煤粉工業鍋爐技術發展及應用

周建明，崔豫泓，賈 楠，崔名雙，張 斌 ，王彩虹

(1. 煤科院節能技術有限公司，北京 100013;2. 煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013;3. 國家能源煤炭高效利用與節能減排技術裝備重點實驗室，北京 100013)

0 引 言

在科技部“十五”清潔能源行動、“十一五”國家科技支撐計劃等課題支撐下，借鑒油氣鍋爐和德國煤粉工業鍋爐技術理念[1]，煤粉工業鍋爐從2000年開始立項研發，2005年完成0.5 MW中試驗證，2006—2009年分別在忻州、大同和鎮江等地完成4 t/h蒸汽鍋爐和1.4～14 MW熱水鍋爐以及62.8萬kJ導熱油爐的工業示范，系統技術逐步發展成熟，從2010年至今，進入工業化應用階段，先后完成14～80 MW和70 MW天然氣/煤粉雙燃料等鍋爐系統的應用。由于煤粉工業鍋爐系統具有高熱效率、低煙氣污染物排放等優點，有效帶動了燃煤工業鍋爐產業發展，為中國工業鍋爐整體技術進步提供了有力支撐。今后隨著煤粉鍋爐技術的發展，國家大氣治理的環保要求的嚴格，煤粉工業鍋爐向大型化和近零排放化方向發展。

1 煤粉工業鍋爐技術及發展

煤粉工業鍋爐系統由煤粉儲供、油氣點火、燃燒、鍋爐本體、煙氣凈化以及自動化控制等系統構成(圖1)。通過關鍵技術不斷發展完善，煤粉工業鍋爐裝備向大型化、模塊化和系列化發展，涵蓋蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、有機熱載體鍋爐及熱風爐四大品種，形成共計20個標準化產品。現在運行鍋爐最大容量達到80 MW，天然氣/煤粉雙燃料鍋爐達到70 MW，鍋爐熱效率大于91%，煙氣污染物達到國家超低排放標準，系統技術發展符合國家煤炭清潔利用方向。

煤粉鍋爐技術及裝備發展歷程見表1。

圖1 煤粉工業鍋爐系統示意

表1 煤粉鍋爐技術及裝備發展歷程

2 關鍵技術發展

2.1 煤粉制備技術

煤粉鍋爐采用高揮發分長煙煤煤粉作為燃料。其中，煤粉要求水分4%以下，粒度為0.075 mm。鍋爐發展初期，由于容量較小，煤粉需求量較低，生產采用先經回轉烘干窯烘干，再由雷蒙磨磨制的兩步法生產工藝。隨著鍋爐數量及單體鍋爐容量的增加，對煤粉的需求也迅速增加，煤粉生產發展為采用立式磨機，烘干和磨制同時進行的一步法生產工藝。工藝原理為：煤粉作為燃料供入熱風爐，燃燒產生的高溫熱煙氣經配入空氣或低溫循環煙氣調節至適宜溫度后，與粉煤同時供入立式磨煤機，粉煤在磨制過程中完成烘干，直接產出成品煤粉。熱煙氣既是干燥劑，也是輸送風，熱風爐煤粉消耗量根據產能和空氣吸熱等因素設計。一般烘干能消耗為18～20 kg/t煤粉，電耗為30 kWh/t煤粉。

一步法生產工藝系統在全負壓下運行，無粉塵外漏，外排煙氣中粉塵濃度不高于30 mg/Nm3。相比兩步法，缺點為產出煤粉溫度高，安全保障措施要求高，優點為流程短、設備少和比投資小等，可滿足百萬噸級大規模制粉需求。

2.2 煤粉安定存儲技術

隨著煤粉產量的提高，大容量安全穩定存儲技術及裝備要求隨之提高。參照德國BGV c12(5)、TRD413(5)及VDI-Richtlinie2263(3673)等標準，對煤粉流動性、自燃特性及爆炸性能深入研究[2]，通過優化下料錐結構，完善流化系統，配備溫度、料位、氣體監測報警、CO2/N2保護和泄壓等全體系檢測和防爆措施，制定儲罐本體設計為0.35 MPa承壓能力，常壓下使用等標準，使大容量煤粉安定存儲技術發展成熟。現整體存儲技術和裝備發展至最大可達1 000 m3儲存容量。爐前煤粉存儲輸送系統結構示意如圖2所示。

