洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2019年第02期

• 燃煤电厂汞排放与控制技术研究进展

  段钰锋, 朱纯, 佘敏, 姚婷, 赵士林, 汤红健, 黄天放, 刘猛

  燃煤锅炉排放的汞已成为我国最大的人为汞排放污染源。汞具有神经剧毒性、大气迁移性和生物累积性等特征，对自然环境和人类健康构成严重危害，已在全球范围内引起广泛关注。目前我国燃煤电厂汞排放控制主要采用现有污染物控制装置(APCDs)的协同脱汞技术。随着我国燃煤电厂“近零排放”目标的实施，烟气汞排放浓度、灰渣和废水汞含量的排放限值将日趋严格。本文首先概述了当前我国燃煤电厂汞污染物大气排放标准快速更新的现状，指出应对日趋严格的汞排放限值需要对燃煤锅炉系统进行深度脱汞。然后介绍了烟气汞浓度检测技术的发展，以应对大气汞排放浓度的监测和监管。第三，综述了燃煤脱汞技术，详述了APCDs协同脱汞、烟气喷射吸附剂脱汞技术的研究进展，指出了新型脱汞吸附剂的研发趋势。第四，论述了我国燃煤电厂正在实施的超低排放改造对汞减排的效果。最后，针对目前燃煤电厂脱汞技术存在的问题，提出前瞻性的脱汞研究课题，以期对燃煤电厂实现“汞零排放”和副产物中汞的稳定化提供科学参考。

• 燃煤电站锅炉总风量跟随负荷控制理念分析

  周怀春, 范海鸿, 赵钧, 刘尧平, 程超, 曾雄伟, 唐文, 刘兴, 谭厚章

  传统锅炉燃烧风量基于风、煤配比的概念，根据燃料量进行前馈粗调，再基于排烟氧含量的偏差进行反馈细调，燃料的调节会作用到风量的控制。智能发电技术的发展需要对现有燃烧控制的基本方法加以创新。燃煤发电机组控制的本质是负荷控制，即根据负荷指令控制从燃料化学能释放到汽轮发电机做功发电的各个能量转化环节。笔者分析了不同煤种燃烧产生相同的热量(对应大致相同的能量水平以及机组的发电功率)所需的理论空气量基本不变代替，该结论与目前国内外相关权威技术著作中的结论相符。因此提出用“风碳比”的概念代替“风煤比”，即一定空气量与完全燃烧的碳量的比值，“风碳比”(质量比)约为11.5，该值对不同煤种大致均为常数。并进一步提出了空热当量的概念，即在受限空间(炉膛)内任何煤种连续稳定燃烧每千克空气释放的热量，约为定数3.01 MJ/kg air。在此基础上，提出应主要根据负荷的变化对锅炉总送风量进行控制，相同负荷下的总送风量控制可基本忽略燃料变化的影响。锅炉燃用煤种改变后，若锅炉效率下降，需燃料在炉内产生更多的热量，因而需增加锅炉送风量。本文的风量控制理念已在一台300 MW燃煤四角切圆燃烧发电机组上得到了成功应用，从2017年8月投运到现在，投入率超过80%，为实施风、煤独立解耦锅炉燃烧控制新策略奠定了基础。

• 燃煤电厂脱硫废水烟气蒸发技术进展与应用

  柴晋, 万忠诚, 武凯, 张净瑞, 陈嘉宁, 刘其彬, 马双忱

  自“水污染防治行动计划(水十条)”颁布以来，燃煤电厂脱硫废水零排放已逐渐成为电厂深度减排、污染物深度治理的必然要求。脱硫废水烟气蒸发技术具有工艺简单、安全可靠、投资及运行成本低等优势，逐渐成为主流技术。燃煤电厂脱硫废水烟气蒸发技术主要分为3类:低温烟道蒸发、高温旁路烟气蒸发、低温烟气余热浓缩减量，其中高温烟气蒸发又可分为旁路蒸发塔蒸发和旁路烟道蒸发2种技术路线。同时，对电厂烟气蒸发能力进行了核算,论述了脱硫废水烟气蒸发技术的研究进展与应用现状，并深入分析了各烟气蒸发技术的工艺特性、优缺点及其适用范围。研究表明，燃煤电厂的烟气蒸发能力极强，可以作为脱硫废水零排放的热源。另外，低温烟道蒸发因其易受锅炉负荷影响，适用度不高，未来烟气蒸发技术的研究重点是低温烟气余热浓缩结合高温旁路蒸发或低温烟气余热浓缩结合水泥化固定。

