天然气锅炉超超低氮燃烧技术装备研发及应用

　　一、工作背景
　　我国提出力争在2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”的行动方案。虽然天然气燃烧的碳排放强度仅为燃煤的 57%，然而我国天然气在一次能源中消费占比越来越高。根据中国国家能源局发布的《中国天然气发展报告（2024）》显示，2023年我国全年天然气消费量3945亿立方米，较去年增长282亿立方米，同比增长7.6%；天然气在一次能源消费总量中占比较上年提高0.1%，达到8.5%；从消费结构来看，工业燃料用气同比增长8%、占比达到42%，发电用气同比增长7%、占比达到17%。由于仍存在自身的碳排放，我国天然气预计2030年碳排放超过全国总量的10%，因此，天然气燃烧利用面临着减碳和降低NOx排放的双重需求。
　　二、工作成效
　　项目由清华大学、北京泷涛环境科技有限公司承担，提出了多元烟气回流分级低氮燃烧技术，并通过切向旋流稳燃技术，实现值班火焰的宽负荷和宽当量比下的稳定燃烧，解决了技术的稳定性和适应性。在该技术的基础上，清华大学研究团队承担了2022年科技部“氢能专项”国家重点研发计划-掺氢/氨燃气清洁高效燃烧关键技术项目（项目号：2022YFB4003900），提出天然气掺氨的多级预分解旋流低氮燃烧技术，实现了从天然气到富氨工业尾气、以及天然气掺氨的低氮燃烧技术，为国家双碳目标贡献技术力量。在此工作基础上，项目组参与了1项国家标准的制定（《锅炉热工性能试验不确定度的评定方法》，GB/T 43911-2024），技术应用推广到窑炉、食品、烟草、石油开采、化工等行业。
　　三、成果转化及商业推广情况
　　项目成果的应用和推广主要通过两个途径开展，一是项目共同承担公司北京泷涛环境有限公司的业务推广，二是清华大学通过产学研，在复杂气体成分和掺氢氨燃气方面，分别与哈尔滨锅炉有限公司、东方电气集团东方锅炉有限公司、安徽华夏蓝天机电设备有限公司、徐州燃控、北京清华大学工业研究院、北京国际氢能中心等企事业展开产学研合作，进行了新型燃烧器的研究开发。
　　氢、氨等零碳燃料作为可大规模、长周期应用的化学储能载体，对“双碳”目标的实现具有重要意义。氢、氨与天然气的掺烧是可再生零碳能源与传统利用方式高效结合的技术实现，是低碳发电和清洁供热等国计民生逐步去碳化的重要途径。然而，天然气高比例掺氢/氨燃烧存在速率不匹配、NOx生成差异大、燃烧不稳定等关键技术瓶颈，严重制约了其规模化发展。因此，课题验收后在新的形势下需要要开发掺氢/氨燃气清洁高效燃烧关键技术。