燃煤污染是我國大氣污染的主要源頭。資料顯示，大氣中煙粉塵排放的70%、二氧化硫排放的85%、氮氧化物排放的67%都源于以煤炭為主的化石能源燃燒。^[1]在我國，中小企業(yè)的工業(yè)鍋爐絕大部分還是以原煤為主要燃料，一方面鍋爐效率低下，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行熱效率為72%～83%，實(shí)際運(yùn)行效率為60%～65%；^[2]另一方面排放污染嚴(yán)重，排出的污染超過大氣全部污染的25%。^[3]

據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，2012年燃煤鍋爐排放煙塵410萬噸、二氧化硫570萬噸、氮氧化物200萬噸，分別占全國煙塵排放量的32%、二氧化硫排放量的26%和氮氧化物排放量的15%左右。^[4]

所以，燃煤工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的污染是造成霧霾的重要原因之一，也是大氣污染治理的重點(diǎn)，工業(yè)燃煤鍋爐的污染治理已是當(dāng)務(wù)之急。

影響煤炭清潔利用的關(guān)鍵在兩頭：一頭是大量燃燒原煤，品種規(guī)格無法控制，再好的鍋爐設(shè)備和燃燒技術(shù)也保證不了燃燒效果；另一頭是環(huán)保部門要面對(duì)千家萬戶，執(zhí)法很難到位，企業(yè)對(duì)使用潔凈技術(shù)和配置環(huán)保設(shè)備沒有內(nèi)在動(dòng)力，污染排放得不到遏制。

為了根治工業(yè)燃煤鍋爐造成的大氣污染問題，消除因燃煤而引起的PM_2.5和PM₁₀等霧霾污染源，中國能源研究會(huì)節(jié)能減排中心，提出了《工業(yè)鍋爐節(jié)能減排治理污染的系統(tǒng)解決方案》（以下簡稱《方案》）。《方案》包括五個(gè)部分：一是全面推廣使用潔凈煤；二是使用新型環(huán)保高效的解耦燃燒鍋爐；三是實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)；四是實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭使用全過程的污染綜合治理；五是建立工業(yè)鍋爐清潔生產(chǎn)保障體系。通過思路創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和機(jī)制創(chuàng)新，徹底實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐清潔生產(chǎn)，推動(dòng)能源生產(chǎn)消費(fèi)革命。

一 全面推廣使用潔凈煤

用潔凈煤（半焦）替代原煤作為燃料，這是從源頭上解決煤炭清潔利用的重要措施。原煤的含灰、含硫、含水、揮發(fā)分、含汞及其化合物、熱值差別很大，沒有一種鍋爐能做到使所有煤種都能被高效清潔利用的。燃料不標(biāo)準(zhǔn)化，就很難做到被高效清潔利用。所以燃料的清潔化、標(biāo)準(zhǔn)化尤其重要，對(duì)燃料污染物的源頭治理，是規(guī)范能源消費(fèi)市場(chǎng)的重大改革，這是一場(chǎng)革命。

潔凈煤就是指，由原煤經(jīng)過粗選、精選，脫去大部分的硫分和灰分，精制出來的低硫、低灰超凈煤，再經(jīng)過熱解工藝處理，進(jìn)一步去除硫分，拔出煤焦油和大部分揮發(fā)分，去除全部汞及其化合物，得到的以固定碳為主要成分的半焦^[5]。這樣做可以實(shí)現(xiàn)煤炭的提質(zhì)分級(jí)利用，從而有效節(jié)約資源和高效合理利用煤炭資源。中國科學(xué)院李靜海院士領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的“煤拔頭”低溫?zé)峤饧夹g(shù)，采用“近零排放”的清潔生產(chǎn)熱解工藝對(duì)原煤集中進(jìn)行清潔處理，生產(chǎn)潔凈煤和煤氣，同時(shí)副產(chǎn)煤焦油，這是快速、清潔、量產(chǎn)潔凈煤的優(yōu)選方法之一。