圖2 爐前煤粉存儲輸送系統結構示意

2.3 濃相無脈動供粉技術

濃相無脈動供粉是高效穩定燃燒關鍵技術之一，在第1代螺旋式供料技術基礎上，第2代供料技術采用粉體氣動活化、無脈動給料及高速引射流濃相供粉技術[3]，系統由供料鎖氣閥、勻料鎖氣閥以及文丘里等組成。其中，回轉卸料閥結構設計為斜槽式，通過出口加裝擋板，閥芯側面設置壓縮空氣氣封，葉片邊緣和殼體弧形密封面控制間隙等措施，有效提高了閥體的密封性。供料過程為：中間倉煤粉經下料閥變頻控制轉速后，落入供料鎖氣閥，閥體采用較高轉速剪切方式進料，煤粉被打散后落入回轉閥斜槽內，上一個凹槽中粉體尚未完全卸完，下一個凹槽中粉體已經開始卸出，在密度保持不變的條件下均勻供入文丘里，由一次輸送風形成高速混合引射流攜帶，穩定供入燃燒器。目前已實現輸送阻力低于20 kPa，粉風固氣比大于2.5 kg/m3，供料精度在±3.0%以內，最大供料量為5 t/h的濃相供料技術與裝備。由于雙鎖氣閥供料具有調節靈活，濃相均勻穩定供料等優點，現已經廣泛應用于鍋爐供料系統。供料器結構示意如圖3所示。

圖3 煤粉濃相供料器結構示意

第3代整體流化多孔濃相低脈動圓盤供料器主要由煤粉流化系統、供料圓盤系統和壓力平衡系統等組成。流化系統先將煤粉均勻穩定流化，再經多孔圓盤結構實現低脈動輸出，供料器內壓力由壓力平衡系統保證，從而實現圓盤供料器運行穩定。濃相低脈動圓盤供料器驗證設計供料量為2.5 t/h，現已成功完成長周期試運行考核。供料量可在0.5～2.5 t/h調節，供料精度在±2.0%以內，由于自帶煤粉儲存罐體，最短自供時間15 min，可應對緊急情況處理，額定運行壽命可達8 000 h以上。

供料精度更高的第4代轉子秤供料器，供料精度在±1.0%以內，現在開展供料能力為2.5 t/h樣機試制及驗證工作。

2.4 燃燒技術

2.4.1大功率燃燒技術

大功率煤粉燃燒技術采用逆噴回流式結構，燃燒器由一次風管、回流帽、二次風管、旋流葉片、前后夾層水冷錐筒及點火系統等組成。借助計算流體力學的發展和數值模擬技術的成熟應用，基礎研究依據燃燒器結構特征，通過建立雙錐燃燒室旋流強度計算公式(式(1)[7])等計算方法，開展模擬氣流擴展角、回流區域范圍、回流量、旋流強度以及溫度和速度場等研究工作[4-8]，用以掌握錐體內部溫度場、速度場和煤粉顆粒運行軌跡，旋流強度對燃燒室流場的影響，以及直葉片與錯角葉片結構(圖4，β為葉片上邊和下邊在yz平面的投影在圓弧上錯開角度)對燃燒器阻力和旋流強度影響等。切向葉片安裝示意如圖5所示(d為安裝葉片環內徑，ε為2個葉片之間的最小間隙，R0為實際旋流半徑)。

圖4 直角葉片和錯角葉片示意[7]

圖5 切向葉片安裝示意[7]

錯角葉片旋流強度計算公式為

(1)

式中，A為常數，cosβ；d0為前錐入口長度，m；d1為一次風管直徑，m；α為葉片傾斜角，(°)；b為葉片長度，m；z為葉片數量。

旋流強度較大時，氣流旋轉強烈，直接影響氣流擴展角，使回流區域增大，回流量增多，燃燒器阻力增大，一次風逆噴距離減小，無法到達根部葉片部位，二次風未達到前后錐位置就發生回流。6種旋流強度下模擬結果見表2。旋流強度n=1.37～1.64時，一次風逆噴距離能達到根部葉片處，火焰可在錐體中部前后錐結合位置產生回流[7]。旋流強度及葉片結構對燃燒器阻力影響如圖6所示。

