李軍，笪耀東，劉雪敏，于吉明，常勇強，侯娜娜

（中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029）

一、前言

鍋爐在電力、供熱、石化、化工、鋼鐵、有色、造紙等行業(yè)及日常生活中廣泛應(yīng)用，是保障國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是主要的能源消費裝備和重要的大氣污染物及碳排放源。按照用途分類，鍋爐主要分為電站鍋爐與工業(yè)鍋爐。粗略測算，2020年，全國鍋爐能源消費量超過1.8×109tce。因此，提升鍋爐能效水平、優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)、減少CO2排放，實現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展，對我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標具有重要的支撐意義。

電站鍋爐是燃煤火電廠的三大主機之一。實現(xiàn)“雙碳”目標、火電碳減排，需要不斷提高清潔能源發(fā)電比例[1]，未來煤電裝機及電量將逐步經(jīng)歷“增容控量”“控容減量”“減容減量”[2]，意味著電站鍋爐在電力生產(chǎn)中發(fā)揮的作用將逐漸轉(zhuǎn)變；電站鍋爐將“嚴控增量，主動減量，優(yōu)化存量”，加快節(jié)能提效升級改造，通過煤炭與污泥、生活垃圾等生物質(zhì)的混合混燒等，降低CO2排放量[3]，走低碳發(fā)展的路徑。

按照國務(wù)院印發(fā)的《2030 年前碳達峰行動方案》要求，需推進重點用能設(shè)備節(jié)能增效，全面提升工業(yè)鍋爐的能效標準。針對工業(yè)鍋爐，已有研究構(gòu)建了工業(yè)鍋爐碳排放計量指標，分析了工業(yè)鍋爐行業(yè)降碳措施的有效性，提出了調(diào)整優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)的策略[4]；同時，也有研究提出，通過促進鍋爐等關(guān)鍵耗能設(shè)備的綠色升級和改進，實現(xiàn)最大限度挖掘節(jié)能潛力的目的[1]。

為進一步梳理我國鍋爐裝備高質(zhì)量發(fā)展路徑，本文從鍋爐裝備的節(jié)能降碳出發(fā)，對電站鍋爐、工業(yè)鍋爐兩類產(chǎn)品類型進行討論，總結(jié)我國鍋爐裝備的發(fā)展態(tài)勢與目前存在的問題，提出鍋爐裝備綠色低碳發(fā)展路徑及需求建議，以期為碳達峰、碳中和目標下我國鍋爐裝備綠色、低碳發(fā)展提供參考。

二、我國鍋爐裝備發(fā)展態(tài)勢及存在的問題

鍋爐是目前我國最主要的能源消費和碳排放設(shè)備?！笆晃濉币詠恚覈哟罅隋仩t節(jié)能減排工作力度，推行了煤電結(jié)構(gòu)優(yōu)化和轉(zhuǎn)型升級、燃煤工業(yè)鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程等一系列政策措施，大幅提升了鍋爐節(jié)能環(huán)保水平。由于大量淘汰小容量燃煤工業(yè)鍋爐，我國鍋爐數(shù)量在2014年后呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，如圖1 所示。截至2020 年年底，我國鍋爐數(shù)量約有3.56×105臺，其中電站鍋爐有1.36×104臺，工業(yè)鍋爐約有 3.42×105臺，相比于2013 年的峰值下降了44.5%，主要是由于工業(yè)鍋爐數(shù)量大幅下降所致。我國工業(yè)鍋爐2011—2021年的產(chǎn)量變化如圖2所示。2014年，我國工業(yè)鍋爐產(chǎn)量達到峰值，約為5.58×105t/h，之后保持在4×105t/h左右，并未出現(xiàn)顯著下降，由此可見，“煤改氣”“煤改電”“以大代小”等舉措帶來的鍋爐產(chǎn)量仍相當(dāng)可觀。

