燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)?？萍脊ぷ骰仡?/h1>
2017-01-21 05:39:35劉雪敏李德標(biāo)齊國利
中國特種設(shè)備安全 2017年11期
劉雪敏 李德標(biāo) 齊國利 管 堅(jiān)
(1.中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029)
(2. 西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院 西安 710065)
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劉雪敏1李德標(biāo)2齊國利1管 堅(jiān)1
(1.中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029)
(2. 西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院 西安 710065)
鍋爐作為重要的熱能供應(yīng)設(shè)備，其節(jié)能減排工作的開展對(duì)于節(jié)約能源和改善環(huán)境具有重要意義。鍋爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展離不開科技創(chuàng)新的推動(dòng)。本文對(duì)我國燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保方面“十一五”和“十二五”期間的科技工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要回顧和總結(jié)，并對(duì)今后燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)?？萍脊ぷ魈岢隽怂伎?。各種節(jié)能增效技術(shù)和新型高效污染物控制技術(shù)將得到進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用。
燃煤鍋爐 節(jié)能 環(huán)保 科技工作
鍋爐是國民經(jīng)濟(jì)中重要的熱能供應(yīng)設(shè)備。電力、機(jī)械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業(yè),以及工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。截至2015年底,我國鍋爐總量為57.92萬臺(tái),其中工業(yè)鍋爐56.53萬臺(tái),電站鍋爐1.39萬臺(tái)[1]。我國鍋爐以燃煤為主,2015年我國火電發(fā)電量占總發(fā)電量的比例為73.7%[2],鍋爐作為火力發(fā)電廠三大主機(jī)之一,對(duì)火力發(fā)電的發(fā)展有著舉足輕重的作用。在各種工業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中,鍋爐也是重要的組成部分。大多數(shù)企業(yè)用蒸汽或高溫?zé)崴畬?duì)其產(chǎn)品進(jìn)行加熱、焙烘、消毒、保溫或作為冬季采暖、夏季空調(diào)制冷的熱源等等,也有少數(shù)用蒸汽作為動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)來拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵。此外,還有用于生活熱水供應(yīng)、洗浴和采暖的工業(yè)鍋爐。
近年來,電站鍋爐不斷向大容量、高參數(shù)發(fā)展,在燃燒效率與污染物排放方面均已達(dá)到世界先進(jìn)水平;而工業(yè)鍋爐由于其單臺(tái)容量小、使用分散、單位容量環(huán)保投資及運(yùn)行成本高的特點(diǎn),仍然存在運(yùn)行效率低、污染排放重等問題。
1 科技工作回顧
經(jīng)過幾十年的努力,我國鍋爐行業(yè)不斷發(fā)展與進(jìn)步,產(chǎn)品研發(fā)與升級(jí)換代,都離不開科技進(jìn)步和創(chuàng)新。科技人員通過承擔(dān)國家科技攻關(guān)、科技支撐計(jì)劃、863計(jì)劃、973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家各部委與各省科技項(xiàng)目等,在系列高效環(huán)保燃煤鍋爐研制及產(chǎn)業(yè)化、余熱回收鍋爐、煙氣凈化、低氮燃燒的開發(fā)及應(yīng)用等方面取得了系列原創(chuàng)成果,解決了重點(diǎn)國產(chǎn)化產(chǎn)品的一系列關(guān)鍵技術(shù),研制產(chǎn)品已經(jīng)投入了工程應(yīng)用。
1.1 “十一五”和“十二五”重要進(jìn)展
“十一五”和“十二五”期間重要進(jìn)展如下:
2007年,我國高效工業(yè)煤粉鍋爐系統(tǒng)的研制成功,解決了小型煤粉爐爐前全密閉負(fù)壓受煤與制粉技術(shù)、連續(xù)穩(wěn)定精確供粉技術(shù)及低溫、低NOx穩(wěn)定燃燒、高效除塵、全自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)難題,高效煤粉鍋爐熱效率可達(dá)86%以上,二氧化硫濃度和煙塵排放濃度遠(yuǎn)低于現(xiàn)行國家燃煤工業(yè)鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn),總體排放水平接近燃?xì)忮仩t。超臨界循環(huán)流化床鍋爐項(xiàng)目完成了主要的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件的研究,形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)[3]。
