神华煤安全清洁燃用技术研究与实践.pdf

第4 5 卷第1 0 期 2 0 2 0 年1 0 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5 0 c t ． N o ．1 0 2 0 2 0 移动阅读 王树民，宋畅，刘志江，等．神华煤安全清洁燃用技术研究与实践[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 t O 3 5 8 0 3 5 8 8 ． W A N GS h u m i n ，S O N GC h a n g ，L I UZ h i j i a n g ，e ta 1 ．R e s e a r c ha n dp r a c t i c eo nt h es a f ea n dc l e a nc o m b u s t i o no fS h e n h u a c o a l [ J ] ．J o u m a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 1 0 3 5 8 0 3 5 8 8 ． 神华煤安全清洁燃用技术研究与实践 王树民1 ，宋畅2 ，刘志江1 ，李巍2 ，陈寅彪2 ，张翼3 ，张清峰4 1 ．国家能源投资集团有限责任公司，北京1 0 0 0 1 1 ；2 ．中国神华能源股份有限公司国华电力分公司，北京1 0 0 0 2 5 ；3 ．神华国华 北京 电力研 究院有限公司，北京1 0 0 0 2 4 ；4 ，华北电力科学研究院有限责任公司，北京1 0 0 0 4 5 ‘ 摘要神华煤储量丰富，具有低灰、低硫、中高热值、易燃等特性，存在灰熔点低，易结焦、爆炸等难 题。从安全和清洁2 个维度总结了神华煤安全燃烧、清洁利用技术及创新实践。分析了神华煤燃 烧、结渣及掺烧特性，探讨了大容量锅炉结渣防治技术和燃烧系统设计、运行关键技术，提出了大容 量煤粉锅炉燃用神华煤的炉膛设计选型准则，实现了神华煤型号标准化。提出了燃煤锅炉烟气污 染物排放达到天然气燃气轮机组排放限值的“近零排放”企业标准，开发了除尘脱硫脱硝脱汞核心 技术，率先在燃用神华煤的大容量锅炉上应用推广。结合5 00 0 0m 3 ／h 燃煤烟气污染物全流程控 制中试平台试验研究，形成了宽温度窗口脱硝、湿式机电耦合除尘等新技术，获得了烟尘，S O 。，N O 。 和汞的排放特征及多污染物协同控制规律；通过燃煤锅炉示范应用，实现烟尘，S O ，N O 。和汞排放 质量浓度分别不高于1 ，1 0 ，2 0 ，0 ．0 0 3m r , ／m 3 ；探索并提出了“11 2 3 ”生态环保排放限值，分析了燃煤 烟气污染物减排效果。未来将持续开展新一代高效发电、烟气多污染物一体化脱除及资源化回收、 非常规污染物深度脱除和C O ，“近零排放”等技术的研发与应用。 关键词神华煤；安全燃烧；设计选型准则；污染物减排；排放标准 中图分类号T Q 5 3 4 ；T K l 6 文献标志码A 文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 0 1 0 3 5 8 0 0 9 R e s e a r c ha n dp r a c t i c eo nt h es a f ea n dc l e a nc o m b u s t i o no fS h e n h u ac o a l W A N GS h u m i n l ，S O N GC h a n 9 2 ，L I UZ h i j i a n 9 1 ，L IW e i 2 ，C H E NY i n b i a 0 2 ，Z H A N GY i 3 ，Z H A N GQ i n g f e n 9 4 1 ．N a t i o n a zE n e r g yI n v e s t m e n tG r o u pC o ．，“d ．，B e i j i n g1 0 0 0 1 1 ，L h i n a ；2 ．G u o h n aE l e c t r i cP o w e rB r a n c h ，L 壳i n aS h e n h n aE n e r g yC o ．，L t d ．，B e i j i n g 1 0 0 0 2 5 ．C h i n a ；3 ．