化石燃料燃烧氮氧化物超低排放控制技术:系统研究了动力锅炉炉内再 燃/先进再燃及选择性非催化还原技术;针对传统钒基催化剂脱硝温度窗口窄、 钒易挥发、有毒等问题，开发了多种中低温铁基选择性催化还原脱硝催化剂;在 常规铁基催化剂和新型磁性铁基催化剂进行了系统研究，有望形成一种中低温铁 基选择性催化还原新技术;并对动力装备选择性催化还原脱硝技术中喷氨优化进 行了相关研究，以克服氮氧化物超低排放时氨逃逸及空预器堵塞等问题;目前， 围绕新型选择性催化还原脱硝催化剂申请相关发明专利 7 项，授权 3 项。

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成果介绍 成果名称：降低循环流化床锅炉烟气NOx排放技术研究 成果参与单位：华北电力大学、中石化洛阳技术研发中心 成果完成人：常剑、齐文义、王体朋、陆强、陈千惠、李小苗、黄延召、郝代军、孟学峰、邓向军 知识产权情况：成果对应发明及实用新型专利1项，已形成完整知识产权体系 随着NOx排放标准的日益严苛，低NOx燃烧+SNCR+SCR（或臭氧脱硝）配置已经成为常态，严重削弱了循环流化床锅炉低成本污染物治理的优势。本研究在明确循环流化床锅炉NOx形成演化机制与CO原位催化还原脱除机理的基础上，确定关键污染物NOx与CO、炭质颗粒的时空分布与变化规律，确立专用脱硝催化剂的主要反应区域，构筑与CO和炭质颗粒原位脱硝反应高度协同匹配的催化剂和传递环境。开发适于循环流化床锅炉的脱硝催化剂，加入锅炉炉膛内部，利用燃料燃烧产生的CO和炭质颗粒原位脱除烟气中的NOx，高强度、粒度适宜的催化剂颗粒随循环灰在系统内循环，可以提高催化剂的使用效率，降低脱硝成本。 与现有脱硝技术相比，该技术具有操作流程短、使用方便、脱硝成本低的优势。为进一步验证本技术在不同尺度规模工业装置上的脱硝性能，需寻求再次工业验证装置。 创新点 1、基于循环流化床锅炉烟气NOx的生成与转化机理，提出了通过向循环流化床锅炉燃烧室内加入脱硝催化剂颗粒、利用循环流化床锅炉自身具有的特殊还原气氛、原位将烟气中的NOx催化还原为N2的技术路线。 2、基于循环流化床流动和热质传递特性，研究开发了一种脱硝催化剂，催化剂具有适宜的堆积密度、粒度分布和强度，使其在循环流化床循环燃烧过程中具有较高的保留度，降低了催化剂的用量，单位脱硝成本相对较低。 3、首次在工业规模220t/h循环流化床锅炉上进行了脱硝催化剂工业应用试验，脱硝效率达到50%～70%，实现了该装置NOx的超低排放。 市场前景 2022年在中石化九江分公司220t/h工业规模循环流化床锅炉上进行了脱硝催化剂工业应用试验，脱硝效率达到50%～70%，在停止SNCR喷氨和降低30%左右的臭氧的情况下，实现达标排放。 应用案例 据统计，全国大大小小的CFB锅炉超过3000台。日益严格的环保标准促使更多企业加大在环保方面的投入，但严峻的经济形势也会使企业在环保投资方面更加理性，能满足环保要求、经济上合算的技术将越来越受到人们的重视。低NOx燃烧+SNCR+SCR（或LoTOx）等是目前降低CFB锅炉烟气NOx排放的主要技术，但存在运行成本高、运行周期短等缺陷。 采用炉内脱硝催化剂的方法，在燃料燃烧过程中将NOx原位转化成N2，脱硝成本低、不会产生二次污染，具有良好的经济效益和社会效益。

