煤粉預熱低NOx燃燒技術進展

王 帥，劉 洋，劉愿武，牛艷青，朱廣慶，薛旭峰，惠世恩

(1.西安交通大學 能源與動力工程學院 動力工程多相流國家重點實驗室，陜西 西安 710049；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032；3.西安交大思源科技股份有限公司，陜西 西安 710043)

0 引 言

據統計，2021年中國煤炭產量40.7億t，進口量約3.2億t，煤炭消耗量占全國能源消費總量的56%；其中52%的煤炭用于電站燃煤發電，32%用于工業燃煤鍋爐[1]。我國煤炭為主的能源結構以及燃燒為主的煤炭利用方式中短期內難以改變，故控制燃煤NOx排放一直是煤炭清潔燃燒與節能環保的重要方向之一。針對工業燃煤鍋爐，GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標準》規定重點地區燃煤鍋爐NOx排放值要小于200 mg/m3；針對電站燃煤鍋爐，我國制定了全球最嚴格的GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》，重點地區及新建燃煤鍋爐NOx排放值要小于100 mg/m3；而國家《煤電節能減排升級與改造行動計劃》則進一步要求接近或達到燃氣輪機組排放限值(<50 mg/m3)。

燃燒過程中NOx生成主要有3個來源：熱力型、快速型、燃料型。其中熱力型主要是氧化劑中的N在高溫下被氧化，進而生成NOx，一般在溫度高于1 500 ℃時大量生成，且隨反應溫度的升高呈指數型增加。快速型則是指燃燒時空氣中的N和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成游離的N，再進一步與O結合生成NOx。而燃料型則是指燃料中賦存的N被氧化生成的NOx。煤粉燃燒煙氣中NOx的排放主要取決于燃料型NOx，占比達80%以上[2]，因而，降低燃料型NOx的生成潛力最大，效果最明顯。針對燃煤過程中NOx生成特性，現有降低NOx生成的技術手段主要有空氣分級、燃料分級、再燃、煙氣再循環、MILD燃燒等[3]。燃燒器內空氣分級和燃料分級主要通過創造貧氧還原性區域，減少煤氮被氧化生成NOx的幾率，促使煤氮向N2轉化。鍋爐再燃則是在燃燒后期通入部分燃料來還原前期已經生成的NOx。

燃煤過程中NOx的原始排放依然較高，為滿足超低NOx排放的要求，除通過優化燃燒過程來降低NOx生成外，現有機組還必須借助選擇性催化還原(SCR)[4]或選擇性非催化還原(SNCR)[5]等煙氣后處理技術來降低NOx排放。但SCR和SNCR運行過程中存在成本高、催化劑中毒、催化劑堵塞、煙道阻力增大、氨逃逸等問題造成運行壓力[6-7]。相比而言，燃燒過程中降低NOx的經濟性和安全性更高。因而若能在燃燒過程中進一步減少NOx的生成，則可以減輕煙氣后處理壓力，提升經濟性。更理想的是通過優化燃燒過程直接將NOx的原始排放降至標準允許范圍內。因此，目前仍需尋求一種新式燃燒技術進一步降低NOx原始排放。

20世紀80年代，俄羅斯全俄熱能工程研究所(All-Russian Thermal Engineering Institute，VTI)進行了燃氣助燃煤粉預熱-燃燒研究，預燃溫度815 ℃ 時，NOx生成量可下降80%，且NOx脫除效率隨預燃溫度升高而增加。在國內，針對煤粉鍋爐燃燒穩定性差與飛灰含碳量高等問題，清華大學率先開發了筒形預燃室燃燒器，一定程度上提高了鍋爐穩燃特性及燃燒效率。近期，中國科學院工程熱物理研究所開發了(流化床)預熱-(煤粉爐)燃燒技術，工業示范應用于35 t/h煤粉爐時NOx質量濃度可低至200 mg/m3。西安交通大學開發了(旋流燃燒器)煤粉預熱-燃燒技術，35 kW自模化熱態沉降爐研究表明：煤粉低溫預熱(800 ℃)-分級配風燃燒可使神木煙煤、黃陵煙煤和河津貧煤的NOx排放值分別下降74%、67%和48%，飛灰含碳相對下降67%、51%和68%；30 t/h工業煤粉爐應用表明：燃燒煙煤NOx質量濃度低至130 mg/m3。