S h e n h n aG u o h u a B e i j i n g E l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t eC o ．，厶d ．，B e i j i n g 1 0 0 0 2 4 ．C h i n a ；4 ．N o r t hC h i n aE l e c t r i cP o w e rR e s e a r c h I n s t i t u t eC o ．，L t d ．，B e i j i n g 1 0 0 0 4 5 ，C h i n a A b s t r a c t S h e n h u ac o a li sa b u n d a n tw i t ht h ef e a t u r e so fl O Wc o n t e n t so fa s ha n ds u l f u r ，h i g h m i d d l ec a l o r i f i cv a l u e ， e a s yb u r n i n g ，e t c ．a n dt h ep r o b l e m so fl o wa s hf u s i o np o i n t ，e a s yc o k i n g ，e x p l o s i o n ，e t c ．T h et e c h n o l o g i e sa n di n n o v a t i v e p r a c t i c e so fs a f ec o m b u s t i o na n dc l e a nu t i l i z a t i o no fS h e n h u ac o a lw e r es u m m a r i z e df r o mt h ed i m e n s i o n so fs a f e t ya n d c l e a n l i n e s s ．T h ec o m b u s t i o n ，s l a g g i n ga n db l e n d i n gc h a r a c t e r i s t i c so fS h e n h u ac o a lw e r ea n a l y z e d ，t h es l a g g i n gc o n t r o l t e c h n o l o g i e s ，c o m b u s t i o ns y s t e md e s i g na n dk e yo p e r a t i o nt e c h n o l o g i e sw e r ed i s c u s s e df o rl a r g ec a p a c i t yb o i l e r ，a n dt h e f u r n a c ed e s i g na n ds e l e c t i o ng u i d e l i n e so fl a r g ep u l v e r i z e db o i l e r sf o rS h e n h u ac o a lw e r ep r o p o s e d ，w h i c hr e a l i z e dt h e m o d e ls t a n d a r d i z a t i o no fS h e n h u ac o a l ．T h ee n t e r p r i s es t a n d a r do fn e a r z e r oe m i s s i o nt h a tr e a c h e st h ee m i s s i o nl i m i t so f n a t u r a lg a st u r b i n ef o rc l e a nc o a lp o w e rw a sp r o p o s e da n dt h ec o r et e c h n o l o g i e sf o rd e - d u s t i n g ，d e s u l f u r i z a t i o n ，d e n i t r a 一 收稿日期2 0 2 0 0 8 0 4修回日期2 0 2 0 0 9 1 6责任编辑常明然D O I 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．