混段和扩口的优化，可在最低30%负荷下仅依靠自身回流区实现稳燃。将该技术应用于一台350 MW劣质煤锅炉的LNASB燃烧器上，得到低负荷稳燃LNASB燃烧器。通过实验室气固两相试验，在30%锅炉负荷下，分析了缝隙风量对新型燃烧器气固流动的影响。试验结果表明：缝隙风可调控回流区形态和尺寸。缝隙风量为内二次风量的66%时，回流区为大环形，长度1.0d，直径0.48d，下边界距中心轴线0.075d （d为外二出口直径）。缝隙风量为44%时，为中心回流区，长度0.7d，直径0.60d。缝隙风为22%和0%时，回流区变为小环形，长度0.5d，直径分别为0.24d和0.32d。66%、44%、22%和0%缝隙风量时的总回流率分别为0.74、0.55、0.29和0.38，旋流数分别为0.872、0.934、0.784和0.512，气相/颗粒相的扩散角分别为37.8°/36.3°、38.4°/36.6°、35.1°/32.0°、36.0°/35.4°。在径向r=0～50 mm范围内，66%和44%缝隙风量的轴向速度低于22%和0%缝隙风的工况。22%缝隙风时切向速度的衰减更快。相同x/d下，无缝隙风时的径向速度大于有缝隙风时的工况，且负值范围更小。在x/d=0.1之后，66%和44%缝隙风时的湍流强度峰值高于其他两个工况。随着缝隙风量的减小，相同位置的湍流动能呈逐渐增大的趋势。相同位置下，0%缝隙风量时湍流动能耗散率低于有缝隙风存在时的工况。四种工况下的颗粒浓度沿径向呈“内浓外淡”分布。66%缝隙风量时，x/d=0.3～0.7范围内存在明显的颗粒回流，且回流的起点靠近燃烧器中心。44%缝隙风量时，x/d=0.5～0.7范围内存在中心区域的颗粒回流。0%缝隙风量时，峰值位置位于r/d=0.15附近，高浓度颗粒位于一次风边缘，明显的颗粒回流发生在x/d=0.1～0.3。22%缝隙风量时，颗粒没有明显的回流。

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超临界CFB锅炉压火启动过程活性存量动态特性研究

作者(Author)：申欣, 刘明学, 杨海瑞, 金燕

摘要：循环流化床燃烧技术是一种近年来发展迅速的洁净煤燃烧技术。循环流化床机组在快速升降负荷时，由于炉内存在大量的床料，其中未完全燃烧残碳和未完全反应的钙基脱硫剂，不仅会影响锅炉的负荷变化率，也会影响锅炉的污染物排放。因此，如何合理利用锅炉内的活性存量，对改善锅炉热量释放速率和提高负荷响应速率具有重要作用。以350MW超临界CFB锅炉为研究对象，对CFB锅炉周期性压火启动过程进行数值模拟，构建了活性残碳存量动态模型和活性石灰石动态模型，对周期性压火启动过程的气固流动和活性存量进行分析。结果表明：当停止二次风机和引风机后，锅炉处于密闭状态，炉膛内物料回落速度加快，返料腿内的物料受重力作用返回到炉膛，密相区平均颗粒体积分数为0.45，返料室在物料沉积后颗粒体积分数达到了0.52。周期性压火启动过程中，稳定工况阶段活性残碳存量为6353.11kg，氧气浓度为5.35%，启动二次风机和给煤机后，氧气浓度急剧下降，活性残碳存量增至2868.76kg。周期性压火启动过程，稳定工况阶段脱硫效率为59.58%，活性石灰石存量为2702.29kg，启动二次风机和给煤机后，活性石灰石存量增加到1482.93kg，脱硫效率达到了50.35%。

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炼钢转炉低质煤气在旋风分离器中的高效燃烧特性研究

作者(Author)：王梓熠, 李森, 魏小林, 赵京, 李博, 姚远

摘要：转炉低质煤气CO浓度低且含有少量O2，存在爆炸危险，无法回收利用，目前通过卷吸空气使转炉低质煤气在气化冷却烟道内无组织地燃烧，现有技术难以实现气化冷却装置内煤气的高效燃烧利用。旋风分离器内部流场拥有强旋流、强混合的特点，实现转炉煤气除尘的同时有利于转炉低质煤气的混合燃烧。为解决转炉低质煤气难以高效燃烧利用的难题，基于转炉煤气全干法回收新工艺，采用数值模拟的方法研究了转炉低质煤气在旋风分离器内部的流动和燃烧情况。结果表明：气化冷却烟道中心附近过量空气系数均低于0.4，而旋风分离器内过量空气系数均大于1，转炉低质煤气与空气在旋风分离器内得到了充分混合；较高的湍流动能、局部旋涡提升了转炉低质煤气与空气在旋风分离器内的混合效果；气化冷却烟道内燃烧区域狭小，流动截面内OH平均浓度分数为305×10-6，燃烧强度低；旋风分离器内燃烧区域分布广泛，流动截面内OH平均浓度分数达到650×10-6，燃烧强度高；转炉低质煤气流经旋风分离器后，在前烧阶段燃烧效率从74.64%上升到98.86%，在后烧阶段燃烧效率从44.08%上升到95.05%；在旋风分离器内部实现了转炉低质煤气的高效燃烧。

