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。

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。

我国“碳达峰、碳中和”目标的提出对各行业都提出了更高的要求，面对超过10亿千瓦的燃煤火电机组，无论是通过节能降耗等手段减少机组的碳排放，还是对机组碳排放进行准确计量，都需要建立完善科学的性能试验标准体系。我国原有的电站锅炉性能试验标准发布面向对象主要是系统简单的小机组，针对当前系统复杂的机组，在电站锅炉效率定义和计算方法、锅炉热平衡边界等方面已不能满足我国电站锅炉技术和节能指标体系发展的要求。而对于锅炉性能影响很大的空气预热器还没有专门的性能试验标准，导致近年来很多火电机组的性能试验还要参考美国ASME的标准。美国ASME标准虽建立了相对完善的体系，但是试验方法复杂，而且基于高位发热量的理论体系与实际工作条件不符。针对原有电站锅炉和空气预热器性能试验标准在应用中存在的问题，项目历时10年对其性能试验的标准化工作开展了研究和应用，主要创新工作如下：改进了ASME有关电站锅炉效率的定义和计算方法，提出了以燃料效率作为考核标准和以燃料低位发热量作为输入热量的锅炉效率定义和计算方法，提出了针对复杂热力系统的锅炉热平衡边界确定方法和锅炉效率计算方法；提出了空气预热器漏风率、阻力、热容比、烟气侧效率和空气侧效率的测量、计算和修正方法，改进了ASME三分仓空气预热器性能修正计算方法，提出了不依赖厂家数据的传热条件改变时烟气温度和空气预热器漏风率修正计算方法。统一了循环流化床锅炉和煤粉锅炉性能试验的规程体系，提出了简化修正的循环流化床脱硫效率计算方法、采用运行测量装置测量的燃料量确定方法。项目编制1项国家标准《电站锅炉性能试验规程》、2项行业标准《火力发电机组性能试验导则》和《空气预热器性能试验规程》，授权8项发明和7项实用新型专利，出版3本专著，发表论文10余篇。