運(yùn)用“煤拔頭”技術(shù)對(duì)精煤進(jìn)行分解，分離出汽油、柴油、燃?xì)夂凸腆w燃料，使燃料可以按品位分類分級(jí)使用。每噸神府煤可以生產(chǎn)出562.5千克清潔固體燃料、182千克清潔氣體燃料（按0.75kg/Nm³的密度，折算243Nm³）、55.3千克清潔液體燃料（柴油和汽油），共轉(zhuǎn)化出799.8千克清潔燃料。^[6]固體清潔燃料用于替代工業(yè)鍋爐使用的原煤，液體燃料替代石油產(chǎn)品，氣體燃料替代天然氣。

中國工程院院士、清華大學(xué)化工科學(xué)與技術(shù)研究院院長金涌，2015年4月接受中國化工報(bào)社記者訪談時(shí)也曾說過：用煤做燃料唯一可行的路徑是做半焦。

為規(guī)范潔凈煤的生產(chǎn)和使用，國家應(yīng)該對(duì)潔凈煤的生產(chǎn)過程制定清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)潔凈煤產(chǎn)品制定產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，用戶可根據(jù)所在地的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求來選用不同質(zhì)量等級(jí)的清凈煤。

二 使用新型環(huán)保高效解耦燃燒鍋爐

空氣中有78%的氮?dú)?，燃料中也含有氮，燃料在燃燒過程中要接觸大量的空氣，就會(huì)產(chǎn)生氮氧化物。一般燃燒溫度越高，產(chǎn)生的氮氧化物越多，并且氮氧化物一旦生成并離開爐膛就很難消除。而氮氧化物又是造成大氣霧霾的罪魁禍?zhǔn)字?，是我們治理霧霾遇到的勁敵。天然氣鍋爐與燃煤鍋爐相比，燃燒過程中雖可以大大減少煙塵和二氧化硫排放量，但是依然會(huì)產(chǎn)生大量二氧化氮并且直接排入大氣。

解耦燃燒是燃燒技術(shù)的一場(chǎng)革命。由中國科學(xué)院李靜海院士領(lǐng)導(dǎo)發(fā)明的高效清潔解耦燃燒技術(shù)，是具有世界領(lǐng)先地位和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低氮燃燒技術(shù)。由于這種特殊的燃燒方式可以在燃燒過程中有效地抑制氮氧化物的產(chǎn)生，無須外加脫氮設(shè)施就可以使煙氣排放滿足天然氣鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)。正常情況下，對(duì)排放煙氣不做任何脫氮處理，其中的二氧化氮含量就可以低于200mg/Nm³，如再優(yōu)化爐內(nèi)燃燒過程，還可做到二氧化氮含量低于50mg/Nm³。^[7]

解耦燃燒過程還可以把潔凈煤燃料中存留的硫分，大部分固定在灰分里，灰分以爐渣的形式排出爐外，作為生產(chǎn)建筑材料，具有顯著的爐內(nèi)脫硫效果，鍋爐煙氣中的二氧化硫和煙塵初始排放濃度都很低，結(jié)合采用脫硫除塵一體化煙氣超凈化裝置再進(jìn)行凈化，最終實(shí)現(xiàn)低于天然氣鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)出清潔的蒸汽。圖1為解耦燃燒工業(yè)鍋爐結(jié)構(gòu)示意。

圖1 解耦燃燒工業(yè)鍋爐結(jié)構(gòu)示意

工信部、財(cái)政部已于2015年2月2日，發(fā)布《關(guān)于聯(lián)合組織實(shí)施工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃的通知》（工信部聯(lián)節(jié)〔2015〕45號(hào)）（以下簡稱《行動(dòng)計(jì)劃》）?！缎袆?dòng)計(jì)劃》將解耦燃燒技術(shù)列為國家推廣的燃燒技術(shù)?！缎袆?dòng)計(jì)劃》在介紹解耦燃燒技術(shù)時(shí)寫道：該燃燒方式可有效抑制氮氧化物的生成，是一種在燃燒過程中減少污染物的清潔燃燒技術(shù)。通過控制燃料中的硫含量以及抑制燃燒過程中的氮氧化物生成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)燃燒過程的清潔化?！缎袆?dòng)計(jì)劃》規(guī)定所用的燃料是專用的煤基清潔固體成型燃料（俗稱蘭炭）?！缎袆?dòng)計(jì)劃》要求使用解耦燃燒技術(shù)達(dá)到的目標(biāo)為，燃燒過程生成的氮氧化物煙氣中的濃度低于200mg/Nm³，二氧化硫在煙氣中的濃度低于100mg/Nm³，以及煙氣粉塵濃度均達(dá)到天然氣鍋爐標(biāo)準(zhǔn)；燃燒效率在99%以上，鍋爐熱效率超過90%，達(dá)到天然氣鍋爐標(biāo)準(zhǔn)。^[8]

