工业领域煤炭清洁高效燃烧利用技术现状与发展建议

煤炭清洁高效燃烧利用技术国内外现状

发电领域国内外发展现状与趋势

煤炭燃烧利用在国际上主要用于集中发电，在发达国家发电用煤占比超过 80％。近年来，主要燃煤发电国家都在为实现发电净效率大于 50％ 的目标努力，研发多能互补发电技术、智能发电技术，以实现燃煤发电的安全高效和灵活智能。大型燃煤发电锅炉在气体污染物控制方面大多数采用脱硫、脱硝和其他多种污染物联合控制技术，已广泛商业化应用，其中日本及欧美发达国家和地区处于先进行列。燃煤锅炉最初分别对颗粒物、二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）进行控制，形成了丰富多样的单一污染物控制技术，满足了不同机组的环保要求。随着对污染物协同控制机理的认识，对燃煤烟气中 2 种及以上污染物进行联合控制，降低烟气净化成本，实现锅炉在全负荷范围内的污染物高效脱除，已经成为燃煤污染物控制技术发展的重要趋势，并成为研究热点和难点。

我国已投入运行的大型超临界参数的燃煤发电机组超过 430 台，能效指标、污染物排放指标均进入世界先进行列，锅炉实现了高效燃烧，热效率一般大于 91％。我国燃煤电厂大多数的污染物控制技术和装备已实现国产化；我国燃煤机组大气污染物排放执行世界上最严格的标准。截至2018 年底，燃煤电站实现超低排放改造占比达到 70％，处于世界领先水平。

燃煤工业锅炉国内外发展现状与趋势

除电力领域外，工业领域煤炭燃烧利用形式主要为中、小型燃煤工业锅炉供热。燃煤工业锅炉目前在欧洲等发达国家和地区仍有应用，其中大多数为链条锅炉和煤粉锅炉，其燃料质量控制、燃烧技术及自动控制均已达到很高水平。德国是世界上工业煤粉锅炉技术水平最高的国家，其工业煤粉锅炉能够实现全密闭煤粉制备与配送、煤粉精确供料、煤粉浓相燃烧、全自动化无人值守等。国外燃煤工业锅炉由于数量少，燃用高品质煤炭，且燃料特性稳定，故锅炉热效率较高，但对污染物排放要求并不严格。例如，欧盟国家燃煤工业锅炉 NO_x排放标准为低于 200 mg／Nm³。在工业炉窑方面，世界技术领先的有法国的Stein和德国的 LOI 等，炉窑热效率高、超低排放、智能运行，且多种煤质燃烧适应性技术先进。

我国在役燃煤工业锅炉近 50 万台，约占全国煤炭消费总量的 20％。工业锅炉排放的烟尘、SO₂、NO_x分别占全国排放总量的 40％、26％、12％ 左右。工业锅炉能源消耗和污染排放均位居全国第二，仅次于电站锅炉，煤炭消耗量远高于钢铁、石化、建材等高耗能工业行业。

我国燃煤工业锅炉主要以链条炉技术为主，近年来循环流化床锅炉技术也得到了很好的应用，总体上技术发展趋势是以大容量化为主，并形成 35 t／h、65 t／h、75 t／h、130 t／h、240 t／h 的蒸汽锅炉系列。“十一五”期间，我国开发出了煤粉工业锅炉，并逐步在市场上得到推广。

我国在一段时期容量为 10 t／h 及以下燃煤工业锅炉数量占总量的 80％ 左右，这类小锅炉基本上是层燃锅炉，锅炉效率低、污染严重。2013 年我国在《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37 号）文中明确提出全面整治燃煤小锅炉等多项举措，并规定了到2017 年，除必要保留的以外，地级及以上城市建成区基本淘汰 10 t／h 及以下的燃煤锅炉，禁止生产和新建 20 t／h 以下的燃煤锅炉。因此，大量被淘汰的小型层燃锅炉逐渐被大容量的煤粉工业锅炉和循环流化床锅炉取代。不过，我国煤粉工业锅炉的 NO_x排放浓度偏高，其技术成熟度还有待提高。随着国家环保要求的日益严苛，给燃煤工业锅炉排放提出了更高的要求，然而燃煤工业锅炉存在燃烧技术落后、燃料适用性差、污染物排放高、控制及管理水平落后等问题。目前我国燃煤链条工业锅炉热效率平均约 70％—80％，循环流化床和煤粉工业锅炉热效率接近达到 90％。NO_x原始排放平均水平在 200—400 mg／Nm³左右，须通过选择性非催化还原（SNCR）技术、选择性催化还原（SCR）技术，且辅以低氮燃烧才能实现超低排放（50 mg／Nm³），脱硫脱硝费用远高于锅炉成本，致使锅炉烟气净化实施困难。

燃煤工业炉窑国内外发展现状与趋势

国外在燃煤工业炉窑的清洁燃料制备、高效燃烧及炉型结构、低 NO_x燃烧技术和燃烧烟气的深度治理方面进行了大量研究，成果显著。以耗煤量最大的冶金及建材行业为例，英国、美国、德国等都对喷吹粉煤技术进行了研究和应用，通过喷吹粉煤技术有效降低了焦煤比，实现了煤炭的高效利用。

我国引进和发展了高炉喷煤技术、富氧／全氧冶金技术、水泥窑分级燃烧等技术，提升了工业炉窑的煤炭利用水平。但我国燃煤工业炉窑的平均热效率仍比国外先进水平低 15％ 左右，污染排放则更高。2015 年统计表明，我国工业炉窑年煤耗量占全国煤炭消耗总量的 8％，NO_x年排放量占全国燃煤 NO_x排放总量的 19％，其中以水泥、钢铁两大行业的炉窑所占比例最大。以我国水泥炉窑污染物排放标准中 NO_x为例，重点地区排放控制水平不高于 320 mg／Nm³，一般地区不高于 400 mg／Nm³，江苏、河南等一些地方省、市、地区甚至提出不高于 100 mg／Nm³的排放标准。目前我国水泥炉窑主要采用常规低氮燃烧器和分级燃烧技术，尾部分解炉采用 SNCR 脱硝技术，脱硝效率只能达到 50％，NO_x减排效果不太理想，NO_x排放基本在 300—400 mg／Nm³，但喷入脱硝用的氨水所带来的氨逃逸问题没有很好地解决（河南省已将氨逃逸排放浓度列入排放指标，规定在 10％ 基准氧含量条件下氨逃逸排放浓度不能高于 8 mg／Nm³）；而 SCR 技术虽然 NO_x减排效果较好（脱硝效率可达到 90％），但是投资、运行和维护成本较高，很难在水泥行业推广应用。从日益严苛的排放标准来看，水泥炉窑的污染物减排形势非常严峻。

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