圖1 2011—2020年我國鍋爐數(shù)量變化情況

圖2 2011—2021年我國工業(yè)鍋爐產(chǎn)量變化情況

（一）鍋爐裝備發(fā)展態(tài)勢

1.電站鍋爐裝備的發(fā)展態(tài)勢

電站鍋爐不斷向大容量、高參數(shù)、低排放發(fā)展，已達到的主汽壓力為31～35 MPa、溫度為600～615 ℃，再熱汽溫為620～630 ℃，并向參數(shù)更高的650 ℃、700 ℃等級邁進[5]。近年來，我國火電結(jié)構(gòu)變化顯著，超超臨界機組比例明顯提高（見圖3）。截至2020年年底，我國600 MW及以上火電機組容量占全國火電總裝機容量的比重達46%，其中1000 MW 級超超臨界機組占比超過12%。在火電平均供電煤耗方面，由2011 年的330 g/（kW·h）持續(xù)下降至2020 年的305.5 g/（kW·h）[5]，火電機組能效水平持續(xù)提升；到2025年，全國火電平均供電煤耗將進一步降至300 g/（kW·h）以下。

圖3 2011—2020年我國火電結(jié)構(gòu)變化

與一次再熱機組相比，二次再熱機組可降低供電煤耗約8～10 g/（kW·h），1000 MW 等級600 ℃/620 ℃/620 ℃超超臨界二次再熱機組已于2016年投運，供電煤耗為266.18 g/（kW·h）；國際首創(chuàng)的安徽平山1350 MW 高低位布置超超臨界二次再熱機組也已投入運行。大唐鄆城630 ℃超超臨界二次再熱發(fā)電項目于2017 年被列為國家電力示范項目，相關(guān)參數(shù)為 35 MPa/615 ℃/630 ℃/630 ℃。未來，超高參數(shù)的二次再熱機組仍是電站鍋爐裝備的重要發(fā)展方向[6]。針對高參數(shù)鍋爐爐內(nèi)高效燃燒與多場協(xié)同污染控制，也已開展大量研究，實現(xiàn)了鍋爐安全、高效、清潔、多目標燃燒過程的優(yōu)化控制[7]。另外，燃煤火電機組煙塵、硫化物及氮氧化物的排放數(shù)據(jù)持續(xù)下降，2017 年的煙塵、SO2、NO2排放量分別為0.06 g/（kW·h）、0.26 g/（kW·h）、0.25 g/（kW·h）[8]。生物質(zhì)發(fā)電迅速發(fā)展，截至2020 年年底，裝機容量（含垃圾焚燒發(fā)電）已達2.95×107kW，占全國發(fā)電裝機容量的1.34%。

2.工業(yè)鍋爐裝備發(fā)展態(tài)勢

工業(yè)鍋爐逐步向燃料清潔化、大型化、高效率發(fā)展。2012—2021年，工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試燃料類型變化情況如圖4所示。其中，燃煤工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品數(shù)量大幅下降，自2018 年開始，每年不足50臺；天然氣是近年來新增工業(yè)鍋爐產(chǎn)品中最主要的燃料類型，其次是生物質(zhì)。通過大量淘汰落后燃煤鍋爐，工業(yè)鍋爐燃料結(jié)構(gòu)已得到根本性改善，燃氣鍋爐已占工業(yè)鍋爐總數(shù)量的50%以上（見圖5）。近年來，工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試最大額定熱功率變化情況如圖6所示，各燃料類型工業(yè)鍋爐最大額定熱功率或蒸發(fā)量均在不斷突破。目前，燃煤工業(yè)鍋爐最大額定熱功率已達168 MW，燃氣工業(yè)鍋爐為116 MW，電加熱工業(yè)鍋爐最大額定蒸發(fā)量為80 t/h。工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試熱效率的變化情況如圖7所示。2017年之前，工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品的平均測試熱效率呈現(xiàn)明顯的升高態(tài)勢，主要是由于燃煤鍋爐測試數(shù)量逐年下降、燃氣鍋爐測試數(shù)量逐年上升所致；2018年之后，基本呈現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢。同時，工業(yè)鍋爐自動化水平也不斷提高，能耗高、污染重的狀況得到明顯改善。

