我国煤炭的基础能源地位将维持相当长时间，据预测，2030年前我国能源消费需求仍将持续稳定增长，其中年煤炭消费量仍将保持在35亿吨，占能源消费总量的50%左右。尽管煤炭消费占一次能源消费总量比重从2011年的70．2%下降为2017年的60．4%，但是煤炭燃烧利用占煤炭消费量比重仍超过80%。2017年我国煤炭消费总量为38．28亿吨，其中燃煤发电用煤占比52%，钢铁、建材、化工占比37%。目前，我国发电领域70%的燃煤发电机组已经实现超低排放，达到了天然气燃烧排放水平；除发电领域外的工业领域依然呈现燃烧利用水平不高、排放污染严重、技术装备落后的状态，污染物排放贡献度超过70%。当前工业领域煤炭清洁高效燃烧利用的科技支撑不足，基础研究相对薄弱，关键核心技术支持不够，对颠覆性变革技术创新关注不足，采用发电领域的尾部为主的烟气净化系统，成本昂贵而无法应用。近年来，雾霾已经成为我国“民生之痛”，并被作为自然灾情进行预告和防治。工业领域煤炭利用的粗犷方式使其成为造成雾霾的“元凶”之一。因此，工业领域煤炭清洁高效燃烧利用技术发展尤为重要：提高燃烧利用水平，实现超低排放，是彻底解决煤炭作为清洁能源利用的关键和目标；创新驱动将是煤炭清洁高效利用的重要保障，也是我们打赢污染防治攻坚战和蓝天保卫战的重要支撑。工业领域煤炭高效清洁燃烧利用技术亟待根本性革命。

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（NOx）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NOx排放标准为低于200mg／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、NOx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35t／h、65t／h、75t／h、130t／h、240t／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10t／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10t／h及以下的燃煤锅炉，禁止生产和新建20t／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NOx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%。NOx原始排放平均水平在200—400mg／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（50mg／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NOx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%，NOx年排放量占全国燃煤NOx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NOx为例，重点地区排放控制水平不高于320mg／Nm3，一般地区不高于400mg／Nm3，江苏、河南等一些地方省、市、地区甚至提出不高于100mg／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%，NOx减排效果不太理想，NOx排放基本在300—400mg／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8mg／Nm3）；而SCR技术虽然NOx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。

我国工业领域煤炭燃烧技术的产业需求

量大、面广、需求强劲的局面将持续

我国是世界上拥有燃煤工业锅炉最多的国家，这也是我国煤炭为主的能源资源禀赋和经济发展水平决定的。工业锅炉市场需求主要为北方地区供暖和工业生产提供蒸汽。截至2016年底，我国北方地区城乡建筑取暖总面积约206亿平方米，燃煤取暖面积约占总取暖面积的83%；取暖用煤年消耗约4亿吨标煤，其中散烧煤（含低效小锅炉用煤）约2亿吨标煤，主要分布在农村地区。清洁燃煤集中供暖（工业锅炉热电联产）面积仅约35亿平方米。此外，燃煤工业锅炉约50%以上用于为工业生产提供蒸汽。据统计，在我国工业生产中轻纺工业、能源工业、建材业、建筑业、化学工业、冶金工业和交通运输业等行业均是工业锅炉的主要市场。工业锅炉需求的容量等级蒸汽量从20t／h到480t／h、热水锅炉从14MW到116MW已形成系列产品等级。总体呈现量大、面广、需求强劲的局面。

我国以煤炭为燃料的工业炉窑种类较多。以耗煤量较大的水泥工业为例，2018年我国全年水泥产量达21．8亿吨，虽然较2017年减少1．4亿吨，但绝对体量仍然较大。根据水泥大数据研究院最新预计，2019年我国水泥产量仍将维持在21亿吨左右。截至2018年，我国现有新型干法水泥生产线近1700条，且均以煤炭为主要燃料，按照最新预计的水泥产能计算，年耗标煤2亿吨左右。如果这些生产线均实现煤炭清洁高效燃烧利用，达到超低排放水平，水泥行业对于煤炭燃烧技术的技术升级和装备升级需求巨大。类似于水泥行业，在钢铁、化工等行业也同样对煤炭燃烧技术升级有较强的需求。

国家政策助力煤炭清洁高效燃烧技术及装备升级换代

2014年，《燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案（发改环资〔2014〕2451号）》发布，指出我国出现的大范围、长时间严重雾霾天气，与燃煤工业锅炉区域高强度、低空排放的特点密切相关，对地级及以上城市建成区禁止新建20t／h以下的燃煤锅炉，并加大对锅炉节能环保基础性、前沿性和共性关键技术的研发力度。2015年，工信部和财政部联合编制了《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划（2015—2020年）》，明确指出在工业锅炉等重点用煤领域加强对能耗高、污染重的工艺装备技术改造，从源头减少煤炭消耗及污染物的产生。2015年，工信部印发《2015年工业绿色发展专项行动实施方案》，对工业领域煤炭清洁化利用做出布局，实施燃煤锅炉节能环保综合提升工程。2016年7月，工信部印发《高效节能环保工业锅炉产业化实施方案》提出，到2020年底，攻克一批高效节能环保工业锅炉关键共性技术，培育一批高效节能环保工业锅炉制造基地，高效节能环保工业锅炉市场占有率达60%以上。2018年7月，国务院公布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，明确了大气污染物防治的总体思路、基本要求、主要目标和保障措施，提出了打赢蓝天保卫战的时间表和路线图。

随着大气污染的日益凸显，国家政策总体上出现了重点地区“限煤”倾向。因此，从产业发展来看，目前靠投资和产能扩张推动行业发展增长的方式将遇到瓶颈，工业领域必须以变革性和颠覆性的煤炭清洁高效燃烧技术及装备的创新，来推动产业的升级和新的增长点。

日益严格的环保标准迫使煤炭清洁高效燃烧技术及装备升级换代

在工业领域，燃煤工业锅炉的大气污染物排放标准逐步提高。2014年7月1日实施的《锅炉大气污染物排放标准》，规定了新建燃煤锅炉大气污染物颗粒物、SO2、NOx排放标准分别为30mg／m3、200mg／m3、200mg／m3。近年来，各地区在国家标准的基础上逐步将工业锅炉的排放标准向燃煤电站锅炉排放标准看齐，要求超低排放。表1给出了我国主要省份和城市工业锅炉排放标准及标准修订讨论稿，以及与世界发达国家相应标准的对照。可以看出，我国将执行世界上最严格的工业锅炉排放标准，这将会给技术和产业升级换代提供巨大机会。