2 0 2 0 ．1 3 0 3 基金项目国家重点研发计划资助项目 2 0 1 9 Y F C l 9 0 4 3 0 0 作者简介王树民 1 9 6 2 一 ，男，山东东平人，教授级高级工程师，博士。T e l 0 1 0 5 8 1 3 4 9 4 5 ，E - m a i l 1 6 0 1 0 0 0 5 c h n e n e r g y ．C O B ．c n 通讯作者张翼 1 9 7 0 一 ，男，黑龙江五常人，教授级高级工程师，博士。T e l 0 1 0 5 8 1 3 3 6 0 6 ，E m a i l 1 6 8 0 0 8 0 1 c h n e n e r g y ．c o i n ．c a 万方数据 第1 0 期王树民等神华煤安全清洁燃用技术研究与实践 t i o na n dd e m e r c u r a t i o nw e r ed e v e l o p e d ，w h i c hw e r ef i r s t l ya p p l i e da n dp r o m o t e di nS h e n h u ac o a l f i r e db o i l e r ．T h r o u g h t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yi nt h e5 00 0 0m 3 ／hp i l o tp l a t f o r mf o rt h ew h o l ep r o c e s sc o n t r o lo fc o a l f i r e df l u eg a sp o l l u t a n t s ， t h en e wt e c h n o l o g i e ss u c ha sd e n i t r a t i o na tw i d et e m p e r a t u r ew i n d o w ，w e te l e c t r o m e c h a n i c a lc o u p l i n gd u s tr e m o v a l w e r ed e v e l o p e d ，a n dt h ee m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fd u s t ，S O 。，N O 。a n dH ga sw e l la st h ec o o r d i n a t e dc o n t r o ll a wo f m u l t i p l ep o l l u t a n t sw e r eo b t a i n e d ．T h r o u g ht h ed e m o n s t r a t i o na p p l i c a t i o ni nc o a l f i r e db o i l e r ，t h ee m i s s i o nc o n c e n t r a - t i o n so fd u s t ，S O ，，N O ，a n dH gl o w e rt h a n1 ，1 0 ，2 0 ，0 ．0 0 3m g ／m 3r e s p e c t i v e l yw e r ea c h i e v e d ．T h en e w11 2 3e m i s s i o n l i m i t sw e r ee x p l o r e da n dp r o p o s e d ，a n dt h er e d u c t i o ne f f e c to fc o a l f i r e df l u eg a sp o l l u t a n t sw a sa n a l y z e d ．