圖4 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試燃料類型變化

圖5 工業(yè)鍋爐燃料結(jié)構(gòu)

圖6 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試最大額定熱功率變化

圖7 工業(yè)鍋爐定型產(chǎn)品測試熱效率變化

（二）鍋爐裝備存在的問題

在電站鍋爐方面，我國電站鍋爐的節(jié)能環(huán)保水平較高，但還存在大容量、高參數(shù)機組所占比例有限、平均供電煤耗與先進機組仍存在一定差距、大量燃煤電站鍋爐仍有節(jié)能增效改造空間等問題。電力行業(yè)作為主要的碳排放行業(yè)，為實現(xiàn)碳中和目標，增加清潔能源發(fā)電比例、減少燃煤電站鍋爐數(shù)量勢在必行，同時，還需提升燃煤機組靈活性，解決新能源消納問題。

對于工業(yè)鍋爐，由于設(shè)計制造、運行管理水平參差不齊，平均運行熱效率與設(shè)計值有較大差距，仍存在一定的能源浪費。同時，由于其量大面廣、使用分散的特點，碳捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS）的應(yīng)用難度較大，低碳化發(fā)展面臨的形勢更為復(fù)雜。為此，需綜合考慮燃料供應(yīng)、使用工況、運行水平等多方面因素，提出合理可行的工業(yè)鍋爐碳減排路徑。

三、鍋爐裝備綠色低碳發(fā)展路徑

（一）發(fā)展方向

我國碳中和目標的實現(xiàn)需要電力系統(tǒng)完全脫碳，同時盡可能實現(xiàn)全經(jīng)濟部門電氣化。因此，未來新能源占比將迅速提高，煤電則逐步由主體電源向基礎(chǔ)性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變[9]，2030 年前煤電裝機容量、發(fā)電量仍將有一定增長。不同學(xué)者對面向2060 年的煤電發(fā)電量及占比進行了預(yù)測[2,10～13]，預(yù)測結(jié)果雖各有不同，但整體來看，煤電發(fā)電量將先于裝機容量，在2025—2030年實現(xiàn)達峰，相應(yīng)的碳排放峰值約為4×109t，之后進入快速下降階段，2050年之后下降速度趨于緩慢；煤電發(fā)電量占比將逐年下降，2030 年煤電發(fā)電量占比預(yù)計為40%～55%，2060 年將下降至5%以內(nèi)，相應(yīng)的碳排放約為5.3×108t，煤電裝機容量約為4×108kW。目前，大多數(shù)在役煤電機組是在2000 年以后陸續(xù)投運的，將于2035—2050年進入退役高峰；后續(xù)新建煤電機組將服役至2055 年以后，通過與CCUS 技術(shù)配合，保留的煤電裝機容量可為先進高效的發(fā)電技術(shù)提供應(yīng)用空間，如采用超高參數(shù)超超臨界發(fā)電技術(shù)、超臨界CO2循環(huán)發(fā)電技術(shù)等。因此，對于電站鍋爐，其發(fā)展方向主要包括：①對全部煤電機組進行靈活性改造制造，提供靈活調(diào)節(jié)能力以實現(xiàn)新能源的消納，并確保能源供給安全；②因地制宜推廣生物質(zhì)純燒發(fā)電和生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)，發(fā)揮生物質(zhì)碳中性優(yōu)勢；③進一步提升機組能效水平，發(fā)揮能源消費量減少的降碳貢獻，針對存量機組實施節(jié)能增效改造及提升使用管理水平，針對新建機組采用先進高效發(fā)電技術(shù)；④應(yīng)用CCUS 技術(shù)，實現(xiàn)燃煤發(fā)電脫碳。