我們?cè)趶V東中山市小欖人民醫(yī)院使用的一臺(tái)4t/h的解耦燃燒鍋爐，運(yùn)行已有5年，鍋爐熱效率達(dá)到90%以上，^[9]主要污染物排放指標(biāo)測(cè)得數(shù)據(jù)低于廣東省燃?xì)忮仩t大氣污染物標(biāo)準(zhǔn)，也優(yōu)于國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)（參見表1）。

表1 廣東省中山市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2013年8月28日對(duì)小欖人民醫(yī)院運(yùn)行工業(yè)鍋爐檢測(cè)結(jié)果

三 實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)

嚴(yán)格按照“以熱定電”的原則，配置背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，改變?cè)泄I(yè)鍋爐單一提供生產(chǎn)用蒸汽方式，以供熱為主、發(fā)電為輔，提高能源利用率。

背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組是真正意義上的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。我國大型火電廠一般采用冷凝式機(jī)組，由于發(fā)電過程的需要，有大量的冷凝損失，電廠的平均綜合效率在37%左右，發(fā)電效率最高的上海外高橋第三電廠效率也未超過45%。而背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組是按照“以熱定電”的方式運(yùn)行，供熱時(shí)才發(fā)電，不供熱時(shí)則不發(fā)電，以供熱為主業(yè)，電力是副產(chǎn)品。鍋爐供應(yīng)汽輪機(jī)的蒸汽所攜帶的熱能，約10%經(jīng)過背壓式汽輪機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)化為電力，其余熱能在降低能源品位后照常供給熱用戶使用，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用能源，從而使整個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)綜合效率大大提高，可達(dá)85%以上，背壓式汽輪機(jī)發(fā)電組副產(chǎn)電力的熱電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70%以上。在丹麥等發(fā)達(dá)國家已全面實(shí)現(xiàn)了這樣的熱電聯(lián)產(chǎn)方式，大大提高了能源利用率。

長期以來，國家能源行政主管部門把熱電聯(lián)產(chǎn)的重點(diǎn)放在較大規(guī)模的開發(fā)區(qū)和30萬千瓦以上機(jī)組上，絕大多數(shù)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組采用的是抽凝式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。熱電廠以發(fā)電為主、供熱為輔，設(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)追求發(fā)電容量越大越好，而當(dāng)實(shí)際運(yùn)行熱負(fù)荷較低時(shí)，機(jī)組發(fā)電效率并不高，和純凝機(jī)組差不多。對(duì)中小型工業(yè)鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)的意義和價(jià)值的忽視，使我國中小企業(yè)工業(yè)鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)步履艱難，至今我國約61萬臺(tái)工業(yè)鍋爐^[10]中大多數(shù)還是單純供熱，仍然能耗高、效率低，污染排放嚴(yán)重。這些燃煤工業(yè)鍋爐耗煤總量雖然只有火電行業(yè)的一半，但污染排放量超過了整個(gè)火電行業(yè)的排放量。

在工業(yè)企業(yè)中因地制宜地推廣背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的熱電聯(lián)產(chǎn)，以供熱為主、發(fā)電為輔，不追求機(jī)組發(fā)電容量大小，徹底避免汽輪機(jī)冷凝損失，是提高能源利用效率、降低污染的有效途徑之一。這樣的背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組副產(chǎn)電力的煤耗一般在200克標(biāo)準(zhǔn)煤以下，甚至可以達(dá)到160克標(biāo)準(zhǔn)煤左右，只相當(dāng)于目前全國大型火電機(jī)組平均煤耗的一半。^[11]