I nt h ef u t u r e ， t h et e c h n i c a lr e s e a r c h ，d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fn e wg e n e r a t i o no fh i g h - e f f i c i e n tp o w e rg e n e r a t i o nt e c h n o l o g y ，i n - t e g r a t e dr e m o v a lo fm u l t i p l ef l u eg a sp o l l u t a n t sa n dr e s o u r c er e c y c l i n g ，d e e pr e m o v a lo fu n c o n v e n t i o n a lp o l l u t a n t s ，C 0 2 n e a r z e r oe m i s s i o n ，e t e ．w i l lb ec o n t i n u o u s l yc a r r i e do u t ． K e yw o r d s S h e n h u ac o a l ；s a f ec o m b u s t i o n ；d e s i g na n ds e l e c t i o ng u i d e l i n e s ；r e d u c t i o no fp o l l u t a n te m i s s i o n ；e m i s s i o n s t a n d a r d 能源是影响我国两个“百年梦想”实现的全局 性、战略性问题⋯。虽然当前经济发展进入新时代， 但我国“以煤为主，多元发展”的能源方针和以煤电 为主的电源结构在较长时期内不会改变旧叫J 。联合 国为解决社会、经济和环境的发展问题，提出了 2 0 1 5 - - 2 0 3 0 年可持续发展目标“ J ，通过能源技术革 命，消除能源贫困，获得可持续的现代能源。我国石 油和天然气对外依存度高，煤炭是支撑经济社会可持 续发展的重要保障，研究先进的煤炭开发利用技术， 实现煤炭绿色开采及水资源保护M 1 和清洁低碳、安 全高效利用一0 | ，对于改善我国生态环境和保障能源 安全具有重大战略意义。 位于鄂尔多斯盆地的神府东胜煤田 简称“神东 煤田” 是最年轻的世界级特大煤田之一⋯J ，主产侏 罗纪烟煤，已探明储量22 4 0 亿t 。为加快神东煤田 开发，1 9 9 5 年国家成立神华集团，开启了中国现代化 矿井“五高四化”建设的新篇章，形成了“神华煤”品 牌2 | 。神华煤是我国的优质动力煤，但在应用初期， 出现过制粉系统爆炸和炉膛严重结焦等严重问题，随 着环保标准的提高，神华煤又面临清洁利用问题。笔 者归纳总结了神华煤大容量锅炉安全燃用副和烟气 污染物“近零排放”关键技术，并提出了燃煤安全清 洁发电的未来发展方向及相关建议。 1 神华煤安全燃用技术 1 ．1 典型神华煤特性 神华煤主要矿区包括神府东胜、准格尔等。神府 东胜煤具有低灰、低硫、中高热值、易燃等特点，但灰 熔点低，燃烧时容易结渣，影响锅炉安全，为开发利用 带来难题。神府东胜煤兼有中高热值和灰中钙铁含 量高的特征，已有结渣判别依据及结渣防治手段并不 能解决其安全燃烧问题4 | 。神华准格尔煤硫含量 低、挥发分和发热量较高，其灰中铝硅含量高、灰熔点 高，是适宜掺烧煤种，但由于灰的比电阻高，要实现烟 尘“近零排放”难度较大‘9 | 。典型神华煤的煤质特性 见表1 。 表l 典型神华煤煤质特性 T a b l e1C o a lc h a r a c t e r i s t i c so ft y p i c a lS h e n h u ac o a l 注W 为质量分数。 1 ．2 早期技术研究及应用 1 ．2 ．1 在役锅炉掺烧神华煤 1 9 8 9 年2 至3 月，能源部华北电业管理局在河 北下花园电厂1 ，2 号2 台4 1 0t ／h 锅炉试烧神华 煤5 | ，先后发生了制粉系统爆炸和炉膛严重结焦、过 热蒸汽超温等问题。华北电业管理局发电处、华北电 科院、下花园电厂共同研究提出了加装冷风管降低一 次风温度，提高一次风强度，推迟着火点的技术方案。 1 9 8 9 年6 月开展了l ，2 号锅炉燃烧调整试验。结果 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 表明，锅炉额定负荷运行时，喷燃器烧损问题得到缓 解，炉膛结焦现象明显减轻，过热蒸汽温度在一定程 度上得到了控制，减温水量由2 5 ．9t ／h 降到3 ．5t ／h 。 但由于掺烧神华煤后，炉膛容积热负荷、断面热负荷 等关键参数严重偏离设计值，制粉系统爆炸未得到有 效解决，且电厂煤场储煤能力有限，不能解决按比例 配煤问题，在燃用3 0 万t 神华煤后，停止了试烧工 作。 