2008年,我國已具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效燃煤工業(yè)鍋爐技術(shù),可使鍋爐熱效率提高10%～20%;形成工業(yè)鍋爐煙氣除塵、脫硫一體化技術(shù),可使SO2排放減少50%～70%;形成的低成本煤炭加工技術(shù)可有效控制燃煤質(zhì)量,從源頭上減少燃煤污染,使綜合節(jié)能效率達(dá)到5%以上,煤炭燃燒效率至少可提高5%[4]。
2009年,大型燃煤鍋爐煙氣控制裝備研制取得突破性進(jìn)展,實(shí)現(xiàn)商業(yè)化推廣。建立脫硝催化劑制備和性能測(cè)試平臺(tái);開發(fā)脫硝系統(tǒng)物理流動(dòng)模型和CFD模型,建立CFD計(jì)算中心,煙氣脫硝流場(chǎng)模擬方法順利應(yīng)用在我國第一個(gè)百萬機(jī)組的煙氣脫硝工程——上海外高橋1000MW煙氣脫硝工程;成功研發(fā)燃煤電廠雙相整流煙氣脫硫成套技術(shù)與裝備及配套工藝[5]。
2012年,在役大型燃煤電站優(yōu)化運(yùn)行方面,完成鍋爐控制系統(tǒng)閉環(huán)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì);大型低品位過熱蒸汽超細(xì)粉碎裝備進(jìn)入制造階段;萬噸超細(xì)固硫灰生產(chǎn)線開始生產(chǎn)運(yùn)行;設(shè)計(jì)并搭建完成5000Nm3/h濕法超高效脫硫中試試驗(yàn)平臺(tái)。在超臨界循環(huán)流化床方面,完成示范工程鍋爐機(jī)組所有試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)安裝,機(jī)組DCS帶電調(diào)試[6]。
2013年,在燃煤電廠電除塵提標(biāo)技術(shù)方面,華能250MW燃煤機(jī)組首次突破了電除塵出口粉塵排放10mg/Nm3左右的重大技術(shù)難關(guān),神華國能330MW機(jī)組首次在脫硫塔出口PM10排放低于5mg/Nm3、PM2.5排放低于2mg/Nm3。在節(jié)能超低排放型循環(huán)流化床鍋爐方面,建立了國內(nèi)首個(gè)高溫型CFB鍋爐試驗(yàn)研究平臺(tái),掌握了CFB鍋爐的低耗高效CFB鍋爐SNCR脫硝技術(shù),并在多個(gè)企業(yè)推廣應(yīng)用,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[7]。
1.2 “十一五”重點(diǎn)項(xiàng)目和成果簡(jiǎn)介
在燃煤鍋爐節(jié)能減排的成果應(yīng)用方面,“十一五”期間,國家863計(jì)劃項(xiàng)目成果“在富氧燃燒鍋爐煙氣CO2捕集中回收SO2與NO的系統(tǒng)”提出了資源化回收NO的新方法[8]。國家863計(jì)劃課題“高效低NOx中心給粉旋流煤粉燃燒技術(shù)研究”實(shí)現(xiàn)鍋爐NOx排放量降低40%以上。國家863計(jì)劃課題“燃煤鍋爐煙氣汞排放控制技術(shù)”開發(fā)出了適合我國國情的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煙氣除汞技術(shù);將除汞成本降低至1萬元人民幣/公斤。國家863計(jì)劃課題“濃相大反吹多重分級(jí)高效低NOx燃燒技術(shù)研究”有效實(shí)現(xiàn)煤粉在爐內(nèi)多重分級(jí)燃燒,達(dá)到降低NOx排放效果,同時(shí)提高鍋爐運(yùn)行可靠性、安全性,以及煤粉的燃盡率和燃燒的穩(wěn)定性,完成了在燃燒煙煤300MW的鍋爐上進(jìn)行工業(yè)示范和試驗(yàn)。
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“燃煤電廠煙氣脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”開發(fā)了雙相整流煙氣脫硫、兩級(jí)式煙氣脫硝、石灰石活性在線測(cè)試等新技術(shù),煙氣脫硝噴氨混合器、大流量低背壓噴嘴等新裝備;建成了煙氣流量規(guī)模國內(nèi)最大的燃煤煙氣脫硫脫硝脫汞示范工程[9]。
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“超重場(chǎng)強(qiáng)化氨水吸收煙道氣中CO2的研究”實(shí)現(xiàn)了二氧化硫脫除率大于96%,排放煙氣含塵量小于50mg/Nm3,煙氣林格曼黑度小于1級(jí),CO2吸收率大于86%,燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵的設(shè)備成本為傳統(tǒng)方法的一半[10]。
1.3 “十二五”重點(diǎn)項(xiàng)目和成果簡(jiǎn)介
“十二五”期間,國家863計(jì)劃課題“燃煤工業(yè)鍋爐煙氣聯(lián)合脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)與示范”開發(fā)了煙氣多種污染物聯(lián)合脫除關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備;在聯(lián)合脫硫脫硝脫汞等工藝技術(shù)、關(guān)鍵材料、設(shè)備、工藝等方面取得創(chuàng)新性成果;并進(jìn)行了多個(gè)煙氣多種污染物聯(lián)合脫除工程示范,活性焦聯(lián)合脫除技術(shù)等得到了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[11]。國家863計(jì)劃項(xiàng)目“焚燒煙氣二惡英類監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)”研制出二惡英類自動(dòng)連續(xù)采樣設(shè)備、二惡英類前驅(qū)體工業(yè)在線氣相色譜-質(zhì)譜儀、在線檢測(cè)質(zhì)譜儀和工業(yè)在線氣相色譜儀等設(shè)備,發(fā)展了二惡英類快速生物篩查及采樣前處理技術(shù)[12]。國家863計(jì)劃課題“燃煤煙氣SCR法脫硝工程中催化劑的制備”研發(fā)出整體式蜂窩狀SCR脫硝催化劑成型制備工藝,并已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)[13]。
