面向超净排放和深度节能需求,我国工业层燃锅炉正在推进污染物减排及余热回收改造,但目前缺乏适合中国国情且经济合理的技术路线评价研究,需要针对锅炉能效与污染物排放的协调问题给出科学的系统评价方法。本文调研、分析了现有锅炉大气污染物治理技术路线,通过现场实验和工程设计计算研究层燃炉炉内低氮燃烧与效率、炉内大气污染物控制与尾部烟气治理匹配及低温烟气余热回收的关键问题,建立综合考虑经济性及能耗的层燃炉系统评价方法。针对系统的评价方法,建立了层燃炉脱硝系统、除尘系统、脱硫系统及余热回收系统的关键数学模型,针对不同的工况,确定了四种系统的关键数学参数,如脱硫系统的液气比等。探究了在三种排放标准下,四个系统资源、能源消耗的计算方法,并基于资源、资源消耗计算结果,可对脱硫系统的经济性及能耗进行能效评价。其中脱硝系统使用低氮燃烧、SNCR、SCR技术及其两者之间的耦合技术,除尘系统使用布袋除尘、电袋复合除尘及湿式电除尘技术,脱硫系统以石灰石法、生石灰法及氧化镁法为重点研究对象,余热回收系统使用直接接触式换热技术。针对NOx减排方面,通过现场实验,探究得到了层燃炉低氮燃烧改造与锅炉燃烧效率的关系:研究结果表明,低氮燃烧改造平均可提升锅炉效率1%~1.5%。将锅炉效率折算为经济性及能耗指标,并基于脱硝系统能效评价体系,研究结果表明,层燃炉低氮改造的经济必要性较强,例如在达标排放标准下,低氮燃烧技术相比SNCR技术,年平均少耗费250万元。针对除尘系统,进行了能效评价,结果表明,布袋除尘系统经济性最佳,相比电袋、湿电除尘方式,每年可节省55万元除尘费用,且在锅炉运行负荷84%以下时,能耗最小。针对脱硫系统,进行了能效评价研究,对单台116MW层燃炉,研究结果表明:在本文设定的脱硫剂价格基础上,针对三种排放标准,生石灰法脱硫经济性最优;氧化镁法脱硫方式电耗最少,至少节省电耗20 tce左右;在不同的排放标准下,三种脱硫成本随含硫量变化的曲线存在交点。针对烟气余热回收,建立了层燃炉余热回收系统设计计算流程,并基于此对系统的经济性及能耗进行评价。系统的经济性及能耗指标与烟气进口温度、锅炉负荷呈正相关关系,与烟气出口温度呈负相关关系,对单台116 MW层燃炉,余热回收系统的净收益可达100~250万元/年。