• 煤粉热解气化耦合燃烧超低氮燃烧技术进展

  刘兴, 和宇, 卢旭超, 熊小鹤, 谭厚章, 惠世恩

  随着环保政策趋严，常规火电机组经超低氮排放改造对炉膛内部燃烧过程及尾部烟道燃烧后烟气进行氮氧化物协同脱除后，NOx已达到低于50 mg/m3的水平。随着低NOx燃烧技术的发展，煤粉热解气化耦合燃烧超低氮燃烧技术已引起重视，其主要思路是在预燃室内引入高温热源，对远低于化学当量比的浓煤粉气流进行加热，煤粉在预燃室内先快速释放挥发分并发生部分燃烧，其气相产物及高温半焦离开预燃室经燃烧器组织送入炉膛后进行低氮燃烧处理。与传统的选择性催化/非催化还原法(SCR/SNCR)等燃烧后降氮策略相比，该技术通过燃烧高温半焦直接在炉内燃烧过程中降氮，技术优势和经济潜力显著。预燃源是产生气相产物、高温半焦的关键环节，笔者根据预燃源方式的不同，介绍了天然气供热煤粉预燃、循环流化床供热煤粉预燃、等离子点火预燃室、感应加热点火预燃室、传统预燃室燃烧器等煤粉预燃技术的发展现状及应用情况，为相关技术人员提供参考。

• 超低排放背景下烟气消白技术路线研究

  谭厚章, 刘兴, 王文慧, 刘鹤欣

  超低排放背景下燃煤电厂大多采用湿法脱硫装置，装置出口饱和湿烟气排放后一般会在烟囱出口形成湿烟羽，对生态环境及人体健康造成不利影响。本文基于切线法对烟气及环境空气状态进行计算，确定湿烟羽消除的临界温度及混合空气当量比，比较不同烟气消白技术路线的适用环境条件及技术参数。研究结果表明，环境温度越低、相对湿度越高，湿烟羽消除难度越大。环境相对湿度为60%，脱硫塔出口烟气温度为50 ℃时，不采用任何措施的前提下可实现无湿烟羽排放的临界环境温度为37.3 ℃，可见在常见环境条件下，调整湿法脱硫装置出口烟气状态参数以消除湿烟羽是有必要的。假设可适用的烟气最大降温幅度为30 ℃，最大升温幅度为30 ℃，仅采用烟气加热技术可消除湿烟羽的临界环境温度为12.9 ℃;仅采用烟气冷凝技术可消除湿烟羽的临界环境温度为8.7 ℃;采用烟气冷凝再热技术可消除湿烟羽的临界环境温度为-12.9 ℃。对于空气加热混合技术，基于切线法对空气烟气混合过程进行热平衡计算，确定可消除湿烟羽的临界空气当量比。将烟气加热、烟气冷凝及空气加热技术组合使用可拓宽烟气消白适用的环境条件。

• 燃煤机组SCR催化剂表面积灰板结层多重分形分析

  张巍, 卢程, 陈冬林, 邓伟力, 宋权斌, 冯延林, 龚蔚成, 宋健

  燃煤电站烟气中的飞灰在SCR催化剂表面沉积板结形成强垢是导致催化剂失活的重要原因，为及时清理催化剂表面强垢层，通常采用超声共振结合蒸汽吹扫将强垢去除，然而由于燃煤飞灰在催化剂表面的沉积板结使得强垢层形成较为稳定，导致现场高能耗操作下清灰效果不明显。为更好地研究飞灰在催化剂表面沉积板结对强垢形成的影响，借助现场小修期和SCR改造项目热态性能试验将不锈钢采样盘布置在3层催化剂层的迎风面进行采样，将3层SCR催化剂垢层样品采用原子力显微镜(AFM)进行表征测试，通过设置合适的阈值采用Matlab图形处理得到黑白二值图，并通过信息熵法获得盒子尺寸来分析多重分形标度区间的影响。结果表明，随着烟气的流程方向板结层的高程分区逐渐趋于碎片化，沉积飞灰粒度逐渐趋于均匀化，并随烟气流程的增加多重分形参数具有标度不变性;同时关联分形维数D2随着烟气流程的增加逐渐与Hausdorff分形维数D0接近;根据加权矩随变特性还发现板结层微观颗粒会随烟气流程的增加逐渐由疏松不均性演变为致密均匀性;由3层板结层多重分形谱对称性发现，随着烟气流程的延长，催化剂表面垢层多重分形谱宽度Δα明显增加，相应垢层表面粗糙度逐渐增加，且垢层表面奇异峰分布更加明显，催化剂表面飞灰板结形成垢层的主导因素主要源于小颗粒、小高程的概率分布点。研究表明，随着烟气流程的增加，催化剂表面垢层的多重分形特征明显，沉积飞灰颗粒粒度变小，板结层的均匀性增加，微观拓扑表面的高程聚类特征消失，为超声波共振与蒸汽吹扫等现场清灰操作提供理论依据。

