近日我中心研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2024年第9期上发表封面文章“Experimental Study on Ammonia Co-Firing with Coal for Carbon Reduction in the Boiler of a 300-MW Coal-Fired Power Station”，在燃煤锅炉掺氨降碳方面取得研究进展。

为减少燃煤电厂的二氧化碳排放，开发低碳或无碳燃料燃烧技术已经迫在眉睫。氨(NH3)作为一种新型零碳燃料，可用于解决氢能源的储存和运输问题。但因其短期内不可完全代替煤，故现阶段，发展氨煤共燃技术是减少燃煤电厂二氧化碳（CO2）排放的一条快速可行的途径。本文对300 MW燃煤电站锅炉进行改造，通过安装两层共八台纯氨燃烧装置，首次在180至300兆瓦的负荷下实现对应20%~10%比例的掺氨燃烧(按热量比计算)。煤-氨共烧过程中产生的氮氧化物是研究的热点。为此实验研究了不同锅炉运行氧量、注氨位置、机组负荷及掺氨比例对对其尾气中氮氧化物（NOx）排放特性和氨燃尽特性的影响。此外也研究了掺氨燃烧对锅炉传热和热效率的影响。研究发现：

燃烧尾气中NOx排放量能够实现可控。相较于纯煤燃烧，掺氨燃料情形下尾气NOx排放对于锅炉运行氧量变化更为敏感；在富氨状态下运行时，由于炉中的高温还原性氛围，尾气中NOx排放甚至低于纯煤工况。例如，通过仅在主燃烧区中部运行氨燃烧器，提高机组负荷和注氨速率可以降低废气NOx的排放量。在本文实验条件下，锅炉出口的氨逸出量均低于1ppm，因此氨能够很好地燃尽。在本研究的实验条件下，氨共烧对锅炉热效率的影响较小。相较于纯煤燃烧工况，氨共烧导致烟气中水蒸气的显热损失和固体未燃烧损失略有增加，这导致锅炉的热效率略有降低(下降0.12%-0.38%)。在本实验采用的机组负荷和掺烧比例条件下，锅炉受热面无需改造即可满足换热要求。

本研究为电厂锅炉掺氨燃烧技术的发展和燃煤电厂的减碳提供了有价值的指导。相关工作得到了国家重点研发计划、中国工程院院地合作项目、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽高校协同创新项目、合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）自主立项项目的资助。论文合著者还包括了来自氨邦科技有限公司、中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所团队的成员。未来研究团队将进一步探索更大掺烧比例以及更大型机组条件下的氨煤混烧特性及其对锅炉性能的影响，为煤电机组掺氨燃烧这一碳减排技术路线的推广应用持续做出贡献。

图1：大型氨气气化及供应系统。(a)氨管布置;(b)大型氨蒸发器。

图2：纯氨燃烧器原理图。

论文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2024.06.003