表2 6種旋流強度下模擬結果[7]

圖6 旋流強度及葉片結構對燃燒器阻力影響[7]

大功率煤粉燃燒器設計依據基礎研究，通過工程驗證與優化設計參數再驗證的過程，最終完成定型。其中，14 MW燃燒器結構和設計參數經過優化后，內部溫度場分布合理，經過現場驗證后，最終確定該燃燒器設計參數[8]。優化后的溫度場分布如圖7所示。現已經開發出14、29、35和最大功率為42 MW系列功率燃燒器，通過規格和數量的選擇，滿足不同容量煤粉鍋爐配置需要。

圖7 優化后的溫度場分布[8]

燃燒器燃燒過程為一次風攜帶煤粉由中心風管噴出，經回流帽折返180°至燃燒器根部，在沿噴管外壁返回過程中，被周邊高溫煙氣快速加熱至800 ℃左右，至燃燒器根部時，與高速強旋流二次風接觸迅速著火燃燒，形成螺旋燃燒火焰，再經出口高速噴入爐膛，完成剩余燃燒過程。由于雙錐特殊結構和一次風帶動，高溫火焰在錐體中部形成回流區，約1/2高溫火焰回流至燃燒器根部區域，為后續煤粉燃燒提供穩定的著火熱。

燃燒空氣采用三次供給方式，著火燃燒空氣由一次煤粉輸送風和二次風提供，約占風總量的60%。在空氣過剩系數α=0.7～0.8的低氧條件下，完成40%～60%燃燒過程，再以100～150 m/s速度由燃燒器旋流噴出，與布置在燃燒器出口周邊供入剩余40%的三次風混合，在α>1的條件下完成剩余燃燒過程。由于火焰高速度旋流噴出，攜帶三次風纏繞混合，從而實現拉長火焰，降低爐膛溫度峰值，均衡溫度場，抑制NOx生成的目的。燃燒器負荷可在30%～110%調整，燃燒效率≥99%，因采用濃相供粉，點火熱僅為稀相供粉的1/6～1/10。燃燒器前后夾層水冷錐筒由鍋爐系統除氧水進行冷卻，起到保護作用。

2.4.2天然氣/煤粉雙燃料燃燒器

天然氣/煤粉雙燃料燃燒器采用逆噴式結構，設計充分兼顧了天然氣和煤粉的燃燒特性，滿足天然氣和煤粉燃料單獨及混合使用條件。由燃氣噴嘴、回流帽中心逆噴管、強旋流二次供風葉片及前后夾層水冷錐筒等構件組成。燃用天然氣時，天燃氣由一次風管單獨供入，與根部供入的二次風充分混合燃燒，由燃燒器高速噴入爐膛，在高速強旋流氣流帶動下，使燃燒火焰拉長，溫度峰值降低，分布均衡，初始NOx排放低于50 mg/m3；燃用煤粉時，結合分級燃燒技術，燃燒效率可達到99%以上，初始NOx排放低于400 mg/m3；混合燃燒時，天然氣使用比例為10%～20%，此時既可燃用煤粉，還可燃用半焦粉等低揮發分燃料。因燃料均由一次風管供給，從而具有快速著火，便捷切換等功能。現在運行燃燒器功率達35 MW。天然氣/煤粉雙燃料燃燒器結構示意如圖8所示。

圖8 天然氣/煤粉雙燃料燃燒器結構示意

2.4.3風冷燃燒技術

風冷燃燒器采用逆噴式內外雙級旋流供風燃燒技術，由一次風管、回流帽、二次風管、旋流葉片、半錐及點火系統等組成(圖9)。燃燒過程與水冷結構燃燒器相近，一次風攜帶煤粉由中心風管供入，在回流帽的作用下，回流至燃燒器根部與供入的旋流內二次風混合著火燃燒，旋流噴出半錐，外二次風由空氣和循環煙氣混合經外二次風冷夾套供入，在葉片作用下旋流噴出，與半錐噴出的螺旋火焰纏繞混合，在爐膛完成整個燃燒過程。外二次風在經過外二次風冷夾套時，同時對燃燒器進行冷卻，起到保護作用。

