世界首台纯燃超低挥发分碳基燃料煤粉锅炉诞生记

近日，世界首台显燃超低溶解分碳基燃料煤粉锅炉构建了长时间倒数平稳运营，引起业内注目。这是中国科学院工程热物理研究所的研究成果。他们将显燃超低溶解分碳基燃料加压自燃技术应用于陕煤集团陕西煤业化工新型能源有限公司，并在其子公司咸阳新型热能公司的1号锅炉展开了工程试验，获得了顺利。

12月18日，记者回到中国科学院工程热物理研究所，走访该锅炉关键技术的研发过程。再行加压，后自燃我们之所以称作世界首台，是因为这台锅炉应用于了加压自燃技术，这项技术是我们自律研发的一项具备颠覆性的创意技术。

中国科学院工程热物理研究所的满承波博士告诉他《中国煤炭报》记者。该锅炉是国家重点研发计划超低溶解分碳基燃料洗手自燃关键技术项目的成果之一。

在加压自燃技术研发之初，研究团队的目标是构建无烟煤的高效洗手自燃。无烟煤溶解分含量较低，无法熄灭且自燃特性较好。

传统煤粉锅炉需要自燃的煤粉溶解分含量一般在20%以上，而无烟煤的溶解分含量最低只有20%，应用于传统的自燃技术的自燃效果不理想。据介绍，20世纪90年代，作为一项燃料自燃领域的新技术，高温空气自燃技术由日本学者首度明确提出并研发顺利。该技术首先将空气加压至800摄氏度到1000摄氏度，再行与燃料混合展开自燃，这样可以提升较低溶解分燃料的起火、稳燃和燃尽特性。研究团队首先从自学糅合高温空气自燃技术应从，期望寻找解决问题无烟煤自燃难题的方法。

同时，研究团队边自学边思维：燃料和空气(氧气)是自燃的两个必需要素，既然预先引进热量加压空气，可以减少燃料起火可玩性，那如果将燃料和空气一起加压，是不是可以更大程度地提升燃料起火、稳燃和燃尽性能?在该思路引导下，研究团队研发了具备独创性、颠覆性的加压自燃技术。传统煤粉燃烧器是将煤粉和空气送到锅炉炉膛，通过热烟气卷吸和电磁辐射吸取热量起火，再行加以合理配风构建煤粉的自燃。而加压式燃烧器是利用流态化加压技术，将燃料再行送到流态化自加压燃烧器并加压到800摄氏度以上，再行送到炉膛展开分级自燃，从而构建高效较低氮自燃。800摄氏度以上的流态化加压，是构建较低溶解分燃料平稳起火自燃的致胜法宝。

糅合流态化和气化反应的原理，我们研发了通过新的设计煤粉工业锅炉的自燃系统和烟风系统，构建超低溶解分燃料再行加压、后自燃的燃料空气双分级的创意技术。满承波说道。

研发过程中，研究团队又找到了更加无以撕开的骨头：浸渍半焦和气化残炭。这两种燃料是煤炭分质利用的产物，具备难燃、残余热值高等特点，若能像煤一样加以利用，可大幅提高煤的梯级利用率。这两种燃料的溶解分很低，浸渍半焦溶解分含量最低将近10%，而气化残炭的仅有在2%以下。基于对技术的深刻理解和辨别，研发团队指出加压自燃技术一样限于于这两种煤转化成的副产品。

最后，研究团队找到，加压自燃技术可实现无烟煤、浸渍半焦和气化残炭的平稳高效自燃，并且自燃产生的氮氧化物生成量比较较低。这于是以符合国家掌控氮氧化物废气的拒绝。2004年到现在，研究团队从基础研究开始，相继积极开展了小试、中试研究，取得了一系列科研成果并构成了工程方案，最后在陕煤集团咸阳新型热能公司1号锅炉展开试验，并获得成功。

