發(fā)布時間：2021-12-18所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 我國以煤炭為主的能源資源稟賦決定了煤炭的基礎(chǔ)能源地位，因此如何實現(xiàn)煤炭清潔高效燃燒利用，成為科學(xué)家、產(chǎn)業(yè)界和社會關(guān)注的焦點。煤炭燃燒釋放熱能滿足了我國約 65% 的發(fā)電生產(chǎn)需求，也為鋼鐵、建材、化工等工業(yè)領(lǐng)域提供熱能，但同時也釋放氮氧化物、二氧化硫
摘要 我國以煤炭為主的能源資源稟賦決定了煤炭的基礎(chǔ)能源地位，因此如何實現(xiàn)煤炭清潔高效燃燒利用，成為科學(xué)家、產(chǎn)業(yè)界和社會關(guān)注的焦點。煤炭燃燒釋放熱能滿足了我國約 65% 的發(fā)電生產(chǎn)需求，也為鋼鐵、建材、化工等工業(yè)領(lǐng)域提供熱能，但同時也釋放氮氧化物、二氧化硫、粉塵等有害污染物，造成對大氣環(huán)境的影響。因此實現(xiàn)占煤炭燃燒總量 90% 的工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用，是當(dāng)前我國打贏污染防治攻堅戰(zhàn)和藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的“卡脖子”問題，工業(yè)領(lǐng)域煤炭高效清潔燃燒利用技術(shù)亟待根本性革命。文章綜述了我國煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)現(xiàn)狀，提出了只有發(fā)展在燃燒過程中大幅度抑制氮氧化物(霧霾的“元兇”)生成的變革性技術(shù)，再結(jié)合尾部煙氣凈化技術(shù)的應(yīng)用，才能經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)常規(guī)燃煤污染物的超低排放甚至近零排放，達(dá)到甚至低于天然氣排放水平，從而為工業(yè)領(lǐng)域煤炭高效清潔燃燒利用提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞 工業(yè)領(lǐng)域，煤炭，燃燒，清潔高效
我國煤炭的基礎(chǔ)能源地位將維持相當(dāng)長時間，據(jù)預(yù)測，2030 年前我國能源消費需求仍將持續(xù)穩(wěn)定增長，其中年煤炭消費量仍將保持在 35 億噸，占能源消費總量的 50% 左右。盡管煤炭消費占一次能源消費總量比重從 2011 年的 70.2% 下降為 2017 年的 60.4%[1]，但是煤炭燃燒利用占煤炭消費量比重仍超過 80%。 2017 年我國煤炭消費總量為 38.28 億噸，其中燃煤發(fā)電用煤占比 52%，鋼鐵、建材、化工占比 37%。目前，我國發(fā)電領(lǐng)域 70% 的燃煤發(fā)電機(jī)組已經(jīng)實現(xiàn)超低排放，達(dá)到了天然氣燃燒排放水平;除發(fā)電領(lǐng)域外的工業(yè)領(lǐng)域依然呈現(xiàn)燃燒利用水平不高、排放污染嚴(yán)重、技術(shù)裝備落后的狀態(tài)，污染物排放貢獻(xiàn)度超過 70%。當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用的科技支撐不足，基礎(chǔ)研究相對薄弱，關(guān)鍵核心技術(shù)支持不夠，對顛覆性變革技術(shù)創(chuàng)新關(guān)注不足，采用發(fā)電領(lǐng)域的尾部為主的煙氣凈化系統(tǒng)，成本昂貴而無法應(yīng)用。近年來，霧霾已經(jīng)成為我國“民生之痛”，并被作為自然災(zāi)情進(jìn)行預(yù)告和防治。工業(yè)領(lǐng)域煤炭利用的粗獷方式使其成為造成霧霾的“元兇”之一。因此，工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)發(fā)展尤為重要：提高燃燒利用水平，實現(xiàn)超低排放，是徹底解決煤炭作為清潔能源利用的關(guān)鍵和目標(biāo);創(chuàng)新驅(qū)動將是煤炭清潔高效利用的重要保障，也是我們打贏污染防治攻堅戰(zhàn)和藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要支撐。工業(yè)領(lǐng)域煤炭高效清潔燃燒利用技術(shù)亟待根本性革命。
1 煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀
1.1 發(fā)電領(lǐng)域國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
