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    ​【成果推介】第727期：燃煤锅炉掺氨高效清洁燃烧技术

    21小时前

    阅读(15)

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      华北电力大学正式发布《2025华北电力大学自主知识产权成果名录》，作为全景梳理年度核心技术专利、软件著作权及高质量成果培育的创新年鉴，百余项最新科技成果的前沿披露，数十支新增科研团队的创新矩阵，《名录》全面收集并整理了2024年度华北电力大学及相关机构自主研发的多项核心科技成果与创新技术，同时详细介绍了成果所涉专利的相关情况。“成果推介”将陆续公开发布成果册所收集的重点推介案例，敬请关注！


      燃煤锅炉掺氨高效清洁燃烧技术

      成果参与单位 华北电力大学、天津大学、烟台龙源电力技术股份有限公司

      成果完成人 

      洪迪昆、王春波、陈亮

      知识产权情况 发表 SCI 论文 10 余篇


      成果介绍

      为实现我国燃煤机组二氧化碳减排，发展替代燃煤的低碳燃料及相应的燃烧技术已势在必行。氨作为零碳燃料，如在锅炉中实现与煤混合燃烧，可大幅降低燃煤机组的二氧化碳排放。然而，目前氨与煤混合燃烧技术研究仍处于探索阶段，亟需开发相应的燃烧设备与技术，实现燃煤锅炉的掺氨清洁高效燃烧。

      本成果基于氨煤混燃协同作用机制与 NOx 生成机理，建立了燃煤锅炉掺氨燃烧预测模型；设计开发了燃煤锅炉掺氨燃烧关键设备并进行小试和中试验证；研究了基于炉内多级分区的锅炉掺氨燃烧 NOx 控制方法，以及锅炉掺/氨燃烧与原受热面系统兼容匹配特性，建立了基于锅炉原受热面的掺氨燃烧系统设计导则，并将成果应用于 600 兆瓦燃煤锅炉掺氨燃烧工程验证，开发了适配深度调峰的燃煤锅炉掺氨燃烧运行优化策略，形成了完整的燃煤锅炉掺氨清洁高效燃烧关键设备与技术体系。

      创新点

      1、基于炉内多级分区的全过程 NOx 深度还原方法

      针对燃煤锅炉掺氨燃烧 NOx 排放可能大幅升高的问题，提出基于炉内多级分区的全过程 NOx 深度还原方法：通过全负荷风门调节与燃料供给协同控制，实现氨煤燃料与空气在炉内的逐级引入，在全炉膛空间构建三大功能区：“富燃料主燃区”通过氨煤燃烧器与下炉膛的整体还原性气氛抑制 NOx 的初始生成，“集中还原区”利用主燃区与燃尽风间的强还原性气氛强化 NOx 还原，“深度还原区”通过匹配残余氨气与 NOx分布深度还原 NOx，实现 NOx 在全炉膛空间的全过程抑制。

      2、燃煤锅炉掺氨燃烧与原受热面系统兼容匹配设计方法

      氨燃料与煤在热值和燃烧烟气辐射性质存在明显差异，燃煤锅炉掺氨燃烧可能导致炉内传热分布的显著变化，严重影响锅炉蒸汽参数与出力。针对这一问题，提出了燃煤锅炉掺氨燃烧与原受热面系统兼容匹配设计方法，通过锅炉燃料引入与配风的协同控制，在兼顾锅炉 NOx 性能基础上，调节氨煤燃料在炉内的燃烧放热分布与高温火焰在炉内的整体分布形态，实现锅炉掺氨燃烧炉内传热分布与燃煤工况的匹配；同时探明掺氨燃烧对锅炉受热面壁温、沾污积灰与高温腐蚀分布的影响规律，形成兼顾锅炉传热分布与受热面安全性的燃煤锅炉掺氨燃烧系统设计方案，并基于不同容量与炉型掺氨燃烧系统设计的共性规律，形成基于锅炉原受热面的掺氨燃烧系统设计导则，为燃煤锅炉掺氨燃烧技术的推广应用提供标准化技术流程。

      3、高精度契合工程实际的燃煤锅炉掺氢/氨燃烧三维 CFD 数值模拟方法

    针对数值模拟结果难以精确匹配锅炉实际运行状态的问题，在团队拥有自主知识产权且指导过大量燃煤锅炉设计改造的三维 CFD 数值模拟技术基础上，引入氨煤混燃协同作用机制与煤-N/氨-N 耦合转化机制等理论模型，精确解析掺氢/氨燃烧对炉内流动、燃烧、传热与 NOx 生成的影响规律，对掺氨燃烧设备与系统设计参数、掺混方式与比例、过量空气系数、一、二次风与燃尽风比例等锅炉关键设计与运行参数对锅炉运行和NOx 排放的影响进行参数化研究，指导燃煤锅炉掺氨燃烧器与燃烧系统设计，优化和筛选大容量燃煤锅炉掺氨燃烧工程验证方案，实现高精度契合工程实际的燃煤锅炉掺氨燃烧三维 CFD 数值模拟技术突破。

      应用场景

      该成果主要应用于储能、低碳燃烧，如燃煤锅炉等应用场景。

      市场前景

      突破大容量燃煤锅炉高比例掺氨燃烧技术瓶颈，形成燃煤锅炉掺氨清洁高效燃烧一体化技术与规模化装备。推进掺氨高效清洁燃烧技术在全国燃煤机组的推广应用，可在现役机组不做大幅改造前提下，实现我国火电燃煤机组的大规模 CO2减排。

      应用案例

      国家能源集团台山电厂 600 MW 燃煤锅炉掺氨燃烧工程验试验。

      效益分析

      从经济性出发，中长期看掺氢/氨减排 CO2 与燃烧后 CCUS 相比更具优势。随着光伏产业链各环节不断降本增效，光伏发电成本将进一步下降，当其电价降为 0.08 元/kWh时，掺氨减排 CO2技术已优于 CCUS，若考虑未来以弃风弃光或者保障小时外的低价市场交易电去电解水制氢制氨，掺氨燃烧经济性将更具竞争力。同时，对于剩余运行寿命较短或者拟转应急备用电源的燃煤电厂，相比于新建一套 CCUS 全流程系统，从设备利用率、运行灵活性和投资经济性角度看，掺氨更具备优势。尤其是国内大部分燃煤电厂缺乏 CO2埋存适宜地理地质条件或碳资源化利用条件，掺氨燃烧为其提供了一条灵活可行的减碳技术路径。

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    初审：祝仕鸿

    复审：刘 晓

    审核：王宏盛



    来源：华电技术转移转化中心

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