由于取消了水冷燃燒器水冷系統和雙錐結構，風冷燃燒器結構更加簡單，體積更小。結合分級供風及煙氣再循環技術，該型燃燒器具有點火迅速、燃燒穩定、燃燒效率高和初始NOx排放低等優點。現開發出最大功率為29 MW的燃燒器，成功應用在天津新建4×58 MW煤粉工業鍋爐，取得了燃燒效率≥99%，NOx初始排放≤300 mg/m3的良好應用效果。由于風冷燃燒技術具有生產成本低，使用壽命長等特點，通過與鍋爐系統整體燃燒優化設計，形成多只燃燒器同向或對噴等多種布置方案，能夠滿足高參數大容量鍋爐需要。風冷燃燒器結構示意如圖9所示。

圖9 風冷燃燒器結構示意

2.5 鍋爐本體

由于煤粉采用懸浮燃燒方式，與常規工業鍋爐燃燒方式存在較大差異。發展初期，鍋爐本體結構因較鏈條鍋爐和循環流化床鍋爐結構簡單，無相關的技術標準體系參照執行，主要生產參照常規鏈條鍋爐結構進行設計，在應用中存在燃燒效率低、爐膛結渣及鍋爐出力達不到設計要求等問題。

隨著煤粉鍋爐技術應用迅速發展，鍋爐結構設計在經歷了探索與發展歷程后，逐步形成自有設計制造規范并日臻完善。目前，20 t/h以下小型鍋爐結構主要采用WNS鍋殼型式火管結構，特點是結構緊湊、強度高、氣密性好和安裝維護簡單。20～30 t/h容量鍋爐燃燒器前置，爐體采用DZS膜式壁爐膛耦合鍋殼高速煙火管對流換熱結構，提高了對流傳熱效果的同時，也避免了低負荷積灰問題。40～160 t/h大型鍋爐燃燒器垂直頂置布置，爐體采用DHS全膜式壁爐膛耦合蛇形管對流換熱面立式結構，火焰下噴，SCR脫硝系統布置在對流換熱面和空氣預器之間。

2.6 煙氣凈化技術

2.6.1NGD高倍率灰鈣循環煙氣脫硫除塵技術

NGD高倍率灰鈣循環脫硫技術是在德國CFB-FGD、RCFB、CFB及丹麥GSA等技術基礎上，開發的煤粉工業鍋爐系統的脫硫除塵技術[9-11]。該技術利用粉煤灰中堿性氧化物如活性CaO等，通過增濕循環脫除煙氣中SO2等酸性氣體及粉塵。特點是占地小，運行成本低，可實現廢物資源再利用以及多種污染物聯合脫除。

鍋爐排出的煙氣與加入定量水分的粉煤灰由反應器下端進入，煙氣中的SO2、SO3、HCl和HF等酸性氣體在懸浮流動過程中，與含CaO的粉煤灰發生反應，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2和CaF2等，從而將SO2等酸性氣體吸收脫除。參與脫硫反應后的粉煤灰隨煙氣依次進入旋風分離器和布袋除塵器除塵，凈化后的煙氣經引風機排入大氣。由旋風分離器、布袋除塵器底部排出的粉煤灰進入儲倉。為保證活性鈣的高利用率，在Ca/S摩爾比為1∶1～2∶1，循環量與新鮮灰量循環倍率10～100的條件下，儲倉中粉煤灰經供料器定量加水后再次供入混合器循環使用[11]。隨著運行過程粉煤灰不斷產生，當儲灰倉超過高料位時，多余粉煤灰自動卸入出灰系統。系統工藝原理如圖10所示。

圖10 NGD脫硫工藝原理

該工藝可實現煙氣一體化凈化過程，具有流程簡單、占地少、投資小、成本低和粉煤灰資源綜合利用等多種優點，可在低鈣硫摩爾比下，達到濕法工藝相近的脫硫率。系統脫硫和除塵效率分別達到90%和99.95%以上。