煤炭燃燒利用在國際上主要用于集中發(fā)電，在發(fā)達(dá)國家發(fā)電用煤占比超過 80%。近年來，主要燃煤發(fā)電國家都在為實現(xiàn)發(fā)電凈效率大于 50% 的目標(biāo)努力，研發(fā)多能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)、智能發(fā)電技術(shù)，以實現(xiàn)燃煤發(fā)電的安全高效和靈活智能。大型燃煤發(fā)電鍋爐在氣體污染物控制方面大多數(shù)采用脫硫、脫硝和其他多種污染物聯(lián)合控制技術(shù)，已廣泛商業(yè)化應(yīng)用，其中日本及歐美發(fā)達(dá)國家和地區(qū)處于先進(jìn)行列。燃煤鍋爐最初分別對顆粒物、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx )進(jìn)行控制，形成了豐富多樣的單一污染物控制技術(shù)，滿足了不同機(jī)組的環(huán)保要求。隨著對污染物協(xié)同控制機(jī)理的認(rèn)識，對燃煤煙氣中 2 種及以上污染物進(jìn)行聯(lián)合控制，降低煙氣凈化成本，實現(xiàn)鍋爐在全負(fù)荷范圍內(nèi)的污染物高效脫除，已經(jīng)成為燃煤污染物控制技術(shù)發(fā)展的重要趨勢，并成為研究熱點和難點。
我國已投入運行的大型超臨界參數(shù)的燃煤發(fā)電機(jī)組超過 430 臺，能效指標(biāo)、污染物排放指標(biāo)均進(jìn)入世界先進(jìn)行列，鍋爐實現(xiàn)了高效燃燒，熱效率一般大于 91%。我國燃煤電廠大多數(shù)的污染物控制技術(shù)和裝備已實現(xiàn)國產(chǎn)化;我國燃煤機(jī)組大氣污染物排放執(zhí)行世界上最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。截至2018 年底，燃煤電站實現(xiàn)超低排放改造占比達(dá)到 70%，處于世界領(lǐng)先水平[2]。
1.2 燃煤工業(yè)鍋爐國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
除電力領(lǐng)域外，工業(yè)領(lǐng)域煤炭燃燒利用形式主要為中、小型燃煤工業(yè)鍋爐供熱。燃煤工業(yè)鍋爐目前在歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)仍有應(yīng)用，其中大多數(shù)為鏈條鍋爐和煤粉鍋爐，其燃料質(zhì)量控制、燃燒技術(shù)及自動控制均已達(dá)到很高水平。德國是世界上工業(yè)煤粉鍋爐技術(shù)水平最高的國家，其工業(yè)煤粉鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)全密閉煤粉制備與配送、煤粉精確供料、煤粉濃相燃燒、全自動化無人值守等。國外燃煤工業(yè)鍋爐由于數(shù)量少，燃用高品質(zhì)煤炭，且燃料特性穩(wěn)定，故鍋爐熱效率較高，但對污染物排放要求并不嚴(yán)格。例如，歐盟國家燃煤工業(yè)鍋爐 NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)為低于 200 mg/ Nm3 [3]。在工業(yè)爐窯方面，世界技術(shù)領(lǐng)先的有法國的 Stein和德國的 LOI 等，爐窯熱效率高、超低排放、智能運行，且多種煤質(zhì)燃燒適應(yīng)性技術(shù)先進(jìn)。
我國在役燃煤工業(yè)鍋爐近 50 萬臺，約占全國煤炭消費總量的 20%。工業(yè)鍋爐排放的煙塵、SO2、NOx分別占全國排放總量的 40%、26%、12% 左右[4]。工業(yè)鍋爐能源消耗和污染排放均位居全國第二，僅次于電站鍋爐，煤炭消耗量遠(yuǎn)高于鋼鐵、石化、建材等高耗能工業(yè)行業(yè)。
我國燃煤工業(yè)鍋爐主要以鏈條爐技術(shù)為主，近年來循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)也得到了很好的應(yīng)用，總體上技術(shù)發(fā)展趨勢是以大容量化為主，并形成 35 t/h、 65 t/h、75 t/h、130 t/h、240 t/h 的蒸汽鍋爐系列[5]。 “十一五”期間，我國開發(fā)出了煤粉工業(yè)鍋爐，并逐步在市場上得到推廣。
