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我國(guó)煤炭的基礎(chǔ)能源地位將維持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間,，據(jù)預(yù)測(cè),，2030年前我國(guó)能源消費(fèi)需求仍將持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng),，其中年煤炭消費(fèi)量仍將保持在35億噸,，占能源消費(fèi)總量的50%左右,。盡管煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)總量比重從2011年的70．2%下降為2017年的60．4%,，但是煤炭燃燒利用占煤炭消費(fèi)量比重仍超過80%,。2017年我國(guó)煤炭消費(fèi)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(guó)發(fā)電領(lǐng)域70%的燃煤發(fā)電機(jī)組已經(jīng)實(shí)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(duì)薄弱,，關(guān)鍵核心技術(shù)支持不夠，對(duì)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(guó)“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(shí)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(dòng)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(jiān)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,。

煤炭清潔高效燃燒利用技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

發(fā)電領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

煤炭燃燒利用在國(guó)際上主要用于集中發(fā)電,，在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)電用煤占比超過80%。近年來,，主要燃煤發(fā)電國(guó)家都在為實(shí)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(shí)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(guó)家和地區(qū)處于先進(jìn)行列。燃煤鍋爐最初分別對(duì)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(duì)污染物協(xié)同控制機(jī)理的認(rèn)識(shí)，對(duì)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(shí)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(shì),，并成為研究熱點(diǎn)和難點(diǎn),。

我國(guó)已投入運(yùn)行的大型超臨界參數(shù)的燃煤發(fā)電機(jī)組超過430臺(tái)，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(shí)現(xiàn)了高效燃燒,，熱效率一般大于91%。我國(guó)燃煤電廠大多數(shù)的污染物控制技術(shù)和裝備已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,；我國(guó)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(shí)現(xiàn)超低排放改造占比達(dá)到70%,，處于世界領(lǐng)先水平,。

燃煤工業(yè)鍋爐國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

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(guó)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(dòng)控制均已達(dá)到很高水平。德國(guó)是世界上工業(yè)煤粉鍋爐技術(shù)水平最高的國(guó)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(dòng)化無人值守等。國(guó)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(duì)污染物排放要求并不嚴(yán)格,。例如，歐盟國(guó)家燃煤工業(yè)鍋爐NOx排放標(biāo)準(zhǔn)為低于200mg／Nm3,。在工業(yè)爐窯方面,，世界技術(shù)領(lǐng)先的有法國(guó)的Stein和德國(guó)的LOI等，爐窯熱效率高,、超低排放,、智能運(yùn)行，且多種煤質(zhì)燃燒適應(yīng)性技術(shù)先進(jìn),。

我國(guó)在役燃煤工業(yè)鍋爐近50萬臺(tái),，約占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的20%。工業(yè)鍋爐排放的煙塵,、SO2,、NOx分別占全國(guó)排放總量的40%、26%,、12%左右,。工業(yè)鍋爐能源消耗和污染排放均位居全國(guó)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(guó)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(shì)是以大容量化為主，并形成35t／h,、65t／h,、75t／h、130t／h,、240t／h的蒸汽鍋爐系列,。“十一五”期間,，我國(guó)開發(fā)出了煤粉工業(yè)鍋爐,，并逐步在市場(chǎng)上得到推廣。

我國(guó)在一段時(shí)期容量為10t／h及以下燃煤工業(yè)鍋爐數(shù)量占總量的80%左右,，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(guó)在《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國(guó)發(fā)〔2013〕37號(hào)）文中明確提出全面整治燃煤小鍋爐等多項(xiàng)舉措,，并規(guī)定了到2017年，除必要保留的以外,，地級(jí)及以上城市建成區(qū)基本淘汰10t／h及以下的燃煤鍋爐,，禁止生產(chǎn)和新建20t／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(guó)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(guó)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(guó)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—400mg／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(shí)現(xiàn)超低排放（50mg／Nm3）,，脫硫脫硝費(fèi)用遠(yuǎn)高于鍋爐成本,，致使鍋爐煙氣凈化實(shí)施困難。