1 ．2 ．2 新设计锅炉燃用神华煤 以神华煤为设计煤种的锅炉主要集中在华东和 华南地区，见表2 。为确保新设计锅炉安全燃用神华 煤，上海电力局于1 9 8 8 年4 月组织在内蒙古包头电 厂2 2 0t ／h 锅炉上试烧神华煤，为华东地区的电站锅 炉设计提供了经验。由于对神华煤燃烧特性了解较 少，在燃用神华煤初期仍发生过严重的结渣问题，但 通过设备改造、燃烧优化等手段，实现了一定比例燃 用神华煤。 表2 新设计锅炉燃用神华煤 T a b l e2 N e w l yd e s i g n e ds h e n h u ac o a l - f i r e db o n e r 1 ．3 神华煤安全燃用技术研究 2 0 0 0 年，神华国华电力公司 简称“国华电力” 组织开展神华煤安全清洁利用技术创新，对国内在役 锅炉改烧掺烧神华煤进行了全面调研6 | ，掌握了影 响锅炉安全运行的主要问题，通过因炉施策，研究制 定了各类型锅炉安全燃用神华煤技术措施，解决了非 设计煤种锅炉燃用神华煤的技术难题，见表3 。 表3 不同类型锅炉燃用神华煤治理技术 T a b l e3T r e a t m e n tt e c h n o l o g i e so fb u r n i n gS h e n h u ac o a lf o rd i f f e r e n tt y p e so fb o i l e r s 锅炉俄罗斯T 型直流超临界锅炉日本叮r 型亚临界汽包锅炉国产n 型高压汽包锅炉 设计煤种晋北烟煤晋北烟煤晋北烟煤 应用电厂天津盘山电厂河北三河电厂北京一热电厂 容量／M W 5 0 03 5 02 0 0 额定蒸发量／ t h “ 16 5 0 11 7 5 4 1 0 主蒸汽压力／M P a 2 5 ．0 01 6 ．6 79 ，8 1 主蒸汽温度／℃ 5 4 55 3 85 4 0 炉膛尺寸 深宽 ／ m X m 2 3 ．0 8 x 1 3 ．8 61 2 ．4 3 0 1 2 ．4 4 29 ．9 8 x 9 ．9 8 容积热负荷／ k W r l l 。 9 7 ．3 11 2 1 ．6 01 2 2 ．0 0 断面热负荷／ M W m ‘2 3 ．8 9 54 ．9 0 03 ．1 0 0 制粉系统正压直吹式正压直吹式中储式 存在的共性问题 炉膛结渣，过热器汽温低，再热汽温偏差大，发生多次制粉系统爆炸[ 1 7 ] 技术措施及效果 加装防磨防爆装置、燃烧器及辅助设备改造、锅炉及制粉系统运行优化，降低一、二次风出口温度等[ ”] ，实现了安全运行 2 0 0 1 年，开展了新建工程锅炉选型研究，对广东 台山和河北定州、沧东等电站锅炉进行了设计优化， 容积热负荷由8 7 ．6 3k W ／m 3 降至8 4 ．9 3k W ／m 3 ，有 效缓解了炉内结渣、结焦问题，见表4 。 为更加系统全面的解决神华煤安全燃用技术问 题，国华电力联合相关科研单位研究了煤质、燃烧、结 渣、沾污、研磨、重金属含量、污染物排放等主要特 性9 。20 。，建立了神华煤结渣程度的判断方法，掌握了 神华煤结渣规律，提出了结渣判别指标及其应用方 法，形成了神华煤安全燃烧及防结渣技术。研究成果 应用到台山3 ～5 号、宁海1 ～4 号、锦界l 一4 号燃煤 锅炉，实现了长周期安全燃用神华煤。 构建的神华煤及混煤结渣特性关联模型驯为 表4 燃用神华煤典型电站锅炉设计优化 T a b l e4B o i l e rd e s i g no p t i m i z a t i o no ft y p i c a lp o w e rs t a t i o n s b u r n i n g 、 r i 咖s h e n h u ac o a l 锅炉台山1 ，2 号定州1 ，2 号沧东1 ，2 号 谷量及矢型 O U UM W 业f 『由峁往制循外锅炉 紫帮手7 嘶zo o sz 啷 。嚣凳黟怒，坻州吣s 1 6 ．9 4 x 1 9 ．5 61 7 ．4 5 x 1 9 ．5 6 霉积热负黧8 7 ．6 3 8 6 ．4 88 4 ．9 3 k W m - j 1 断面热负荷j4 ．6 8 04 ．6 1 84 ．5 5 7 ～7 i i 。v r - 2 M W I n ‘‘ 燃譬区壁面热雯荷7 1 ．2 6 11 ．2 4 51 ．