我國在一段時期容量為 10 t/h 及以下燃煤工業(yè)鍋爐數(shù)量占總量的 80% 左右[6]，這類小鍋爐基本上是層燃鍋爐，鍋爐效率低、污染嚴(yán)重。2013 年我國在《大氣污染防治行動計劃》(國發(fā)〔2013〕37 號)文中明確提出全面整治燃煤小鍋爐等多項舉措，并規(guī)定了到2017 年，除必要保留的以外，地級及以上城市建成區(qū)基本淘汰 10 t/h 及以下的燃煤鍋爐，禁止生產(chǎn)和新建 20 t/h 以下的燃煤鍋爐。因此，大量被淘汰的小型層燃鍋爐逐漸被大容量的煤粉工業(yè)鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐取代。不過，我國煤粉工業(yè)鍋爐的 NOx 排放濃度偏高，其技術(shù)成熟度還有待提高。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴(yán)苛，給燃煤工業(yè)鍋爐排放提出了更高的要求，然而燃煤工業(yè)鍋爐存在燃燒技術(shù)落后、燃料適用性差、污染物排放高、控制及管理水平落后等問題。目前我國燃煤鏈條工業(yè)鍋爐熱效率平均約 70%—80%，循環(huán)流化床和煤粉工業(yè)鍋爐熱效率接近達(dá)到 90%。 NOx 原始排放平均水平在 200—400 mg/Nm3 左右，須通過選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)、選擇性催化還原(SCR)技術(shù)，且輔以低氮燃燒才能實現(xiàn)超低排放(50 mg/Nm3 )，脫硫脫硝費用遠(yuǎn)高于鍋爐成本，致使鍋爐煙氣凈化實施困難。
1.3 燃煤工業(yè)爐窯國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
國外在燃煤工業(yè)爐窯的清潔燃料制備、高效燃燒及爐型結(jié)構(gòu)、低 NOx 燃燒技術(shù)和燃燒煙氣的深度治理方面進(jìn)行了大量研究，成果顯著。以耗煤量最大的冶金及建材行業(yè)為例，英國、美國、德國等都對噴吹粉煤技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用，通過噴吹粉煤技術(shù)有效降低了焦煤比，實現(xiàn)了煤炭的高效利用。
我國引進(jìn)和發(fā)展了高爐噴煤技術(shù)、富氧/全氧冶金技術(shù)、水泥窯分級燃燒等技術(shù)，提升了工業(yè)爐窯的煤炭利用水平。但我國燃煤工業(yè)爐窯的平均熱效率仍比國外先進(jìn)水平低 15% 左右，污染排放則更高。 2015 年統(tǒng)計表明，我國工業(yè)爐窯年煤耗量占全國煤炭消耗總量的 8%，NOx 年排放量占全國燃煤 NOx 排放總量的 19%[7]，其中以水泥、鋼鐵兩大行業(yè)的爐窯所占比例最大。以我國水泥爐窯污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中 NOx為例，重點地區(qū)排放控制水平不高于 320 mg/Nm3 ，一般地區(qū)不高于 400 mg/Nm3 ，江蘇、河南等一些地方省、市、地區(qū)甚至提出不高于 100 mg/Nm3 的排放標(biāo)準(zhǔn)。目前我國水泥爐窯主要采用常規(guī)低氮燃燒器和分級燃燒技術(shù)，尾部分解爐采用 SNCR 脫硝技術(shù)，脫硝效率只能達(dá)到 50%，NOx 減排效果不太理想，NOx 排放基本在 300—400 mg/Nm3 ，但噴入脫硝用的氨水所帶來的氨逃逸問題沒有很好地解決(河南省已將氨逃逸排放濃度列入排放指標(biāo)，規(guī)定在 10% 基準(zhǔn)氧含量條件下氨逃逸排放濃度不能高于 8 mg/Nm3 );而 SCR 技術(shù)雖然 NOx 減排效果較好(脫硝效率可達(dá)到 90%)，但是投資、運行和維護(hù)成本較高，很難在水泥行業(yè)推廣應(yīng)用。從日益嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)來看，水泥爐窯的污染物減排形勢非常嚴(yán)峻。
2 我國工業(yè)領(lǐng)域煤炭燃燒技術(shù)的產(chǎn)業(yè)需求
2.1 量大、面廣、需求強(qiáng)勁的局面將持續(xù)
我國是世界上擁有燃煤工業(yè)鍋爐最多的國家，這也是我國煤炭為主的能源資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平?jīng)Q定的。工業(yè)鍋爐市場需求主要為北方地區(qū)供暖和工業(yè)生產(chǎn)提供蒸汽。截至 2016 年底，我國北方地區(qū)城鄉(xiāng)建筑取暖總面積約 206 億平方米，燃煤取暖面積約占總?cè)∨娣e的 83%;取暖用煤年消耗約 4 億噸標(biāo)煤，其中散燒煤(含低效小鍋爐用煤)約 2 億噸標(biāo)煤，主要分布在農(nóng)村地區(qū)。清潔燃煤集中供暖(工業(yè)鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn))面積僅約 35 億平方米[8]。此外，燃煤工業(yè)鍋爐約 50% 以上用于為工業(yè)生產(chǎn)提供蒸汽。據(jù)統(tǒng)計，在我國工業(yè)生產(chǎn)中輕紡工業(yè)、能源工業(yè)、建材業(yè)、建筑業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)和交通運輸業(yè)等行業(yè)均是工業(yè)鍋爐的主要市場。工業(yè)鍋爐需求的容量等級蒸汽量從 20 t/h 到 480 t/h、熱水鍋爐從 14 MW 到 116 MW 已形成系列產(chǎn)品等級。總體呈現(xiàn)量大、面廣、需求強(qiáng)勁的局面。