國家973計(jì)劃項(xiàng)目“鍋爐低溫?zé)煔庥酂嵘疃壤玫幕A(chǔ)研究”提出了工程酸露點(diǎn)概念,作為煙氣余熱深度利用準(zhǔn)則,比傳統(tǒng)酸露點(diǎn)溫度低30oC左右;發(fā)明了H型翅片橢圓管換熱器;提出了大型電站鍋爐排煙余熱能級(jí)提升系統(tǒng);降低供電煤耗3g/kWh;研制了換熱器原理樣機(jī)[14]。
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“燃煤工業(yè)鍋爐能效提高及能源合同管理技術(shù)與示范”完成58MW煤粉工業(yè)鍋爐島工程示范,熱效率達(dá)到90%以上,排煙NOx不大于400mg/m3負(fù)荷熱效率不低于85%,NOx濃度不高于300mg/m3;完成與燃燒過程協(xié)同的層燃鍋爐SO2/NOx控制技術(shù)工程示范,SO2脫除率高于80%,NOx脫除率高于40%～50%[15]。
國家自然科學(xué)基金(國際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目)課題“二氧化碳新型固相吸附捕獲的應(yīng)用基礎(chǔ)研究(FOCUS):面向燃煤電廠胺類功能化吸附劑的循環(huán)流化床工藝”開發(fā)低成本胺類功能化固體吸附劑,開發(fā)新型配套循環(huán)流化床裝置。國家自然科學(xué)基金子課題“柔性集塵極燃煤脫硫煙氣深度凈化技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了與濕法脫硫逆流吸收塔協(xié)同脫除;對(duì)0.1～1um的顆粒物具有88.7%～93.9%的脫除效率;設(shè)備投資降低到50%～70%之間[16]。
2 對(duì)今后科技工作的思考
通過對(duì)“十一五”和“十二五”期間重點(diǎn)項(xiàng)目和主要成果的簡(jiǎn)單回顧,可以看出,針對(duì)燃煤鍋爐的節(jié)能環(huán)?？萍脊ぷ髦饕杏诟咝У蚇Ox燃燒、余熱利用、污染物脫除等方面。對(duì)于大型電站鍋爐,煙氣深度凈化、超低排放是研究重點(diǎn);而對(duì)于工業(yè)鍋爐,研究主要集中于高效穩(wěn)定燃燒和污染物低成本脫除。到目前為止,電站鍋爐在燃燒效率與煙氣凈化方面均已達(dá)到世界先進(jìn)水平,工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行水平也已大幅提高,基本具備了高效燃燒和低污染物排放能力。今后,超高參數(shù)條件下清潔燃煤發(fā)電、高效靈活二次再熱技術(shù)、煙氣凈化及資源化利用、溫度和顆粒物濃度等重要參數(shù)檢測(cè)監(jiān)測(cè)等是燃煤發(fā)電領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。此外,研究污染物脫除過程中資源和能源消耗隨脫除程度的變化規(guī)律也具有重要意義。工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制水平也將不斷提高;如何從源頭上解決燃料問題,在寬負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)高效燃燒與深度低氮、脫硫增效,降低污染物原始排放,煙氣余熱高效深度回收,系統(tǒng)智能化監(jiān)測(cè)等是工業(yè)鍋爐節(jié)能與清潔燃燒技術(shù)的重要研究方向。
3 結(jié)束語
鍋爐作為重要的熱能供應(yīng)設(shè)備,其節(jié)能減排工作的開展對(duì)于節(jié)約能源和改善環(huán)境具有重要意義。鍋爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展離不開科技進(jìn)步和創(chuàng)新的推動(dòng)?！笆晃濉焙汀笆濉逼陂g,通過科技支撐計(jì)劃、863計(jì)劃、973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持,電站鍋爐在燃燒效率與煙氣凈化方面均已達(dá)到世界先進(jìn)水平,工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行水平也已大幅提高,基本具備了高效燃燒和低污染物排放能力。在今后的科技工作中,提高機(jī)組效率和排煙凈化仍將是燃煤鍋爐節(jié)能減排的重點(diǎn)。因此,各種節(jié)能增效技術(shù)和新型高效污染物控制技術(shù)將得到進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用。
[1] 質(zhì)檢總局關(guān)于2015年全國特種設(shè)備安全狀況情況的通報(bào)[J]．中國特種設(shè)備安全，2016，32（04）：15-18+37．
[2] 中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局．2015年全國發(fā)電量和火電發(fā)電量[DB/CD]．http：//data．stats．gov．cn/search．htm?s=2015年全國發(fā)電量．