煤粉預熱-燃燒技術在降低燃煤NOx生成方面潛力巨大，因此，筆者根據煤粉預熱源與預熱裝置的不同將預熱技術分為燃氣輔熱式煤粉預熱-燃燒技術、流化床煤粉預熱-燃燒技術、燃燒器煤粉預熱-燃燒技術3類，并論述各技術研究進展，以期為煤粉預熱低NOx燃燒技術的工業應用提供基礎。

1 燃氣輔熱式煤粉預熱-燃燒技術

燃氣輔熱式煤粉預熱燃燒技術，通過在燃燒器入口處設置一個燃氣(如甲烷)燃燒輔熱的預熱室，預熱室處于缺氧強還原性氣氛；煤粉進入爐膛燃燒前在預熱室內被快速預熱至800 ℃左右，釋放出包含大量含氮化合物的揮發分，在該還原氣氛下，NOx的前驅物(以HCN和NH3為主)在形成NOx之前被還原成N2；但預熱后的氣粉混合物中還存在大量氮的中間產物(HCN、NH3等)，通過合理組織預熱后的氣粉混合物在爐內的燃燒與配風，獲得較低的NOx排放，該過程原理如圖1所示。

圖1 俄羅斯全俄熱能工程研究所燃氣輔熱式煤粉預熱-燃燒示意[8-9]Fig.1 Schematic of gas fired pulverized coal preheating technology in All-Russian Thermal Engineering Institute[8-9]

俄羅斯全俄熱能工程研究所于20世紀80年代提出了天然氣輔熱式煤粉預熱-低NOx燃燒技術并率先開展了相關研究[8-9]，分別進行了實驗室小試、中試和現場測試。實驗室研究表明：煤粉預熱溫度815 ℃時，NOx生成量可下降80%，脫硝效率隨預熱溫度升高而增大；且煤粉預熱還提高了煤粉的著火性能，著火距離提前50%，最高溫度上升38 ℃左右。1982—1983年，1.12 MW示范爐測試表明脫硝效率為60%，未達到預期的脫硝效率(80%)，分析原因為預熱溫度較低，僅為590 ℃。隨后該技術應用于60～300 MW級別鍋爐。

與此同時，美國燃氣技術所(Gas Technology Institute，GTI)在美國能源部的支持下進一步研究了燃氣輔熱煤粉預熱-燃燒。美國燃氣技術所與全俄熱工研究院合作[10]，在瑞利動力有限公司(Riley Power Inc)燃燒中試基地設計、制造、安裝了一臺3 MBTU/h(0.88 MW)的測試爐。中試試驗表明：在未采用任何空氣分級燃燒的測試條件下，燃用PRB次煙煤，NOx質量濃度降至0.15 lb/MBtu(約154 mg/m3)以下，同時CO體積分數控制在35×10-6～112×10-6；燃用高揮發分煙煤時，在出口氧體積分數3%時，NOx質量濃度在300 mg/m3左右。且NOx排放值隨煙氣出口氧體積分數增加近似呈線性增加，如圖2所示。

圖2 美國燃氣技術所燃氣輔熱式煤粉預熱-燃燒中試結果[10]Fig.2 NOx emission results of gas fired pulverized coal preheating technology in pilot scale[10]

最近，西安交通大學惠世恩課題組在35 kW一維管式爐上也進行了輔熱式煤粉預熱-燃燒技術研究[11-13]，如圖3所示(F代表各飛灰測點；T代表各溫度測點)。通過設置單獨的預熱室，液化丙烷和部分揮發分的燃燒提供維持預熱室溫度的熱量，其中液化丙烷供給熱量占總輸入熱量的4%左右。試驗發現預熱室內溫度可以穩定維持在900 ℃，使得揮發分在貧氧強還原性氣氛下發生轉化。并且針對預熱產物的燃燒優化，設計了不同的燃燒器，結合燃燒室的分級配風，在優化工況下采用神木煙煤(SM)、黃陵煙煤和河津貧煤(HJ)的NOx排放值分別下降74%、67%和48%，飛灰含碳量相對下降67%、51%和68%。再次證明煤粉預熱-燃燒技術在降低NOx同時還可以提高燃燒效率。

圖3 西安交通大學煤粉預熱燃燒試驗系統(35 kW)[11-13]Fig.3 Pulverized coal preheating-combustion test rig in Xi′an Jiaotong University (35 kW)[11-13]