全國約有61萬臺(tái)工業(yè)鍋爐，如果都實(shí)現(xiàn)背壓式發(fā)電的熱電聯(lián)產(chǎn)，就可以增加6億～9億千瓦的電力裝機(jī)，這比現(xiàn)在全國五大電力集團(tuán)火電裝機(jī)容量總和還多，這些機(jī)組發(fā)電煤耗低，而且省去了發(fā)電耗水，都在負(fù)荷中心，沒有線路損耗，與生產(chǎn)用能同步，節(jié)能節(jié)水效果十分顯著。這件事做好了，我國發(fā)電行業(yè)的生產(chǎn)方式和發(fā)電結(jié)構(gòu)都將發(fā)生重大變化，對(duì)節(jié)能減排和能源合理利用將產(chǎn)生重大的影響。能源部原部長黃毅誠說過，工業(yè)企業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)是我國最大的節(jié)能項(xiàng)目，國家應(yīng)該下大力氣去抓這項(xiàng)工作。

四 實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭使用全過程的污染綜合治理

在煤炭清潔利用上，人們已經(jīng)下的功夫不可謂不多。大部分是致力于改善燃燒過程和對(duì)排放煙氣的污染物治理。比如，煤氣化燃燒、煤粉燃燒、水煤漿燃燒、富氧燃燒、循環(huán)流化床燃燒等，有的還在燃燒過程中使用添加劑。對(duì)排放煙氣的處理屬于后處理，需要在鍋爐的末端添加各種環(huán)保設(shè)施。

我們認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔利用，就要對(duì)煤炭使用的全生產(chǎn)周期進(jìn)行污染綜合治理，減少終極排放。我們提出堅(jiān)持前端治理，優(yōu)先集中清潔治理，實(shí)現(xiàn)全過程治理的治污流程。在煤炭使用全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)煤炭產(chǎn)生的各種污染物，科學(xué)合理地、有針對(duì)性地分別治理，建立全過程治理的無縫治污流程。

使用“煤拔頭”低溫快速熱解技術(shù)對(duì)原煤進(jìn)行集中清潔處理，可以除去原煤中大部分的硫和灰，除去全部的汞及其化合物，生成潔凈煤（半焦），用潔凈煤做工業(yè)鍋爐的標(biāo)準(zhǔn)化、清潔化燃料，減少了污染后處理的壓力；解耦燃燒鍋爐以其特定的燃燒方式，在燃燒過程中可以有效抑制氮氧化物的生成，解決了燃燒過程最為頭疼的氮氧化物排放問題，還可將大部分剩余的硫固化在爐渣中，而爐渣可用于生產(chǎn)建筑材料的原料；最后再經(jīng)過一體化超凈脫硫除塵裝置處理煙氣，可確保排放的煙氣中污染物的含量達(dá)到天然氣鍋爐排放最嚴(yán)格的限值要求。

以潔凈煤為燃料的工業(yè)解耦燃燒鍋爐完全可以做到像天然氣鍋爐一樣清潔燃燒，實(shí)際上已經(jīng)可以做到：二氧化硫含量低于50mg/Nm³，煙塵含量低于30mg/Nm³，二氧化氮含量低于150mg/Nm³；而且還可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，做到更低的排放。

五 建立工業(yè)鍋爐清潔生產(chǎn)保障體系

建立專業(yè)化管理、社會(huì)化服務(wù)的清潔能源生產(chǎn)供應(yīng)中心，逐步形成以供應(yīng)清潔能源和提供專業(yè)節(jié)能減排服務(wù)的生產(chǎn)服務(wù)類新興產(chǎn)業(yè)。

采用解耦燃燒鍋爐、背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，可以實(shí)現(xiàn)燃料的清潔高效利用，并為用戶提供高品質(zhì)的熱力和價(jià)格優(yōu)惠的電力。但是我們不能忽視，好的技術(shù)需要人來操作，好的裝置也需要有專業(yè)知識(shí)和技能的人員來管理和運(yùn)營。這對(duì)于眾多中小企業(yè)來說，很難做到。尤其是對(duì)環(huán)保達(dá)標(biāo)的要求，相當(dāng)一部分的企業(yè)缺少內(nèi)在動(dòng)力。環(huán)保部門要面對(duì)各行各業(yè)和千家萬戶，也很難做到有效監(jiān)管。這就要求我們創(chuàng)建一個(gè)既能滿足中小企業(yè)生產(chǎn)所需熱力供應(yīng)，又能滿足高效環(huán)保生產(chǎn)要求，而且便于環(huán)保部門監(jiān)管的清潔能源生產(chǎn)服務(wù)中心，逐步形成以供應(yīng)清潔能源和提供專業(yè)節(jié)能減排服務(wù)為主的生產(chǎn)型服務(wù)類新興產(chǎn)業(yè)。