7 0 8 M W m o 一“。 万方数据 第1 0 期 卡树民等神华煤安令清洁燃用技术研究与实践 3 5 8 3 煤安全燃川问题后，2 0 0 4 2 0 1 8 年，神华煤在电力行 c 。 L ，IT 。，B ／A ，“F e l 0 ， ／“， C a O 州A ，业消费量增长了5 ．3 0 倍，年均增长1 2 ．6 5 ％，有力支 Ⅲ F e 二O ， ，川 c a ，⋯ A 1 1 0 ， ，H ’ S i O 1 撑了我国经济的快速发展。 形成的结渣判别表达式为 表5 锅炉特征参数限值推荐范围 B M C R C 。 2 ．5 2 l 一0 ．0 0 l6 5 T - 0 ．3 5 B ／A 2 其中，C 。为结渣指数；T s 为灰软化温度，℃；B ／A 为灰 成分指标，碱酸比。其复相关系数达0 ．8 5 ，并在实践 中得到了较好的验证。 1 ．4 燃用神华煤锅炉设计准则 由于电力行业标准缺乏燃用神华煤的锅炉选型 参数，国华电力组织开展了神华煤锅炉燃烧系统、燃 烧方式及布置等方面的研究，掌握了燃烧设备参数、 燃煤特性指标及其燃烧效果之问的相互关系⋯。通 过式 3 和 4 ，优化了炉膛煤粉停留时间r 和炉膛 出口烟气温度r 。 ，j L r31 0 ．3 7 l2 B ；K 2 7 3 一， ／ a b P ．I 、7 丁2 雨莽a M 鬻 其中，L 为上一次风中心至屏下缘的距离，m ；B ．为计 算燃料造，k g ／s ；V 、为炯气体积，一／k g ；T ．，为炉膛平 均温度，K ；“．6 为炉膛长和宽，1 1 1 ；P ．。为当地大气 压，k P a ；r 、为理论燃烧温度，K ；M 为炉内火焰最高温 度相对位置；o r 。为玻尔滋曼常数； 【I 为炉膛黑度；‰ 为炉膛热有效系数；F 。为炉膛受热面积，秆； I D 为炉 膛保热系数∥。为平均比热容，k J ／ k g K 。 根据炉膛结构尺寸、煤粉停留时问、出口烟温等 设计参数优化结果和锅炉实际运行情况，于2 0 0 7 年 提出了大容量煤粉锅炉燃用神华煤的炉膛设计参数 选取意见，见表5 ，将神华煤适应的机组容量扩展 至10 0 0M W ，在河北定州、沧东等6 0 0M W 超临界和 浙江宁海、广东台I J l 、辽宁绥中、江苏徐州等 10 0 0M W 超超临界锅炉应用，在此基础上形成r 电 力行业大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则譬‘，提 高了我国锅炉设计‘水平，为全国不同等级锅炉安全燃 用神华煤提供了技术支撑。 1 ．5 神华煤标准化 通过神华煤系统研究，形成了神优、神混、石炭等 不同系列的神华煤型号，构建了一套标准化的煤质管 理体系。翌，塑造了神华煤品牌，有效促进了神华煤在 电力行业的f 。‘泛应用及作为资源在煤化工等领域的 推广，出口到日本、韩国等国家，成为国际能源领域的 知名品牌。1 9 9 9 2 0 1 8 年，我国煤炭消费增长了 2 ．7 6 倍，年均增长5 ．4 8 ％，如图1 所示 在解决神华 T a b l e5R e c o m m e n d e dr a n g eo ft h el i m i t so fb o i l e rc h a r a - c t e r i s t i cp a r a m e t e r s B M C R ao Nn 口I n 口r 、o 。口O Nn 口l n ∞ho 。 墨虽冕冕g量g量g蠹焉趸禹蔑趸趸趸趸苫1“4，-q。- q ，N I1 “ 4 一N NN N N N N N N N N N N N “ 年份 ≥ _ 攀 呦| 袖 赛 蜊 脚 亡 圃 剞 罔1历年火电装机容f l } 及神华煤发电消耗量 F i g ．1 A n n u a li n s t a l l e I a p a ‘i t 。￡t l l ds h e l i I I I I t l 1 d lc o n s u m l t i 1 1 l l { t h i n ‘n l a lp mP 1 。g e n t 、r a t i o n 2 燃煤烟气污染物清洁技术 神华煤具有良好的环保特性，但，{ 不能满足环保 排放标准不断提高的要求，嘎需技术创新j2 0 1 2 年， 困华电力提出了燃煤锅炉娴气污染物排放达到天然 气燃气轮机组排放限值的“近零排放”企业标准，即 在基准氧含I { 连6 ％条件下，烟尘，S O ，，N O 。