• 五彩湾煤在O2/CO2燃烧条件下的积灰特性

  段晓丽, 张彦迪, 朱晨钊, 杨浩, 张旭, 王长安, 赵磊, 韩涛, 刘银河

  锅炉燃用准东煤极易发生严重的受热面积灰结渣等问题，制约了新疆准东地区煤炭资源的大规模利用。在一维沉降炉燃烧与积灰试验系统上，研究了准东五彩湾煤的积灰特性，分析了稀释气体种类、O2/CO2燃烧中氧浓度对飞灰沉积的影响。结果表明:在21%氧浓度下，与稀释气体为N2相比，稀释气体为CO2时得到的沉积灰颗粒之间黏连现象不明显，积灰倾向较弱;O2/CO2燃烧条件下，随着氧浓度提高，五彩湾煤的积灰倾向加重，细散灰颗粒减少，球形灰颗粒比例增加，灰颗粒的黏连现象加重。SEM-EDS分析结果表明:O2/CO2燃烧中随氧浓度的提高，沉积灰中的块状灰颗粒表面缩孔及凹坑增多，且灰颗粒表面黏附了白色细散絮状灰，Na和Cl的富集加重，这是造成高氧浓度燃烧受热面积灰加剧的重要原因;稀释气体种类对五彩湾煤积灰倾向的影响研究中，稀释气体为N2(空气燃烧)时，Na和Cl含量明显高于稀释气体为CO2(O2/CO2燃烧)时的含量。此外，燃烧稀释气体为N2的沉积灰中还出现了Ca和S元素的富集，高温下CaO与硅铝酸盐发生反应生成低温共熔体，这也是空气燃烧时积灰较O2/CO2燃烧严重的重要原因。XRD分析结果在一定程度上佐证了EDS的分析结论，灰分中CaSO4、NaCl等低熔点物质的富集导致了空气燃烧工况和O2/CO2高氧浓度燃烧工况积灰的加剧。燃烧的颗粒温度差异是导致O2/CO2燃烧和空气燃烧积灰特性不同的主要原因，也是造成不同氧浓度下O2/CO2燃烧积灰特性差异的主要原因。煤燃烧的颗粒温度较高时，煤粉着火、燃烧性能得到改善，更高的颗粒温度会导致烟气中出现更多的熔融灰，灰颗粒表面出现熔融相进而增强了灰表面的黏性，加剧积灰现象。

• 小麦秸秆燃烧过程中碱金属释放特性

  李慧君, 谢兴运, 赵京, 张玉锋, 魏小林

  生物质作为可再生洁净能源，在中国能源结构中将占据越来越重要的地位。生物质中碱金属元素(主要是K)含量丰富，生物质灰的主要成分。由于碱金属无机盐(如KCl)具有较低的熔点，因此生物质内碱金属极易在燃烧中释放，此特性给生物质能源的开发及利用带来了严重的技术安全问题。在生物质燃烧过程中，部分碱金属灰分气态释放后，易于凝结、吸附并沉积在锅炉炉膛受热表面，造成玷污、结垢及积灰等问题，严重影响锅炉的换热，甚至造成腐蚀。因此，研究生物质燃烧过程中碱金属元素的释放规律及机理，将为我国生物质的清洁高效利用提供有力的理论支持，具有较好的社会经济及学术的重要意义。从小麦秸秆为对象，研究生物质燃烧过程中碱金属的释放特性，通过水平管式炉及XRD、SEM-EDS等检测手段，研究了燃烧温度400~900 ℃碱金属的释放特性。结果表明，碱金属K主要以水溶性形式存在，碱土金属Ca、Mg主要以醋酸铵溶及水溶性形式存在。水溶性K主要以KCl、KNO3、K2SO4和K3PO4的水合离子或晶体存在。燃烧过程中，400 ℃内主要释放有机K及少量无机K，400~600 ℃时，K释放主要以KNO3的无机K为主，600 ℃以上时主要以KCl和KNO3释放。碱土金属Ca和Mg会形成较稳定的化合物，不易释放。通过对灰渣表面元素富集状况分析可知，K与Cl含量同步变化:600 ℃内，K与Cl含量同步增长，主要因为有较多碱金属化合物以KCl的形式析出;高于600 ℃时，灰渣表面K与Cl含量减少，主要因为KCl与SiO2等发生反应或直接以KCl的形式释放。