清潔能源生產(chǎn)服務(wù)中心，實(shí)行專業(yè)化管理，所有操作運(yùn)行人員經(jīng)過培訓(xùn)，考試合格后上崗。集控中心還對(duì)各個(gè)生產(chǎn)服務(wù)中心實(shí)行集中監(jiān)控，所有數(shù)據(jù)在線上傳并存儲(chǔ)，保證各服務(wù)中心安全高效運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放。各種污染物排放數(shù)據(jù)在線上傳給環(huán)保部門并向社會(huì)公開，環(huán)保部門可隨時(shí)檢查、監(jiān)測(cè)各類排放數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)可查、可追溯。

清潔能源生產(chǎn)服務(wù)中心，是為廣大中小企業(yè)提供社會(huì)化服務(wù)的機(jī)制創(chuàng)新的生產(chǎn)型服務(wù)類企業(yè)。這里不僅需要人們產(chǎn)能、用能觀念的改變，還需要生產(chǎn)運(yùn)行機(jī)制、管理機(jī)制和體制的改革。用戶可以無須投資，直接從服務(wù)中心購買熱力和電力。用戶也可參與投資或全部投資清潔能源生產(chǎn)服務(wù)中心，委托給專業(yè)公司建設(shè)、運(yùn)營和管理，效益歸投資方所有，運(yùn)營管理方只收取運(yùn)營管理費(fèi)。

這樣就改變了過去中小企業(yè)自己燒鍋爐，環(huán)保部門挨門挨戶查排放的局面。由原來用戶自己燒鍋爐，承擔(dān)污染治理的責(zé)任，變?yōu)橛汕鍧嵞茉瓷a(chǎn)服務(wù)中心來承擔(dān)，并自覺接受環(huán)保部門的監(jiān)管。這為環(huán)保監(jiān)察部門管住、管好工業(yè)鍋爐煙氣排放，實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐清潔生產(chǎn)，創(chuàng)造了條件，提供了可能。

這樣的生產(chǎn)服務(wù)中心，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鄰近數(shù)家中小企業(yè)的集中供熱，還可以進(jìn)一步發(fā)展為向周邊社會(huì)提供熱力和電力的服務(wù)，大大減少低效小鍋爐的使用數(shù)量，為提高人民生活水平創(chuàng)造條件。

使用標(biāo)準(zhǔn)化的潔凈煤做燃料，采用解耦燃燒的新型高效鍋爐和脫硫除塵一體化煙氣超凈化裝置的蒸汽清潔生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)，堅(jiān)持對(duì)污染前端治理、優(yōu)先集中清潔治理、實(shí)現(xiàn)全過程治理的治污流程，建立市場(chǎng)化建設(shè)、專業(yè)化運(yùn)營和管理的為中小企業(yè)服務(wù)的清潔能源生產(chǎn)服務(wù)中心，這五位一體構(gòu)成了一個(gè)完整的工業(yè)鍋爐清潔生產(chǎn)體系，能實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐清潔生產(chǎn)，確保煤炭的清潔利用，推動(dòng)我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式革命，這是貫徹黨的十八大精神，建設(shè)生態(tài)文明國家的實(shí)際行動(dòng)。圖2為煤炭洗選、“煤拔頭”熱解解耦燃燒、背壓發(fā)電全過程示意。

圖2 “煤拔頭”煤基清潔固體燃料小型背壓蒸汽輪機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)示意

按照本方案在全國逐步推廣實(shí)施，如果全國有一半的燃煤工業(yè)鍋爐按本方案實(shí)現(xiàn)更新，每年僅靠鍋爐效率的提高和能源利用率的提高，就可以節(jié)約2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。將來的清潔能源生產(chǎn)服務(wù)中心已不再是單純?yōu)楣I(yè)企業(yè)服務(wù)，而是面向社會(huì)提供服務(wù)，夏天制冷，冬季供暖，以及對(duì)周圍用戶供應(yīng)熱水等，還會(huì)增加對(duì)清潔蒸汽需求的供給。使用熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的蒸汽用于制冷、供暖和供應(yīng)熱水，比用電轉(zhuǎn)換至少節(jié)能20%以上，有廣闊的應(yīng)用空間。年減排NO_x量120萬噸、SO₂量400萬噸、煙塵100萬噸，將從根本上改變因工業(yè)鍋爐燃燒原煤造成的大氣嚴(yán)重污染，燃煤工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的含有PM_2.5和PM₁₀的霧霾污染源將被有效控制。實(shí)行了熱電聯(lián)產(chǎn)，用背壓式汽輪機(jī)發(fā)電降低的供電煤耗還可以節(jié)約2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)又減少了污染物的排放。

