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我國煤炭的基礎能源地位將維持相當長時間，據預測，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%,，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)電領域70%的燃煤發(fā)電機組已經實現(xiàn)超低排放，達到了天然氣燃燒排放水平,；除發(fā)電領域外的工業(yè)領域依然呈現(xiàn)燃燒利用水平不高,、排放污染嚴重、技術裝備落后的狀態(tài),，污染物排放貢獻度超過70%,。當前工業(yè)領域煤炭清潔高效燃燒利用的科技支撐不足，基礎研究相對薄弱,，關鍵核心技術支持不夠，對顛覆性變革技術創(chuàng)新關注不足,，采用發(fā)電領域的尾部為主的煙氣凈化系統(tǒng),，成本昂貴而無法應用。近年來,，霧霾已經成為我國“民生之痛”,，并被作為自然災情進行預告和防治。工業(yè)領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)領域煤炭清潔高效燃燒利用技術發(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鍵和目標,；創(chuàng)新驅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)和藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要支撐,。工業(yè)領域煤炭高效清潔燃燒利用技術亟待根本性革命,。 煤炭清潔高效燃燒利用技術國內外現(xiàn)狀 發(fā)電領域國內外發(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%的目標努力，研發(fā)多能互補發(fā)電技術,、智能發(fā)電技術,，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,，已廣泛商業(yè)化應用，其中日本及歐美發(fā)達國家和地區(qū)處于先進行列,。燃煤鍋爐最初分別對顆粒物,、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）進行控制,，形成了豐富多樣的單一污染物控制技術,，滿足了不同機組的環(huán)保要求,。隨著對污染物協(xié)同控制機理的認識，對燃煤煙氣中2種及以上污染物進行聯(lián)合控制,，降低煙氣凈化成本,，實現(xiàn)鍋爐在全負荷范圍內的污染物高效脫除，已經成為燃煤污染物控制技術發(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)電機組超過430臺，能效指標,、污染物排放指標均進入世界先進行列,，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)的污染物控制技術和裝備已實現(xiàn)國產化,；我國燃煤機組大氣污染物排放執(zhí)行世界上最嚴格的標準。截至2018年底,，燃煤電站實現(xiàn)超低排放改造占比達到70%,，處于世界領先水平。 燃煤工業(yè)鍋爐國內外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 除電力領域外,，工業(yè)領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)達國家和地區(qū)仍有應用,，其中大多數(shù)為鏈條鍋爐和煤粉鍋爐,，其燃料質量控制、燃燒技術及自動控制均已達到很高水平,。德國是世界上工業(yè)煤粉鍋爐技術水平最高的國家,，其工業(yè)煤粉鍋爐能夠實現(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格,。例如，歐盟國家燃煤工業(yè)鍋爐NOx排放標準為低于200mg／Nm3,。在工業(yè)爐窯方面,，世界技術領先的有法國的Stein和德國的LOI等，爐窯熱效率高,、超低排放,、智能運行,，且多種煤質燃燒適應性技術先進。 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,。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為主,，近年來循環(huán)流化床鍋爐技術也得到了很好的應用，總體上技術發(fā)展趨勢是以大容量化為主,，并形成35t／h,、65t／h、75t／h,、130t／h,、240t／h的蒸汽鍋爐系列�,！笆晃濉逼陂g,，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10t／h及以下的燃煤鍋爐，禁止生產和新建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,，我國煤粉工業(yè)鍋爐的NOx排放濃度偏高,，其技術成熟度還有待提高,。隨著國家環(huán)保要求的日益嚴苛，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、選擇性催化還原（SCR）技術,，且輔以低氮燃燒才能實現(xiàn)超低排放（50mg／Nm3）,，脫硫脫硝費用遠高于鍋爐成本，致使鍋爐煙氣凈化實施困難,。 燃煤工業(yè)爐窯國內外發(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,、高效燃燒及爐型結構、低NOx燃燒技術和燃燒煙氣的深度治理方面進行了大量研究,，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進行了研究和應用，通過噴吹粉煤技術有效降低了焦煤比,，實現(xiàn)了煤炭的高效利用,。 