• 600 MW超临界对冲锅炉分级燃烧特性

  胡庆伟, 王为术

  为研究超临界燃煤锅炉的燃烧特性,针对 600 MW 对冲旋流燃烧锅炉,利用 CFD(computa-tional fluid dynamics)数值仿真软件研究了分级燃烧超临界锅炉内速度分布、颗粒轨迹分布、温度分布、组分分布特性及 NOx 释放规律。 采用标准 k-ε 模型和拉格朗日随机轨道模型模拟气相湍流流动和气固两相流动;对于固体燃料,借助离散相模型,同时采用非预混燃烧模型模拟煤粉在炉内的燃烧过程;对流项采用二阶迎风格式获得更加精确的物理解;考虑到锅炉炉膛温度高、辐射换热量大,采用P1 辐射模型计算气-气和气-固之间的辐射换热量;对锅炉壁面附近区域的流动传热计算采用标准壁面函数法,节省内存和计算时间。 结果表明:分级对冲燃烧锅炉截面速度呈对称分布,气流充满度好,燃烧稳定;旋流燃烧的方式使炉内出现回流区,加强了炉内气流与煤粉颗粒之间的扰动,强化了传热传质,同时延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间;煤粉颗粒的直径影响着煤粉在炉内的燃烧过程,粒径越小,煤粉颗粒在炉内的停留时间越短,影响燃料的燃烧燃尽和锅炉效率,但粒径过大,煤粉颗粒在自身重力作用下落入冷灰斗,影响锅炉的正常安全运行,因此,合适的粒径对炉内燃烧过程十分重要;沿炉膛高度方向,炉内烟气平均温度先上升后下降,在燃尽区补充燃尽风使温度小幅降低,到达炉膛出口截面烟气平均温度约为1100 K;炉内各组分分布规律为:X=11.0935 m 截面,沿炉膛高度方向,O 2 体积分数先上升后下降,CO 2 体积分数逐渐升高,CO 体积分数先上升后下降;分级燃烧使炉内NOx 生成量整体下降,炉膛出口 NO x 浓度约为 385.14 mg/ m 3 。

• 动态分离器内部流场的PIV测量

  张红霞, 王玉召, 张海

  基于PIV技术,采用角位移传感器和内窥镜头，测量了带静态导流叶栅的动态分离器内分离区域的流场。气流在静叶栅外的环形区域呈强湍流旋转流动，叶轮转速对该区域的流场几乎没有影响。气流在静叶内呈涡流流动，涡心位置随叶轮转速提高逐渐向后移动，区域位置越低，涡心离叶片背风面越近，涡越扁长。在静叶栅和叶轮之间的区域，气流随叶轮做旋转运动，叶轮转速越高气流旋转越强。在动叶内，气流沿流道呈均匀流动，气流流动方向与叶片之间的夹角随叶轮转速提高而增大。动态分离器内的气固分离分为三级分离：第1级是静叶栅外环形区域的离心分离，该级分离作用几乎不受叶轮转速的影响;第2级为静叶内的撞击分离和旋涡分离;第3级分离发生在叶轮入口区域，既有离心分离，又有撞击分离，叶轮转速对后两级的分离作用有较大影响。

• 气化细渣基础燃烧特性试验研究

  杜杰, 戴高峰, 李帅帅, 王学斌, 孙晓伟, 谭厚章

  煤气化过程中产生大量含碳量较高的气化细渣，其填埋处理不仅占用大量土地，污染土壤和水体，同时造成能源浪费。在获得气化细渣工业分析、元素分析、粒径分布、灰成分和微观形貌等基础上，利用热重对气化细渣单独燃烧及与燃料煤混合燃烧特性进行研究，对比了气化细渣与典型煤种燃烧特性的差异，并考虑掺混比例对混燃的影响。研究结果表明:气化细渣的Mar=69.7%，Ad=54.5%，w(Cd)=43.4%，Qgr,d=16.14 MJ/kg，干化后的气化细渣中碳含量和发热量与对比劣质烟煤相当;干燥后的气化细渣粒径普遍小于200 μm，且孔隙结构发达，电镜结果显示其微观结构由球形颗粒和不规则多孔形状颗粒组成。气化细渣与其他煤种燃烧特性对比表明:气化细渣的着火温度和燃尽温度分别为601.6 ℃和680.8 ℃，着火和燃尽特性比对比煤样和对应的原煤略差。气化细渣和原煤在不同掺烧比例下的热重燃烧试验结果表明，气化细渣和原煤掺烧存在显著的协同效应，与原煤掺烧能显著改进气化细渣的燃烧特性，在25%气化细渣掺烧比例下，气化细渣的燃烧特性得到显著改善，且相比于纯烧原煤，掺烧气化细渣后混煤的燃烧特性未显著下降。研究结果表明，干化后高含碳量的气化细渣极具应用价值，且与原煤掺烧对混煤的燃烧特性影响较小，还能显著改进混煤的燃烧特性，将干化后的气化细渣与原煤掺烧是一种可行的利用气化细渣热值的技术方案。

