清洁煤粉工业锅炉系统的实践者

煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广和最易储存的化石燃料。被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。然而，燃烧煤炭产生的二氧化碳排放占到全国80%，是最大的空气污染源，迫切需要通过自主创新推动能源生产和利用方式变革，大幅降低能源消耗强度和二氧化碳排放强度，有效控制温室气体排放，提升煤炭提质与资源综合利用、高效燃煤发电、先进煤基洁净燃料、污染物控制及资源化利用、工业节能、重大装备研制等技术和能力，建立世界一流研发平台，培养世界一流科研队伍，发展世界一流技术，获得世界一流成果。

煤粉工业锅炉技术是一种以“煤粉燃烧技术”为核心的先进工业锅炉换代技术，应用该项技术可有效提高燃煤工业锅炉燃烧效率，降低运行成本，获得显著的节能减排效果，推广清洁高效煤粉型工业锅炉系统，是实施洁净煤战略的有机组成部分之一，更是提高煤炭洁净高效利用的有效手段之一。日前，记者就如何全面实施“洁净煤”战略，不断提升煤炭利用效率，满足国家能耗排放做“减法”、经济发展做“加法”，采访了煤炭科学研究总院煤炭高效洁净燃烧利用领域的青年专家，煤粉工业锅炉产业的年轻带头人——纪任山。

致力创新 扎根科研

煤的高效清洁燃烧利用，是目前我国热门的研究课题，其关键是如何处理煤燃烧的系统技术。高效工业煤粉锅炉技术可实施炉内脱硫(脱硝)，燃烧器采用低氧分级配风设计，煤粉燃烧充分、锅炉换热效果好、煤粉预混强化燃烧，燃烬率高、空气过剩系数小，锅炉系统热效率高、，燃烧过程中产生的SO2、NOX含量低，烟气采用布袋除尘，粉煤灰综合利用，无二次污染，对功率较大的电气设备变频控制，节电效果明显。是解决我国能源安全、调整能源结构、减少城市污染物排放的有效途径。

2014年3月，中国煤炭工业协会、中国城镇供热协会分别组织召开了“煤粉型工业锅炉清洁高效利用现场会”和“煤粉锅炉供热技术研讨会”，大力推荐煤科院高效煤粉工业锅炉系统。

3月26日，国家能源局发展规划司在北京组织召开了由煤科总院承担的“‘十三五’煤炭清洁高效发展若干重大问题研究”课题开题会。“‘十三五’煤炭清洁高效发展若干重大问题研究”课题是国家能源局部署的“十三五”能源规划前期重大问题研究20个课题中唯一一个针对我国主体能源——煤炭资源的清洁高效开发，特别是清洁高效利用方面展开全面且有重点的综合研究课题，其研究工作的启动及后续的研究成果对于科学编制及有效地服务于我国“十三五”能源规划将具有重要意义。

在我国，煤炭占一次能源消费比重近70%，富煤少气贫油的能源结构，决定了煤炭清洁利用的必要性。但是，以煤为主的能源结构和能源消费总量持续增长，使我国污染控制和环境保护依然面临巨大压力。到2020年，如不采取有效措施，即使按照污染物产生量最少的情景预计，二氧化硫、氮氧化物年排放量将分别达到4000万吨和3500万吨。燃煤污染作为能源环境问题，将对经济和社会发展产生重大影响和制约。

煤炭科学研究总院是我国煤炭行业唯一的综合性科研机构和技术创新基地，拥有优秀稳定的人才队伍，设有“国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室”、“煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室”等十多个国家及行业重点实验室和研究中心，及配套的核心设备生产基地。承担了煤炭行业70%以上的科技攻关项目，累计科技成果5000余项，获得国家级、省部级科技奖1000余项、各类专利500多项。伴随着我国科技体制改革的步伐，始终坚持以“推动煤炭科技进步，发展节能环保产业”为企业使命。

煤科总院研制的高效煤粉工业锅炉系统具有清洁燃烧、高效运行、显著节煤、节约占地、简易操作、友好环境等特点。目前，煤科总院在东部沿海和北部高寒地区的煤炭企业集团、市政热力和大型工业园区市场取得了很好的推广业绩，已在天津、河北、山东、安徽、江苏、浙江、福建、广东、广西等地区，内蒙古、陕西、山西、甘肃等西部高寒矿区，共计20多个省市地区建成推广应用煤粉工业锅炉系统500余台套，近万蒸吨等效容量。

纪任山作为我国高效工业煤粉锅炉技术的研发创始人之一，十多年如一日扎根科研、产业第一线，参与或主持国家重点项目10多项，取得专利40余项，其成果引领行业发展，填补了国内空白，为中国煤炭高效低碳利用打下了坚实的基础。2013年，纪任山光荣获评第二十二届孙越崎科技教育基金“优秀青年科技奖”，成为他科研工作中一个新的起点。

高效清洁 技术先进

我国以煤为主的能源结构和能源消费总量持续增长，使我国污染控制和环境保护依然面临巨大压力。初步研究预测，到2020年全国煤炭消费量将达到48亿吨左右，在一次能源消费结构中的比重仍达60%以上。燃煤的大量粗放式使用，无疑成为我国大面积雾霾的一大根源。

高效煤粉工业锅炉系统是煤炭科学研究总院在国家科技支撑计划，863计划及国际科技合作等项目的支持下，历时数年，独立开发成功的拥有全部自主知识产权的高科技产品。相对于传统燃煤工业锅炉而言，高效煤粉工业锅炉更具清洁环保、循环发展、环境友好、节能降耗等优良特性，不仅符合国家十分紧迫的节能减排形势和政策导向，还是传统高污染、高能耗燃煤工业锅炉的升级换代产品，也是油、气锅炉的理想替代品。