圖4為該課題組劉長春等[14]試驗對比預熱-燃燒技術和配風方法對低NOx燃燒潛力以及各技術的協同作用。結果表明：單純采用煤粉預熱或無焰燃燒技術對NOx的生成并無明顯改善，但通過煤粉預熱與分級配風組織可明顯降低NOx，進一步結合無焰燃燒，最終NOx降低效率可以達到74%(神木煙煤)，NOx質量濃度低至110 mg/m3；而揮發分較低的河津貧煤，NOx降低效率依然可達48%。說明燃氣輔熱式煤粉預熱-燃燒技術在降低NOx生成方面潛力巨大，證實了煤粉預熱-燃燒技術需與空氣分級等技術協同使用，進一步降低燃煤過程NOx生成。

圖4 XJTU煤粉預熱-燃燒NOx排放試驗結果(6% O2)[11-13]Fig.4 NOx emission during preheating-combustion of pulverized coal at XJTU(6% O2)[11-13]

2 流化床煤粉預熱-燃燒技術

流化床煤粉預熱-燃燒技術如圖5所示。煤粉首先在CFB中以低過量空氣系數進行部分燃燒，釋放熱量來維持CFB中溫度并加熱新煤粉，而后預熱產物經旋風分離器后在沉降爐進行燃燒組織。該技術借鑒了CFB燃料適應性廣、燃燒穩定性好等優點，可實現無需外部熱源，單純依靠預熱時部分燃料燃燒釋放的熱量來維持預熱過程的穩定性。該技術與燃氣輔助式預熱-燃燒技術均為分段式燃燒，并在第1級燃燒中產生高溫煤氣與煤焦。區別在于燃氣輔助式預熱-燃燒技術需要燃燒一定量的可燃氣體提供預熱煤粉所需部分熱量，而該技術則是自熱式，無需外部熱源。另外，基于CFB的特性，煤粉顆粒在預熱階段停留時間明顯較長，更有利于N的析出和向N2轉化。另外，煤粉預熱時除溫度升高外，自身結構也發生了顯著的物理化學變化，從而影響燃燒過程中N的轉化與NO的生成，這是與高溫空氣燃燒最本質的區別。

圖5 中科院CFB煤粉預熱-燃燒技術系統[15]Fig.5 Schematic of the CFB preheating-combustion technology developed by Institute of Engineering Thermophysics[15]

流化床煤粉預熱-燃燒技術最初由中國科學院呂清剛課題組提出并展開詳細研究[15]。圖5為呂清剛課題組開發的循環流化床煤粉預熱-燃燒試驗系統示意。系統總功率30 kW，循環流化床提升管徑90 mm，高1 500 mm，下行燃燒室內徑260 mm，高3 000 mm。煤進入爐膛燃燒前，首先進入一個循環流化床預熱室，循環流化床內的過剩空氣系數遠小于1，煤在循環流化床內熱解并部分燃燒，粒徑間隙、比表面積增大、孔隙率增大，循環流化床預熱后的氣粉混合物被送入爐膛，在合理的組織下繼續燃燒。

為探究流化床預熱技術的低NOx潛力以及對燃料種類的適應性，尤其是燃料種類變化時流化床預熱-燃燒系統能否持續穩定運行以及燃用不同燃料時NOx的排放特性，呂清剛課題組在該試驗平臺上針對不同種類燃料的預熱特性和燃燒特性進行了詳細研究。呂清剛等[15]首先以大同煙煤為原料，驗證了流化床預熱的可行性和穩定性。CFB中過量空氣系數保持在0.4，預熱溫度可達800 ℃以上，燃燒效率達99%，保證燃燒效率的同時NOx排放值可以降至399 mg/m3。而后WANG等[16-17]對無煙煤(Vad=6.74%)進行預熱，CFB中空氣當量比低于0.3時，低揮發分煤種也可穩定預熱-燃燒，且煤粉預熱后的燃燒更加穩定；減小無煙煤粒徑，有利于提高其燃燒特性；還原區過量空氣越小，停留時間越長，NOx排放值越小。預熱溫度和總過量空氣系數在適當范圍內對燃料的燃燒特性以及NOx的排放影響不大。當預熱-燃燒與空氣分級進一步耦合時，NOx質量濃度降低到200 mg/m3，其中最優工況可為103 mg/m3[18-22]。YAO等[23-24]進一步驗證了神木半焦(Vdaf=7.31%)預熱低NOx燃燒可行性。