工業(yè)鍋爐裝備的綠色低碳發(fā)展將與電站鍋爐相協(xié)調(diào)。按照國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局發(fā)布的《全國煤電機組改造升級實施方案》，“十四五”期間，將進一步推進供熱改造，積極關(guān)停采暖和工業(yè)供汽小鍋爐，為此，工業(yè)鍋爐數(shù)量將進一步下降，燃煤工業(yè)鍋爐仍是淘汰重點。天然氣、生物質(zhì)的用量將持續(xù)增加，電網(wǎng)削峰填谷、集中式可再生能源并網(wǎng)等帶來的儲能需求也將為工業(yè)鍋爐燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整提供新的路徑；氫儲能技術(shù)制取的零碳燃料可摻入天然氣燃燒使用，蓄熱式工業(yè)電鍋爐也將隨著電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和工業(yè)部門電氣化水平提升而實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。此外，按照國務(wù)院印發(fā)的《2030 年前碳達峰行動方案》部署，還需要全面提升工業(yè)鍋爐的能效標準。因此，對于工業(yè)鍋爐，其發(fā)展方向主要包括：燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)源頭減碳；提升能效標準及使用管理水平，進一步提高鍋爐能效，實現(xiàn)過程降碳。

（二）發(fā)展路徑

根據(jù)電站鍋爐和工業(yè)鍋爐裝備自身特點，綜合考慮生產(chǎn)、使用、檢驗檢測等環(huán)節(jié)和燃料供應(yīng)、使用工況、運行水平等因素，從電站鍋爐改造升級、工業(yè)鍋爐低碳轉(zhuǎn)型、鍋爐制造綠色發(fā)展、鍋爐使用管理水平提升等方面進行分析，闡述鍋爐裝備綠色低碳發(fā)展路徑（見圖8）。

圖8 鍋爐綠色低碳發(fā)展路徑

1.電站鍋爐改造升級

持續(xù)推動節(jié)能增效改造。截至2019 年年底，全國煤電機組節(jié)能改造規(guī)模已超過7×108kW，涉及鍋爐的節(jié)能增效改造主要包括常規(guī)鍋爐提效改造、高溫亞臨界綜合升級改造、煙氣余熱深度利用改造、供熱改造等?！笆奈濉逼陂g，供電煤耗在300 g/(kW·h)以上的煤電機組改造規(guī)模不低于3.5×108kW，供電煤耗降低預(yù)計可累計減少電力CO2排放約7×107t。

加快實施靈活性改造制造。重點對300 MW及以下的煤電機組進行靈活性改造，對于調(diào)峰困難地區(qū)研究推動600 MW 亞臨界煤電機組靈活性改造。對于純凝機組，通過耦合儲熱技術(shù)，實現(xiàn)鍋爐和汽輪機解耦，使負荷變化不受鍋爐最低穩(wěn)燃負荷影響，進一步降低調(diào)峰深度[14,15]。對于熱電聯(lián)產(chǎn)機組，在采暖期運行期間調(diào)峰能力提升的核心問題在于熱電解耦。目前國內(nèi)大部分燃煤鍋爐低負荷穩(wěn)燃能力在40%～50%額定負荷，通過改造，可下探至20%～30%額定負荷[11]。2022年1月，大唐秦嶺電廠660 MW發(fā)電機組實現(xiàn)了10%額定負荷的穩(wěn)定運行。“十四五”期間，預(yù)計完成2×108kW 存量煤電機組靈活性改造，實現(xiàn)1.5×108kW煤電機組靈活制造規(guī)模。

進一步淘汰落后電站鍋爐產(chǎn)能。對于電站鍋爐存量較大的地區(qū)，如山東、江蘇、廣東、內(nèi)蒙古等地，淘汰煤電落后產(chǎn)能工作力度將繼續(xù)加大，低參數(shù)小容量電站鍋爐將進一步淘汰關(guān)停，煤電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將持續(xù)向大容量、高參數(shù)優(yōu)化調(diào)整；符合能效、環(huán)保、安全等政策和標準要求的淘汰關(guān)停機組，將納入應(yīng)急備用?！笆奈濉逼陂g，全國將形成并保持1.5×107kW的應(yīng)急備用能力。