和汞排放 质量浓度限值分别为5 ，3 5 ，5 0 ，0 ．0 3m g ／n ，’，研究确 定了原则性技术路线，开发了除尘、脱硫、脱硝、脱汞 等关键技术，于2 0 1 4 年6 月率先在浙江舟山电厂 3 5 0M W 新建机组完成j ] 二程示范，开门了煤电大气污 染物“近零排放”新时代。截至2 0 1 8 年底，研究成果 已在1 0 1 台燃煤锅炉E 推广应用_ ‘。u l ，经环境监测 单位现场监测，烟尘排放质量浓度为0 ．2 3 5 ．0 0r a g ／I l l ‘，S O ，排放质量浓度为2 ～3 51 1 i g ／m ’，N O ， 排放质堪浓度为6 ～5 0m g ／n 1 3 ，均达到天然气燃气轮 _攀＼蚓妪靶爿靶R脚堪嗡嘲趣器蜚抖嚣 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 机组排放限值，引领了煤电清洁化发展，为我国大气 污染防治作出了重要贡献。 2 ．1 除尘脱硫脱硝关键技术 为实现燃煤锅炉烟气污染物“近零排放”，研究 开发了烟尘，S O 。，N O 、深度脱除关键技术。1 卜”J 。研 究了除尘器极板表面水膜形成规律及动力特性，揭 示了高湿烟气降温过程中可凝结颗粒物凝结、脱除 作用机制，构建了流速、停留时间等多因素耦合匹 配的设计准则，开发了刚性极板和纤维织物极板湿 式静电除尘 W E S P 技术，实现了首套国产装备在 “近零排放”示范工程中的应用，获得了不同W E S P 在典型负荷下的除尘效果，如图2 所示。研发了单 塔强化湿法脱硫技术，构建了物料平衡计算模型， 通过塔内结构、流场优化和强化传质，脱硫效率由 9 5 ％提高到9 9 ％以上。研究揭示了煤粉燃烧火焰 温度、煤粉浓度、氧量与N O ，生成、还原和煤粉燃尽 之间的影响规律，开发了过程与空间尺度耦合的低 氮燃烧技术，通过空问尺度三维多区和过程尺度多 节点功能区，实现高效燃烧、强N O 、还原、防腐蚀结 渣；研究成果在浙江宁海电厂3 号锅炉应用“，首 次实现额定负荷锅炉出口N O 。质量浓度低于 1 0 0m g ／m 3 ，如图3 所示。在此基础上，研究了锅炉 低N O ，燃烧动态变负荷特性，解决了动态响应速度 慢、汽温控制难等问题。 摹 料 蓑 刽 篮 图2 不同W E S P 除 兮效果 F i g ．2D e d u s t i n ge f f e 。t o fd i [ f e r e n tW E S l l H 2 ．2 汞排放控制技术 根据中国环境科学院的研究，神华煤痕量元素含 量总体偏低，但由于烟气中卤素含量低，实现汞的深 度稳定脱除难度大。利用燃煤锅炉副产物粉煤灰为 原料，开发了溴化耦合机械法吸附剂表面改性技术， 研制了活性强、吸附能垒低的脱汞吸附剂，吸附容量 较原始粉煤灰提高了l ～2 个数量级，形成了吸附剂 “在线改性、均匀喷射、即时吸附”脱汞技术和装 备_ 2 9 。引川，在河北三河电厂和江苏徐州电厂分别建成 世界首个3 0 0M W 和10 0 0M W 示范T 程，综合脱汞 效率超9 0 ％，排放质量浓度分别为0 ．2 9 ， 1 ．5 2t x g ／m 3 ，如图4 所示，成本仅为活性炭喷射脱汞 技术的1 0 ％～1 5 ％。 。 旦 鼎 惫 基 基 。 望 号三 喜 斋 图3不同负荷下的低氮燃烧技术指标 F i g ．3 T e c h n i c a li n d e xo t 。l o wn i t r o g e nc o m h u s t i o nu n d e rd i f f e r e n tl o a d s ， 曲 { b D g ≤ d Ⅲ 】 钿 描 廿 蜚 O ．1 6 O ．1 4 0 ．1 2 O ．1 0 0 ．0 8 0 ．0 6 00 4 0 ．0 2 0 ’} 一_ 徐』I 、I I { i 厂 ●阻蕙硎 徐州I 电』 * 。1 。6 墨 12 密 缝 6 ※ 4 扩E - i 量 罔4改性粉煤灰脱汞技术应川效果 F i g ．4A IJ p l i c a t i o ne t D t o fd e m e l ‘【‘I i l ’a t i o nt e c h n o l o g yw i t h I I R R l i f i e 1f l ya s h 2 ．