隨后，ZHU等[25-30]將流化床預熱與富氧燃燒相結合，探究了O2/CO2氣氛下煤N在預熱過程中的遷移轉化特性。煤粉預熱-燃燒技術和富氧燃燒技術結合，在提高燃燒熱效率的同時保證較低的NOx排放。LIU等[31-35]進一步將流化床預熱與無焰燃燒技術相結合，證明了預熱產物更易形成無焰燃燒。且與預熱產物有焰燃燒的組織方式相比，通過無焰燃燒對預熱產物進行燃燒組織可使NOx排放降低一半甚至更多，NOx初始質量濃度降至50 mg/m3。在最優化工況下煤粉燃燒產生的煙氣無需處理直接滿足排放標準。

近期，中科院還將流化床預熱技術從實驗室級別擴展到24 MW級別的鍋爐，并單純以超低揮發分碳基燃料進行預熱燃燒，初步測試結果表明，采用預熱技術后，NOx原始質量濃度可低至200 mg/m3[36]。

上述研究證明流化床預熱可以降低燃煤過程中NOx生成。借助流化床煤種適應性廣的特點也證實了預熱可應用于多煤種，從揮發分高的煙煤到揮發分極低的無煙煤甚至半焦和氣化飛灰，預熱還可以與空氣分級、富氧燃燒、無焰燃燒等技術相結合，進一步降低燃煤過程中NOx的生成。

3 燃燒器煤粉自預熱-燃燒技術

西安交通大學惠世恩教授與牛艷青課題組在前期一維管式爐預熱-燃燒試驗及機理研究的基礎上設計了一系列的自預熱式旋流燃燒器，將煤粉自預熱技術與徑向及軸向多級逐級配風技術、燃料濃淡分離與分級送粉等技術有機結合。在降低燃煤NOx生成同時，實現煤粉的自預熱并具備防結渣、多燃料、跨負荷靈活調節等優勢。在此基礎之上，還將具備上述技術的燃燒器與鍋爐燃燒系統集成耦合，實現了燃燒器以及爐膛燃燒組織的優化，從源頭減少燃燒過程NOx的生成[37-38]。

35 kW煤粉預熱-燃燒試驗臺如圖3所示，根據21 MW燃燒器原型按照比例20∶1設計了不同端面結構的自預熱式旋流燃燒器(圖6)[39]，對自預熱式燃燒器燃燒特性進行了詳細研究，特別是各級配風風量和不同外二次風結構形式對燃燒特性與NOx生成特性的影響，為該燃燒器的工業應用及其運行優化提供理論依據和指導。

圖6 煤粉自預熱-燃燒低NOx旋流燃燒器結構示意[39]Fig.6 Schematic of self-preheating burner with multi air staging at XJTU[39]

結構上，自預熱式旋流燃燒器沿徑向由內而外依次布置中心風、一次風PA、緊湊型直流內二次風CCNSISA、緊湊型旋流內二次風CCSISA(旋流強度可調節)、分離型旋流內二次風SSISA與分離型旋流外二次風SSOSA(旋流強度可調節)；沿軸向由后向前，中心風、一次風PA、緊湊型直流內二次風CCNSISA與緊湊型旋流內二次風CCSISA均通入預燃室后端，預燃室出口內側壁及斷面依次布置分離型旋流內二次風SSISA與分離型旋流外二次風SSOSA。一次風PA與緊湊型旋流內二次風CCSISA之間設置緊湊型直流內二次風CCNSISA，剛性CCNSISA能夠隔絕一次風煤粉氣流擴散，進而有效防止高溫灼熱焦炭顆粒在預燃室內沖墻貼壁燃燒；緊湊型旋流內二次風CCSISA可有效清潔預燃室內壁殘留灰渣及煤焦，阻止預燃室內壁積灰結渣。SSISA與SSOSA分別由預燃室出口內側壁與斷面旋轉射出(亦可直流)直接冷卻預燃室噴口，防止預燃室內煤灰高溫熔融結渣；旋轉射流CCSISA、SSISA與SSOFA卷吸回流爐內高溫煙氣為預燃室提供高溫熱源，促進后續新燃料預熱氣化及穩定著火，實現自預熱、低負荷穩燃與低NOx燃燒。預燃室為高溫耐火結構，吸收燃料燃燒放熱并反向輻射為新的一次風煤粉氣流提供氣化與著火熱源，強化煤粉自預熱著火，并延長煤粉整體燃燒停留時間，提高燃燒效率。合理調節SSOSA、SSISA與CCSISA比例，可控制高溫煙氣卷吸回流強度，保證煤粉及時著火的同時預燃室溫度不至過高而惡化結渣。與此同時，自預熱-低氮燃燒關鍵技術集成于燃燒器與鍋爐系統，通過空氣深度分級逐級配風，延長煤粉在還原性氣氛的停留時間，減少NOx生成，預燃室內煤粉提前著火，延長其燃燒時間促進燃盡。空氣分別沿燃燒器徑向及軸向與煤粉氣流逐級混合，在時間和空間尺度上實現深度空氣分級，煤粉預熱、氣化、著火、燃燒依次進行，有效控制揮發分釋放，燃燒過程HCN、NH3等含N中間絡合物中N的還原；特別是，預燃室內煤粉在高溫低氧強還原性環境下發生部分氧化燃燒及氣化反應，促進揮發分快速釋放，HCN等含氮化合物、氣態碳氫化合物和炭煙生成，強烈的還原性氣氛有效促進煤N轉化為N2，減少NOx原始生成量。預熱氣化與燃燒產物進入爐膛后與CCOFA和SOFA逐級混合，強化低NOx燃燒。