我國以煤炭為燃料的工業(yè)爐窯種類較多。以耗煤量較大的水泥工業(yè)為例，2018 年我國全年水泥產(chǎn)量達(dá) 21.8 億噸，雖然較 2017 年減少 1.4 億噸，但絕對體量仍然較大。根據(jù)水泥大數(shù)據(jù)研究院最新預(yù)計，2019 年我國水泥產(chǎn)量仍將維持在 21 億噸左右。截至 2018 年，我國現(xiàn)有新型干法水泥生產(chǎn)線近 1 700 條，且均以煤炭為主要燃料，按照最新預(yù)計的水泥產(chǎn)能計算，年耗標(biāo)煤 2 億噸左右。如果這些生產(chǎn)線均實現(xiàn)煤炭清潔高效燃燒利用，達(dá)到超低排放水平，水泥行業(yè)對于煤炭燃燒技術(shù)的技術(shù)升級和裝備升級需求巨大。類似于水泥行業(yè)，在鋼鐵、化工等行業(yè)也同樣對煤炭燃燒技術(shù)升級有較強(qiáng)的需求。
2.2 國家政策助力煤炭清潔高效燃燒技術(shù)及裝備升級換代
2014 年，國家發(fā)展改革委、環(huán)保部、財政部、質(zhì)檢總局、工信部、國管局、國家能源局等七部門聯(lián)合發(fā)布的《燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程實施方案(發(fā)改環(huán)資〔2014〕2451 號)》指出我國出現(xiàn)的大范圍、長時間嚴(yán)重霧霾天氣，與燃煤工業(yè)鍋爐區(qū)域高強(qiáng)度、低空排放的特點密切相關(guān)，對地級及以上城市建成區(qū)禁止新建 20 t/h 以下的燃煤鍋爐，并加大對鍋爐節(jié)能環(huán)保基礎(chǔ)性、前沿性和共性關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度。2015 年，工信部和財政部聯(lián)合編制了《工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效利用行動計劃(2015—2020 年)》，明確指出在工業(yè)鍋爐等重點用煤領(lǐng)域加強(qiáng)對能耗高、污染重的工藝裝備技術(shù)改造，從源頭減少煤炭消耗及污染物的產(chǎn)生。2015 年，工信部印發(fā)《2015 年工業(yè)綠色發(fā)展專項行動實施方案》，對工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔化利用做出布局，實施燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程。 2016 年 7 月，工信部印發(fā)《高效節(jié)能環(huán)保工業(yè)鍋爐產(chǎn)業(yè)化實施方案》提出，到 2020 年底，攻克一批高效節(jié)能環(huán)保工業(yè)鍋爐關(guān)鍵共性技術(shù)，培育一批高效節(jié)能環(huán)保工業(yè)鍋爐制造基地，高效節(jié)能環(huán)保工業(yè)鍋爐市場占有率達(dá) 60% 以上。2018 年 7 月，國務(wù)院公布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，明確了大氣污染物防治的總體思路、基本要求、主要目標(biāo)和保障措施，提出了打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的時間表和路線圖。
隨著大氣污染的日益凸顯，國家政策總體上出現(xiàn)了重點地區(qū)“限煤”傾向。因此，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，目前靠投資和產(chǎn)能擴(kuò)張推動行業(yè)發(fā)展增長的方式將遇到瓶頸，工業(yè)領(lǐng)域必須以變革性和顛覆性的煤炭清潔高效燃燒技術(shù)及裝備的創(chuàng)新，來推動產(chǎn)業(yè)的升級和新的增長點。
2.3 日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)迫使煤炭清潔高效燃燒技術(shù)及裝備升級換代