• 下行移动床颗粒流动特性冷模试验研究

  杨帆, 郑雄, 李建波, 王泉海, 薛景文, 陆凯, 卢啸风

  针对目前大宗固体颗粒余热回收常存在换热不充分、气固流动阻力大、回收得到的余热质量较低等问题，提出了一种气固交叉流动移动床高温颗粒冷却技术方案，并在自行设计的工业级试验装置上利用CFB锅炉炉渣完成了冷态条件下的颗粒流动特性试验研究。通过取样与高速摄影仪拍摄相结合的方式对颗粒流动特性进行测量，分析讨论了颗粒流通截面尺寸对颗粒流动特性的影响和错流段空截面风速对颗粒流动稳定性的影响。结果表明:直流段截面中部颗粒下行速度基本一致，在忽略边壁影响的条件下，计算得到直流段正面和侧面流动指数MF1均大于0.3，认为直流段颗粒流动为整体流状态;通过对不同位置颗粒取样，发现各取样点颗粒的质量分数最大相差约14.4%，在实际工程中可认为扩大段颗粒整体流动均匀，但不同位置的颗粒粒径分布存在差异;随着横向风速的增大，颗粒携带速率增大，流过下行移动床的水平风速不能超过1.45 m/s。

• 准东煤中碱金属Na的赋存形态及含量分析

  赵京, 魏小林, 张玉锋, 李腾

  新疆高碱煤具有低灰、低硫及反应活性高等特点，但在燃烧利用过程中，以气相形式释放的碱金属进入烟气后，将改变飞灰颗粒的物理化学特性，如降低灰熔融温度，并增强黏结性，进而对锅炉及换热设备造成严重的积灰、结渣、腐蚀等。碱金属的赋存形态决定其释放行为，因此深入研究碱金属具体存在形式及含量，可准确预测碱金属释放形式及含量，对准东煤的清洁、高效利用意义重大。以准东高钠煤为研究对象，采用扫描电镜能谱测试(SEM-EDS)分析样品表面元素分布，同时利用电感耦合等离子光谱(ICP-OES)分析碱金属Na赋存形态及含量，并通过X射线光电子能谱(XPS)及X射线衍射(XRD)研究样品表面元素含量及晶态结构。SEM-EDS结果表明:Ca、S在相同区域存在明显富集现象，表明CaSO4存在于该区域;Cl在扫描过程并未发现明亮区域，可认为Cl均匀分布在准东煤中;此外Na也存在少量明亮区域与S对应，表明Na2SO4晶体也存在于准东煤中。XRD结果表明:105 ℃干燥后样品中碱金属Na以NaCl及Na2SO4晶体结构存在，经去离子水萃取后，对应峰强度减弱，甚至消失。ICP-OES结果表明:准东煤中Na主要以水溶态形式存在，其次为醋酸铵溶态及酸溶态Na，其含量分别为78.42%、11.57%和6.44%，并有少量以硅铝酸盐形式存在的不溶性Na，含量为3.57%;水萃取液中阳离子主要以Na+、Ca2+、Mg2+为主，阴离子主要以Cl-、SO-24以及HCO-3为主，经计算，阳离子总电荷数为5.369mmol/L，阴离子总电荷数为5385 mmol/L，可知溶液中阴阳离子电荷基本守恒，则水溶态Na可认为主要以NaCl、Na2SO4、NaHCO3等晶体或水合离子形式存在，在均匀分布条件下，可计算出其质量分数分别为5.32%、85.7%以及8.98%。采用XPS对不同温度干燥后的样品进行表征分析，结果表明:随干燥温度升高，煤样中以水合离子形式存在的Na+也随着水分移动向样品表面富集，样品表面的Na/C质量比增加;干燥温度超过100 ℃后，水分蒸发并带走部分在表面富集的Na，因此样品表面Na/C比开始下降，该过程释放的Na可定义为水挥发性Na。