我國引進和發(fā)展了高爐噴煤技術、富氧／全氧冶金技術,、水泥窯分級燃燒等技術,，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%,，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準中NOx為例,，重點地區(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的排放標準,。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,，尾部分解爐采用SNCR脫硝技術，脫硝效率只能達到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,，規(guī)定在10%基準氧含量條件下氨逃逸排放濃度不能高于8mg／Nm3）,；而SCR技術雖然NOx減排效果較好（脫硝效率可達到90%），但是投資,、運行和維護成本較高,，很難在水泥行業(yè)推廣應用。從日益嚴苛的排放標準來看,，水泥爐窯的污染物減排形勢非常嚴峻,。 我國工業(yè)領域煤炭燃燒技術的產業(yè)需求 量大、面廣,、需求強勁的局面將持續(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濟發(fā)展水平決定的。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取暖面積的83%,；取暖用煤年消耗約4億噸標煤，其中散燒煤（含低效小鍋爐用煤）約2億噸標煤,，主要分布在農村地區(qū),。清潔燃煤集中供暖（工業(yè)鍋爐熱電聯(lián)產）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)生產提供蒸汽,。據統(tǒng)計，在我國工業(yè)生產中輕紡工業(yè),、能源工業(yè),、建材業(yè)、建筑業(yè),、化學工業(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20t／h到480t／h,、熱水鍋爐從14MW到116MW已形成系列產品等級,�,？傮w呈現(xiàn)量大、面廣,、需求強勁的局面,。 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年我國全年水泥產量達21．8億噸,，雖然較2017年減少1．4億噸，但絕對體量仍然較大,。根據水泥大數(shù)據研究院最新預計,，2019年我國水泥產量仍將維持在21億噸左右。截至2018年,，我國現(xiàn)有新型干法水泥生產線近1700條,，且均以煤炭為主要燃料，按照最新預計的水泥產能計算,，年耗標煤2億噸左右,。如果這些生產線均實現(xiàn)煤炭清潔高效燃燒利用，達到超低排放水平,，水泥行業(yè)對于煤炭燃燒技術的技術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升級有較強的需求,。 國家政策助力煤炭清潔高效燃燒技術及裝備升級換代 2014年，《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）》發(fā)布,，指出我國出現(xiàn)的大范圍,、長時間嚴重霧霾天氣，與燃煤工業(yè)鍋爐區(qū)域高強度,、低空排放的特點密切相關,，對地級及以上城市建成區(qū)禁止新建20t／h以下的燃煤鍋爐，并加大對鍋爐節(jié)能環(huán)�,；A性,、前沿性和共性關鍵技術的研發(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)鍋爐等重點用煤領域加強對能耗高、污染重的工藝裝備技術改造,，從源頭減少煤炭消耗及污染物的產生,。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)鍋爐關鍵共性技術，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60%以上,。2018年7月，國務院公布《打贏藍天保衛(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、主要目標和保障措施,，提出了打贏藍天保衛(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,，從產業(yè)發(fā)展來看，目前靠投資和產能擴張推動行業(yè)發(fā)展增長的方式將遇到瓶頸,，工業(yè)領域必須以變革性和顛覆性的煤炭清潔高效燃燒技術及裝備的創(chuàng)新,，來推動產業(yè)的升級和新的增長點。 日益嚴格的環(huán)保標準迫使煤炭清潔高效燃燒技術及裝備升級換代 在工業(yè)領域,，燃煤工業(yè)鍋爐的大氣污染物排放標準逐步提高,。2014年7月1日實施的《鍋爐大氣污染物排放標準》，規(guī)定了新建燃煤鍋爐大氣污染物顆粒物,、SO2,、NOx排放標準分別為30mg／m3、200mg／m3,、200mg／m3,。近年來,，各地區(qū)在國家標準的基礎上逐步將工業(yè)鍋爐的排放標準向燃煤電站鍋爐排放標準看齊,，要求超低排放。表1給出了我國主要省份和城市工業(yè)鍋爐排放標準及標準修訂討論稿,，以及與世界發(fā)達國家相應標準的對照,。可以看出,，我國將執(zhí)行世界上最嚴格的工業(yè)鍋爐排放標準,，這將會給技術和產業(yè)升級換代提供巨大機會。 |
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