潔淨煤技術的發展
在潔淨煤技術不斷發展的十幾年內，國內外均開發了許多產品和成套技術。有先進的選煤技術、水煤漿技術、煤炭氣化、煤炭液化技術，有循環流化床、增壓循環流化床、整體煤氣化聯合循環等技術，有各種處理水平的煙氣淨化技術及粉煤灰綜合利用技術等。綜合考慮我國現狀，煤粉高效潔淨燃燒及煙氣淨化技術在近期應有較廣闊的套用空間。
煤粉高效潔淨燃燒技術及煙氣淨化技術現狀
煤粉高效潔淨燃燒及煙氣淨化技術包括高效燃燒技術、低NOx燃燒技術、煙氣脫硫技術、煙氣脫硝技術、除塵技術等。現簡要介紹如下：
一般而言，煤粉高效燃燒技術與低NOx燃燒技術是互為矛盾的兩種技術。降低NOx生成與排放根本在於控制燃燒區域的溫度不能太高，但低溫燃燒又影響煤粉的燃燒率，協調好這兩項技術的套用使之達到綜合最佳效果是目的，實際上就要求對煤粉燃燒的全過程加以控制。既能夠保證煤粉著火的穩定性，又有較低的燃燒溫度，同時有足夠長的並在一定溫度下的燃燒時間保證燃燼。目前世界上較先進的燃燒技術基本兼顧了這些因素，其中以直流燃燒器為主的有：ABB-CE公司利用一次風彎頭的慣性分離作用，在彎頭出口中間設定有孔隔板，將煤粉氣流分成上濃下淡兩段氣流，形成上下濃淡煤粉燃燒器，並在噴口處裝有軸向距離可調整的V型鈍體，通過合理組織二次風，同時達到了穩定、高效、低NOx 排放的燃燒效果；日本三菱重工（MHI）開發了PM型燃燒器，利用彎頭的離心作用，把一次風分成上下濃淡兩股氣流，同時採用煙氣再循環和爐內整體分級燃燒技術，也達到了較好的效果。
以鏇流燃燒器為主的有：FW公司利用鏇風子使進入主燃燒器的一次風濃度增加，並降低一次風速以保證煤粉氣流著火穩定性，並控制NOx 的生成量；有較多工業套用的還有B&W公司的PAX型鏇流煤粉燃燒器、日本IHI公司的寬調解範圍鏇流煤粉燃燒器、德國斯坦米勒公司多級分級供風鏇流燃燒器等。上述這些工業產品均能夠保證NOx 排放在400mg/Nm3以下，並具有較高燃燒效率。目前國外正在開發的低NOx 燃燒技術可以控制NOx生成量是在200mg/Nm3左右，已達到了比較高的水平。但由於世界上很多先進國家對NOx排放規定了嚴格的標準，僅靠改進和提高燃燒技術難以達到NOx 控制值，因而有些鍋爐機組在尾部增設了煙氣脫硝裝置。
我國近年來也開發了很多型式的低NOx燃燒技術，具有代表性的是濃淡煤粉燃燒器，包括水平濃淡、上下濃淡直流燃燒器、鏇流燃燒器和可控濃淡鏇流煤粉燃燒器等。但由於我國存在煤種多變等問題，致使這些技術在套用中遇到了一些問題，包括採用國外類似技術製造的燃煤機組也遇到了同樣的問題。通過努力，最近針對褐煤鍋爐已開發並已工業套用了具有一定煤種自適應性的低負荷穩燃低NOx 排放成套燃燒技術，可以控制NOx排放量在400mg/Nm3以下，燃燒效率在99%以上，比較先進。
煙氣脫硫、脫硝與除塵是煙氣淨化的三個主要內容。在煙氣脫硫方面，濕法脫硫占絕對主導地位，在已開發國家占有市場90%以上。其他為半乾法脫硫、爐內噴鈣尾部增濕、排煙循環硫化床法、電子束氨法等脫硫技術。從發展看，濕法脫硫仍由於其指標高而占主導地位，排煙循環硫化床脫硫方法也由於其技術經濟的綜合優勢而逐步占據了一些市場並將在開發中國家逐步得到大量套用。對我國而言，對新建機組最好採用濕法脫硫技術設備一步到位；對改造機組視煤種含硫量而定，如高硫煤可採用排煙循環硫化床方法，對低硫煤可採用爐內噴鈣配以尾部增濕，尤其是現已存在的大量水膜除塵器可以綜合利用其價值。