燃煤锅炉氨煤混合燃烧工业尺度试验研究

我国是以燃煤发电为主的国家,为减少燃煤电厂CO_(2)排放,发展替代燃煤的低碳燃料及相应的燃烧技术十分迫切。与氢气相比,氨的储存和运输成本低,更加安全可靠,是一种更具发展潜力的能源载体和载氢低碳燃料。以氨替代部分燃煤,采用氨与煤在锅炉中混合燃烧的方式,是现阶段降低燃煤机组CO_(2)排放一个现实可行的技术选择。为验证工业尺度燃煤锅炉氨煤混合燃烧技术的可行性,设计搭建了世界最大容量的40 MW_(th)燃煤锅炉氨煤混合燃烧试验系统,包括全尺度氨煤混燃燃烧器和氨气供应系统,并在此试验台实现了0~25%混氨比例(按热值)的氨煤混合燃烧试验。结果表明,在所有混氨比例下锅炉皆具有良好的稳燃与燃尽性能,且氨煤混燃条件下煤粉的燃尽优于纯燃煤工况;通过分级燃烧,在高混氨比例下可实现锅炉NO_(x)排放低于燃煤工况。然而,燃尽风率大于20%后,进一步增加燃尽风率对降低NO_(x)排放效果不显著,但会显著增大锅炉的CO排放和飞灰含碳量,影响锅炉效率。因此,燃煤锅炉氨煤混合燃烧存在最优燃尽风率,使锅炉NO_(x)排放与燃尽均处于较优水平。锅炉运行氧量对NO_(x)排放和NH_(3)燃尽有显著影响,随运行氧量降低,锅炉NO_(x)排放显著下降,NH_(3)排放快速上升;存在一个锅炉最佳运行氧量区间,在此区间内锅炉NO_(x)与NH_(3)排放皆可保持在较低水平。工业尺度试验研究验证了燃煤锅炉氨煤混合燃烧技术的可行性,明晰了影响锅炉燃尽与NO_(x)排放的关键因素,为我国燃煤机组实现CO_(2)大幅度减排提供了一条极具潜力的技术发展方向。