[3] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2008[R]．
[4] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2009[R]．
[5] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2010[R]．[6] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2013[R]．
[7] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2014[R]．
[8] 閻維平，魯曉宇．富氧燃燒鍋爐煙氣CO2捕集中回收NO的研究[J]．動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2011，31（04）：294-299．
[9] 中華人民共和國科技部．“十一五”國家科技支撐計(jì)劃“燃煤電廠煙氣脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”項(xiàng)目通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//www．most．gov．cn/kjbgz/201106/t20110627_87761．htm．
[10] 脫硫除塵一體化旋轉(zhuǎn)超重機(jī)[DB/CD]．http：//bdkjsrsp．cqvip．com/handle/123456789/35397．
[11] 河北中小企業(yè)節(jié)能減排信息網(wǎng)．“燃煤工業(yè)鍋爐煙氣聯(lián)合脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)與示范”主題項(xiàng)目通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//jnjp．heinfo．gov．cn/shownews．a(chǎn)sp?id=8229．
[12] 儀器信息網(wǎng)．焚燒煙氣二惡英類監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//www．instrument．com．cn/news/20150430/159311．shtml．
[13] 仲兆平．燃煤煙氣SCR法脫硝工程中催化劑的制備[J]．中國科技成果，2014（16）：22．
[14] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)．華北電力大學(xué)承擔(dān)的973項(xiàng)目“鍋爐煙氣余熱深度利用的基礎(chǔ)研究”通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//www．cec．org．cn/zdlhuiyuandongtai/qita/2015-09-14/143028．html．
[15] 質(zhì)檢總局科技司．十二五”國家科技支撐計(jì)劃“燃煤工業(yè)鍋爐能效提高及能源合同管理與示范”項(xiàng)目三課題順利通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//kjs．a(chǎn)qsiq．gov．cn/zhxx/201704/t20170411_485997．htm．
[16] 柔性集塵極燃煤脫硫煙氣深度凈化技術(shù)及應(yīng)用[DB/CD]．http：//bdkjsrsp．cqvip．com/handle/123456789/38814．
Review of Scienti fi c and Technological Work on Coal-Fired Boiler Energy Conservation and Environmental Protection
Liu Xuemin1Li Debiao2Qi Guoli1Guan Jian1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. Xi’an Special Equipment Inspection and Research Institute Xi’an 710065)
As an important equipment of thermal energy supply, boilers’ energy saving and emission reduction is of great signi fi cance for energy conservation and environmental improvement. The development of boiler energy conservation and environment protection technology cannot be separated from the promotion of scientific and technological innovation. Scienti fi c and technological work on coal- fi red boiler during the “11th Five-Year” and “12th Five-year” period was brie fl y reviewed and summarized in this work. Re fl ections on future work were also proposed.A variety of energy conservation and ef fi cient pollutant control technologies will be further developed and applied.