2.6.2低溫炭基預氧化脫硝耦合NGD協同煙氣凈化技術

低溫炭基預氧化脫硝耦合NGD協同煙氣凈化技術是利用活性焦炭基吸附性和催化性雙重性能，研發的鍋爐煙氣協同凈化技術，與現國內外協同煙氣凈化屬同一方向。系統主要由煙氣系統、吸附系統、解析系統、氧化劑供給系統、活性焦儲存及再生系統等構成。技術原理為：在加入臭氧或其他氧化劑條件下，利用活性半焦吸附性和催化性，在70～100 ℃低溫條件下，將NOx、二噁英大分子和汞、砷等污染物吸附并氧化，達到飽和后，活性半焦通過350 ℃熱煙氣再生解析，釋放出高濃度的NO2、其他酸性氣體、汞和砷氧化物等污染物返回至NGD脫硫反應器，脫除SO2的同時，將NO2、HCl和HF等酸性氣體，以及二噁英大分子、汞和砷等污染物脫除。

該技術具有工藝簡單，耗水少，廢物資源再利用，無二次污染產生等優點，更加適合于煤粉工業鍋爐的煙氣凈化。隨著技術的逐步成熟，將有效促進煤粉工業鍋爐向集成化、協同化和近零排放化方向發展。系統工藝示意如圖11所示。

圖11 炭基脫硝耦合灰鈣脫硫工藝示意

2.7 智能控制技術

測控系統由各種傳感器、數據電纜、動力電纜、執行機構、邏輯運算模塊、工程組態軟件、配電柜、控制柜及開關柜組成。隨著鍋爐發展的大型化和規模化，鍋爐自動控制技術也隨之發展，現已實現鍋爐點火、熄火、故障聯鎖保護，集散式遠程監控等功能，控制水平得到較大提升。

今后在鍋爐控制工藝和裝備不斷完善的基礎上，綜合運用控制理論、其他信息技術及專家診斷系統，通過儀器儀表、計算機以及一級和二級監控室的硬件搭建，基于目前工業鍋爐應用的遠程監控技術GPRS技術和Ether Net/IP固定IP和OPC通訊技術遠程監控系統的應用[12-13]，鍋爐系統控制逐步實現監測、控制、優化、調度、管理和決策向智能化、網絡化、信息化和集成化方向發展，達到確保安全、增加產量、提高質量以及降低能耗等管控目的。

3 相關技術比較

在國家對煤粉工業鍋爐技術的政策支持下，國外同類煤粉燃燒技術索普、Saacke及Pillard相繼進入國內，國內也陸續開發出主要以稀相供粉、旋流直噴分級供風燃燒技術，四角切圓鍋爐配百葉窗燃燒技術，墻式鍋爐配旋流燃燒技術等。燃燒器布置方式也有差異，多為側置和頂置，部分為側置和低置，最大功率也達到42 MW。

煤粉工業鍋爐技術建立在以濃相煤粉燃燒，實現燃油、燃氣效果理念基礎上，相當或優于國外燃燒技術，對比國內同類煤粉燃燒技術在快速著火、燃燒穩定、負荷調節、燃燒低氮以及煤種適應性方面均有獨特優勢和突出表現，已達到世界先進水平。綜合技術比較見表3。

表3 國內外相關技術綜合比較

4 技術應用

煤粉鍋爐自2006年起，在工業示范和規模化應用過程中，采用了大量創新技術，在節能性、環保性和經濟性等方面較常規工業鍋爐具有顯著優勢。目前已在國能集團神東礦區、蘭州市、天津市及濟南市等20多個省市廣泛應用，均取得了鍋爐熱效率高，運行成本低，運行穩定，煙氣滿足國家排放排放標準的良好效果。