在煙氣脫硝方面，國外一般採用選擇性還原反應裝置，去除煙氣中大部分的氮氧化物，其他方法尚在開發和研究階段。國內由於資金、場地等限制，尚無工業套用先例，而且暫時也無能力完成示範機組建設。在煙氣除塵方面，由於已開發國家對煙塵排放率和超細顆粒脫塵率的要求持續升高，許多國家已逐步將電除塵器改為脈衝反吹濾袋式除塵器，這可以澳大利亞、美國等國家為代表。我國近期計畫把大批中型機組的鏇風除塵器或水膜除塵器替換成電除塵器，指標為出口煙塵不超過200mg/Nm3，飄塵則無要求。在擬建的大連台山增壓循環硫化床鍋爐上，中方準備採用脈衝反吹式濾袋除塵器，以達到較高性能。
研究設施情況介紹
●國家電站燃燒工程技術中心“八五”、“九五”期間科研工作情況和成果套用情況
研究試驗
無論機理研究還是中試規模試驗均可分為三部分：空氣動力特性試驗、氣固兩相流特性試驗和煤燃燒特性試驗，因此，中心分別建設了三個試驗大廳以滿足三種試驗的不同要求。
空氣動力特性試驗大廳
空氣動力特性試驗大廳共800m²，供風母管制，總風量為50000Nm³/h,分四個區域：單只燃燒器流動特性研究區、爐內流動特性區、最佳化結構節能降阻區、測量裝置與風門檢測和其他產品技術開發區。測試儀器有丹迪三維熱線系統，PIV系統和其他常規儀器儀表。目前已完成了30多台架試驗室研究工作並多在現場套用中取得了比較好的效果。此外，還有其他的配套機理研究試驗台架和流場計算軟體等。
氣固兩相流試驗大廳
氣固兩相流試驗大廳500m²，也是供風母管制，總風量為35000Nm³/h，壓頭10000Pa，供粉量可達200kg/h，粉為碳化矽或煤粉及電廠飛灰三種。可進行濃淡燃燒器開發、鏇風分離及除塵器改進和電除塵、濾袋除塵器研究以及脫硫塔流動特性研究，也可進行磨損試驗研究等。此外還有獨立的煤粉均分器試驗台、自動可調葉柵百葉窗煤粉分配器試驗台及其它機理試驗台。測試儀器有雷射全息照相系統、片光源拍攝系統、庫爾特粒度儀、光纖濃度分析系統、流場圖形再現分析系統及及其它濃度和流場的常規測試系統。
煤燃燒特性試驗大廳
●煤燃燒特性試驗大廳700m²，可分為三大部分。
第一大部分為引進加拿大安大略省電力公司燃煤燃燒中試試驗系統裝置（CRF）。每小時燃煤量為20kg,熱功率為0.2MW。該裝置分原煤乾燥系統、原煤粉碎系統、制粉系統、燃燒系統、一二次風系統、煙氣處理系統、爐內噴鈣系統、煙氣除塵系統、煙氣成分測試系統和控制系統等。測試系統與控制系統採用羅斯蒙特煙氣線上分析系統和其它流量、溫度、壓力感測器，全部輸入計算機並由計算機對所有變數進行線上動態調整，以滿足試驗條件和要求。該裝置可全面準確地模擬原煤乾燥、粉碎、制粉、輸粉、燃燒、煙氣處理的全過程，可重點進行運行參數、燃料品質對燃燒的穩定性、燃燼程度、沉積物的形成、污染物的形成、粒子的排放和收集的影響程度的評估與研究，並可在此過程中開發新的低NOx燃燒技術、爐內噴鈣技術和其它煙氣處理技術。這套裝置自動化程度高，控制、測試儀器水平高，試驗重複率好，可進行較為廣泛的技術開發與研究，是國際上較為先進的煤燃燒試驗裝置之一。目前，中心對這套試驗裝置又進行了一些改造，重建了燃燒系統、增加了燃燒功率至0.3MW，增加了煙氣尾部增濕活化裝置、增加了懸浮法煙氣脫硫裝置，並正在開展新的研究。