Coal- fi red boiler Energy conservation Environment protection Scienti fi c and technological work
X924
B
1673-257X(2017)11-0019-03
10.3969/j.issn.1673-257X.2017.11.006
劉雪敏（1989～)，女，博士，工程師，從事高耗能特種設(shè)備節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究工作。
劉雪敏，E-mail： liuxuemin16@163．com。
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAA07B05)
2017-07-18）
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(1.中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029)
(2. 西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院 西安 710065)
燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)?？萍脊ぷ骰仡?/p>
劉雪敏1李德標(biāo)2齊國利1管 堅(jiān)1
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鍋爐作為重要的熱能供應(yīng)設(shè)備，其節(jié)能減排工作的開展對(duì)于節(jié)約能源和改善環(huán)境具有重要意義。鍋爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展離不開科技創(chuàng)新的推動(dòng)。本文對(duì)我國燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保方面“十一五”和“十二五”期間的科技工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要回顧和總結(jié)，并對(duì)今后燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)?？萍脊ぷ魈岢隽怂伎?。各種節(jié)能增效技術(shù)和新型高效污染物控制技術(shù)將得到進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用。
燃煤鍋爐 節(jié)能 環(huán)保 科技工作
鍋爐是國民經(jīng)濟(jì)中重要的熱能供應(yīng)設(shè)備。電力、機(jī)械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業(yè),以及工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。截至2015年底,我國鍋爐總量為57.92萬臺(tái),其中工業(yè)鍋爐56.53萬臺(tái),電站鍋爐1.39萬臺(tái)[1]。我國鍋爐以燃煤為主,2015年我國火電發(fā)電量占總發(fā)電量的比例為73.7%[2],鍋爐作為火力發(fā)電廠三大主機(jī)之一,對(duì)火力發(fā)電的發(fā)展有著舉足輕重的作用。在各種工業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中,鍋爐也是重要的組成部分。大多數(shù)企業(yè)用蒸汽或高溫?zé)崴畬?duì)其產(chǎn)品進(jìn)行加熱、焙烘、消毒、保溫或作為冬季采暖、夏季空調(diào)制冷的熱源等等,也有少數(shù)用蒸汽作為動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)來拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵。此外,還有用于生活熱水供應(yīng)、洗浴和采暖的工業(yè)鍋爐。
近年來,電站鍋爐不斷向大容量、高參數(shù)發(fā)展,在燃燒效率與污染物排放方面均已達(dá)到世界先進(jìn)水平;而工業(yè)鍋爐由于其單臺(tái)容量小、使用分散、單位容量環(huán)保投資及運(yùn)行成本高的特點(diǎn),仍然存在運(yùn)行效率低、污染排放重等問題。
1 科技工作回顧
經(jīng)過幾十年的努力,我國鍋爐行業(yè)不斷發(fā)展與進(jìn)步,產(chǎn)品研發(fā)與升級(jí)換代,都離不開科技進(jìn)步和創(chuàng)新。科技人員通過承擔(dān)國家科技攻關(guān)、科技支撐計(jì)劃、863計(jì)劃、973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家各部委與各省科技項(xiàng)目等,在系列高效環(huán)保燃煤鍋爐研制及產(chǎn)業(yè)化、余熱回收鍋爐、煙氣凈化、低氮燃燒的開發(fā)及應(yīng)用等方面取得了系列原創(chuàng)成果,解決了重點(diǎn)國產(chǎn)化產(chǎn)品的一系列關(guān)鍵技術(shù),研制產(chǎn)品已經(jīng)投入了工程應(yīng)用。
1.1 “十一五”和“十二五”重要進(jìn)展
“十一五”和“十二五”期間重要進(jìn)展如下:
2007年,我國高效工業(yè)煤粉鍋爐系統(tǒng)的研制成功,解決了小型煤粉爐爐前全密閉負(fù)壓受煤與制粉技術(shù)、連續(xù)穩(wěn)定精確供粉技術(shù)及低溫、低NOx穩(wěn)定燃燒、高效除塵、全自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)難題,高效煤粉鍋爐熱效率可達(dá)86%以上,二氧化硫濃度和煙塵排放濃度遠(yuǎn)低于現(xiàn)行國家燃煤工業(yè)鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn),總體排放水平接近燃?xì)忮仩t。超臨界循環(huán)流化床鍋爐項(xiàng)目完成了主要的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件的研究,形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)[3]。