• 循环流化床锅炉炉膛横向温度非均匀性模型研究

  胡南, 徐梦, 杨海瑞, 吕俊复, 张戟

  随着循环流化床锅炉不断向大型化高参数发展，炉膛截面在尺度上已远超过化工领域的循环流化床反应装置，炉膛内运行参数的横向非均匀性问题愈发突出，尤其是横向温度偏差问题，严重影响锅炉汽水系统安全和高效运行。针对300 MW亚临界三分离器循环流化床锅炉燃烧系统建立二维整体小室模型，模型以分离器为回路单元将截面划分为3个并联的小室，包括炉内气固流动模型、密相区气固横向扩散模型、稀相区气固横向扩散模型、燃烧模型及传热模型等子模型。模型计算和实炉测试结果显示，炉膛宽度方向的温度分布存在明显的不均匀性，炉膛中间小室温度高于炉膛两侧小室，并且温度偏差沿床高方向一直存在。稀相区扩散系数的取值对温度横向分布有明显影响，根据模型计算和测试数据结果比较分析，稀相区的扩散系数取值应在0.006~0010 m2/s。密相区颗粒横向混合扩散作用强烈，改变各个给煤点给煤量分配时，局部浓度变化很快被强烈的横向混合扩散作用消除，因此炉膛横向温度分布受给煤量分布变化的影响较小，与测试结果一致。导致炉膛温度偏差的主要原因是两侧小室内水冷壁面积比中间小室多，使两侧小室温度偏低，通过调整炉内屏式受热面的布置位置，可有效改善温度分布不均的问题。

• 混燃石油焦循环流化床锅炉Pb排放特性

  邓雨生, 崔健, 黄郑贤, 王佩, 段元强, 段伦博

  燃煤电厂释放的Pb具有长距离迁移性、生物累积性和持久危害性等特点，尽管Pb在煤中含量较低，但由于我国煤炭消耗量巨大，每年因燃煤发电排放到环境中的Pb十分巨大，其造成的环境污染问题不容小觑。由于现场取样的复杂性，目前关于燃煤电厂Pb迁移排放特性的研究较少。选取某额定蒸发量为410 t/h的混燃石油焦循环流化床(CFB)锅炉为研究对象，采用EPA Method 29法对电厂布袋除尘器(FF)和石灰石-石膏湿法脱硫塔(WFGD)前后烟气中不同形态的Pb进行了平行取样，同时对入炉燃料、石灰石、底渣、飞灰、脱硫石膏和脱硫废水等物流进行取样分析，通过Pb的质量平衡核算得到Pb在燃煤副产物中的分配比例以及Pb的迁移排放特性。结果表明:Pb的质量平衡率为105.1%~106.4%，说明本次Pb排放测试结果的准确性和可信度较高。燃烧过程中，燃料中Pb元素主要以气态单质铅Pb0或PbO形式释放到烟气中，少量残留在底渣中，本次测试底渣中Pb占总入炉Pb量的13.7%。随着烟气流动和温度的降低，烟气中大部分Pb化合物会发生均相成核、异相凝结和颗粒表面沉积吸附等过程，形成颗粒态Pb，因此本次测试在空预器出口(布袋除尘器前)烟气中Pb主要以颗粒态形式存在，占比超过99%，而最终排放到大气中的Pb仅为0.4%。布袋除尘器对烟气中Pb的脱除效率高达99%，主要是体现在对颗粒态Pb的脱除上。而湿法脱硫塔对水溶性较好的气态Pb和颗粒态Pb均有一定的脱除作用，脱除效率可达67%。经污染物控制装置脱除，最终排放到大气中的Pb浓度较低，仅为2.99 μg/m3，Pb的大气排放因子为0.90×10-12 g/J。

• 1000MW超超临界锅炉折焰角斜坡积灰与塌灰计算分析

  高毅, 姚凯, 张海丹, 刘丹, 杨冬

  超超临界燃煤发电技术是煤炭清洁利用的重要途径。超超临界锅炉中П型锅炉炉膛出口与水平烟道连接处的折焰角部位由于存在回流区极易形成积灰，严重影响锅炉安全运行。通过对超超临界燃煤锅炉折焰角积灰进行机理分析，包括灰粒与沉积层之间的黏结力和破坏灰粒沉积的力，建立折焰角积灰数学模型和塌灰预判模型，从而给出是否发生塌灰现象的预判结果，为电站安全运行及维护提供指导方案。该积灰与塌灰预判模型利用煤质相关参数、锅炉设计参数以及运行数据，得到烟气中煤灰颗粒的运动速度、深入沉积层深度和表面张力大小，从而定量计算出灰粒在折焰角斜面单位面积上的黏结力和灰粒对沉积层的冲击力，并根据单位面积上的黏结力、重力以及摩擦力之间的平衡关系得到折焰角部位理论最大积灰高度和实际最大积灰高度。当理论最大积灰高度大于实际最大积灰高度时，沉积层的摩擦力和黏结力大于重力沿折焰角斜面的分力，折焰角斜坡灰不会发生塌灰现象，反之，当理论最大积灰高度小于实际最大积灰高度时，则会发生塌灰现象。针对浙江浙能台州第二发电有限责任公司1000 MW超超临界П型布置煤粉锅炉折焰角积灰与塌灰特性进行了计算分析，结果表明，当炉膛出口烟温为1035 ℃，燃用设计煤种时，折焰角部位实际积灰高度为2.48 m，小于重力平衡高度6.69 m，该锅炉折焰角部位不会发生塌灰现象，折焰角设计及运行合理可行，超超临界锅炉折焰角斜坡积灰与塌灰预判模型对锅炉设计及优化运行具有参考价值。