第二大部分是與荷蘭能源基金會（ECN）合建的常壓夾帶流氣化和燃燒模擬裝置（AEFGC）。它裝有一個整體、預混合和多級平火焰煤氣燃燒器，每小時燃煤量為5g左右，通過在不同級段提供不同的混合氣粉，模擬顆粒在實際過程中經歷的初始加熱率、預混合和氣態環境，是近似單顆粒機理研究的基礎設施。同它配備的有氣體分析系統、供粉系統、測試系統和其它先進的控制系統。
第三部分是基礎研究設施，包括熱重/差熱同步分析實驗室、燃料元素快速分析及燃料其它特性分析實驗室。可進行燃煤著火特性、燃燼率、燃燒反應動力學以及脫硫的機理性試驗研究和分析。
除這些物理研究之外，中心還配置了一些專門人員進行流動、擴散和燃燒的數值模擬研究工作，並從德國引進了一套包括NOx生成預測的數值模擬軟體，取得了一定的成果。
研究情況和套用情況
簡要介紹
“八五”、“九五”期間，中心先後承擔了百餘項縱向、橫向科研與生產改造和產業製造項目。其中國家科委“九五”重點攻關項目專題子專題項目七項、國家計委示範生產線建設項目兩項。另外，國內外發表論文百餘篇，並多次獲得國家科委、國家電力公司、東北電力集團公司、遼寧省科委與瀋陽市的獎勵。現簡要介紹一下研究的重點課題和套用情況。
（一）
整體分級低NOx燃燒技術開發
該項目是國家“九五”重點攻關項目子專題。研究內容是開發一種從整體上將煤粉著火區與燃燼區分開，獲得低負荷穩燃、低NOx排放、提高煤粉燃燒效率、降低爐內結渣強度、提高機組出力效果的實用技術。通過理論分析和數值模擬研究、試驗室機理研究和中試等多種研究手段研究，中德專家共同提出了一種工程改造方案，並在元寶山發電廠2號爐上得以實施。該鍋爐由德國Steimueller公司製造，額定蒸發量1814.25t/h，於1986年投產。作為當時國內最大的火力機組存在著爐內嚴重結渣，再熱器超溫嚴重，鍋爐出力僅為額定出力75%，NOx排放為1000mg/Nm3以上等嚴重問題。改造方案實施後，解決了上述全部問題。並且，改造方案工程實施難度較小。這一課題的完成，使中心在掌握褐煤燃燒特性、合理組織燃燒結構、降低污染物排放、減輕結渣等方面都取得了較好的成果。
（二）
具有自適應性的低NOx煤粉燃燒技術研究：
該項目是國家“九五”重點攻關項目子專題。一般的低NOx燃燒技術，不隨煤種變化而變化，也不因負荷變動而隨之相應調整。這樣有時在煤種及負荷變動很大的情況下，就不可避免地發生噴口結渣或低NOx燃燒效果不佳等共伴矛盾。在本項目研究中，採取了將煤粉分為二級濃縮的辦法，一級是自動可調的增強效果濃縮器或強制均分器，一級為基礎濃縮器。二種方法結合可得到與負荷和煤種變化同步變化的連續可調濃縮比，實現可控燃燒過程。從而實現沿爐膛高度方向熱負荷可調、提高燃燒效率、低NOx燃燒、減少再熱器減溫水、避免爐內結渣、低負荷穩燃性能好等功能。這項技術及產品適用於風扇磨煤機的燃燒制粉系統，實施時還應配套中心研製的FDD智慧型型流量測量裝置等以確保合理配置二次風等。該技術產品已套用於二台300MW機組和三台200MW機組，均取得了相當顯著的經濟效益和社會效益。
（三）
可調、可控、均分、均流、低阻的煤粉均分器開發：
