工業領域煤炭清潔高效燃燒利用技術現狀與發展建議

煤炭清潔高效燃燒利用技術國內外現狀

發電領域國內外發展現狀與趨勢

煤炭燃燒利用在國際上主要用于集中發電，在發達國家發電用煤占比超過?80％。近年來，主要燃煤發電國家都在為實現發電凈效率大于?50％?的目標努力，研發多能互補發電技術、智能發電技術，以實現燃煤發電的安全高效和靈活智能。大型燃煤發電鍋爐在氣體污染物控制方面大多數采用脫硫、脫硝和其他多種污染物聯合控制技術，已廣泛商業化應用，其中日本及歐美發達國家和地區處于先進行列。燃煤鍋爐最初分別對顆粒物、二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_x）進行控制，形成了豐富多樣的單一污染物控制技術，滿足了不同機組的環保要求。隨著對污染物協同控制機理的認識，對燃煤煙氣中?2?種及以上污染物進行聯合控制，降低煙氣凈化成本，實現鍋爐在全負荷范圍內的污染物高效脫除，已經成為燃煤污染物控制技術發展的重要趨勢，并成為研究熱點和難點。

我國已投入運行的大型超臨界參數的燃煤發電機組超過?430?臺，能效指標、污染物排放指標均進入世界先進行列，鍋爐實現了高效燃燒，熱效率一般大于?91％。我國燃煤電廠大多數的污染物控制技術和裝備已實現國產化；我國燃煤機組大氣污染物排放執行世界上最嚴格的標準。截至2018?年底，燃煤電站實現超低排放改造占比達到?70％，處于世界領先水平。

燃煤工業鍋爐國內外發展現狀與趨勢

除電力領域外，工業領域煤炭燃燒利用形式主要為中、小型燃煤工業鍋爐供熱。燃煤工業鍋爐目前在歐洲等發達國家和地區仍有應用，其中大多數為鏈條鍋爐和煤粉鍋爐，其燃料質量控制、燃燒技術及自動控制均已達到很高水平。德國是世界上工業煤粉鍋爐技術水平最高的國家，其工業煤粉鍋爐能夠實現全密閉煤粉制備與配送、煤粉精確供料、煤粉濃相燃燒、全自動化無人值守等。國外燃煤工業鍋爐由于數量少，燃用高品質煤炭，且燃料特性穩定，故鍋爐熱效率較高，但對污染物排放要求并不嚴格。例如，歐盟國家燃煤工業鍋爐?NO_x排放標準為低于?200?mg／Nm³。在工業爐窯方面，世界技術領先的有法國的Stein和德國的?LOI?等，爐窯熱效率高、超低排放、智能運行，且多種煤質燃燒適應性技術先進。

我國在役燃煤工業鍋爐近?50?萬臺，約占全國煤炭消費總量的?20％。工業鍋爐排放的煙塵、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，煤炭消耗量遠高于鋼鐵、石化、建材等高耗能工業行業。

我國燃煤工業鍋爐主要以鏈條爐技術為主，近年來循環流化床鍋爐技術也得到了很好的應用，總體上技術發展趨勢是以大容量化為主，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?！笆晃濉逼陂g，我國開發出了煤粉工業鍋爐，并逐步在市場上得到推廣。

我國在一段時期容量為?10 t／h?及以下燃煤工業鍋爐數量占總量的?80％?左右，這類小鍋爐基本上是層燃鍋爐，鍋爐效率低、污染嚴重。2013?年我國在《大氣污染防治行動計劃》（國發〔2013〕37?號）文中明確提出全面整治燃煤小鍋爐等多項舉措，并規定了到2017?年，除必要保留的以外，地級及以上城市建成區基本淘汰?10 t／h?及以下的燃煤鍋爐，禁止生產和新建?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鍋爐和循環流化床鍋爐取代。不過，我國煤粉工業鍋爐的?NO_x排放濃度偏高，其技術成熟度還有待提高。隨著國家環保要求的日益嚴苛，給燃煤工業鍋爐排放提出了更高的要求，然而燃煤工業鍋爐存在燃燒技術落后、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鍋爐熱效率平均約?70％—80％，循環流化床和煤粉工業鍋爐熱效率接近達到?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、選擇性催化還原（SCR）技術，且輔以低氮燃燒才能實現超低排放（50 mg／Nm³），脫硫脫硝費用遠高于鍋爐成本，致使鍋爐煙氣凈化實施困難。

燃煤工業爐窯國內外發展現狀與趨勢

國外在燃煤工業爐窯的清潔燃料制備、高效燃燒及爐型結構、低?NO_x燃燒技術和燃燒煙氣的深度治理方面進行了大量研究，成果顯著。以耗煤量最大的冶金及建材行業為例，英國、美國、德國等都對噴吹粉煤技術進行了研究和應用，通過噴吹粉煤技術有效降低了焦煤比，實現了煤炭的高效利用。

我國引進和發展了高爐噴煤技術、富氧／全氧冶金技術、水泥窯分級燃燒等技術，提升了工業爐窯的煤炭利用水平。但我國燃煤工業爐窯的平均熱效率仍比國外先進水平低?15％?左右，污染排放則更高。2015?年統計表明，我國工業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、鋼鐵兩大行業的爐窯所占比例最大。以我國水泥爐窯污染物排放標準中?NO_x為例，重點地區排放控制水平不高于?320 mg／Nm³，一般地區不高于?400 mg／Nm³，江蘇、河南等一些地方省、市、地區甚至提出不高于?100 mg／Nm³的排放標準。目前我國水泥爐窯主要采用常規低氮燃燒器和分級燃燒技術，尾部分解爐采用?SNCR?脫硝技術，脫硝效率只能達到?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，規定在?10％?基準氧含量條件下氨逃逸排放濃度不能高于?8?mg／Nm³）；而?SCR?技術雖然?NO_x減排效果較好（脫硝效率可達到?90％），但是投資、運行和維護成本較高，很難在水泥行業推廣應用。從日益嚴苛的排放標準來看，水泥爐窯的污染物減排形勢非常嚴峻。

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