• 0.3MW CFB燃煤烟气喷射NH4Br改性稻壳焦脱汞试验研究

  谷小兵, 陶君, 耿新泽, 柳帅, 胡鹏, 卢锦程, 刘猛, 段钰锋

  为研究燃煤烟气条件下，喷射烟气温度和吸附剂喷射量对汞脱除效率的影响，采用1%的NH4Br溶液对稻壳焦浸渍改性，制备NH4Br改性稻壳焦(Br-RHC)脱汞吸附剂，并通过比表面积及孔隙率分析仪对改性前后吸附剂的孔隙结构进行表征;在0.3 MW燃煤循环流化床中试装置上进行了吸附剂烟道喷射脱汞试验。结果表明:吸附剂改性后的比表面积、微孔容积与总孔容积均有一定程度的增加;喷射脱汞效率随喷射量的增大而增加并趋于稳定，喷射量由0.3 kg/h升高为0.5 kg/h时，脱汞效率从69.36%升至79.44%。喷射脱汞效率随烟气温度的升高而升高，由142 ℃的57.74%升高为200 ℃的79.48%。生物质稻壳焦经化学改性后可代替活性炭用于燃煤锅炉烟气喷射脱汞技术。

• 基于相离度和博弈论赋权的火电脱硝技术评价

  许霁, 王贲, 于洁, 孙路石, 杨武

  为对火电脱硝技术进行科学评价，引入相离度理论改进了区间型指标的隶属函数，运用博弈论赋权法对指标体系进行集成赋权，建立了优化的脱硝技术评价模型。将该模型应用于国内完成炉内低氮改造的660 MW火电煤粉炉与流化床炉，综合评价选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、SNCR-SCR联合3种脱硝技术。结果表明，在完成炉内低氮改造的条件下，额定负荷稳定运行的660 MW火电煤粉炉脱硝宜优先选用SCR技术，流化床炉应优先选用SNCR技术，为实现氮氧化物超低排放，必要时可选用SNCR-SCR联用技术，评价结果与《火电厂污染防治可行技术指南》的相关内容一致，验证了评价模型的合理性，额定负荷50%、75%工况下的评价结果表明，额定负荷50%工况下660 MW火电煤粉炉脱硝宜优先选用SNCR-SCR技术，其余低负荷工况的评价结果与额定工况一致，为火电脱硝技术的评价与选择提供了方法参考和理论依据。

• 准东煤加压气化过程中Na迁移规律的热力学研究

  王建江, 魏博, 张雪慧, 李显, 谭厚章

  准东煤中高含量的碱金属会在燃烧过程中引发严重的结渣与沾污问题，但准东煤气化过程中，在加压条件下碱金属的迁徙转化规律仍不明确。为探究准东煤中NaCl在加压条件下的迁徙转化机制，根据系统吉布斯自由能最小原则的热力学计算方法，采用HSCChemistry的化学热力学平衡计算模块，对纯NaCl和准东煤中NaCl在加压过程中Na基化合物的物质的量进行计算。研究结果表明，压力显著影响纯NaCl的气化温度，在常压下，开始气化温度和气化完成温度分别为800 ℃和1 400 ℃;压力升至4 MPa时，气化开始温度和气化完成温度分别升至1 500 ℃和2 200 ℃。准东煤中Si、Al、H和O参与反应时，在0.1 MPa条件下，300 ℃开始，NaCl逐渐与煤灰中的SiO2、Al2O3和H2O反应生成大量的NaAlSi3O8、NaAlSiO4和Na2SiO3等Na基化合物。在1500 ℃时，生成的气相NaCl仅占Na摩尔量的25%左右。系统反应压力越高，生成低熔点且具有助熔作用的NaAlSi3O8、NaAlSiO4、Na2SiO3就越多，导致炉内产生结渣的风险越高。

