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我國煤炭的基礎(chǔ)能源地位將維持相當(dāng)長時(shí)間，據(jù)預(yù)測(cè)，2030年前我國能源消費(fèi)需求仍將持續(xù)穩(wěn)定增長，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“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)國內(nèi)外現(xiàn)狀

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

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(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(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(dòng)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(duì)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200mg／Nm3。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(yùn)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(tái)，約占全國煤炭消費(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(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(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年我國在《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國發(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—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)爐窯國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

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(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(jì)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(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(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)。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(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，指出我國出現(xiàn)的大范圍、長時(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(duì)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(huì)給技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代提供巨大機(jī)會(huì)。