项目概况 国内电站煤粉锅炉燃烧的优化调整一直是许多科研单位、设计部门以及锅炉运行人员长期关注的课题，其关注焦点主要集中在进入锅炉的风和煤，而关注内容为风对煤的合理调配和适应。 锅炉风速风量在线监测系统的研究与实践，解决了这个领域的多个关键技术。该系统以其经济实用、结构简单、安装方便、维护量小、运行可靠和可监测全部配风指标并测量准确等优势，受到电厂广大技术人员的欢迎。大量的运行实践表明，锅炉的一、二次风匹配合理，一、二次风同层管内风速调整均匀，锅炉燃烧工况就会明显改善，锅炉效率就会显著提高。增设了锅炉配风在线监测系统，等于给锅炉运行人员增加了燃烧调整的“眼睛”，司炉能随时观察到各风管喷口风速、风量的大小，可随时根据负荷升降、煤质状况调整风速，使锅炉的燃烧始终在较经济的工况下运行。主要特点   锅炉风速风量在线监测系统在风速的调整有如下几方面作用： 1. 使锅炉配风合理，燃烧比较稳定，可有效地降低排烟热损失、降低飞灰含碳量，降低煤粉的机械及化学不完全燃烧热损失，提高锅炉效率。 2. 能合理地调整风粉比例。将一次风管道系统中的阻力调平后，各一次风管内的流速大小能间接地反映出管内煤粉浓度的大小。若某一管内煤粉浓度增加，由于输送煤粉的阻力增加则管内风速就会降低，反之就会升高。因此，锅炉运行人员能依据一次风管内风速的大小来确定风管内煤粉浓度的相对大小。 3. 当风速出现异常时系统应发出警示，提醒锅炉运行人员采取相应措施。能有效地防止堵管断粉现象的发生。当某个一次风管内煤粉浓度过大流速降低出现堵管迹象，或管内煤粉浓度过稀，流速过大出现断粉迹象时，系统将发出警示，提醒司炉采取相应的措施。 4. 为调整炉内同层火焰中心位置提供依据，防止锅炉局部结焦，同时也能有效地防止火焰偏斜，降低炉膛出口两侧烟温的偏差，防止水冷壁及过热器爆管。 5. 为调整炉内纵向火焰中心位置提供依据，有效控制主蒸汽温度，减少减温水量，降低不可逆作功能力损失，提高整个循环热效率。 6. 对直流燃烧器，能合理地确定一、二次风匹配比率以及一、二次风上、中、下各层的配风比率，是正塔型、倒塔型、或是束腰型等配风方式，锅炉运行人员能够一目了然。技术指标显示精度：0.5%             输出信号：4--20mA环境温度：-20--70℃         环境湿度：0—90%电源电压：220V AC +15%    电源电流：10A电源频率：50Hz +10%市场前景    锅炉风速风量在线监测系统是电站锅炉运行的有力助手，该项目适用于多种送风方式的燃烧系统锅炉。

在高技术陶瓷领域，先进陶瓷占有极其重要的地位，在诸多的先进陶瓷中，氮化硅基先进陶瓷以其高强度、高韧性、高的抗热震性、高的化学稳定性在先进陶瓷中占有独特的地位，是公认的未来陶瓷发动机中最重要的侯选材料。并且在国际上氮化硅陶瓷刀具和氮化硅基陶瓷轴承已经形成相当规模的产业。任何一个跨国刀具公司都有氮化硅基陶瓷刀具的系列产品，足见其在机加工行业中具有不可替代的地位。 但是，影响氮化硅陶瓷推广的一个主要因素，是氮化硅粉末价格昂贵，这是由于传统的制取氮化硅粉末的方法耗能高，生产周期长，生产成本高。本项目采用具有自主知识产权的创新的燃烧合成技术，制取氮化硅陶瓷粉末和氮化硅复合粉末，具有耗能低，生产周期短，杂质含量低，生产成本低等特点，具有广泛的应用前景。 燃烧合成（Combustion Synthesis，CS）又名自蔓延高温合成（Self- Propagating High-Temperature Synthesis，SHS），是利用化学反应自身放热合成材料的新技术，基本上（或部分）不需要外部热源，通过设计和控制燃烧波自维持反应的诸多因素获得所需成分和结构的产物。 自1990年以来，本项目负责人等针对燃烧合成氮化硅陶瓷产业化的一系列关键问题，在气-固体系氮化硅基陶瓷的燃烧合成热力学、动力学和形成机制等方面进行了深入研究后得到的创新成果。 采用本项目的技术，可以生产符合制作先进陶瓷要求的从全α-Si3N4相到高β- Si3N4相，及不同配比的氮化硅粉末，还可根据用户要求，用此技术生产α-Sialon，β-Sialon和其它各种氮化硅基的复合粉末。粉末的质量优良而稳定。 应用于航天、航空及机械行业等，用于制作氮化硅陶瓷刀具、氮化硅基陶瓷轴承、耐磨耐腐陶瓷涂料等。