35 00 0 0I l l 。／1 1 中试平台 依托国家科技支撑计划课题，在河北三河电厂建 成了基于实际烟气的5 00 0 0I n l ／h 污染物“近零排 放”全流程控制中试平台，开发了宽温度窗口脱硝催 化剂、湿式机电耦合除尘等新技术。开发的过渡金 属／稀土金属氧化物宽温度窗口催化剂，提高了催化 剂表面配位不饱和氧含量，强化了吸附活化能力，温 度窗口拓宽到2 5 0o C 以下；通过多工况、长时间试验， 实现了2 7 0 ～3 3 0 ℃温度窗口内脱硝效率≥8 8 ％，氨 逃逸 1 0 一，S O ／S O ，转化率 o ．5 ％，解决了脱硝效率 与氨逃逸难以兼容的技术难题。湿式机电耦合除尘 技术，采用多级气旋除雾器结构和一体化设计，通过 机械力和电场力作用，协同除尘效率高达9 5 ％，烟尘 排放质量浓度低于lr a g ／I l l 3 ，烟气阻力较常规湿式电 除尘降低2 0 0 ～3 0 0P a 。 研究了燃煤烟气多污染物脱除过程中的相互影 响和协同控制规律，干、湿电除尘装置对S 0 ，和汞等 重金属有协同脱除效果；脱硫系统可实现颗粒物的高 效协同脱除；S C R 脱硝系统对汞等重金属有氧化作 万方数据 第1 0 期1 j 树民等神。产煤安伞清沽燃川技术研究’j 实践 用，有利于在后续流程中高效协同脱除，但S 氧化 为S 0 ，后，易与逃逸氨生成硫酸氢氨堵塞空预器。通 过干、湿式除尘系统集成耦合，脱硫系统液气比、p H 值和脱硝效率等参数匹配，获得了烟尘、s 0 二和N O 。 不同排放日标下的运行优化控制方法 表6 。通过 { i - 入【I P 号1 2 ∞ 三1 0 型 蠖8 捌 鳖6 基 专4 工 兰2 弋 景0 3 5 8 5 试验研究和现场测试，获得了汞、S O 。和N H ，排放特 征 图5 。经巾冈环境监测总站现场监测结果表明， 烟叫 排放质量浓度0 ．4 ～0 ．9m g ／m 3 ，S O 排放质量浓 度1 ．2m g ／m 3 ，N 0 ，排放质艟浓度l O ．2I l l g , ／1 1 1 3 ，汞排 放质量浓度0 ．1 l ～0 ．2 2 g ／1 1 1 1 一 表65 0l 1 0 0m 3 ／h 中试平台多污染物深度脱除结果 T a b l e6D e e pr e m o v a lo fm u l t i p l ep o l l u t a n t si n5 00 0 0m 3 ／hp i l o tp l a t f o r m 条f ，} 为娴1 1 质{ l i 浓度l2 。1 5 ∥f l l 3 、㈣ 质抟浓度9 0 0 ～l0 0 01 1 1 ∥⋯3 N O 。质f l i 浓度1 5 0 ～2 0 01 1 1 9 ／m 3 汞、S O ，和N I I ，的排放特n l i F i g ．5 E m i s s i o n h a l ’∽t e l ‘i s t l ‘‘H ，fH g ，吲 { d 1 1 INH j 2 ．4 “1 1 2 3 ”生态环保排放限值探索 伴随社会发展和火电技术进步，中围于1 9 9 6q - 、 2 0 0 3 年、2 0 l1 年修订了火电厂大气污染物排放标准， 指标达到了国际先进水平。2 0 1 2 年，国华电力提出 厂燃煤锅炉烟气污染物排放达到天然气燃气轮机组 排放限值的“近零排放”企业标准，并完成r 系列工 程实践，推动了2 0 1 4 年9 月中圈煤电节能减排升级 与改造行动计划 2 0 1 4 2 0 2 0 年 落地。 在此基础【，结合中试平台开发了污染物深度脱 除新技术，通过系统协同优化和过程精准调控，进一 步降低了污染物排放浓度。2 0 1 6 年，山东寿光电厂 1 ，2 号10 0 0M W 超超临界机组投产，经第3 方现场 测试，烟尘、S O ，、N O ．排放质量浓度分别不超过1 ，2 ， l8 m g ／I l l 3 ，汞排放质繁浓度分别为 0 ．9 0 ，0 ．5 2 g ／1 1 1 ‘二山东寿光l 号锅炉2 0 1 7 2 0 l 8 年和陕西富平2 号锅炉2 0 18 2 0 1 9 年烟气污染物4 1 } 放质量浓 于天然气 口 ∞ 世 蟥 血l 蜓 稻 孤 零 媒 度分别如图6 和图7 所示，实现长时问远低 燃气轮机组排放限值。 图6 寿光10 锅炉烟气污染物排放质量浓度4 F i g ．6 P o l l u t