進一步規(guī)范燃煤自備電廠運行。全面清理違法違規(guī)燃煤自備電廠，引導(dǎo)自備電廠與清潔能源開展替代發(fā)電。加大自備煤電機組節(jié)能減排力度，其中符合淘汰條件的自備機組應(yīng)限時實施淘汰關(guān)停，對排放和能耗水平偏高的自備機組要實施超低排放和節(jié)能改造。

因地制宜發(fā)展生物質(zhì)純燒發(fā)電和生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)。我國生物質(zhì)資源可作為能源利用的開發(fā)潛力約為 4.6×108tce，替代燃煤可實現(xiàn)近 1.3×109t 的CO2減排量。山東、廣東、江蘇是目前生物質(zhì)發(fā)電裝機容量較大的省，未來，河南、黑龍江等生物質(zhì)資源豐富的省將進一步推廣和應(yīng)用生物質(zhì)純燒發(fā)電、生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)。生物質(zhì)純燒發(fā)電技術(shù)受限于生物質(zhì)來源分散以及單機規(guī)模小、單位千瓦投資高等因素，發(fā)電成本較高；生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)的支持政策尚不明朗，隨著生物質(zhì)能電量計量問題的解決，有望取得一定范圍應(yīng)用。

2.工業(yè)鍋爐低碳轉(zhuǎn)型

持續(xù)推動工業(yè)鍋爐燃料結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)碳排放源頭消減。燃煤工業(yè)鍋爐數(shù)量將進一步下降，燃氣鍋爐持續(xù)增加，生物質(zhì)、燃煤耦合生物質(zhì)技術(shù)將被廣泛應(yīng)用。與電站鍋爐相比，工業(yè)鍋爐燃料消耗量小、參數(shù)低，不存在燃料來源困難、高溫條件下粘污腐蝕嚴重等問題，因此，生物質(zhì)資源在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用前景更為廣闊。如圖4所示，自2015年起，生物質(zhì)已成為除天然氣外鍋爐定型產(chǎn)品測試數(shù)量最多的工業(yè)鍋爐燃料類型，這也印證了未來在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域繼續(xù)推廣生物質(zhì)純燒、耦合燃燒的巨大潛力。同時，工業(yè)鍋爐的低碳轉(zhuǎn)型還應(yīng)與儲能技術(shù)協(xié)同發(fā)展，如將氫氣摻（混）入天然氣中，利用成熟的天然氣管網(wǎng)實現(xiàn)氫氣的大規(guī)模運輸[16,17]。若工業(yè)天然氣消耗量可實現(xiàn)10%的氫燃料替代，每年可減少CO2排放超2×107t。此外，電能在終端能源消費結(jié)構(gòu)中的比重將持續(xù)上升，預(yù)計在2025 年將提高至30%，超過煤炭成為最主要的終端用能品種[18,19]；2050 年將進一步提升至55%[10]?；诠I(yè)終端電氣化的發(fā)展需求和以新能源為主的電力供應(yīng)體系下的峰谷用電調(diào)節(jié)需求，電加熱鍋爐，特別是蓄熱式工業(yè)電鍋爐，在工業(yè)鍋爐中的占比將持續(xù)上升，鍋爐容量也將不斷增大。隨著電力系統(tǒng)逐步脫碳，電熱鍋爐的減碳作用將日益凸顯。

進一步提升工業(yè)鍋爐能效水平，實現(xiàn)碳排放過程控制。通過修訂工業(yè)鍋爐能效限定值及能效等級等強制性標準，提高鍋爐節(jié)能環(huán)保準入門檻；發(fā)布高效鍋爐推廣目錄，推廣高效鍋爐產(chǎn)品。推進老舊低效鍋爐淘汰改造工作，并防止已淘汰鍋爐重新進入市場。若通過節(jié)能增效，進一步提高工業(yè)鍋爐平均運行效率約5 個百分點，每年最多可減少CO2排放約8×107t。

