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。

鉴于我国环境容量限制，要求燃煤发电机组大气污染物达到超低排放。采用传统技术的 CFB 机组，尽管锅炉本身 NOx 排放低于煤粉锅炉，但依然远高于超低排放的要求，如果采用煤粉锅炉的 NOx 先生成再治理的控制方法（采用SCR烟气净化），在投资和运行成本上失去了低成本污染控制的优势，如何深度挖掘 CFB 锅炉炉内NOx控制潜力，国际上没有相应的理论和技术可以借鉴。该成果是CFB低氮燃烧技术的重大突破，超越了传统CFB的流态设计范围，以改变流态来改变CFB燃烧中的NOx生成与还原的化学反应行为，从而降低NOx的原始生成。获专利授权35项，其中发明专利24项。与创新点有关的论文共发表93篇，其中SCI收录41篇，EI收录52篇。 工程实践证实，即使燃用 NOx 排放最难控制的褐煤，原始排放值可降低至 80mg/m3、以下，比其他技术最优水平减排约43%，为国际最优。已推广应用 47 台，合同额约55亿元，带动相关产业约150亿元。近三年实现销售收入约4亿元，利润约2365万元，新增税收约6900万元。若在全国推广使用，每年可降低环保投资300亿元、节约运行费用540亿元、减排NOx 300万吨,经济和社会效益显著。由秦裕琨院士为组长的评价委员会认为：“该技术突破了国内外现有技术对燃煤循环流化床燃烧自身氮氧化物控制水平，属自主技术创新，达到国际领先水平。”该技术的氮氧化物原始排放水平明显低于国内外同类产品，已出口海外，成为CFB燃烧技术发展新方向，促进了循CFB燃烧技术的进步，引领了CFB技术的国际发展。

目前，国内燃煤发电企业正按照国家《“十二五”节能减排规划》的要求，对锅炉烟气进行脱硝处理，以减少氮氧化物排放。煤粉锅炉降低氮氧化物排放，普遍采用SCR脱硝工艺，SCR脱硝还原剂的制备可采用液氨法和尿素法。 随着近年来电力行业内对液氨的潜在危险意加重视，未来市场将对尿素分解法制氨工艺有追切的需求。尿素分解法制各脱硝还原剂，分为尿素热解法和尿素水解法。尿素热解法以美国FuelTech公司开发的ULTRA工艺为代表，其原理是利用尿素对热不稳定的性质，迅速加热会分解生成HNCO（氰酸）和NH。主要缺点是采用电加热方式提供热源，运行费用高，设备体积大，现场布置困难。以一台600MW的燃煤锅炉为例，配套的尿素热解炉直径约2.4m，高度约9m，需要上下贯通多层检修平台，难以布置。尿素水解制氨工艺是尿素溶液在压力金中发生水解，水解后的产物为NH、CO2、H0的混合蒸汽，经除雾器除掉携带的水滴后，通过自身压力送往氨气稀释系统，加入空气后稀释成浓度约5%的氨气，送往喷氨系统。目前尿素热解法和尿素水解法的初投资相当，但水解法采用低品质的蒸汽作为加热热源，运行成本大大低于采用电加热的尿素热解法，因此尿素水解技术将具备更强的市场竞争力。

随着经济发展步入新常态化和“两化深度融合”，电力企业面对电力需求增长放缓、新能源装机比重不断提高的发展环境，建立智能化电厂就是我国电厂解决发展难题的突破点。国家发改委发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，在国家能源转型的大背景下电力发展提出智能发电概念。大唐南京发电厂与南京科远智慧科技集团股份有限公司、中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司以及东南大学开展产学研合作，把虚拟现实、大数据分析、人工智能等技术运用到电力生产行业，逐步完善并确立了锅炉CT、智能燃烧优化系统、三维镜像电厂、人员定位安全管理系统、远程故障诊断中心、锅炉四管诊断系统为技术核心的六个建设模块，成为国内首家开展智能化电厂研究的燃煤发电厂。本项目成果主要创新点包括研发锅炉温度场CT测量技术，实现燃烧过程三维可视化；实现超超临界大型煤粉锅炉燃烧过程的三维数值模拟，研发变煤质/负荷超超临界锅炉燃烧优化专家指导系统：利用UWB技术，采用基于接收信号时间法实现高精度定位；通过大数据分析和人工智能技术实现机组故障早期预警和诊断；通过大数据分析分析及三维建模技术，构建锅炉四管三维建模及状态三维可视化，实现泄漏预警、防磨防爆管理；采用虚拟现实技术，完成电厂三维建模；通过数字化管控平台进行统一集中管理和展示，提供管理驾驶舱，直观的监测电厂运营情况。本成果已在大唐南京发电厂两台660MW超超临界机组中应用，系统运行效果良好。本成果使用对象明确，用户数量和市厂容量庞大，项目技术及产品具有很高的的推广应用价值，可在发电厂广泛应用。