我們有理由相信，通過這一項(xiàng)有效的節(jié)能減排措施，也就是“我國最大的節(jié)能項(xiàng)目”的實(shí)施，不但可以從根本上實(shí)現(xiàn)我國工業(yè)燃煤鍋爐的節(jié)能減排和清潔排放，還可以促使我國能源消耗總量和大氣污染物排放總量上升的趨勢(shì)減緩，繼而早日出現(xiàn)拐點(diǎn)，在滿足環(huán)境保護(hù)的前提下，實(shí)現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的和諧。

解耦燃燒技術(shù)和鍋爐應(yīng)用介紹

解耦燃燒技術(shù)是中國科學(xué)院李靜海院士課題組發(fā)明的一種抑制氮氧化物生成的無煙燃燒技術(shù)。中國科學(xué)院過程工程研究所與北京九州格物過程技術(shù)有限公司等企業(yè)合作，經(jīng)過十幾年的研制和試用，從熱功率10kw的小型鍋爐，到熱功率2800kw（蒸發(fā)量4t/h）的不同型號(hào)熱水鍋爐和蒸汽鍋爐產(chǎn)品，已試用數(shù)千臺(tái)，這些鍋爐在燃燒固體燃料時(shí)，表現(xiàn)出良好的抑制氮氧化物排放和無黑煙燃燒性能，燃燒過程生成的氮氧化物濃度降低到200mg/Nm³以下，達(dá)到天然氣工業(yè)鍋爐的大氣污染物排放國家標(biāo)準(zhǔn)，在固體燃料低氮燃燒技術(shù)領(lǐng)域，處于國際領(lǐng)先地位。

為了保持鍋爐燃燒穩(wěn)定，一般要求燃燒火焰溫度足夠高，并在火焰區(qū)保持較高的燃料濃度和氧氣濃度；而為了抑制燃燒過程生成氮氧化物，就要求足夠低的燃燒火焰溫度和較低的氧氣濃度，穩(wěn)燃并阻止在燃燒過程中氮?dú)獗谎趸?，這兩個(gè)過程是耦合在一起的一對(duì)矛盾，傳統(tǒng)技術(shù)難以兼顧。解耦燃燒技術(shù)的基本原理是：固體燃料在燃燒爐中，首先被熱解并部分氣化出可燃?xì)怏w，同時(shí)燃料中的固定碳被加熱成炙熱的半焦，可燃?xì)怏w經(jīng)過炙熱半焦層時(shí)，其中的氮氧化物被還原成氮?dú)?，使可燃?xì)怏w中的氮氧化物被脫去，可燃?xì)怏w進(jìn)入燃燼室燃燒時(shí)，燃燼室保持低溫燃燒環(huán)境（低于1100℃）和氧氣的分級(jí)供應(yīng)，控制燃燒過程生成氮氧化物。解耦燃燒技術(shù)有效地解決了穩(wěn)定燃燒反應(yīng)與抑制氮氧化反應(yīng)這兩個(gè)耦合的兩難問題。

解耦燃燒技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程，得到了國家自然科學(xué)基金，中國科學(xué)院專項(xiàng)基金，國家“863”計(jì)劃資金的支持，也得到了科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金，中關(guān)村創(chuàng)新基金的支持，還得到德國GTZ基金、德國駐華大使館的贊助和全球環(huán)境基金GEF等國際組織的支持。解耦燃燒技術(shù)于2005年被中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)授予“國家重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)”。解耦燃燒技術(shù)獲得了中國科學(xué)院發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和國家專利局優(yōu)秀發(fā)明專利獎(jiǎng)，被錄入聯(lián)合國教科文組織“生命支持系統(tǒng)百科全書”。