試驗中，模型燃燒器中心管外徑φ=10 mm，一次風管外徑φ=19 mm，緊湊型直流內二次風管外徑φ=26 mm，緊湊型旋流內二次風管外徑φ=33 mm。一次風與緊湊型直流、旋流內二次風通道均為環形通道，緊湊型旋流內二次風通過8個與軸線夾角為45°的旋流葉片形成旋轉射流。根據燃燒器預燃室殼體上SSOSA噴口結構的不同，將煤粉燃燒器分別定義為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型燃燒器(Ⅰ型燃燒器SSOSA噴口直徑φ=3.5 mm，高速直流入射；II型燃燒器SSOSA噴口直徑φ=3.5 mm，高速旋流入射，旋流角度為30°，旋轉射流方向與緊湊型旋流內二次風同向；Ⅲ型燃燒器SSOSA噴口直徑φ=5 mm，常規速度直流入射)。

試驗結果表明：只進行燃燒器空氣分級而不采用爐膛空氣分級時，燃用黃陵煙煤的NOx排放值高于烏海劣質煙煤；爐膛同時進行CCOFA和SOFA兩級空氣分級后，燃用黃陵煙煤的NOx排放值低于烏海劣質煙煤。高揮發分、低灰分的優質煙煤在燃燒過程中NOx生成對主燃區的氧氣濃度更加敏感，爐膛深度空氣分級對優質煙煤的脫硝潛力更大。煤粉預熱-燃燒與多級調風耦合過程，使主燃燒區處于缺氧燃燒狀態，減少了競爭氧化還原反應生成的NOx。同時，SSOSA高速射流引誘爐內煙氣再循環，進一步降低氧濃度，減少NOx的生成。在爐膛空氣分級和燃燒器空氣分級的協同作用下，有進一步降低NOx生成的潛力。

不同的燃燒器SSOSA射流結構下煤粉預熱-燃燒NOx試驗值，如圖7所示，在多級調風條件下，Ⅰ型燃燒器(高速直流)的NOx排放低于Ⅱ型燃燒器(高速旋流)和III型燃燒器(常規直流)。

圖7 不同的燃燒器SSOSA射流結構下煤粉預熱-燃燒NOx試驗值[39]Fig.7 Experimental results of NOx emission with different SSOFA airflow for pulverized coal preheating-combustion through swirling burner[39]

燃燒器Ⅰ的分離型外二次風，延遲了預熱燃燒產物的混合，燃燒區向后移動，有利于抑制NOx的生成。在相同試驗工況下，使用Ⅱ型燃燒器的NOx生成量比Ⅲ型燃燒器降低19%；使用Ⅰ型燃燒器的NOx生成量比Ⅱ型燃燒器降低13%。最終NOx質量濃度可低至208 mg/m3。

隨后，借助一臺25 t/h，燃燒器前置的L型煤粉爐應用表明：一次風率的合理區間在16%～19%。隨著內、外二次風率比增大，NOx質量濃度先下降后上升，內、外二次風率比的合理區間在0.8～1.0。在燃燒系統合理的配風區間內，NOx質量濃度在212～231 mg/m3[40-41]。

