煤炭清潔高效燃燒利用技術發展的建議

面對以上挑戰和困難，我們需要在煤炭清潔高效燃燒的核心關鍵技術和燃燒裝備方面加大投入。從我國的基本國情出發，開發適合中國的工業領域煤炭清潔高效燃燒技術，真正解決我國由于工業用煤造成的二次污染問題，實現污染物排放達到燃燒天然氣的水平；同時，將煤炭作為清潔能源實現高效利用。基于此，針對煤炭清潔高效燃燒技術的發展提出?4?個方面的建議。

開發燃煤工業鍋爐升級換代技術。以提高鍋爐能效為前提，污染物減排為目標，重點開發爐內高效清潔燃燒技術的升級換代技術，徹底淘汰落后的層燃鍋爐技術。短期內，針對大量分散的在用小型工業燃煤設備的優化、改造和升級是非常必要的。提高工業鍋爐容量和蒸汽參數，重點研發單臺容量?75—220 t／h?等級的循環流化床工業蒸汽鍋爐以及相當容量的熱水鍋爐，進一步提高循環流化床工業鍋爐的節能環保性能，提高鍋爐制造及運行的可靠性和穩定性；開發清潔高效煤粉燃燒技術，以大容量高參數煤粉鍋爐代替淘汰的層燃鍋爐，提高燃煤工業鍋爐效率，并且集中進行煙氣凈化處理；優化鍋爐島輔機設備的配置，降低系統能耗，提高整體能效。

研發先進的工業鍋爐燃燒技術及燃燒器。針對煤種適應性和超低排放的要求，研發適用于工業鍋爐的新型燃燒技術及燃燒器，通過理論和技術的原始創新，獲得高效燃燒耦合超低氮排放的綜合效果。重點研發不同煤種單臺容量?35—220?t／h?等級的新型工業鍋爐，性能指標和排放指標均優于已有工業鍋爐爐型，燃燒原始?NO_x排放直接達到超低排放水平，無須進行煙氣脫硝處理。重點研發低揮發分煤，如無煙煤以及煤炭轉化過程中的飛灰殘炭等超低揮發分燃料，高效清潔燃燒的工業鍋爐技術，突破已有工業鍋爐無法清潔高效燃燒此類燃料的技術瓶頸，拓寬工業鍋爐燃料的適應性，使工業鍋爐可以因地制宜地選擇燃料，從而降低使用成本。

探索適用于燃煤工業鍋爐的煙氣凈化工藝及最優系統。從工業鍋爐容量和煤質出發，通過與電站鍋爐煙氣凈化工藝的對比研究和應用實踐，系統分析煙氣凈化工藝的技術經濟性，獲得最優的燃煤工業鍋爐煙氣凈化工藝。評估循環流化床鍋爐爐內脫硫、半干法脫硫、濕法脫硫和脫硫脫硝一體化工藝的適用范圍，以及與爐內低氮燃燒和煙氣脫硝的耦合匹配。重點開發煤粉工業鍋爐脫硫、脫硝和除塵的優選工藝。開發低成本的煙氣凈化一體化工藝和設備，進一步降低燃煤工業鍋爐煙氣凈化的成本。

全面提升工業爐窯的煤炭燃燒技術及污染物控制水平。針對燃煤高耗能、高污染的工業爐窯，如水泥爐窯等，開發先進的低氮燃燒技術，改造和提升現有水泥爐窯的?NO_x控制水平。進一步開發工業爐窯煤炭燃燒利用的升級換代技術和裝備，改變目前盲目采用?SNCR?和?SCR?脫硝技術的粗獷模式，從根本上避免氨逃逸等二次污染問題。結合我國實際工業爐窯的節能特點，開發新型工業爐窯，結合成熟的互聯網技術和工業自動化技術，提高在線監測、無人值守等自動化程度，全面提升我國工業爐窯的煤炭清潔高效燃燒技術和污染物控制水平。

發展煤炭燃燒的變革性技術，經濟地實現?NO_x超低排放或近零排放水平。開發煤炭高效清潔燃燒的變革性技術，僅通過煤炭燃燒過程，無需煙氣脫硝設備，就可以實現?NO_x超低排放，這將大幅降低燃煤工業鍋爐的投資和運行成本，使燃煤工業鍋爐實現超低排放成為可能。以循環流化床工業鍋爐燃燒技術為例，通過新型分級燃燒及后燃技術直接實現?NO_x超低排放。以煤粉工業鍋爐燃燒技術為例，研發煤粉預熱?NO_x超低排放燃燒技術，以期實現燃煤工業鍋爐達到超低排放的目標。實現經濟性好和不受規模限制的高效燃煤的近零排放技術突破，讓煤炭成為清潔能源，而不再是大氣污染的主要因素，是我國工業領域煤炭清潔高效燃燒利用技術研發和應用的終極目標。這項技術完全可以應用到燃煤電站鍋爐，使得排放控制成本大幅度降低。

開發并應用工業領域煤炭清潔高效燃燒利用技術是打贏污染防治攻堅戰和藍天保衛戰的重中之重。我國燃煤發電領域中的燃煤鍋爐具有容量大、集中度高的特點，很快實現超低排放，即達到天然氣燃燒排放水平，正在向近零排放水平努力；但是由于成本高，還存在二次污染，需要在燃燒過程大幅度降低?NO_x的生成，才能經濟地實現常規燃煤污染物的超低排放甚至近零排放。燃煤工業鍋爐和爐窯量大、面廣、規模小，主要靠燃燒過程的氮氧化物控制的燃燒技術，輔以尾部凈化技術實現超低排放。因此，開發具有變革性的燃燒技術，即在燃燒過程中直接控制?NO_x生成的高效超低排放燃燒技術，突出經濟性好和不受規模限制特點，實現高效燃煤的近零排放技術突破，讓煤炭成為清潔能源，而不再是大氣污染的主要因素，以適應我國高速的經濟發展和生態環境建設，這也是我國工業領域煤炭清潔高效燃燒利用技術研發和應用的終極目標。（作者：呂清剛 李詩媛 黃粲然，中國科學院工程熱物理研究所。《中國科學院院刊》供稿）

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