煤拔頭多聯(lián)產(chǎn)煤基清潔燃料生產(chǎn)過程簡介

“煤拔頭”多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)簡述：

“煤拔頭”的設(shè)想是中國科學(xué)院過程工程研究所提出的，“拔頭”原是石油加工工業(yè)中的術(shù)語，意思是從原油中蒸出輕油組分。“煤拔頭”，旨在常壓、中低溫、無催化劑和氫氣的條件下，用溫和熱解的方式，在煤的快速熱解過程中，將原煤中的成分按照液體、氣體、固體三種物質(zhì)形態(tài)分離開來，液體成分可用做化工原料或煉油原料生產(chǎn)清潔液體燃料，氣體成分可以分離出甲烷和氫氣生產(chǎn)煤基清潔氣體燃料、替代天然氣，固體成分——半焦進(jìn)一步處理加工成清潔固體燃料?！懊喊晤^”熱解工藝，可以聯(lián)產(chǎn)氣、液、固三種清潔燃料，實(shí)現(xiàn)煤炭的多級(jí)利用，并借此工藝脫硫脫硝，符合中國的國情。其工藝產(chǎn)品思路由下圖所示。

煤拔頭多聯(lián)產(chǎn)工藝產(chǎn)品示意

如上圖所示，“煤拔頭”多聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)清潔燃料工藝包括以下過程：

第一，精煤洗選。清潔燃料的第一道工序是精煤洗選，這個(gè)過程將原煤中的灰分去除，產(chǎn)品是超凈精煤，剩下的是選煤廢料，超凈精煤產(chǎn)品中灰份的含量，按照清潔固體燃料對(duì)硫含量和灰份含量的要求，制定標(biāo)準(zhǔn)限定不同清潔等級(jí)的產(chǎn)品。原煤中的無機(jī)硫被洗選除去。

第二，“煤拔頭”熱解多聯(lián)產(chǎn)。這道工藝中，超凈精煤經(jīng)過“煤拔頭”熱解裝置熱解，被熱解成液體、氣體和固體三種形態(tài)的物質(zhì)。這三種形態(tài)物質(zhì)分別生產(chǎn)出煤基清潔液體燃料、煤基清潔氣體燃料和煤基清潔固體燃料。

“煤拔頭”液體燃料：“煤拔頭”液體物質(zhì)的主要成分是焦油，焦油經(jīng)過簡單分離生成輕質(zhì)焦油和重質(zhì)焦油，可用做化工原料，比如提取其中的甲酚，或用做煉油原料，生產(chǎn)符合清潔燃料要求的柴油、汽油和燃料油等煤基清潔液體燃料。

“煤拔頭”氣體燃料：“煤拔頭”氣體物質(zhì)的主要成分是CH₄、H₂、CO、C_mH_n、H₂S和CO₂、N₂等氣體的混合物，經(jīng)過氣體分離和氣體成分重整，可以分離出CH₄和H₂，以及雜氣，并且除去氣體中的H₂S和N₂，雜氣被當(dāng)做燃料用于熱解過程加熱。CH₄和H₂是替代天然氣的煤基清潔氣體燃料。

“煤拔頭”固體燃料：“煤拔頭”固體物質(zhì)的主要成分是半焦（俗稱蘭炭），半焦的主要成份是碳，還有極少量的灰份和揮發(fā)份物質(zhì)，熱解過程將煤中的有機(jī)硫隨揮發(fā)份除去，半焦中剩余含硫量極低，半焦符合清潔燃料的要求，被做成煤基清潔固體燃料，我們也可稱之為潔凈煤。

將脫硫過程在燃料生產(chǎn)工藝過程中集中完成，能大大減輕燃料燃燒后的脫硫壓力和環(huán)保監(jiān)察壓力。煤洗選的脫硫脫灰工藝可以去除原煤中的無機(jī)硫，“煤拔頭”多聯(lián)產(chǎn)工藝可以去除原煤中的有機(jī)硫，這兩個(gè)工藝結(jié)合使用，可以去除原煤中95%以上的硫，生產(chǎn)出煤基清潔固體燃料。結(jié)合氣體凈化和分離技術(shù)可以生產(chǎn)出煤基清潔氣體燃料。結(jié)含化工和煉油技術(shù)可以生產(chǎn)煤基清潔液體燃料。