超越固有思维，探寻研究新领域1号锅炉原为一台额定蒸发量为每小时35吨的煤粉工业锅炉，于2013年竣工投运。运营期间，锅炉负荷较低，结焦相当严重，氮氧化合物完整废气值高。研究团队期望利用本次锅炉改建，积极开展燃用显燃超低溶解分碳基燃料的高效较低氮自燃关键技术的工程试验，取得锅炉运营的关键参数，检验这项新技术构建方案的可行性。

咸阳新型热能公司则期望需要利用这次机会，提高该锅炉负荷等综合性能。虽然有了新的技术思路，但实践中仍然面对很多难题。

燃料上，对于研究了30年循环流化床燃煤技术的研究团队来说，做事的虽然还是煤，但是从黄豆大小的煤粒变为了面粉式的煤粉，极大的粒径差异带给了极大的技术跨度。而且，加压自燃技术并没在传统煤粉自燃锅炉应用于过，这意味著锅炉要展开新的设计。经过改建后的锅炉，输粉背压再次发生了变化，不会会影响燃料运送?加压意味著更加多热量提早转入锅炉，点燃的时候，不会会经常出现燃爆?在改建过后的锅炉里，燃料的自燃效果怎么才能超过预期指标?经过前期实验室的研究和重复论证工艺方案，研究团队已完成了工程设计，于今年4月开始展开1号锅炉的工程改建，将原传统煤粉燃烧器及自燃系统替换为加压燃烧器及自燃系统，并改良了锅炉给粉系统等涉及部件。

为什么说道这是一项颠覆性的技术?因为我们没经验可参照。我们以前研究自燃，是以循环流化床技术为平台，虽然有很多经验，但有边界。

现在我们要新的检视这台锅炉、燃料和自燃效果。满承波回应，他们要问为什么，要超越固有思维，将擅长于的循环流化床研究和煤粉锅炉研究选育一起，转入新的研究领域，探寻有价值的研究方向。实践证明，改建后的、应用于了加压自燃技术的1号锅炉不仅拓宽了燃料的用于范围，而且自燃效果也合乎预期。

9月7日，1号锅炉已完成了改建后的72小时试运营，构建了显燃半焦和显燃煤粉工况的平稳、较低氮、高效运营。与改建前比起，启炉压升更加小，运营安全性更高，点燃燃油量减少20%以上，氮氧化物完整废气值上升50%以上，自燃效率提升到99%以上，锅炉可长年高负荷运营。10月17日，研究团队积极开展了针对煤粉、半焦及半焦掺烧气化残炭的工业化检验试验，顺利构建了锅炉的满负荷运营，燃料转换、负荷调整、风粉用料调整、加压燃烧器温度调整等多种工况、多种负荷水平的平稳运营。

第三方测试机构的测试结果表明，锅炉氮氧化合物完整废气值高于每立方米200毫克，低于再往每立方米116毫克。本次试验检验了加压自燃技术在煤粉工业锅炉上展现出出有的自燃效率高、氮氧化合物完整废气值低、自燃平稳、负荷调节能力强劲等优点，还检验了研究团队研发的多项核心关键技术，为超低溶解分碳基燃料加压自燃技术的产业化应用于奠下了基础。咸阳新型热能公司科研及品牌建设部的庞青涛博士忘了一笔账：可行性核算，按照35吨锅炉年运营7200小时计算出来，糊去提高负荷、增加燃油、脱硝等成本，每年节省成本相似400万元。我们现有煤粉锅炉31台，如果全部按1号锅炉改建，每年将节约成本相似5000万元。

咸阳新型热能公司党委书记、董事长方刚说道。从工程样板效果来看，我们用溶解分这么较低的燃料，证明了技术能超过的水平：不仅能烧，而且能构建各种负荷、各种参数的平稳自燃;不仅需要符合工业应用于的市场需求，还需要几乎符合当前环保的严格要求。可以说道，我们的技术展现出了极大的发展潜力和优势。

满承波回应，期望通过持续的技术研发为煤炭更正，证明煤炭是可以展开洗手自燃的，可以干掉大气污染罪魁祸首的帽子，煤炭也可以沦为洗手燃料。

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