2008年,我國已具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效燃煤工業(yè)鍋爐技術(shù),可使鍋爐熱效率提高10%～20%;形成工業(yè)鍋爐煙氣除塵、脫硫一體化技術(shù),可使SO2排放減少50%～70%;形成的低成本煤炭加工技術(shù)可有效控制燃煤質(zhì)量,從源頭上減少燃煤污染,使綜合節(jié)能效率達(dá)到5%以上,煤炭燃燒效率至少可提高5%[4]。
2009年,大型燃煤鍋爐煙氣控制裝備研制取得突破性進(jìn)展,實(shí)現(xiàn)商業(yè)化推廣。建立脫硝催化劑制備和性能測(cè)試平臺(tái);開發(fā)脫硝系統(tǒng)物理流動(dòng)模型和CFD模型,建立CFD計(jì)算中心,煙氣脫硝流場(chǎng)模擬方法順利應(yīng)用在我國第一個(gè)百萬機(jī)組的煙氣脫硝工程——上海外高橋1000MW煙氣脫硝工程;成功研發(fā)燃煤電廠雙相整流煙氣脫硫成套技術(shù)與裝備及配套工藝[5]。
2012年,在役大型燃煤電站優(yōu)化運(yùn)行方面,完成鍋爐控制系統(tǒng)閉環(huán)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì);大型低品位過熱蒸汽超細(xì)粉碎裝備進(jìn)入制造階段;萬噸超細(xì)固硫灰生產(chǎn)線開始生產(chǎn)運(yùn)行;設(shè)計(jì)并搭建完成5000Nm3/h濕法超高效脫硫中試試驗(yàn)平臺(tái)。在超臨界循環(huán)流化床方面,完成示范工程鍋爐機(jī)組所有試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)安裝,機(jī)組DCS帶電調(diào)試[6]。
2013年,在燃煤電廠電除塵提標(biāo)技術(shù)方面,華能250MW燃煤機(jī)組首次突破了電除塵出口粉塵排放10mg/Nm3左右的重大技術(shù)難關(guān),神華國能330MW機(jī)組首次在脫硫塔出口PM10排放低于5mg/Nm3、PM2.5排放低于2mg/Nm3。在節(jié)能超低排放型循環(huán)流化床鍋爐方面,建立了國內(nèi)首個(gè)高溫型CFB鍋爐試驗(yàn)研究平臺(tái),掌握了CFB鍋爐的低耗高效CFB鍋爐SNCR脫硝技術(shù),并在多個(gè)企業(yè)推廣應(yīng)用,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[7]。
1.2 “十一五”重點(diǎn)項(xiàng)目和成果簡(jiǎn)介
在燃煤鍋爐節(jié)能減排的成果應(yīng)用方面,“十一五”期間,國家863計(jì)劃項(xiàng)目成果“在富氧燃燒鍋爐煙氣CO2捕集中回收SO2與NO的系統(tǒng)”提出了資源化回收NO的新方法[8]。國家863計(jì)劃課題“高效低NOx中心給粉旋流煤粉燃燒技術(shù)研究”實(shí)現(xiàn)鍋爐NOx排放量降低40%以上。國家863計(jì)劃課題“燃煤鍋爐煙氣汞排放控制技術(shù)”開發(fā)出了適合我國國情的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煙氣除汞技術(shù);將除汞成本降低至1萬元人民幣/公斤。國家863計(jì)劃課題“濃相大反吹多重分級(jí)高效低NOx燃燒技術(shù)研究”有效實(shí)現(xiàn)煤粉在爐內(nèi)多重分級(jí)燃燒,達(dá)到降低NOx排放效果,同時(shí)提高鍋爐運(yùn)行可靠性、安全性,以及煤粉的燃盡率和燃燒的穩(wěn)定性,完成了在燃燒煙煤300MW的鍋爐上進(jìn)行工業(yè)示范和試驗(yàn)。
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“燃煤電廠煙氣脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”開發(fā)了雙相整流煙氣脫硫、兩級(jí)式煙氣脫硝、石灰石活性在線測(cè)試等新技術(shù),煙氣脫硝噴氨混合器、大流量低背壓噴嘴等新裝備;建成了煙氣流量規(guī)模國內(nèi)最大的燃煤煙氣脫硫脫硝脫汞示范工程[9]。
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“超重場(chǎng)強(qiáng)化氨水吸收煙道氣中CO2的研究”實(shí)現(xiàn)了二氧化硫脫除率大于96%,排放煙氣含塵量小于50mg/Nm3,煙氣林格曼黑度小于1級(jí),CO2吸收率大于86%,燃煤鍋爐煙氣脫硫除塵的設(shè)備成本為傳統(tǒng)方法的一半[10]。
1.3 “十二五”重點(diǎn)項(xiàng)目和成果簡(jiǎn)介
“十二五”期間,國家863計(jì)劃課題“燃煤工業(yè)鍋爐煙氣聯(lián)合脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)與示范”開發(fā)了煙氣多種污染物聯(lián)合脫除關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備;在聯(lián)合脫硫脫硝脫汞等工藝技術(shù)、關(guān)鍵材料、設(shè)備、工藝等方面取得創(chuàng)新性成果;并進(jìn)行了多個(gè)煙氣多種污染物聯(lián)合脫除工程示范,活性焦聯(lián)合脫除技術(shù)等得到了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[11]。國家863計(jì)劃項(xiàng)目“焚燒煙氣二惡英類監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)”研制出二惡英類自動(dòng)連續(xù)采樣設(shè)備、二惡英類前驅(qū)體工業(yè)在線氣相色譜-質(zhì)譜儀、在線檢測(cè)質(zhì)譜儀和工業(yè)在線氣相色譜儀等設(shè)備,發(fā)展了二惡英類快速生物篩查及采樣前處理技術(shù)[12]。國家863計(jì)劃課題“燃煤煙氣SCR法脫硝工程中催化劑的制備”研發(fā)出整體式蜂窩狀SCR脫硝催化劑成型制備工藝,并已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)[13]。
