在“双碳”目标下，火电所占份额正逐渐减小，新能源发电逐步崛起。然而以煤炭为主的能源禀赋决定了在未来很长一段时间内我国仍离不开煤电，煤炭直接燃烧会造成严重的环境污染，其中NOx是最难处理的污染物之一。同时，为有效配合新能源，火电厂未来需要发挥灵活调峰作用，要求调峰负荷降至20%以下，低负荷下稳燃是最大问题。煤粉预热燃烧 技术是一种变革性清洁、高效燃烧技术，具有燃料适应性强、燃烧效率高、NOx 排放低、负荷调节灵活等优点。与传统燃烧方式相比，预热燃烧技术特点为: 煤粉首先在预热室中与少量空气发生热解、部分燃烧和气化，将自身预热至高温，高温预热燃料进入炉膛 后遇到氧气后会立即着火，这可解决低负荷稳燃问题; 同时，在预热室内煤中大部分挥发分氮和部分焦炭氮 释放到气相中，在强还原性气氛下大部分转化为N2， 少量转化为含氮中间产物 (HCN、NH3)，从而降低燃烧过程中NOx生成;预热燃料进入燃烧室燃烧，通过合理的配风方式，控制气固混合强度和燃烧温度，实现高效燃烧与低 NOx 排放协同。

20 世纪 80 年代，全俄热工院首先提出了天然气 辅热煤粉预热燃烧技术，美国燃气技术研究所在0.88 MW测试炉上进一步完善，研究结果表明没有燃烧后处理的条件下，NOx排放质量浓度可降至 154 mg/Nm3。LIU等开发了煤粉低温预热燃 烧系统，并研究了煤种、烧嘴结构、空气分级等因素对NOx排放的影响，但实验中仍需要燃气辅热。燃气辅热会对该技术大规模工程化应用经济性造成影响。 吕清刚等提出了循环流化床预热燃烧技术，其特点是预热过程不需要辅热，并在 35 kW 实验台上开展研 究。随后又建立了0.2、2 MW等一系列中试预热燃 烧实验平台。欧阳子区等在35 kW实验台上探 讨了预热温度、循环流化床空气当量比、下行燃烧室 配风等因素对煤粉预热和燃烧特性以及NOx排放影响。LIU等研究了无焰燃烧模式下预热燃料在下行燃烧室燃烧特性和NOx排放特性。ZHU 等研究了煤种、预热温度、粒径对 NOx 排放的影响。以上研究均证明预热燃烧技术具有良好降氮效果。

虽然循环流化床预热燃烧技术在预热过程不需辅热，但在其工程化过程中也存在一些缺点，如体积大、造价高、结构复杂、压降大等。同时，受限于流 化床自身特点，预热温度未超过1 000 °C。已有研究表明，煤热解过程温度越高，挥发分析出越多， 氮析出越多。在两段电炉串联组成的沉降炉试验系 统上，吕钊敏等研究了更高预热温度 ( > 1 000 °C) 下半焦预热燃烧 NOx 排放特性，结果表明提高预热温度 ( > 1 000 °C) 能够进一步降低 NOx 排放。王帅等研究表明，提高预热区温度和停留时间，有利于煤 N 在预热阶段析出，从而降低 NOx 排放。气流床气化炉 气固混合强烈，传热传质效果好，通过特殊流场，气固能够达到较长停留时间，具有结构简单、体积小、 压降小等优点。若预热燃烧技术应用到现有大型煤 粉锅炉，需增加预热解气化炉及输送高温煤焦管道， 现有大型煤粉锅炉四周空间很小及附加承重有限，难 以安装尺寸大及质量大的流化床气化炉或其他气化 装置，相比而言，笔者提出的新型对冲气流床气化炉 的预期结构尺寸及设备质量均具有较大优势。为了加速预热燃烧技术工程应用并减少 NOx 排放，在自行 搭建的新型气流床气化炉预热燃烧实验台上开展了 烟煤预热燃烧实验，分析实验系统稳定性和可靠性， 研究了煤粉在气流床气化炉高温预热特性和预热燃 料在下行燃烧室的燃烧特性，探究了煤中氮元素在高温预热和燃烧过程中的迁移规律。