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高浓度煤粉预燃式强稳燃低氮燃烧器配风组织优化研究

作者(Author)：张瀚霖, 周旭, 张锋, 谭厚章, 郑海国, 刘一, 林山虎, 王学斌

摘要：煤粉预燃低氮燃烧技术可兼顾稳定燃烧与NOx排放控制，在燃煤锅炉灵活性调峰稳燃领域的应用潜力巨大。依托5 MW燃烧试验平台，研究了团队所开发的一种带小型预燃室的高浓度煤粉预燃低氮燃烧器运行性能。通过CFD数值模拟，系统研究了一次风率、内外二次风配风与分离式燃尽风（SOFA）对燃烧器燃烧性能及污染物排放特性的影响。结合5 MW燃烧试验平台测试结果对燃烧模型进行验证验证，试验实际温度与数值计算结果的最大偏差为44 ℃，误差范围±3.3%，证明了所选燃烧模型的准确性。研究结果表明：一次风率是影响预燃室环形回流区的关键因素，过低或过高的一次风速会分别对稳燃能力与降氮能力产生影响，在约8.8%的一次风率条件下能够保证有充足的回流量，有利于煤粉着火和排放控制；升高内二次风率能卷吸更多炉膛内高温烟气，有利于煤粉燃尽，但炉膛内部高温氧化性气氛区域增加，会导致污染物排放有所升高，约为43.5%的内二次风率能兼顾稳燃与降氮效果；采取适当比率的SOFA替代外二次风，能使得燃烧区域的含氮化合物更易被还原，从而降低排放，在23% SOFA风率下出现明显的低氮效果，NOx排放为72 mg/m3(6% O2)，与0%SOFA风率相比减排约67%。

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光谱诊断技术在氨燃烧组分测量中的研究进展

作者(Author)：姚顺春, 黎珈彤, 郭松杰, 危由兴, 杨言, 席中亚, 卢志民

摘要：随着双碳目标的提出，零碳能源引起了高度关注。氨气是一种具有广阔发展前景的零碳燃料，在燃气锅炉、燃气轮机、工业窑炉及内燃动力等领域具有巨大应用潜力。然而，氨气在进行燃烧时会面临严峻挑战，包括火焰失稳和污染物排放超标等，所以亟需发展高效清洁的氨燃烧技术。氨燃烧技术的发展取决于对氨燃烧规律的深入认识，这严重依赖于对氨燃烧组分信息的精准获取，包括微观基团的局部分布和宏观产物的总体浓度等。近年来，对氨燃烧组分的测量研究已成为氨燃烧研究领域的重点和难点。氨燃烧组分测量的常用手段是光谱诊断技术，包括激光诱导荧光光谱(LIF)、可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）、拉曼光谱（RS）、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外吸收光谱(UV-AS)等。本文系统地综述了光谱诊断技术在氨燃烧组分测量中的研究现状，并分析了相关技术的测量特点及存在问题，为氨燃烧组分检测的发展提供方向。

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煤与垃圾衍生燃料(RDF)及稻壳共烧的颗粒物生成行为研究

作者(Author)：卓兰婷, 江砚池, 乌晓江, 张忠孝, 郭欣维, 王伟, 范存江

摘要：在实验室规模的高温沉降炉中进行六安煤(LA)、RDF以及稻壳(DK)的单烧和共烧实验，探究共烧过程中不同RDF和稻壳掺混比例对PM1、PM1-10(particulate matters， PMs)生成行为的影响。实验结果表明，单独燃烧RDF时PM1排放量最多(4.85mg/g-fuel)，单独燃烧稻壳时PM10排放量最多(23.37 mg/g-fuel)。共烧过程中，添加5wt%RDF+7.5wt%DK及5wt%RDF+20wt%DK时的PM1、PM1-10排放量均明显低于计算值，且后者减少程度最高，PM1、PM1-10的减少量分别为62.75%、66.96%，说明共烧过程中颗粒物间存在着交互作用，且该交互作用的强弱与掺混比相关。通过热力学平衡计算以及飞灰粒子的XRF、XRD、SEM-EDS分析，得出共烧过程中液相物质生成量较煤单独燃烧时增多5%-47%，大量液相物质的产生促进了粘性粒子的生成，其中富有粘性的Ca/K-Si-Al具备捕获细小颗粒和碱金属及碱土金属蒸汽的能力，可以有效促进飞灰细颗粒向粗模态转化。

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循环流化床锅炉炉内原位催化脱硝技术研究及应用

作者(Author)：陈千惠, 齐文义, 郝代军, 李小苗, 黄延召, 孟学峰, 邓向军

摘要：循环流化床锅炉烟气NOx污染控制多采用选择性非催化还原技术(selective non-catalytic reduction，SNCR)、选择性催化还原技术(selective catalytic reduction， SCR)、低温氧化技术(Low Temperature Oxidation， LoTOx)或联合技术以实现烟气污染物的达标排放，繁杂的设备与剂耗为生产运行带来了更高的成本压力。为进一步控制循环流化床锅炉脱硝成本，本研究根据炉内含氮化合物形态演变机制，制备了循环流化床锅炉炉内原位脱硝催化剂，并在实验室固定床、燃煤CFB锅炉中型反应器及工业锅炉上开展了的催化剂应用性能评价。固定床评价条件下能够实现99%的NO脱除率；燃煤CFB中型燃烧器条件下，脱硝率为63.1%～78.1%，且具有优异的抗烧结性能；工业锅炉应用结果表明，投加炉料质量比5%的脱硝催化剂时，炉内NOx浓度能够降低60%以上，并有效提高燃料效率。炉内原位脱硝催化剂的制备与应用，能够有效降低后续脱硝单元负荷，为循环流化床锅炉烟气污染控制提供了更具经济性和实用性的技术选项。

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