一三五专栏
十三五规划重点发展方向
中科院重大科研任务
国家973计划课题
所长基金
规划实施动态
科技布局与战略重点
创新2020发展规划总体战略
科研机构
国家能源风电叶片研发(实验)中心
能源动力研究中心
轻型动力实验室
循环流化床实验室
分布式供能与可再生能源实验室
储能研发中心
传热传质研究中心
先进燃气轮机实验室
无人飞行器实验室(筹)
新技术实验室(筹)
 
您当前所在位置:首页>活动专题>一三五专栏>十三五规划重点发展方向
国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”专项“超低挥发分碳基燃料清洁燃烧关键技术”项目简介
发稿时间:2018-01-18         作者:文/李诗媛、黄粲然          来源:循环流化床实验室     【字号:

    一、概述

    1.研究背景

  煤炭梯级利用是煤炭清洁高效利用的重要途径之一。将煤热解和气化的副产品半焦、残炭作为高品位洁净燃料来燃烧发电,是实现煤炭清洁高效梯级利用的重要组成部分。随着我国煤化工行业的快速发展,目前有大量这类燃料亟待实现燃烧利用。然而半焦和残炭的挥发分含量很低,实现清洁高效燃烧难度很大,通常存在着火稳燃困难、燃尽率低、NOx排放高等问题。因此,如何实现此类超低挥发分碳基燃料的清洁高效燃烧利用,已成为制约我国煤炭清洁高效梯级利用产业化应用的关键技术瓶颈,并亟待解决。因此,在国家重点研发计划的支持下,中国科学院工程热物理研究所牵头开展了超低挥发分碳基燃料清洁燃烧关键技术研究。 

    2.研究基础

  该项目团队由研究所为牵头单位,包括4家高校、3家科研院所、10家来自锅炉制造及煤化工行业的企业用户参加,形成“产学研用”的联合体。 

  研究所作为项目核心单位,多年来一直在循环流化床燃烧及气化技术研究领域从事研发工作,具有丰富的经验,并长期与多家知名锅炉企业开展合作。在超低发挥分燃料方面,研究所突破传统燃烧理论,原创性地提出了预热燃烧技术,在国家自然科学基金、中科院先导科技专项等项目的支持下,历时13年,完成了机理研究、关键技术研究和中试研究,通过创新并集成燃料高温改性、无着火直接燃烧以及燃料氮析出调控等一系列关键技术,实现了燃料的高效燃烧和低NOx排放,目前正在推向工业应用。 

  项目团队中共有5个国家重点实验室,5个国家工程实验室/研发中心,9个省部级重点实验室,拥有完善的科研基础设施和大量先进的试验平台、仪器设备等,包括2MW预热燃烧试验台、30MWth燃烧器试验平台、10MWth四角切圆高温煤粉燃烧试验系统、多反应段高温携带流反应装置、直流煤粉立式热态燃烧试验系统、固体燃料燃烧氮的迁徙规律实验研究平台等多个试验台架。 

  项目单位先后承担了50余项与本项目直接相关的国家自然基金委、科技部、中国科学院等项目,发表论文300余篇,申请专利430多项,已形成近20项研发成果,获得17项国家及省部级奖励。 

    二、研究内容及创新点

  本项目将针对超低挥发分热解半焦及气化残炭的清洁高效燃烧技术瓶颈,基于纯燃和掺烧两种技术路线,开展核心关键技术研究、工程试验及验证研究。根据项目特点和需要共分解为5个课题,分别是:超低挥发分碳基燃料预热燃烧技术、超低挥发分碳基燃料和煤掺混协同燃烧技术、超低挥发分碳基燃料低NOx 燃烧技术、大比例掺烧超低挥发分碳基燃料电站煤粉锅炉关键技术工程试验及示范和纯燃超低挥发分碳基燃料预热燃烧关键技术工程试验及示范。前三个课题将重点攻关超低挥发分碳基燃料清洁燃烧共性关键技术中的三大难点,即稳燃、燃尽、低NOx排放关键技术以及协同技术。后两个课题分别从纯燃和混烧两种燃烧方式下对前三个课题的研究成果进行工程试验验证,课题四进行电站煤粉锅炉大比例掺烧超低挥发分碳基燃料的工程试验和验证,课题五进行纯燃超低挥发分碳基燃料预热燃烧关键技术工程试验。 

  本项目的主要创新点为研发超低挥发分碳基燃料高温预热燃烧技术,燃料预热燃烧过程与燃料氮定向转化协同调控技术,超低挥发分碳基燃料和煤粉燃烧器之间协同稳燃、燃尽、低NOx技术,以及基于混合燃料氮转化交互作用与炉内多变量协同的NOx控制技术;完成预热燃烧技术在35t/h及以上纯燃超低挥发分碳基燃料工业锅炉上的工程试验验证及示范;完成300MW及以上等级掺烧不低于45%的电站煤粉锅炉混烧技术工程试验验证及示范。 

    三、 预期目标及效益

  本项目针对超低挥发分热解半焦及气化残炭,基于纯燃和掺烧两种技术路线,开发出适用于纯燃半焦及气化残炭的预热燃烧技术和适用于大比例掺烧的高效低NOx燃烧技术,并完成相应的工程试验验证及工程示范,推动工业化应用。 

  通过本项目研发,预期将形成具有自主知识产权的超低挥发分碳基燃料清洁燃烧共性关键技术,完成纯燃热解半焦及气化残炭的清洁高效锅炉工程试验验证及示范;形成300MW等级及以上掺烧热解半焦及气化残炭的电站煤粉锅炉混烧技术,并完成工程试验验证及示范。本项目研发技术如在现有350MW煤粉锅炉电站工业应用,预计每年可消耗千万吨热解半焦及气化残炭,可节约燃料成本数十亿元,同时有效减少NOxSO2原始排放,经济和生态效益显著。 

  本项目的实施将为多年来制约行业发展的煤热解半焦及气化残炭的利用问题提供切实可行的共性关键技术,提高我国煤炭资源的分级分质利用水平,促进煤炭清洁高效梯级利用技术工业化应用的健康可持续发展,推动我国锅炉技术和装备的科技进步。 

 
评论
相关文章