2010—2014年，中國神華能源神東煤炭分公司先后在其礦區完成總計23臺510 t/h煤粉鍋爐和配套煤粉生產系統建設，實現安全穩定的供熱，確保礦井冬季煤炭的順利生產。蘭州紅山根熱力公司于2014年建設完成5×58 MW煤粉鍋爐項目，滿足了其區域供熱增長需求。天津華苑熱力公司于2015和2019年分別完成100萬t/a煤粉制備系統和5×58 MW煤粉鍋爐系統，以及4×58 MW空冷燃燒器煤粉鍋爐系統建設，鍋爐煙氣凈化均采用布袋除塵+SNCR/SCR+濕法脫硫+濕式電除塵工藝，煙氣實現超低排放。2016—2018年，濟南漿水泉熱力公司分別完成3×80 MW煤粉鍋爐和1×70 MW天然氣/煤粉兩用鍋爐建設，鍋爐煙氣凈化采用布袋除塵+SNCR/SCR+濕法脫硫+濕式電除塵，投入運行后，較建設前燃煤量降低40%以上，煙氣實現超低排放。

2010年11月—2019年11月，國家工信部等部委先后下發11份文件，在政策方面積極支持煤粉工業鍋爐技術發展，多次將煤粉工業鍋爐列入國家工業節能技術裝備推薦名錄。2019年6月16日，國家發改委又下發《關于解決“煤改氣”“煤改電”等清潔供暖推進過程中有關問題的通知》，提出宜煤則煤適合我國能源賦存結構特點的使用方針。國家積極鼓勵政策的持續出臺，為煤粉工業鍋爐今后發展提供了有力保障。

5 未來煤粉工業鍋爐技術發展

5.1 大型化

目前煤粉工業鍋爐系統通過關鍵技術和裝備優化升級，在大型化、模塊化和系列化方向已取得成效。隨著城鎮化的持續推進，供熱需求穩步增加，煤粉工業鍋爐集中化和大型化發展成為必然趨勢。以天津市和濟南市為例，天津市華苑熱力先后完成百萬噸級煤粉制備系統，以及9×58 MW煤粉鍋爐系統建設，為京津冀地區規模最大的煤粉鍋爐區域集中供暖項目。濟南漿水泉熱力建設完成3×80 MW煤粉鍋爐+1×70 MW天然氣/煤粉兩用鍋爐，為國內投入運行最大單體煤粉鍋爐和天然氣/煤粉燃料鍋爐。隨著今后煤炭清潔燃燒利用整體技術的進一步發展，大容量高參數煤粉工業鍋爐規模化應用將成為必然趨勢。

5.2 半焦粉體復合生物質燃燒技術

生物質與煤炭復合燃燒是近20年逐漸發展起來的生物質利用技術[14-20]。由于生物質與煤粉復合燃燒可以改善煤的著火、燃燒和燃盡特性，目前歐美燃煤電站鍋爐復合生物質燃燒技術主流發展方向是生物質顆粒與煤粉復合燃燒。主要應用在燃煤火力發電鍋爐，技術發展圍繞提高生物質摻混比例，降低污染物排放，緩解飛灰堿金屬對受熱面腐蝕開展。大型燃煤鍋爐混燒生物質技術在英國、美國及德國等國家應用較多，電廠裝機總量最高達1 100 MW。自2010年以來，已經實現600 MW機組質量分數0～15%的生物質復合燃燒，600 MW以下機組實現15%～35%的生物質復合燃燒，10～30 MW獨立工業單元超過35%的生物質復合燃燒。工業鍋爐主要采用層燃爐和循環流化床鍋爐，雖然技術比較成熟，但也面臨生物質燃料成本偏高、燃燒效率低及鍋爐受熱面積灰腐蝕等問題。

由于政策方面的原因，我國生物質與煤復合燃燒方式的電廠不多，最具代表性是山東十里泉電廠，總裝機容量140 MW，設計生物質摻混比例為20%。工業鍋爐領域同歐美一樣，主要使用層燃爐和循環流化床鍋爐，但因燃燒技術差距，存在快速啟停、負荷調節、燃盡率及床料團聚等不足。

半焦粉是由高揮發分低變質程度長煙塊煤經中溫熱解或粉煤低溫熱解得到的固體產品，具有高熱值、低灰、低鋁、低硫及低磷等特點，復合生物質粉體燃燒可有效解決生物質燃料低密度、高含水、低熱值、不便于運輸及儲存等問題。目前浙江大學等高校開展了改善煤粉與生物質粉復合燃料燃燒互補性，降低污染物排放，緩解飛灰堿金屬對受熱面腐蝕等研究工作，開發出不同類型的燃燒器，但整體粉體復合燃燒技術發展還處于研究階段。