3.鍋爐制造綠色發(fā)展

鍋爐生產(chǎn)制造過程要實施綠色制造轉(zhuǎn)型。鍋爐制造企業(yè)在保證產(chǎn)品功能、質(zhì)量和成本的前提下，要綜合考慮制造系統(tǒng)的環(huán)境影響和資源效率，使產(chǎn)品從設(shè)計、制造、使用到報廢的整個生命周期實現(xiàn)環(huán)境污染最小化，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，提高資源利用率，降低能源消耗、碳及污染物排放。鍋爐的綠色制造包括綠色設(shè)計、清潔生產(chǎn)、綠色物流、綠色運維和再利用5個部分。

加強與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合。在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級及智能制造快速發(fā)展的背景下，鍋爐制造企業(yè)應(yīng)加快實施“互聯(lián)網(wǎng)+”制造業(yè)示范項目，開展生產(chǎn)線自動化、智能化改造，提高自動化水平。

積極開展綠色工廠、綠色產(chǎn)品評價。鍋爐制造企業(yè)應(yīng)及時通過第三方評價查找不足并進行提高，實現(xiàn)企業(yè)自身節(jié)能減排和綠色低碳轉(zhuǎn)型；建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，跟蹤產(chǎn)品，定期開展問題診斷，提出有針對性的節(jié)能降碳、污染物減排建議。

4.提升鍋爐使用管理水平

鍋爐使用過程中影響能效水平的因素主要包括運行負荷、燃料特性、運行管理水平等。一是提高電網(wǎng)調(diào)度及工業(yè)熱用戶需求匹配的靈活性和智能化水平，充分發(fā)揮大容量高參數(shù)鍋爐的清潔高效優(yōu)勢和負荷側(cè)調(diào)節(jié)能力，盡可能使鍋爐在能效水平較高的負荷下運行。二是保障燃煤鍋爐的燃料供應(yīng)。確保電站鍋爐燃用設(shè)計煤種，工業(yè)鍋爐盡可能燃用設(shè)計煤種，最大限度避免因燃料品質(zhì)波動導(dǎo)致的鍋爐能效下降。三是鼓勵使用單位采用專業(yè)化運營模式，科學(xué)制定優(yōu)化運行方案，實現(xiàn)鍋爐全工況運行優(yōu)化。四是提高鍋爐能效排放在線檢測監(jiān)測與診斷水平，通過智能運維和遠程診斷等技術(shù)，實現(xiàn)鍋爐數(shù)字化智能運行。

對于自備電站鍋爐，需加強監(jiān)管，確保自備電廠嚴格執(zhí)行公用燃煤電廠的最新大氣污染物排放標準和總量控制要求。對于工業(yè)鍋爐，需提高法規(guī)標準要求，輔助稅收優(yōu)惠政策，動態(tài)調(diào)整行業(yè)的對標指標體系，開展鍋爐系統(tǒng)能效“領(lǐng)跑者”行動，鼓勵和引導(dǎo)在用鍋爐進行能效對標，支持效率低、排放高的鍋爐按計劃實施節(jié)能減污和降碳改造。

四、保障措施

（一）加強科技創(chuàng)新

構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新體系。圍繞共性關(guān)鍵技術(shù)和“卡脖子”難題，加快鍋爐節(jié)能、減污、降碳關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)和集成創(chuàng)新，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鍋爐節(jié)能減排先進技術(shù)和成套裝備。