氮化铝（AlN）陶瓷具备优异的综合性能，是近年来受到广泛关注的新一代先进陶瓷，在多方面都有广泛的应用前景。例如高温结构材料、金属溶液槽和电解槽衬里，熔融盐容器、磁光材料、聚合物添加剂、金属基复合材料增强体、装甲材料等。尤其因其导热性能良好，并且具备低的电导率和介电损耗，使之成为高密度集成电路基板和封装的理想候选材料，同时氮化铝—聚合物复合材料也可用作电子器材的封装材料、粘结剂、散热片等。氮化铝在微电子领域应用的市场潜力极其巨大。氮化铝还是导电烧舟的主要成分之一，导电烧舟大量地用于喷涂电视机的显象管等器件、超级市场许多商品包装用的涂铝薄膜，有着广泛的市场。但是，影响氮化铝基陶瓷的推广的主要因素之一，是采用传统方法合成氮化铝粉末，耗能高，生产周期长，生产成本高。本项目采用具有自主知识产权的创新技术，采用燃烧合成技术制取优质的氮化铝陶瓷粉末，具有耗能低，生产周期短，杂质含量低，生产成本低等特点，具有广泛的推广价值。 燃烧合成（Combustion Synthesis，CS）又名自蔓延高温合成（Self- Propagating High-Temperature Synthesis，SHS），是利用化学反应自身放热合成材料的新技术，基本上（或部分）不需要外部热源，通过设计和控制燃烧波自维持反应的诸多因素获得所需成分和结构的产物。 自1994年以来，本项目负责人等针对燃烧合成氮化铝陶瓷产业化的一系列关键问题，在气-固体系氮化铝基陶瓷的燃烧合成热力学、动力学和形成机制等方面进行了深入研究后得到的创新成果。 本项目来源于国家教委高校博士点专项科研基金项目（1994.3-1997.3）。 本项目以应用基础研究成果“燃烧合成氮化铝基陶瓷的应用基础研究”已于1999年通过专家函审。 采用本项目的技术，可以生产符合制作先进陶瓷要求的氮化铝粉末，还可根据用户要求，用此技术生产氮化铝基陶瓷粉末。粉末的质量优良而稳定。 氮化铝广泛应用于高温结构材料、金属溶液槽和电解槽衬里、熔融盐容器、磁光材料、聚合物添加剂、金属基复合材料增强体、装甲材料、高密度集成电路基板、电子器材的封装材料、粘结剂、散热片、导电烧舟等。

针对劣质固体燃料难利用、难着火和难燃尽等问题，对劣质燃料燃烧技术和能源转换的关键问题进行了系列创新研究和工业应用。构建了一整套低品位劣质固体燃料清洁燃烧与高效利用的技术体系，实现了劣质煤、煤矸石、污泥、市政固体废弃物等劣质燃料的高效能源转换，技术达到了国际先进水平，显著提高了能源利用效率，取得了很好的经济效益和社会效益。创新点主要有： 1）提出了劣质固体燃料清洁高郊燃烧及能源化利用方法; 2）系统地研究了劣质固体燃料热解及燃烧特性; 3）提出了适合于劣