國家973計(jì)劃項(xiàng)目“鍋爐低溫?zé)煔庥酂嵘疃壤玫幕A(chǔ)研究”提出了工程酸露點(diǎn)概念,作為煙氣余熱深度利用準(zhǔn)則,比傳統(tǒng)酸露點(diǎn)溫度低30oC左右;發(fā)明了H型翅片橢圓管換熱器;提出了大型電站鍋爐排煙余熱能級(jí)提升系統(tǒng);降低供電煤耗3g/kWh;研制了換熱器原理樣機(jī)[14]。
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“燃煤工業(yè)鍋爐能效提高及能源合同管理技術(shù)與示范”完成58MW煤粉工業(yè)鍋爐島工程示范,熱效率達(dá)到90%以上,排煙NOx不大于400mg/m3負(fù)荷熱效率不低于85%,NOx濃度不高于300mg/m3;完成與燃燒過程協(xié)同的層燃鍋爐SO2/NOx控制技術(shù)工程示范,SO2脫除率高于80%,NOx脫除率高于40%～50%[15]。
國家自然科學(xué)基金(國際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目)課題“二氧化碳新型固相吸附捕獲的應(yīng)用基礎(chǔ)研究(FOCUS):面向燃煤電廠胺類功能化吸附劑的循環(huán)流化床工藝”開發(fā)低成本胺類功能化固體吸附劑,開發(fā)新型配套循環(huán)流化床裝置。國家自然科學(xué)基金子課題“柔性集塵極燃煤脫硫煙氣深度凈化技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了與濕法脫硫逆流吸收塔協(xié)同脫除;對(duì)0.1～1um的顆粒物具有88.7%～93.9%的脫除效率;設(shè)備投資降低到50%～70%之間[16]。
2 對(duì)今后科技工作的思考
通過對(duì)“十一五”和“十二五”期間重點(diǎn)項(xiàng)目和主要成果的簡(jiǎn)單回顧,可以看出,針對(duì)燃煤鍋爐的節(jié)能環(huán)?？萍脊ぷ髦饕杏诟咝У蚇Ox燃燒、余熱利用、污染物脫除等方面。對(duì)于大型電站鍋爐,煙氣深度凈化、超低排放是研究重點(diǎn);而對(duì)于工業(yè)鍋爐,研究主要集中于高效穩(wěn)定燃燒和污染物低成本脫除。到目前為止,電站鍋爐在燃燒效率與煙氣凈化方面均已達(dá)到世界先進(jìn)水平,工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行水平也已大幅提高,基本具備了高效燃燒和低污染物排放能力。今后,超高參數(shù)條件下清潔燃煤發(fā)電、高效靈活二次再熱技術(shù)、煙氣凈化及資源化利用、溫度和顆粒物濃度等重要參數(shù)檢測(cè)監(jiān)測(cè)等是燃煤發(fā)電領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。此外,研究污染物脫除過程中資源和能源消耗隨脫除程度的變化規(guī)律也具有重要意義。工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制水平也將不斷提高;如何從源頭上解決燃料問題,在寬負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)高效燃燒與深度低氮、脫硫增效,降低污染物原始排放,煙氣余熱高效深度回收,系統(tǒng)智能化監(jiān)測(cè)等是工業(yè)鍋爐節(jié)能與清潔燃燒技術(shù)的重要研究方向。
3 結(jié)束語
鍋爐作為重要的熱能供應(yīng)設(shè)備,其節(jié)能減排工作的開展對(duì)于節(jié)約能源和改善環(huán)境具有重要意義。鍋爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展離不開科技進(jìn)步和創(chuàng)新的推動(dòng)?！笆晃濉焙汀笆濉逼陂g,通過科技支撐計(jì)劃、863計(jì)劃、973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持,電站鍋爐在燃燒效率與煙氣凈化方面均已達(dá)到世界先進(jìn)水平,工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行水平也已大幅提高,基本具備了高效燃燒和低污染物排放能力。在今后的科技工作中,提高機(jī)組效率和排煙凈化仍將是燃煤鍋爐節(jié)能減排的重點(diǎn)。因此,各種節(jié)能增效技術(shù)和新型高效污染物控制技術(shù)將得到進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用。
[1] 質(zhì)檢總局關(guān)于2015年全國特種設(shè)備安全狀況情況的通報(bào)[J]．中國特種設(shè)備安全，2016，32（04）：15-18+37．
[2] 中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局．2015年全國發(fā)電量和火電發(fā)電量[DB/CD]．http：//data．stats．gov．cn/search．htm?s=2015年全國發(fā)電量．
[3] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2008[R]．
[4] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2009[R]．
[5] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2010[R]．[6] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2013[R]．