一是加快超高參數(shù)超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的研究。該技術(shù)是實現(xiàn)煤電機組節(jié)能減排的重要技術(shù)，其關(guān)鍵制約因素在于熱部件材料。650 ℃發(fā)電機組可實現(xiàn)的凈效率不低于47%，但所需耐熱材料尚未完全成熟，仍需突破高溫部件應(yīng)用的同種/異種焊接、冷熱加工和熱處理等關(guān)鍵技術(shù)；700 ℃超超臨界發(fā)電技術(shù)的效率可達50%以上[20]，被認為是面向2035年最主要的潔凈煤前沿技術(shù)之一[21]，其高溫合金材料及關(guān)鍵高溫部件的制造、加工、焊接、檢驗等還需進一步研究。

二是進一步突破CFB發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)能夠解決高硫無煙煤、高水分褐煤、低熱值煤的清潔高效利用和低負荷穩(wěn)燃問題[22]，將在消納劣質(zhì)燃料、調(diào)峰、生物質(zhì)利用方面發(fā)揮重要作用?！笆奈濉逼陂g，應(yīng)進一步開展CFB鍋爐爐內(nèi)石灰石深度脫硫及NOx超低排放機理、大型CFB鍋爐物料流態(tài)等優(yōu)化設(shè)計研究，突破高效、低成本的超低排放CFB鍋爐發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)[23]。

三是研發(fā)超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)。超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電可以利用煤炭、天然氣、核能、太陽能、生物質(zhì)和余熱等多種能源形式作為熱源，在600 ℃等級，超臨界二氧化碳循環(huán)燃煤發(fā)電機組供電效率可比傳統(tǒng)水循環(huán)發(fā)電機組提高3～5個百分點[11]。未來，還需進一步加強超臨界二氧化碳鍋爐關(guān)鍵技術(shù)、機組系統(tǒng)集成優(yōu)化等的研究和工程應(yīng)用。

四是促進CCUS技術(shù)的研發(fā)、推廣與應(yīng)用。對于煤基工業(yè)和燃煤發(fā)電行業(yè)，其脫碳過程需要CCUS技術(shù)的配合。目前，CO2捕集技術(shù)普遍存在總體規(guī)模偏小、捕集能耗和成本較高等問題[24,25]。為此，今后要加強CO2高效低能耗捕集、規(guī)?；斔团c封存、封存監(jiān)測與泄漏預(yù)警、增壓富氧燃燒、CO2采油/氣/水/熱等前沿技術(shù)研發(fā)。預(yù)計2030年煤電CCUS技術(shù)的碳捕集規(guī)?？蛇_3.7×107t/a[2]。

五是加強氫、氨等富氫燃料與含碳燃料摻燒關(guān)鍵技術(shù)研究。目前關(guān)于摻氫天然氣燃燒特性的影響研究主要集中于內(nèi)燃機、燃氣灶具和燃氣輪機[26～29]，摻氫天然氣燃燒在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域的應(yīng)用研究相對比較薄弱，亟需開展不同摻混比例燃氣的高效清潔燃燒技術(shù)及設(shè)備兼容性研究，為大規(guī)模天然氣管道摻氫應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。氨、天然氣摻混燃燒及氫/氨、煤氣固兩相摻混燃燒關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及工程應(yīng)用也是科技創(chuàng)新方向之一。

六是加強大容量電熱轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。目前，電熱鍋爐以小容量電阻鍋爐為主，采用380 V低壓供電，單臺容量一般不超過2.8 MW；而電極鍋爐不受電熱元件結(jié)構(gòu)布置及發(fā)熱密度的限制，更適合于大型化，通常采用6 kV以上高壓供電。但針對大容量電熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)尚不充分，仍缺乏相關(guān)規(guī)范、標準，在實際應(yīng)用中還存在一定安全隱患[30]。因此，還需加強大容量高壓電極鍋爐電熱轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)、電氣安全要求、高效低成本蓄熱技術(shù)等方面的研究。

