科创中国

随着我国环境改善需求日益提高，NOx排放标准也日益严格。2011年7月，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011），已经于2012年1月1日起正式实施。与标准（GB 13223-2003）相比，新标准大幅收紧了NOx的排放限值，标准规定到2014年7月1日现有火电机组将执行新版NOx排放标准，除采用W型火焰锅炉、现有循环流化床锅炉以及2003年12月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉外，其余燃煤锅炉NOx排放均不高于100mg/Nm³。在越来越严格的环保标准要求下，火力发电厂迫切需要采用新技术来降低NOx的排放。

燃煤锅炉控制NOx排放主要有低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术两种主要途径：前者通过对于锅炉燃烧的控制来减少锅炉炉膛出口的NOx排放浓度从而达到降低烟气中的污染物的目的，是一种间接的脱硝方法，也称为“炉内脱硝”；后者通过在烟气中喷入一定浓度的氨水，使其与烟气中烟气NOx发生还原化学反应，生成无害的N₂和水蒸气，是一种直接脱硝的方法。烟气脱硝技术又可以分为依赖催化剂技术的尾部烟气脱硝技术（SCR）和不依赖催化剂技术的高温烟气脱硝技术（SNCR）两种主流技术，前者的脱硝效率（>75%）远远大于后者50%左右的效率，在国内得到了广泛的应用。到目前为止，国内大多数的锅炉都已经加装了SCR系统。

2）针对传统低NOx燃烧改造易造成锅炉效率下降、低负荷下NOx难以控制的问题，本项目以先进三维数值模拟计算为预测手段、改进了双尺度燃烧器布置和超大空间可调还原区优化设计，并采用多目标综合优化技术进行了燃烧优化调整，取得了锅炉在效率不下降前提下、实现全负荷段超低NOx排放效果（600、450和300MW三个负荷点下，省煤器出口处NOx浓度分别为94 mg/m³、104 mg/m³和134 mg/m³）。

3）项目以双尺度燃烧技术为基础，以高精度的数值模拟结果为依据，对锅炉改造方案进行深入优化设计，采用了小燃烧器节距、浓-浓相对分区集中布置的措施，开发了低阻力均衡燃尽风输配一体技术，实现了主燃区、燃尽区风量配比的有效调节，使机组同时具有稳定燃烧、快速燃尽、结渣受控、大辐度降低NOx生成的能力。

4）项目采用了多目标燃烧优化技术，对制粉系统、各负荷下主燃区和燃尽区的配风比例进行了精细调整，保证了主燃区欠氧条件下的强化燃烧，掌握了锅炉各负荷下最佳运行控制规律，实现了锅炉结渣控制、NOx排放控制和锅炉效率同向调整，充分体现本项目超低NOx燃烧技术的优势。

5）项目开发了通过快速改变主燃区和燃尽区风量分配、大辐度改变主燃区燃烧率来改变水冷壁的产汽速度、大辐度调节炉膛火焰中心等方法，改善了变工况下动态调节过程中主蒸汽和再热蒸汽温度品质，保证了锅炉的变负荷能力。

该技术的初投资仅为SCR的30%左右，不增加运行成本。每年按照5000等效小时计算，应用该技术每台600MW机组年NOx减排量约为1600吨，减少喷氨量为900吨，年节省液氨费用为380万元人民币，还可节省合成液氨所需标煤1600吨。应用该技术大规模推广应用后，可为我国减少数百万吨的液氨耗量，从而减少近千万吨的标煤耗量，大大减轻化工行业制氨过程的生产压力和环境污染。

本技术的应用也减轻了SCR系统的工作压力，保证该系统持续高效运行，使该系统的氨逃逸减至最小，避免了氨逃逸所带来的二次环境污染问题。同时，该技术还彻底解决了炉内结渣和燃烧失稳灭火问题，显著提高锅炉运行安全性和经济性，为燃煤电厂开辟了清洁、高效、经济运行的新途径，促进了电力行业的科技进步和可持续发展。

孙平，男，1962.8，教高/总经理，神华国华（北京）电力研究院有限公司
邬金海，男，1962.3，教高/副总经理，浙江国华浙能发电有限公司
范永胜，男，1969.11，高工/副总经理，神华国华（北京）电力研究院有限公司
赵振宁，男，1973.1，高工/副所长，华北电力科学研究院有限责任公司

目前该技术可应用于不同容量（50～600MW）、不同煤质、不同制粉系统的煤粉锅炉。该技术保持了常规低氮燃烧技术的基本格局，不增加附属系统和设备，同时还具有适应煤种变化能力强、初投资低、工期短、检修维护方便等特点，技术和成本优势明显，易于工程推广，在新建和存量机组上均有广阔的应用前景。

随着国家新的火力发电厂大气污染物排放标准的全面实施，火电厂对NOx减排需求更趋急迫，预计将来依旧是燃煤锅炉持续进行低NOx燃烧技术升级改造的阶段，本超低NOx燃烧技术必将会得到更广泛的推广应用，为国家的节能减排事业做出自己的贡献。

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