濃相強旋流逆噴燃燒技術具有可增加燃料在高溫區間的行程和時間，燃燒溫度均衡的特點[21-22]，現開展的半焦粉單獨燃燒研究工作已經取得了一定成果，處于技術放大驗證階段。下一步將開展復合生物質在30%～50%大摻混比條件下，復合燃料制備輸送、燃燒性能以及緩解受熱面腐蝕等方面研究工作。隨著國家能源政策重點向低碳和可再生能源等宏觀政策變化與市場需求，研究工作對推動可再生生物質合理利用、低階煤分質利用發展、實現煤炭減量替代、優化我國能源結構、減輕環境污染將有積極意義。

5.3 高效燃燒技術

圍繞高效和環保的技術理念，高溫空氣燃燒、無焰燃燒及富氧燃燒等技術將成為未來燃燒技術發展方向[23-27]。其中，高溫空氣燃燒技術亦稱為無焰燃燒技術，是20世紀90年代以來發達國家開始普遍推廣應用的一種全新燃燒技術。在煤粉工業鍋爐技術應用中，主要由一次煤粉輸送管和二次風爐膛內預熱結構組成。燃燒過程為：煤粉由占總空氣量5%的一次風攜帶供入，剩余空氣經爐膛高溫預熱至8 00～1 000 ℃以上后分級供入，在低氧條件下，煤粉在高溫條氣流中完成燃燒過程。與傳統燃燒過程相比，技術最大特點是煤種適應性寬，初始NOx排放低。

5.4 協同化煙氣凈化技術

燃煤煙氣污染超低排放控制技術經歷了由單一污染物高效控制向多污染物協同脫除方向發展。前者主要在現有污染物脫除裝置上挖潛擴容，使污染物排放濃度進一步降低；后者綜合考慮了脫硫、脫硝和除塵之間的協同作用，在每個系統脫除主要污染物的同時，協同脫除其他污染物或為下游脫除污染物創造有利條件，最終完成工藝優化組合。

目前，多種污染物協同脫除技術發展迅速，代表性工業化技術主要有MCFB技術、MPCS技術、活性炭技術、SNRB技術等[28-29]。其中，活性炭AC吸附法技術是利用活性炭的高吸附容量，在水蒸氣濃度適宜的條件下，在AC表面將煙氣中SO2和NO分別催化轉化為H2SO4和HNO3加以去除。活性炭吸附硫、硝等污染物的同時，也會吸附其他污染物，如煙氣中的單質氣相汞，且脫除效果較為突出。該方法具有工藝流程簡單、制造維護費用低、無次生廢料和二次污染等優點，研究非常活躍。德國、日本和韓國等國家也有大量活性炭脫硫脫硝工業裝置運行[29]。

國內活性炭或協同脫除燃煤煙氣中污染物研究較多[30-31]。最早在四川的豆壩電廠進行中試[32]，2004年在貴州某電廠建立了推廣示范基地，SO2吸附脫除率達到95.7%，近期的示范工程為2014年建成的神華勝利電廠2×660 MW鍋爐配套脫硫脫硝脫汞一體化裝置，也取得了良好的運行效果。未來隨著低溫炭基預氧化脫硝復合NGD協同煙氣凈化技術的發展成熟，煤粉工業鍋爐協同化煙氣凈化有望實現更加清潔的近零排放。

6 結 語

煤粉工業鍋爐技術系統自研發以來，經歷了從煤粉生產、安定儲供、穩定燃燒以及煙氣清潔排放等核心技術的進步和發展，裝備向大型化、模塊化和系列化發展，以其高效清潔的特點，取得了良好的應用效果。未來隨著國家能源結構優化，天然氣/煤粉鍋爐、低氮燃燒、生物質復合半焦粉及協同化煙氣凈化等技術的開發與成熟，煤粉工業鍋爐技術將成為煤炭清潔燃燒利用主要技術之一。