（二）健全公共服務(wù)體系

一是整合多方資源，構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研用”交流平臺。為有效支撐鍋爐行業(yè)的綠色低碳發(fā)展，需匯聚技術(shù)、人才、信息、政策、資金等多方面要素，整合政府、企業(yè)、專業(yè)服務(wù)機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會、科研院所等各方資源，構(gòu)建面向產(chǎn)業(yè)、企業(yè)的公共服務(wù)體系。建議組建鍋爐綠色低碳相關(guān)領(lǐng)域的“產(chǎn)學(xué)研用”交流合作和技術(shù)推廣平臺，發(fā)揮溝通協(xié)調(diào)和行業(yè)引領(lǐng)作用，助力鍋爐裝備的綠色低碳發(fā)展。

二是切實做好鍋爐安全、節(jié)能、環(huán)保“三位一體”監(jiān)督保障工作。針對電站鍋爐節(jié)能增效改造，開展監(jiān)督檢驗和改造前后的能效排放測試；積極響應(yīng)電力深度調(diào)峰需求，開展安全風(fēng)險評估及防控；做好應(yīng)急備用鍋爐評審與檢驗，確?？砂l(fā)揮應(yīng)急備用電源作用；加強自備煤電機組鍋爐節(jié)能環(huán)保監(jiān)管，推進能效排放測試。針對工業(yè)鍋爐，做好鍋爐設(shè)計文件節(jié)能審查、鍋爐定型產(chǎn)品能效測試和在用鍋爐能效定期測試工作，支撐鍋爐設(shè)計、生產(chǎn)和使用全過程節(jié)能監(jiān)管。

三是強化鍋爐全生命周期管理與服務(wù)。鍋爐制造企業(yè)逐步向“設(shè)計+制造+安裝+維護”的一體化服務(wù)發(fā)展，提升供給體系對需求的適配性，搭建運營與管控數(shù)字化平臺，實現(xiàn)鍋爐全生命周期管理，為終端用戶提供增值服務(wù)。具備條件的第三方機構(gòu)也可為鍋爐使用單位提供全過程咨詢、維保、改造、專業(yè)化運營等服務(wù)。

四是提升鍋爐碳排放相關(guān)檢測與評價能力。研發(fā)鍋爐溫室氣體排放檢測、全生命周期碳足跡量化與評價技術(shù)，探索研究鍋爐節(jié)能減污降碳協(xié)同檢測與評價體系，搭建鍋爐綠色低碳公共服務(wù)平臺，為鍋爐生產(chǎn)和使用單位提供碳排放檢測以及碳足跡核算等服務(wù)。

（三）完善相關(guān)法規(guī)與標準體系

按照我國特種設(shè)備法規(guī)標準體系“法律-行政法規(guī)-部門規(guī)章-安全技術(shù)規(guī)范-引用標準”的結(jié)構(gòu)層次，完善鍋爐相關(guān)法規(guī)標準體系。適時修訂《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》《中華人民共和國節(jié)約能源法》《中華人民共和國大氣污染防治法》《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》《高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》等，構(gòu)建有利于鍋爐綠色低碳發(fā)展的法律法規(guī)體系；適時在《鍋爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)的技術(shù)規(guī)范中，增加綠色制造、鍋爐全生命周期碳排放評價等內(nèi)容；加快制定鍋爐碳排放量化與評價方法等標準，修訂鍋爐熱效率指標、鍋爐系統(tǒng)能效指標、鍋爐能效測試方法，進一步完善智能制造、綠色制造等標準體系，探索建立鍋爐智能化運行及監(jiān)管信息化標準體系，加快質(zhì)量安全標準與國際標準接軌。

鼓勵鍋爐生產(chǎn)企業(yè)和使用單位主導(dǎo)或參與制定/修訂相關(guān)國家、地方、行業(yè)技術(shù)標準，結(jié)合實際情況，制定企業(yè)標準和團體標準，將擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)納入企業(yè)標準或團體標準，促進技術(shù)創(chuàng)新、標準研制和產(chǎn)業(yè)化協(xié)調(diào)發(fā)展。