該項目也是國家“九五”重點攻關項目子專題。對於中速磨煤機或雙進雙出鋼球磨煤機而言，保證同磨各只燃燒器的煤粉總量、煤粉濃度、煤粉細度偏差不大於10%，是CE鍋爐設計標準，更是保證各只燃燒器熱功率偏差較小、著火條件相同、避免爐內結渣和現代低污染燃燒技術正確套用的必要條件。開發這項關鍵技術涉及到很多學科和技術領域。此前國際上只有美國、德國和日本能夠使這項技術變為商業化產品。通過機理研究和中試模化研究，中心研製了分別配套於200MW、300MW、600MW機組的WF型煤粉均分器、一次風隔離門、調整門和速斷門等系列配套產品。上述產品在朝陽電廠解決了原德國產煤粉均分器替代問題，解決了鐵嶺發電廠300MW機組結渣、風機倒轉而引起的跳閘、爐膛滅水等問題以及元寶山發電廠引進技術國產600MW機組煤粉均分器配套等問題。這項技術的研製，為大型火電機組的安全潔淨和經濟運行，提供了設備和技術保障。
（四）
燃燒制粉系統防磨技術研究：
這也是國家“九五”重點攻關項目子專題項目，該項目旨在開發經濟、耐磨、安全的制粉系統設備，提高磨煤機易磨損部件的壽命。通過研究現已開發出成型的可修復中速磨煤機磨輥等產品，並廣泛套用於瀋陽周邊幾個大型火力發電廠。
（五）
火力發電廠煙氣脫硫裝置開發：
本項目為國家科委“九五”重點攻關地方攻關項目，項目核心在於開發一些適合我國國情並具有我國特色的脫硫裝備與技術，為大規模工業改造作技術儲備，通過幾年的研究工作，分別在中試規模試驗台上完成了爐內噴鈣脫硫和爐內噴鈣尾部增濕活化煙氣脫硫以及懸浮法煙氣脫硫試驗研究，掌握了技術和工藝的關鍵，並初步設計了工程改造方案和關鍵設備，為下一步工作打下了基礎。
（六）
除塵、脫硫一體化套用技術開發：
本項目為中加合作項目。我國在七、八十年代建設了一大批以水膜除塵器為除塵方式的中小機組，近年來由於環境保護的要求，亟待提高其除塵效率。本項目採用國外成熟技術，設計將原文丘里管部分拆除，替換為水洗室和新型文丘里管，清洗水部分為新增水循環系統。整個煙系統阻力不大於原系統阻力，總耗水量增加不到一半，除塵特性指標與四電場電除塵器持平。此外，可在水循環系統中加入脫硫劑，預期脫硫效率在60%以上，還可在爐內增加噴鈣設備，總脫硫效率達80%以上。這樣，既利用了現有設備，又達到了國家標準，並在簡易脫硫技術套用上有所突破，取得明顯的綜合效益。該項目的示範工程正在設計實施之中。
除上述六個項目之外，中心在其它高效低污染燃燒技術、節能技術、混煤燃燒技術、可靠性管理系統、燃料計算機管理系統、輸煤自動化系統、電力系統圖紙計算機管理系統等自動化控制方面也取得了成果，並廣泛地套用於電廠，創造了顯著的直接和間接的經濟及社會效益。
發展方向的幾點想法
●關於“十五”期間國家潔淨煤燃燒技術發展方向的幾點想法：
關於脫硫問題。國家應制訂一個比較長期的穩定政策並強化實施，刺激脫硫技術設備規模化、產業化發展。並組織力量聯合對濕法脫硫技術設備國產化進行攻關、對CFB脫硫技術進行成套化攻關，以經濟手段鼓勵脫硫新技術新工藝的開發和工程化示範套用。
考慮到國情的限制，在新建機組中大力推廣高效潔淨燃燒技術的同時，還要對現有機組加大改造力度，尤其對NOx的排放要採取一些強制措施，推進高效潔淨低NOx燃燒技術的推廣，減輕酸雨的危害。
提高除塵效率的改造要考慮到未來煙氣脫硫後的情況。目前的改造以推廣電氣除塵器為主，如果未來採用非濕法脫硫技術改造機組，電除塵效率將大受影響。要考慮採用除塵脫硫一體化技術建立示範工程項目，還應嘗試新型濾袋式除塵器的示範套用。
把節能技術與潔淨煤技術有機地結合起來，互相兼顧。研究開發燃煤聯合循環和煤炭轉化等高新潔淨煤技術，為下世紀的大規模套用打好技術基礎。
大力開展清潔能源的研究工作，太陽能、風能等潔淨能源的技術水平，使其產品達到商業化水平，並著手開展其推廣套用工作。