在工業(yè)領(lǐng)域，燃煤工業(yè)鍋爐的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)逐步提高。2014 年 7 月 1 日實施的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定了新建燃煤鍋爐大氣污染物顆粒物、SO2、NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)分別為 30 mg/m3 、200 mg/m3 、 200 mg/m3 。近年來，各地區(qū)在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上逐步將工業(yè)鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)向燃煤電站鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)看齊，要求超低排放。表 1 給出了我國主要省份和城市工業(yè)鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)修訂討論稿，以及與世界發(fā)達(dá)國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的對照。可以看出，我國將執(zhí)行世界上最嚴(yán)格的工業(yè)鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)，這將會給技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級換代提供巨大機(jī)會。
包括我國在內(nèi)的很多國家都對水泥工業(yè)的 NOx 排放水平制定了較為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)(表2)。我國《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)中規(guī)定，重點地區(qū) NOx 排放控制水平不高于 320 mg/Nm3 ，一般地區(qū)不高于 400 mg/Nm3 。同時，一些地方省市地區(qū)甚至提出了更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。例如：江蘇省規(guī)定水泥工業(yè)2019年6月1日前NOx排放不能高于100 mg/Nm3 ;河南省在 2019 年初，對全省范圍的水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行提標(biāo)治理，規(guī)定在基準(zhǔn)氧含量 10% 條件下，水泥爐窯的 NOx 排放濃度不得高于 100 mg/Nm3 ;山東省規(guī)定水泥工業(yè) NOx 排放不能高于 300 mg/Nm3 。出臺的一系列嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)給水泥行業(yè)煤炭清潔高效燃燒技術(shù)及污染物控制技術(shù)提出了更高的要求，同時也為產(chǎn)業(yè)升級提供了空間。
2.4 高效清潔燃燒先導(dǎo)項目部署助力工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)發(fā)展
中國科學(xué)院針對我國能源發(fā)展對技術(shù)的戰(zhàn)略需求，部署了A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”。“高效清潔燃燒關(guān)鍵技術(shù)與示范”是其中一個關(guān)鍵項目，其核心目標(biāo)是針對工業(yè)領(lǐng)域高效清潔燃燒利用，以降低散煤燃燒 NOx 排放、減少霧霾為導(dǎo)向，實現(xiàn) NOx 排放降低 40%，為工業(yè)及民用散煤高效燃燒與 NOx 減排提供技術(shù)方案和應(yīng)用實例。最核心的任務(wù)是研究開發(fā)在燃燒過程中實現(xiàn) NOx 超低排放的燃燒技術(shù)，實現(xiàn)燃燒技術(shù)的變革。選定最為迫切、污染嚴(yán)重、量大面廣、難度最大、比較分散的工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐為技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用對象。
3 我國工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展建議
我國燃煤發(fā)電領(lǐng)域中的燃煤鍋爐具有容量大、集中度高的特點，很快實現(xiàn)了超低排放，即達(dá)到天然氣燃燒排放水平，正在向近零排放水平努力;工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐具有應(yīng)用分散、規(guī)模小的特點，直接采用發(fā)電鍋爐的燃煤污染物控制技術(shù)并不經(jīng)濟(jì)，也不適應(yīng)，需要重新開發(fā)，挑戰(zhàn)性巨大。
3.1 煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
