煤炭在我國能源結構中占比近70%，居主導地位，且在未來相當長的時間內(nèi)不會發(fā)生根本性改變。目前，煤炭的主要利用方式是直接燃燒。現(xiàn)有的煤粉燃燒技術主要是煤粉在爐內(nèi)完成加熱、著火、燃燒和轉化，加熱與燃燒近似同步進行，存在煤粉高效燃燒與低NOx排放的相互制約。預熱燃燒突破常規(guī)的加熱、著火和燃燒方式，是一種使煤粉在燃燒器中預熱至溫度高于著火點、預熱燃料在爐膛中高效清潔的燃燒技術。
煤粉在燃燒器內(nèi)預熱過程中，煤粉溫度升高，顆粒比表面積增大，部分燃料N提前脫除，顆粒改性顯著；預熱燃料在爐膛中不存在著火和穩(wěn)燃問題，通過燃燒控制，全爐膛空間均勻燃燒，煤粉燃燒時間延長，煤粉燃盡性好、燃燒效率高；融合顆粒改性、燃燒控制和分級燃燒等先進技術為一體，全過程控制燃料N向NOx的轉化，消除煤粉預熱燃燒的溫度峰值，抑制熱力型NOx的生成�？梢姡A熱燃燒突破了著火、穩(wěn)燃限制，采用先進可控的燃燒方式，實現(xiàn)煤粉高效燃燒和低NOx排放的有機融合。
早在2004年，中國科學院工程熱物理研究所循環(huán)流化床實驗室率先提出了燃料預熱燃燒概念，申請了發(fā)明專利并獲授權。2004至2012年，在國家自然科學基金和所長基金的資助下，實驗室建設了30kW預熱燃燒試驗平臺，開展機理實驗研究，掌握煤粉預熱機制、預熱燃料燃燒機理和煤N遷移轉化規(guī)律。從2013年至今，在中科院戰(zhàn)略性先導專項“低階煤清潔高效梯級利用關鍵技術與示范”的課題資助下，實驗室加快了預熱燃燒中試、放大和工程示范研發(fā)力度，先后建設了0.2MW和2MW預熱燃燒試驗平臺，開展了煙煤、無煙煤、熱解半焦、氣化殘?zhí)康炔煌肺蝗剂系念A熱燃燒研究，掌握了不同燃料的預熱燃燒特性和放大規(guī)律。其中，半焦燃燒效率高于98%，NOx排放低于100mg/m3，實現(xiàn)了低揮發(fā)分燃料的高效燃燒和低NOx排放。
在試驗研究的基礎上，工程熱物理所科研人員于2015年完成了100噸/天氣化殘?zhí)垮仩t工程示范項目的設計開發(fā)工作，設計燃料為零揮發(fā)份氣化殘?zhí)炕�，并且熱值僅3200kcal/kg。該項目2016年5月已完成設計安裝，即將調(diào)試運行。目前，正在進行針對煤粉的工業(yè)開發(fā)與示范工作。預熱燃燒技術研發(fā)過程中，研究人員不斷深入思考、創(chuàng)新技術、突破關鍵問題、開展系統(tǒng)研究，凝練研究成果，其相關內(nèi)容已在Fuel、Energy & Fuels、Fuel Processing Technology 等國際期刊及中文核心期刊上發(fā)表。
