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国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项“超低挥发分碳基燃料清洁燃烧关键技术”项目进展
发稿时间:2018-05-10         作者:牛芳 李诗媛          来源:循环流化床实验室     【字号:

   一、项目概述 

  “十三五”期间我国将煤炭分级分质梯级利用列为煤炭清洁高效利用技术创新的战略方向之一。我国低阶煤探明储量巨大,随着煤化工技术的不断发展,低阶煤分级分质转化过程中,将产生大量的热解半焦和气化残炭,这类副产品作为高品位洁净燃料燃烧发电是煤炭梯级利用产业链的重要组成部分。然而,由于这类燃料实现清洁高效燃烧的难度较大,所以已成为制约整个产业链发展的“卡脖子”问题。为了突破超低挥发分碳基燃料的清洁高效燃烧利用的技术瓶颈,由中国科学院工程热物理研究所作为项目牵头单位,联合哈尔滨工业大学、西安交通大学、西安热工研究院有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、陕西煤业化工集团有限责任公司等16家单位共同申报的国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”专项项目 “超低挥发分碳基燃料清洁燃烧关键技术”已于2017年获得国家科技部立项支持,项目执行期为2017年7月至2020年12月。

  本项目针对超低挥发分热解半焦及气化残炭,开展纯燃预热燃烧技术、掺混协同燃烧技术和低NOx燃烧技术等共性关键技术研究,开发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。开发超低挥发分碳基燃料预热式燃烧器,以及燃烧器与炉膛燃烧系统耦合技术及关键部件,形成预热燃烧锅炉稳燃、燃尽、低NOx协同控制关键技术和设计准则,完成纯燃超低挥发分碳基燃料预热燃烧器及预热燃烧关键技术的工程试验及示范;开发煤焦掺烧着火稳定性、燃尽性和强稳燃喷口结构及具有强化燃烧功能的燃烧器核心部件,以及基于直流燃烧技术的超低挥发分碳基燃料和煤中燃料型氮转化协同控制NOx技术,形成混燃炉内整体直流燃烧器之间稳燃、燃尽、低NOx协同技术,完成在大型电站煤粉锅炉上大比例掺烧半焦及气化残炭的协同技术工程试验验证及示范。

   二、项目年度进展情况 

  项目自2017年7月执行以来,研究工作进展顺利,各课题主要研究成果和工作进展如下:

  1、针对纯燃超低挥发分碳基燃料预热燃烧技术,研究了预热式燃烧器高温预热过程反应机制、超细燃料气固流动、输送分离以及返混特性等研究,获得了A类粒子在预热式燃烧器中的冷态流化特性。开展了预热式燃烧器优化设计和内循环预热式燃烧器开发,完成冷态验证试验,并进行了2MW内循环预热式燃烧器热态装置设计和热态试验,燃烧器热态性能试验表明内循环预热式燃烧器可实现稳定运行。

  2、针对电站煤粉锅炉大比例掺烧超低挥发分碳基燃料的高效低NOx燃烧技术研发,完成了250kW直流煤粉立式热态混燃试验系统的改造和平行浓淡煤粉射流与高温烟气、二次风射流相交角度的优选工作,初步获得了着火特性和燃尽特性的规律;开展了超低挥发分碳基燃料与煤中燃料氮赋存形态及微观形貌对比分析研究,初步获得了混合燃料中燃料氮的气-固耦合转化机理,搭建改造了空气深度分级燃烧NOx排放控制实验系统和焦炭氮-挥发分氮交互作用机理实验系统,初步获得了深度空气分级及燃烧组织优化控制NOx排放规律。

  3、研究了可用于300MW电站煤粉锅炉掺烧的多种半焦和煤种的煤质特性、燃烧特性、结渣特性等。开展了电站煤粉锅炉大比例掺烧超低挥发分碳基燃料关键部件优化研究,完成了陕煤集团长安石门电厂300MW电站煤粉锅炉的优化改造方案,并在实炉上完成了燃烧器、制粉系统以及供风系统等改造工作。35t/h(24MWth)预热燃烧煤粉锅炉工程试验已落实在西安咸阳现役煤粉锅炉上进行,目前已完成工程试验改造方案以及24MWth预热燃烧器基本设计。

  4、项目牵头单位于2018年3月28日在大比例掺烧技术示范工程湖南常德长安石门电厂召开了2018年项目进展交流及工程化试验工作推进会,与会专家对项目已开展的工作和2018年工作计划提出了指导意见和建议。会后,各课题牵头单位分别召开了工作落实会,针对专家问题逐项认真落实。到目前为止,项目共申请8项国家专利,发表6篇学术论文。

    三、下一阶段工作 

  本年度项目将开展预热式燃烧器测试平台研制和建设、大比例掺烧强稳燃喷口结构、强化燃烧核心部件研发、以及炉内整体深度空气分级与燃烧组织优化控制NOx技术等研究。分别完成大比例掺烧半焦及气化残炭的300MW亚临界电站煤粉锅炉和35t/h(24MWth)预热燃烧煤粉锅炉改造并开展工程试验。

 
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