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CO2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CO2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 MWth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NOx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NOx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NOx排放与燃尽均处于较优水平。锅炉运行氧量对NOx排放和NH3燃尽有显著影响，随运行氧量降低，锅炉NOx排放显著下降，NH3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NOx与NH3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NOx排放的关键因素，为我国燃煤机组实现CO2大幅度减排提供了一条极具潜力的技术发展方向。