本成果提出了一种富氧燃烧高效低成本运行关键技术与其对应示范装置。着眼于发展经济、安全和可靠的富氧燃烧技术需求，本成果重点围绕两个关键科学技术问题： (1)基于氧/燃料双向分级的富氧燃烧火焰组织、传热调控与污染抑制原理； (2)基于静/动态仿真的富氧燃烧系统集成优化和控制技术，组织共性技术研发和工程示范。 本成果建立了常压与加压富氧燃烧条件下的分级燃烧、传热和污染物控制理论，开发了常压富氧燃烧的分级燃烧系统，研制了加压富氧燃烧的燃烧、换热及返料等关键装备，突破了酸性气体共压缩纯化等共性关键技术，掌握了常压富氧燃烧的系统集成、优化与控制方法，并提升富氧燃烧大型化设计能力。 其中，运用富氧压缩S/N/Hg一体化脱除技术，SO₂/NOx/Hg脱除率分别达到99%，93%和98%；35MWth富氧燃烧工业示范连续运行168h，锅炉燃烧效率90.68%，烟气中CO₂浓度71-82%，NOx浓度（等效空气燃烧）110mg/Nm³。相比空气工况，富氧工况下脱汞效率（以ESP前为基准）和ESP除尘效率进一步提升。 图1 应城35MWth富氧燃烧工业示范装置平面图 图2 应城35MWth富氧燃烧工业示范系统及现场实时运行 【技术优势】 与现有的其它碳捕集技术，包括燃烧前、燃烧后碳捕集技术，富氧燃烧碳捕集技术的改造成本更低，系统效率更高、生成成本更低、投资与碳减排成本更低。

【研究背景】 我国以煤为主的能源禀赋决定了煤电将会在未来一段时间内充当托底角色，燃煤发电过程中产生的CO₂作为主要碳排放源，成为了“2030碳达峰、2060碳中和”愿景目标的现实约束。开发具有大规模CO₂捕集功能的新型低碳燃烧技术是实现“双碳”目标的关键。其中，富氧燃烧技术采用空分系统所产生的氧气(纯度>95%)代替助燃空气，同时采用烟气再循环调节炉膛内的介质温度和传热特性，实现烟气中CO₂高浓度富集，便于CO₂的分离与捕集，是最具发展前景的规模化碳捕集技术。 【成果介绍】 本成果提出了一种富氧燃烧高效低成本运行关键技术与其对应示范装置。着眼于发展经济、安全和可靠的富氧燃烧技术需求，本成果重点围绕两个关键科学技术问题： (1)基于氧/燃料双向分级的富氧燃烧火焰组织、传热调控与污染抑制原理； (2)基于静/动态仿真的富氧燃烧系统集成优化和控制技术，组织共性技术研发和工程示范。 本成果建立了常压与加压富氧燃烧条件下的分级燃烧、传热和污染物控制理论，开发了常压富氧燃烧的分级燃烧系统，研制了加压富氧燃烧的燃烧、换热及返料等关键装备，突破了酸性气体共压缩纯化等共性关键技术，掌握了常压富氧燃烧的系统集成、优化与控制方法，并提升富氧燃烧大型化设计能力。 其中，运用富氧压缩S/N/Hg一体化脱除技术，SO₂/NOx/Hg脱除率分别达到99%，93%和98%；35MWth富氧燃烧工业示范连续运行168h，锅炉燃烧效率90.68%，烟气中CO₂浓度71-82%，NOx浓度（等效空气燃烧）110mg/Nm³。相比空气工况，富氧工况下脱汞效率（以ESP前为基准）和ESP除尘效率进一步提升。 图2 应城35MWth富氧燃烧工业示范系统及现场实时运行 【技术优势】 与现有的其它碳捕集技术，包括燃烧前、燃烧后碳捕集技术，富氧燃烧碳捕集技术的改造成本更低，系统效率更高、生成成本更低、投资与碳减排成本更低。 【技术指标】 【资质荣誉】 获日内瓦国际发明展金奖(2017)、国际自动化学会电力工业设施奖(2017)、湖北省技术发明一等奖(2018)。