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发展的建议

面对以上挑战和困难，我们需要在煤炭清洁高效燃烧的核心关键技术和燃烧装备方面加大投入。从我国的基本国情出发，开发适合中国的工业领域煤炭清洁高效燃烧技术，真正解决我国由于工业用煤造成的二次污染问题，实现污染物排放达到燃烧天然气的水平；同时，将煤炭作为清洁能源实现高效利用。基于此，针对煤炭清洁高效燃烧技术的发展提出 4 个方面的建议。

开发燃煤工业锅炉升级换代技术。以提高锅炉能效为前提，污染物减排为目标，重点开发炉内高效清洁燃烧技术的升级换代技术，彻底淘汰落后的层燃锅炉技术。短期内，针对大量分散的在用小型工业燃煤设备的优化、改造和升级是非常必要的。提高工业锅炉容量和蒸汽参数，重点研发单台容量 75—220 t／h 等级的循环流化床工业蒸汽锅炉以及相当容量的热水锅炉，进一步提高循环流化床工业锅炉的节能环保性能，提高锅炉制造及运行的可靠性和稳定性；开发清洁高效煤粉燃烧技术，以大容量高参数煤粉锅炉代替淘汰的层燃锅炉，提高燃煤工业锅炉效率，并且集中进行烟气净化处理；优化锅炉岛辅机设备的配置，降低系统能耗，提高整体能效。

研发先进的工业锅炉燃烧技术及燃烧器。针对煤种适应性和超低排放的要求，研发适用于工业锅炉的新型燃烧技术及燃烧器，通过理论和技术的原始创新，获得高效燃烧耦合超低氮排放的综合效果。重点研发不同煤种单台容量 35—220 t／h 等级的新型工业锅炉，性能指标和排放指标均优于已有工业锅炉炉型，燃烧原始 NO_x排放直接达到超低排放水平，无须进行烟气脱硝处理。重点研发低挥发分煤，如无烟煤以及煤炭转化过程中的飞灰残炭等超低挥发分燃料，高效清洁燃烧的工业锅炉技术，突破已有工业锅炉无法清洁高效燃烧此类燃料的技术瓶颈，拓宽工业锅炉燃料的适应性，使工业锅炉可以因地制宜地选择燃料，从而降低使用成本。

探索适用于燃煤工业锅炉的烟气净化工艺及最优系统。从工业锅炉容量和煤质出发，通过与电站锅炉烟气净化工艺的对比研究和应用实践，系统分析烟气净化工艺的技术经济性，获得最优的燃煤工业锅炉烟气净化工艺。评估循环流化床锅炉炉内脱硫、半干法脱硫、湿法脱硫和脱硫脱硝一体化工艺的适用范围，以及与炉内低氮燃烧和烟气脱硝的耦合匹配。重点开发煤粉工业锅炉脱硫、脱硝和除尘的优选工艺。开发低成本的烟气净化一体化工艺和设备，进一步降低燃煤工业锅炉烟气净化的成本。

全面提升工业炉窑的煤炭燃烧技术及污染物控制水平。针对燃煤高耗能、高污染的工业炉窑，如水泥炉窑等，开发先进的低氮燃烧技术，改造和提升现有水泥炉窑的 NO_x控制水平。进一步开发工业炉窑煤炭燃烧利用的升级换代技术和装备，改变目前盲目采用 SNCR 和 SCR 脱硝技术的粗犷模式，从根本上避免氨逃逸等二次污染问题。结合我国实际工业炉窑的节能特点，开发新型工业炉窑，结合成熟的互联网技术和工业自动化技术，提高在线监测、无人值守等自动化程度，全面提升我国工业炉窑的煤炭清洁高效燃烧技术和污染物控制水平。

发展煤炭燃烧的变革性技术，经济地实现 NO_x超低排放或近零排放水平。开发煤炭高效清洁燃烧的变革性技术，仅通过煤炭燃烧过程，无需烟气脱硝设备，就可以实现 NO_x超低排放，这将大幅降低燃煤工业锅炉的投资和运行成本，使燃煤工业锅炉实现超低排放成为可能。以循环流化床工业锅炉燃烧技术为例，通过新型分级燃烧及后燃技术直接实现 NO_x超低排放。以煤粉工业锅炉燃烧技术为例，研发煤粉预热 NO_x超低排放燃烧技术，以期实现燃煤工业锅炉达到超低排放的目标。实现经济性好和不受规模限制的高效燃煤的近零排放技术突破，让煤炭成为清洁能源，而不再是大气污染的主要因素，是我国工业领域煤炭清洁高效燃烧利用技术研发和应用的终极目标。这项技术完全可以应用到燃煤电站锅炉，使得排放控制成本大幅度降低。

开发并应用工业领域煤炭清洁高效燃烧利用技术是打赢污染防治攻坚战和蓝天保卫战的重中之重。我国燃煤发电领域中的燃煤锅炉具有容量大、集中度高的特点，很快实现超低排放，即达到天然气燃烧排放水平，正在向近零排放水平努力；但是由于成本高，还存在二次污染，需要在燃烧过程大幅度降低 NO_x的生成，才能经济地实现常规燃煤污染物的超低排放甚至近零排放。燃煤工业锅炉和炉窑量大、面广、规模小，主要靠燃烧过程的氮氧化物控制的燃烧技术，辅以尾部净化技术实现超低排放。因此，开发具有变革性的燃烧技术，即在燃烧过程中直接控制 NO_x生成的高效超低排放燃烧技术，突出经济性好和不受规模限制特点，实现高效燃煤的近零排放技术突破，让煤炭成为清洁能源，而不再是大气污染的主要因素，以适应我国高速的经济发展和生态环境建设，这也是我国工业领域煤炭清洁高效燃烧利用技术研发和应用的终极目标。（作者：吕清刚 李诗媛 黄粲然，中国科学院工程热物理研究所。《中国科学院院刊》供稿）

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