我國以煤炭為主的能源資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，決定了煤炭燃燒利用是不可不用的。2017 年我國在北方地區(qū)還是以燃煤采暖為主，這種狀況還會持續(xù)多年。近些年我國大力發(fā)展其他清潔能源，如風(fēng)能、太陽能、核能等;我國風(fēng)能、太陽能發(fā)電量也居世界前列。但是，這些能源發(fā)電成本遠(yuǎn)高于火力發(fā)電成本，體量太小，并且需要大規(guī)模財政補(bǔ)貼。如果北方大面積實行“煤改氣”“煤改電”，各級地方政府無疑會負(fù)擔(dān)沉重。而如果沒有財政補(bǔ)貼，目前清潔能源是很難有競爭力的。我國工業(yè)企業(yè)技術(shù)水平還不高，低成本仍然是我國工業(yè)的主要優(yōu)勢;一旦天然氣、電力成本上升，我國工業(yè)企業(yè)是難以承受的，實體經(jīng)濟(jì)將會受到更大的打擊。
我國能源安全是建立在煤炭基礎(chǔ)之上的，因此在工業(yè)領(lǐng)域如何高效清潔地利用煤炭是目前我國“卡脖子”的關(guān)鍵領(lǐng)域，而工業(yè)煤炭的清潔高效燃燒技術(shù)是突破“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)。近年來雖然高效、環(huán)保、節(jié)能的燃煤工業(yè)鍋爐得到了快速發(fā)展，工業(yè)爐窯的綜合能耗和排放也有了很大的進(jìn)步，但仍存在以下核心關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)：
(1)燃煤工業(yè)鍋爐總體技術(shù)水平落后，單機(jī)容量小，鍋爐能耗高，熱效率低，自動化程度低;
(2)中小型鍋爐需求數(shù)量多，不集中，污染物排放控制技術(shù)水平低，污染物排放嚴(yán)重;
(3)燃煤工業(yè)鍋爐煙氣凈化設(shè)備投資和后期的運行費用高。達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，尾氣凈化工藝無法完全借鑒燃煤電站鍋爐;
(4)工業(yè)爐窯煤炭燃燒技術(shù)落后，能耗高，實現(xiàn)超低排放困難。
3.2 煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)發(fā)展的建議
面對以上挑戰(zhàn)和困難，我們需要在煤炭清潔高效燃燒的核心關(guān)鍵技術(shù)和燃燒裝備方面加大投入。從我國的基本國情出發(fā)，開發(fā)適合中國的工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒技術(shù)，真正解決我國由于工業(yè)用煤造成的二次污染問題，實現(xiàn)污染物排放達(dá)到燃燒天然氣的水平;同時，將煤炭作為清潔能源實現(xiàn)高效利用。基于此，針對煤炭清潔高效燃燒技術(shù)的發(fā)展提出 4 個方面的建議。
(1)開發(fā)燃煤工業(yè)鍋爐升級換代技術(shù)。以提高鍋爐能效為前提，污染物減排為目標(biāo)，重點開發(fā)爐內(nèi)高效清潔燃燒技術(shù)的升級換代技術(shù)，徹底淘汰落后的層燃鍋爐技術(shù)。短期內(nèi)，針對大量分散的在用小型工業(yè)燃煤設(shè)備的優(yōu)化、改造和升級是非常必要的。提高工業(yè)鍋爐容量和蒸汽參數(shù)，重點研發(fā)單臺容量75—220 t/h等級的循環(huán)流化床工業(yè)蒸汽鍋爐以及相當(dāng)容量的熱水鍋爐，進(jìn)一步提高循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐的節(jié)能環(huán)保性能，提高鍋爐制造及運行的可靠性和穩(wěn)定性;開發(fā)清潔高效煤粉燃燒技術(shù)，以大容量高參數(shù)煤粉鍋爐代替淘汰的層燃鍋爐，提高燃煤工業(yè)鍋爐效率，并且集中進(jìn)行煙氣凈化處理;優(yōu)化鍋爐島輔機(jī)設(shè)備的配置，降低系統(tǒng)能耗，提高整體能效。
(2)研發(fā)先進(jìn)的工業(yè)鍋爐燃燒技術(shù)及燃燒器。針對煤種適應(yīng)性和超低排放的要求，研發(fā)適用于工業(yè)鍋爐的新型燃燒技術(shù)及燃燒器，通過理論和技術(shù)的原始創(chuàng)新，獲得高效燃燒耦合超低氮排放的綜合效果。重點研發(fā)不同煤種單臺容量 35—220 t/h 等級的新型工業(yè)鍋爐，性能指標(biāo)和排放指標(biāo)均優(yōu)于已有工業(yè)鍋爐爐型，燃燒原始 NOx 排放直接達(dá)到超低排放水平，無須進(jìn)行煙氣脫硝處理。重點研發(fā)低揮發(fā)分煤，如無煙煤以及煤炭轉(zhuǎn)化過程中的飛灰殘?zhí)康瘸蛽]發(fā)分燃料，高效清潔燃燒的工業(yè)鍋爐技術(shù)，突破已有工業(yè)鍋爐無法清潔高效燃燒此類燃料的技術(shù)瓶頸，拓寬工業(yè)鍋爐燃料的適應(yīng)性，使工業(yè)鍋爐可以因地制宜地選擇燃料，從而降低使用成本。——論文作者：呂清剛* 李詩媛 黃粲然
