1、低NOx燃燒技術
我國低NOx燃燒技術開始于20世紀80年代,主要有低氮燃燒器技術、空氣分級燃燒技術、燃料分級燃燒技術。低氮燃燒技術工藝相對簡單、經濟,但不能滿足較高的NOx排放標準。
(1)低氮燃燒器技術(Low-NOxBurners,LNBs)
采用低氮燃燒器技術,只需用低NOx燃燒器替換原來的燃燒器,燃燒系統和爐膛結構無需更改,是在原有爐子上最容易實現、最經濟的降低NOx排放的技術。但單靠這種技術無法滿足更嚴格的排放標準,所以,LNBs技術常與其他NOx控制技術聯合使用。目前國內新建的300MW及以上火電機組已普遍采用LNBs技術,對現有100~300MW機組也開始進行LNBs技術改造。北京市政府在2000年第五階段控制大氣污染的措施中,要求全市火電廠的煤粉鍋爐配備低氮燃燒器,目前已全部安裝,測試結果表明,最高可降低30%~40%的氮氧化物排放。
(2)空氣分級燃燒技術
空氣分級燃燒技術是將燃燒所需的空氣分級送入爐內,使燃料在爐內分級分段燃燒。該技術通過降低鍋爐主燃燒區的氧濃度,使其α<1火焰中心的燃燒速度和溫度降低,從而減少主燃燒區NOx的生成量。強耦合式燃盡風系統(CCOFA)和分離式燃盡風系統(SOFA)是空氣垂直分級的燃燒技術,它們分別通過與現有燃燒系統端部出風口相毗鄰和隔一段距離設置燃盡風口,把燃燒需要的一部分空氣送入爐膛,實現二次燃燒。該技術可減排NOx20%~50%,但需要對現有供風系統和爐膛進行部分改造。目前,我國已立項攻關CCOFA和SOFA技術。
(3)再燃技術
再燃技術是將鍋爐爐膛分成三個區域:主燃區、再燃區和燃盡區。主燃區供入全部燃料的70%~90%,采用常規的低過剩空氣系數(α≤1.2)燃燒生成NOx;與主燃區相鄰的再燃區,只供給10%~30%的燃料,而不供入空氣,從而形成很強的還原性氣氛(α為0.8~0.9),使在主燃區中生成的NOx在再燃區被還原成N2分子;燃盡區只供入燃盡風,在正常的過剩空氣(α=1.1)的條件下,使未燃燒的CO和飛灰中的炭燃燒完全。為了減少未完全燃燒的損失,通常采用天然氣或平均粒徑小于43微米的超細煤粉(MicronizedCoal)作為再燃燃料。采用超細煤粉作為再燃燃料的技術稱為再燃技術(MCR)。我國氣體和液體燃料較為缺乏,一般選擇超細煤粉作為再燃燃料,NOx脫除率一般為40%,最高達50%。采用此技術,需要對原燃燒和制粉系統及爐子作較大改造。
我國哈爾濱工業大學燃燒工程研究所承擔國家863能源技術領域重點項目“超細化煤粉再燃低NOx燃燒技術研究”,開發了具有自主知識產權的MCR技術,該技術可降低NOx排放至300mg/m3(煙煤鍋爐)或350mg/m3(褐煤鍋爐)以下,達到我國目前的大氣污染物排放標準。該技術已成功應用于內蒙古元寶山發電廠600MW機組示范工程。
2、循環流化床燃燒技術(CirculatingFluidizedBedCombustion,CFBC)
CFBC技術采用沸騰狀燃燒方式,具有燃燒效率高、燃料適應性好、SO2和NOx污染物排放量低等特點。我國自上世紀80~90年代開始循環流化床技術研究,通過自主研發和技術引進,目前已全面掌握了該清潔燃煤技術。
目前我國循環流化床鍋爐容量覆蓋35~1000t/h的鍋爐。首臺國產135MW循環流化床于2004年投運,至今已有十余臺在運行,國產化循環流化床在150MW容量以下已經實現了產業化。首臺國產200MW循環流化床也于2006年投運。首臺國產300MW循環流化床機組于2006年6月初通過168小時試運行。首臺國產330MW循環流化床工程已于2006年5月啟動,擬于2008年初投運。科技部863項目支持研發的國產世界單機容量最大的600MW超臨界循環流化床示范電站,已經完成方案設計,將在“十一五”期間實現示范工程。
目前我國循環流化床總安裝容量達5000萬kW,居世界第一,相當于我國2004年全國總裝機容量的12%。加上近年即將投運的循環床,總裝機容量將達到55GW,占2004年我國燃煤機組總裝機容量的17%,已為我國燃煤電站降低了12%的NOx排放。
3、整體煤氣化聯合循環潔凈煤(IntegratedGasificationCombinedCycle,IGCC)
發電技術IGCC發電技術是將煤氣化與聯合循環發電相結合的一種潔凈煤發電技術。IGCC發電技術將煤炭氣化,產生出低熱值的合成氣,經凈化后進入燃氣輪機做功。
該技術將固體燃料轉化成清潔的氣體燃料,既具有聯合循環的優點—高效率,又解決了燃煤所帶來的環境問題,具有燃料適應性廣、熱效率高、對環境污染小、廢物利用的條件好、多聯產和節水等優點,因此成為世界上極有發展前途的一種潔凈煤發電技術。1992年我國開始IGCC示范項目的可行性研究,1999年國家計委批準在山東煙臺電廠建設300MWIGCC示范電站,項目于2003年12月啟動,是“十一五”期間煙臺市重點建設項目。我國正在規劃建設的項目還有上海2×400MWIGCC電站、廣東汕頭電廠IGCC技改項目、河北超化3×120MWIGCC電站、遼寧阜新IGCC熱、電、煤氣三聯供項目等。