• 直吹式制粉系统风粉偏差对机组灵活性的影响

  刘定坡, 杨培军, 冯扩磊, 刘洋, 员盼锋

  近年来，风能发电和太阳能发电装机容量迅速增长，为提高新能源的消纳能力，燃煤机组灵活性运行是大势所趋。目前，大容量电站锅炉普遍配置直吹式制粉系统，磨煤机出口一次风管风粉分配偏差大的问题普遍存在，风粉分配偏差大直接限制机组灵活性运行。从制粉系统设备角度分析了磨煤机出口并联一次风管风粉分配偏差大的原因。对由于风粉分配偏差大导致锅炉运行过程中产生的各种问题如火焰偏斜、结焦、高温腐蚀、NOx排放量高、飞灰可燃物高、锅炉效率低等进行阐述。该问题在机组灵活性改造过程中表现尤为突出，锅炉低负荷运行时，一次风管风粉分配偏差大会造成锅炉着火距离增大，燃烧不稳定甚至灭火的可能。炉内热负荷不均会导致锅炉汽水侧偏差加剧，恶化传热，受热面超温，直接影响机组运行安全。为改善一次风管风粉分配偏差，对比分析各种煤粉分配器的性能和优缺点，并阐述煤粉分配器在电站锅炉的应用情况和效果。由此，随着灵活性运行工作的深入，需要对灵活性运行机组制粉系统进行改造，加装相匹配的煤粉分配器，改善风粉分配特性，提高机组运行稳定性和安全性。

• 电站锅炉水冷壁高温腐蚀成因与对策研究

  徐洪, 熊小鹤, 刘兴, 谭厚章, 邓双辉, 王萌

  亚临界以上参数的大型电站锅炉水冷壁温较高，低NOx分级燃烧技术的应用使主燃烧区域处于贫氧状态，往往导致严重的高温腐蚀。选取某300 MW电站锅炉发生高温腐蚀后的水冷壁管为研究对象，通过割管取样、电镜表征分析等手段，对高温腐蚀原因、类型进行了研究。研究结果表明，腐蚀产物中含有大量FeS，属于典型的硫化物型腐蚀。腐蚀管样表面覆盖有肉眼可见的蓝色、黄绿色物质，其主要成分为铁的氧化物、铁的硫化物以及锌的硫化物;硫化物在蓝色物质中主要为FeS晶体，晶体尺寸大小在10～20 μm，呈现规则六方晶体结构;黄绿色物质则主要为ZnS，同时，腐蚀管样表面还发现大量未燃尽碳颗粒，表明炉内配风不合理，存在火焰中未燃尽的煤粉和飞灰颗粒刷墙现象。燃烧器改造后，进行了冷态空气动力场烟花调试，发现整体切圆状况良好，符合设计要求，无偏离炉膛几何中心。一次风切圆直径为790 mm，基本与设计值吻合，各层气流相对舒展，无明显贴壁现象，炉内烟花模拟的火焰充满度良好，炉内空气动力场状况明显改善;从改造后热态运行结果看，锅炉对煤种适应性有极大改善，燃烧稳定性和防结渣能力均有较大提升，在贫煤50%掺烧比例下，锅炉出力可保持800 t/h 以上连续运行，看火孔火焰均匀，未发现大块连续结焦现象，高温腐蚀现象明显减轻。

• 330 MW机组超低排放改造后锅炉爆管原因分析及对策

  黄坚, 王浩, 张峰, 刘玉强, 张凯

  随着国家对环保要求的日益提高，氮氧化物(NOx)成为火电厂继除尘、脱硫后气态污染物排放控制的重点。现役机组进行超低排放改造工作时，相应的锅炉燃烧系统也需改动。燃烧系统的改动对炉内温度场的变化有直接影响，炉管氧化皮生成及脱落问题一直是超(超超)临界机组主要治理问题，而亚临界机组氧化皮问题未得到有效关注。锅炉低氮燃烧器改造主要沿用四区理论即热解区、主燃烧区、还原区、燃尽区，以初期降低过量空气系数的方式延迟燃烧，这对炉内温度场产生一定影响，而此时燃烧器的改动将加剧炉内温度场变化，刺激炉内抗氧化裕度较低管材的敏感性。针对某电厂330 MW亚临界机组超低排放改造后连续发生多次爆管事件，通过对爆管原因、管材老化情况及炉内温度场前后变化等进行对比，确认炉内温度场变化引起的末级过热器T23管材氧化皮生成剥落引发爆管的主要原因为抗氧化裕度较低。针对亚临界锅炉在燃烧器改造后可能引发的次生问题进行研究，提出要加强超低排放改造期间对燃烧器改动后炉内温度场发生变化的重视;亚临界机组中SA213-T23材质在炉内温度场升高20℃左右后，易发生氧化皮生产加速、金属组织老化加速等。亚临界机组应加强对氧化皮的检测，掌握管材老化程度，选材方面应适当扩宽管材抗氧化裕度。