燃煤工業(yè)爐窯國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

國(guó)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(guó)、美國(guó),、德國(guó)等都對(duì)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(shí)現(xiàn)了煤炭的高效利用,。

我國(guó)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(jí)燃燒等技術(shù),，提升了工業(yè)爐窯的煤炭利用水平,。但我國(guó)燃煤工業(yè)爐窯的平均熱效率仍比國(guó)外先進(jìn)水平低15%左右，污染排放則更高,。2015年統(tǒng)計(jì)表明,，我國(guó)工業(yè)爐窯年煤耗量占全國(guó)煤炭消耗總量的8%，NOx年排放量占全國(guó)燃煤NOx排放總量的19%,，其中以水泥、鋼鐵兩大行業(yè)的爐窯所占比例最大,。以我國(guó)水泥爐窯污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中NOx為例,，重點(diǎn)地區(qū)排放控制水平不高于320mg／Nm3，一般地區(qū)不高于400mg／Nm3,，江蘇,、河南等一些地方省、市,、地區(qū)甚至提出不高于100mg／Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn),。目前我國(guó)水泥爐窯主要采用常規(guī)低氮燃燒器和分級(jí)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—400mg／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8mg／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(yùn)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(shì)非常嚴(yán)峻,。

我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域煤炭燃燒技術(shù)的產(chǎn)業(yè)需求

量大、面廣,、需求強(qiáng)勁的局面將持續(xù)

我國(guó)是世界上擁有燃煤工業(yè)鍋爐最多的國(guó)家,，這也是我國(guó)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(chǎng)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(guó)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)∨�面積的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,。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(jì),，在我國(guó)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(yùn)輸業(yè)等行業(yè)均是工業(yè)鍋爐的主要市場(chǎng),。工業(yè)鍋爐需求的容量等級(jí)蒸汽量從20t／h到480t／h、熱水鍋爐從14MW到116MW已形成系列產(chǎn)品等級(jí),�,？傮w呈現(xiàn)量大、面廣,、需求強(qiáng)勁的局面,。

我國(guó)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(guó)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(duì)體量仍然較大,。根據(jù)水泥大數(shù)據(jù)研究院最新預(yù)計(jì),，2019年我國(guó)水泥產(chǎn)量仍將維持在21億噸左右,。截至2018年，我國(guó)現(xiàn)有新型干法水泥生產(chǎn)線近1700條,，且均以煤炭為主要燃料,，按照最新預(yù)計(jì)的水泥產(chǎn)能計(jì)算，年耗標(biāo)煤2億噸左右,。如果這些生產(chǎn)線均實(shí)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(duì)于煤炭燃燒技術(shù)的技術(shù)升級(jí)和裝備升級(jí)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(duì)煤炭燃燒技術(shù)升級(jí)有較強(qiáng)的需求,。

國(guó)家政策助力煤炭清潔高效燃燒技術(shù)及裝備升級(jí)換代

2014年,，《燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程實(shí)施方案（發(fā)改環(huán)資〔2014〕2451號(hào)）》發(fā)布，指出我國(guó)出現(xiàn)的大范圍,、長(zhǎng)時(shí)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(diǎn)密切相關(guān),，對(duì)地級(jí)及以上城市建成區(qū)禁止新建20t／h以下的燃煤鍋爐,，并加大對(duì)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(cái)政部聯(lián)合編制了《工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃（2015—2020年）》,，明確指出在工業(yè)鍋爐等重點(diǎn)用煤領(lǐng)域加強(qiáng)對(duì)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(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》，對(duì)工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔化利用做出布局,，實(shí)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(shí)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(chǎng)占有率達(dá)60%以上。2018年7月,，國(guó)務(wù)院公布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)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(shí)間表和路線圖,。

隨著大氣污染的日益凸顯，國(guó)家政策總體上出現(xiàn)了重點(diǎn)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(dòng)行業(yè)發(fā)展增長(zhǎng)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(dòng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

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(jí)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(shí)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30mg／m3、200mg／m3,、200mg／m3,。近年來，各地區(qū)在國(guó)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(guó)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(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照,�,？梢钥闯觯�我��(guó)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(huì)給技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代提供巨大機(jī)會(huì),。