[7] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部．國家科技計(jì)劃年度報(bào)告2014[R]．
[8] 閻維平，魯曉宇．富氧燃燒鍋爐煙氣CO2捕集中回收NO的研究[J]．動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2011，31（04）：294-299．
[9] 中華人民共和國科技部．“十一五”國家科技支撐計(jì)劃“燃煤電廠煙氣脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”項(xiàng)目通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//www．most．gov．cn/kjbgz/201106/t20110627_87761．htm．
[10] 脫硫除塵一體化旋轉(zhuǎn)超重機(jī)[DB/CD]．http：//bdkjsrsp．cqvip．com/handle/123456789/35397．
[11] 河北中小企業(yè)節(jié)能減排信息網(wǎng)．“燃煤工業(yè)鍋爐煙氣聯(lián)合脫硫脫硝脫汞關(guān)鍵技術(shù)與示范”主題項(xiàng)目通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//jnjp．heinfo．gov．cn/shownews．a(chǎn)sp?id=8229．
[12] 儀器信息網(wǎng)．焚燒煙氣二惡英類監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//www．instrument．com．cn/news/20150430/159311．shtml．
[13] 仲兆平．燃煤煙氣SCR法脫硝工程中催化劑的制備[J]．中國科技成果，2014（16）：22．
[14] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)．華北電力大學(xué)承擔(dān)的973項(xiàng)目“鍋爐煙氣余熱深度利用的基礎(chǔ)研究”通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//www．cec．org．cn/zdlhuiyuandongtai/qita/2015-09-14/143028．html．
[15] 質(zhì)檢總局科技司．十二五”國家科技支撐計(jì)劃“燃煤工業(yè)鍋爐能效提高及能源合同管理與示范”項(xiàng)目三課題順利通過驗(yàn)收[DB/CD]．http：//kjs．a(chǎn)qsiq．gov．cn/zhxx/201704/t20170411_485997．htm．
[16] 柔性集塵極燃煤脫硫煙氣深度凈化技術(shù)及應(yīng)用[DB/CD]．http：//bdkjsrsp．cqvip．com/handle/123456789/38814．
Review of Scienti fi c and Technological Work on Coal-Fired Boiler Energy Conservation and Environmental Protection
Liu Xuemin1Li Debiao2Qi Guoli1Guan Jian1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. Xi’an Special Equipment Inspection and Research Institute Xi’an 710065)
As an important equipment of thermal energy supply, boilers’ energy saving and emission reduction is of great signi fi cance for energy conservation and environmental improvement. The development of boiler energy conservation and environment protection technology cannot be separated from the promotion of scientific and technological innovation. Scienti fi c and technological work on coal- fi red boiler during the “11th Five-Year” and “12th Five-year” period was brie fl y reviewed and summarized in this work. Re fl ections on future work were also proposed.A variety of energy conservation and ef fi cient pollutant control technologies will be further developed and applied.
Coal- fi red boiler Energy conservation Environment protection Scienti fi c and technological work
X924
B
1673-257X(2017)11-0019-03
10.3969/j.issn.1673-257X.2017.11.006
劉雪敏（1989～)，女，博士，工程師，從事高耗能特種設(shè)備節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究工作。
劉雪敏，E-mail： liuxuemin16@163．com。
國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAA07B05)
2017-07-18）
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