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（NO_x）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?NO_x排放標(biāo)準(zhǔn)為低于?200?mg／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、NO_x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?35?t／h、65 t／h、75 t／h、130 t／h、240 t／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?10 t／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?10 t／h?及以下的燃煤鍋爐，禁止生產(chǎn)和新建?20?t／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?NO_x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％。NO_x原始排放平均水平在?200—400?mg／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（50 mg／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?NO_x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％，NO_x年排放量占全國燃煤?NO_x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?NO_x為例，重點(diǎn)地區(qū)排放控制水平不高于?320 mg／Nm³，一般地區(qū)不高于?400 mg／Nm³，江蘇、河南等一些地方省、市、地區(qū)甚至提出不高于?100 mg／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％，NO_x減排效果不太理想，NO_x排放基本在?300—400?mg／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?8?mg／Nm³）；而?SCR?技術(shù)雖然?NO_x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。

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