該系列燃燒器煤粉自預熱-燃燒技術能長時間持續穩定低NOx運行，蘭州桃海1臺功率為4.2 MW熱水鍋爐(SZS4.2-1.0/130/70-AIII，配置1臺6 t/h煤粉燃燒器)經環保機構測試，運行3 a內NOx質量濃度均在164～182 mg/m3；山東臨沂1臺30 t/h蒸氣鍋爐(HY-30/5.3-M，配置一臺40 t/h煤粉燃燒器)，燃燒效率為90.3%時，NOx源質量濃度低至130 mg/m3；應用在濟寧某70 MW鍋爐上結果表明：跨負荷運行時NOx質量濃度分別降至165(81.8%負荷)、155(61.2%負荷)與168 mg/m3(37.8%負荷)。目前，該燃燒器已成功應用于全國8省21市65臺工業煤粉鍋爐，共應用燃燒器109臺。NOx源質量濃度<280 mg/m3，測試工況下130～182 mg/m3(基準氧量9%，爐膛出口運行氧量約3.5%)，廣泛實現煤氣兩用。

此外，ZHANG等[42-43]提出PRP(Primary air enrichment and preheating)燃燒器，如圖8所示。該燃燒器設置有預熱腔室，通過偏置一次風形成再循環煙氣的流場提供熱源，預熱一次風粉混合物，同時在熱室內外形成兩級高溫煙氣再循環。12 MW工業鍋爐應用表明：可實現無煙煤(Vdaf=7.8%)和石油焦(Vdaf=11.6%)的無油穩定燃燒，其中石油焦的NOx質量濃度可控制在245 mg/m3以內(6% O2)，無煙煤燃燒可控制在306～490 mg/m3(6% O2)。

圖8 PRP燃燒器工作原理[42-43]Fig.8 Operating principle of PRP burner[42-43]

同時，煤炭科學研究總院[44]提出中心內噴強制回流雙錐穩燃室如圖9所示。通過對一次風回流帽的特殊設計，有利于在一、二次風混合前充分預熱煤粉和一次風，顯著延長煤粉在雙錐穩燃室內的停留時間。結果表明：使用該燃燒器的爐膛出口NOx質量濃度在175～350 mg/m3。

圖9 中心內噴強制回流雙錐穩燃室燃燒器[44]Fig.9 Burner with central injection forced reflux double cone preheating chamber burner[44]

4 結語與展望

作為一種新型的低NOx燃燒技術，煤粉預熱-燃燒技術在燃燒前通過煤粉預熱保證揮發分N的釋放和貧氧強還原性氣氛下的轉化，可有效降低NOx的生成。現有燃氣輔熱式煤粉預熱-燃燒技術、流化床煤粉預熱-燃燒技術、燃燒器煤粉預熱-燃燒技術均可有效降低NOx生成，同時保證較高的煤粉燃燒效率。

相較而言，燃氣輔熱式煤粉預熱-燃燒技術需要額外的燃氣來提供煤粉預熱所需的部分熱量，流化床煤粉預熱-燃燒技術需額外的流化床實現煤粉的預熱功能，需進一步綜合平衡燃燒系統的投資與運行費用；燃燒器煤粉預熱-燃燒技術結構簡單、易對現有鍋爐燃燒系統進行改造。但燃燒器煤粉預熱-燃燒技術存在不足，如煤種適應性需進一步強化。對于煤粉預熱-低NOx燃燒技術研究成果以及遇到的挑戰，提出以下發展建議：

1)通過試驗和理論分析進行優化設計，進一步拓寬燃燒器煤粉預熱-燃燒技術的使用范圍和工作性能。對燃燒器煤粉預熱-燃燒技術進行進一步優化設計以拓寬煤種適用性是研究重點之一。

2)鍋爐設計過程中進行預熱式燃燒器以及爐膛集成設計，保證燃燒器以及爐膛的優化運行，實現燃燒器及鍋爐爐膛燃燒系統設計方式的改進。

3)設計預熱式煤/氣/生物質等多燃料燃燒器，進行蘭炭末、氣化灰/渣等固廢與煤的解耦燃燒，達到固廢處理與資源化利用是該預熱-燃燒技術的研究方向之一。