2001年刚刚工作就参与到王乃继博士的煤气化燃烧、工业炉二次增氧燃烧、消烟及除尘等洁净煤技术开发工作中。当时，身为带头人的王乃继博士总是耐心地对年轻人进行关心和疏导，前辈的严传身教成为纪任山科研事业的重大转折，也为他的科研工作确立了标杆。跟随导师，他先后参加了煤科总院技术创新基金项目“气化、燃烧集成化耦合装置及联锁自动控制技术系统”的开发，中日合作项目“链条锅炉高效煤燃烧专家诊断系统开发”，以及煤科总院青年基金课题“链条炉层状煤燃烧特性研究”等项目的研究工作。

纪任山在工作中不断钻研，受王乃继博士科研精神的影响，他提出了我国层状煤燃烧特性的评价方法，为热煤气燃烧开辟了新的应用领域，并先后到山西、江苏、上海、湖南、内蒙及北京的工程现场进行技术服务。在项目实施过程中，他积极与各专业的技术人员探讨、解决关键技术环节，虚心向各领域专家学习，不仅顺利完成了工作及试验任务，也使自身的知识层面不断拓展，提高了职业技能和业务水平。

多年来，纪任山一直潜心研究煤粉高效洁净燃烧技术，并取得了丰硕的研究成果。先后主持并参与了国家“十五”科技攻关项目“中小型高效煤粉锅炉技术系统开发研究”、“十一五”科技支撑项目“高效工业煤粉锅炉系统及关键技术”、国家863计划项目“小容量高效低污染煤粉燃烧技术”、国际合作项目子课题“煤粉工业锅炉系统供料新技术开发及燃烧优化”、“高效煤粉工业锅炉关键装备的合作研发”等多项国家级科研项目;作为执行负责人，参与组建“国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室”及“煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室”。在以上项目的支持下，纪任山带领研究团队解决了无脉动供粉、中小型煤粉空气分级低氮燃烧、锅炉受热面无积灰换热等一系列关键性技术难题，成功研发出2-100t/h煤粉工业锅炉系统技术及装备。该技术集10—50万t/a煤粉制备工艺、煤粉安全储存及运输、重力式浓相供料、空气无级分级低氮燃烧、锅炉本体、一体化脱硫除尘、智能测控等关键技术于一体，系统热效率达90%以上，污染物排放浓度远低于国家或地方环保指标，实现了煤粉的高效、洁净燃烧利用。

燃煤之“困” 除霾之“急”

煤炭燃烧是雾霾的重要污染源，但是防治雾霾又不能不烧煤，关键是怎么烧和烧后如何处理?由煤炭精细化利用、开发的先进燃煤系统，必定成为燃煤工业锅炉的必然选择。纪任山长期深处科研和产业一线，熟悉我国燃煤锅炉的现状和性能，通过参与或主持一批国家重点项目研究知道“困”与“急”，对我国煤炭清洁高效利用领域的有关煤炭气化、水煤浆、煤粉及锅炉技术等科研、产业更是一腔热情。他介绍说，锅炉按用途划分大至分为两种：发电站锅炉和工业锅炉。我国发电用锅炉与国外差异很小，而工业锅炉企业生产的工业锅炉，由于同业竞争严峻，技术落后，受生产条件和规模所限，仅相当国外“二战”时期的水平。发达国家依托煤粉浓相燃烧技术，发展的煤粉工业锅炉系统已很成熟。

我国工业锅炉热效率较低，能耗大，设计经济运行热效率为72%—83%，实际运行效率60%—65%，远低于设计水平和国际平均水平。而工业锅炉燃煤又多为没有洗选的原煤，灰分硫分较高，且粒度质量较差，是导致燃烧效率低，污染物排放水平较高直接原因。目前，我国煤粉锅炉的污染物排放已能做到与燃油、燃气锅炉接近，而分别采用轻油、天然气、煤粉作为燃料的锅炉，其运营成本之比大至为5∶3∶1，煤粉锅炉最便宜。煤粉锅炉具有燃烧效率高、污染物排放少的天然优势。如果工业锅炉采用我国自主知识产权的高效煤粉锅炉，可将蕴涵着上千亿元产值的市场激活。

检测数据显示，与传统的链条锅炉相比，煤粉型工业锅炉系统平均效率由65%提高至90%，综合节煤率达30%以上;煤粉型工业锅炉系统实测烟尘排放仅为11毫克/标准立方米，远优于传统链条锅炉的80毫克/标准立方米，与天然气锅炉的排放水平相当;二氧化硫排放不超过100毫克/标准立方米;氮氧化物排放不超过200毫克/标准立方米。与燃煤链条锅炉相比，烟尘排放降低85%以上，减少二氧化硫排放30%至40%，减少氮氧化物排放50%左右，并大大减少可吸入颗粒物的排放量。

据统计，煤炭科学研究总院从1999年开始，在消化吸收国外先进燃煤工业锅炉技术基础上，对煤粉安定储存、无脉动密相输送、二次空气无级分级配风、前置强化燃烧、烟气再循环、高倍率灰钙循环烟气脱硫等关键技术进行了开发创新，创立了燃煤工业锅炉行业的系统集成运作“岛链”模式，开发出了3个系列15个标准化产品，获得了31项专利，3项省部级科技奖，开启了我国新型煤粉锅炉的设计、制造和使用的新篇章。这项创新成果2007年通过国家技术鉴定。