煤在燃燒過程中，要排放大量的煙塵和顆粒物。煤主要成分是碳，燃燒過程要生成2.1倍重量的二氧化碳。煤一般含有0.1%~2.0%的硫，燃燒過程要生成二氧化硫氣體排放至大氣，所有上述煙氣生成物，都是產(chǎn)生霧霾的重要因素。因此，燃煤將嚴(yán)重污染大氣。天然氣由于是氣體，容易與空氣混合，通常燃燒效率比較高。天然氣主要成分是甲烷,碳的含量遠(yuǎn)比煤少，因此二氧化硫的生成量，只是燃煤的一半。因此，通常把天然氣稱作清潔燃料。但必須了解，天然氣的燃燒溫度常常在1300攝氏度以上，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物,這種氣體的排放，同樣是形成霧霾的重要因素，因此，無論燃?xì)膺€是燃煤，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒都是非常重要的研發(fā)課題。
上世紀(jì)初至50年代，英國倫敦、美國洛杉磯都相繼發(fā)生了嚴(yán)重的霧霾天氣。兩個(gè)城市都為此發(fā)生過數(shù)百人的死亡事故。但是，經(jīng)過幾十年的大氣治污，又重新?lián)Q回了藍(lán)天白云。他們治理霧霾的基本經(jīng)驗(yàn)：一是高污染的產(chǎn)業(yè)搬家（移向發(fā)展中國家）；二是實(shí)行煤改氣。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，也同樣出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣。擺在我國面前的是如何正確借鑒國外的可行經(jīng)驗(yàn)？高污染企業(yè)向國外搬家，顯然不現(xiàn)實(shí)。目前我國主要采取的是“煤改氣”。但這幾年的實(shí)踐證明，我國在煤改氣的政策中，實(shí)際上存在兩個(gè)誤區(qū)：一是缺乏數(shù)量上的整體規(guī)劃。我國是個(gè)多煤少氣的國家，不可能全國的供熱都搞煤改氣。就算從國外進(jìn)口天然氣，一年以4000億平方米計(jì)算，也只能滿足40個(gè)北京市（一年100億立方米用氣量）的用氣量。全國中小城鎮(zhèn)加起來，100個(gè)北京市都打不住。如果在全國范圍內(nèi)，盲目推廣煤改氣，一但發(fā)生“氣荒”，就會(huì)犯下災(zāi)難性的錯(cuò)誤。二是沒有重視天然氣的清潔燃燒。有些決策者，以為只要煤改氣，大氣治污的問題就會(huì)迎刃而解，因此在執(zhí)行中，放松了對(duì)燃?xì)獾呐欧艠?biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格控制（前些年，我國的排放標(biāo)準(zhǔn)始終≥100毫克3立方米）。結(jié)果，一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，在北京出現(xiàn)了：2008年，北京首鋼尚未完全搬家，北京熱電廠仍然全部燒煤，但大氣仍然達(dá)到了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，順利完成了奧運(yùn)會(huì)的舉辦。但幾年以后的今天，首鋼完成了徹底搬遷，北京幾乎所有的供熱熱源全部實(shí)現(xiàn)了“煤改氣”，卻出現(xiàn)了史無前例的嚴(yán)重霧霾。這種沉痛的教訓(xùn)，再次告訴我們，即使燒天然氣，也必須立足于清潔燃燒。
在國外，利用降氮燃燒技術(shù)，是使煤改氣政策獲得成功的關(guān)鍵技術(shù)，我國在推廣煤改氣的過程中，必須認(rèn)真學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。研究表明，天然氣在預(yù)燃階段以及火焰的前、中段燃燒溫度一般在800攝氏度以下，氮氧化物生成量很少，只是在火焰的尾端，燃燒溫度在1300攝氏度以上，此時(shí)燃燒溫度愈高，氮氧化物的生成量呈指數(shù)形式直線上升。中國供熱信息網(wǎng)了解到因此降低火焰尾部的燃燒溫度是降氮技術(shù)的關(guān)鍵。目前比較成熟的技術(shù)是分段燃燒或煙氣回抽。分段燃燒，是在火焰的前、中、尾端分別送入空氣過量系數(shù)為0.7、0.9和1.2,通過控制空氣量達(dá)到降低燃燒溫度進(jìn)而減少氮氧化物生成量的目的。煙氣回抽是將降溫后的部分煙氣抽送入火焰尾部，其目的仍然是降低燃?xì)馊紵郎囟?，進(jìn)而降低氮氧化物的生成量。為了提高降氮效果，常將兩種技術(shù)措施聯(lián)合使用。天然氣燃燒時(shí)，會(huì)有大量的水蒸汽產(chǎn)生（天然氣中的氫與氧化合生成）。一種新的建議，利用尾部蒸汽冷凝水，回抽送入火焰尾部，同樣可以達(dá)到降氮的目的。由于水的汽化潛熱比較大，降低燃燒溫度的效果會(huì)更顯著。有的單位在工程上采用了上述技術(shù)，氮氧化物的排放量達(dá)到了44毫克3立方米，可見，有很好的發(fā)展前景。
我國是產(chǎn)煤大國，20年~30年內(nèi)，要改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，是比較困難的。在供熱行業(yè)，希望100%的實(shí)現(xiàn)煤改氣也是難以想象的。因此，我國環(huán)境的改善在加大天然氣清潔燃燒的同時(shí)，還必須下決心進(jìn)行煤的清潔燃燒技術(shù)的研發(fā)。過去我們對(duì)于煤的清潔燃燒，重點(diǎn)放在煙塵和二氧化硫的排放的限制上?，F(xiàn)在看來是不夠的，燒煤也必須控制氮氧化物的排放（即脫硝）。對(duì)于脫硝技術(shù)，目前主要是在爐內(nèi)噴入氨和尿素，通過催化或非催化還原反應(yīng)，使氮氧化物還原為氮和水。對(duì)于煤的脫硫，目前已有多種方法，但還不盡如人意，必須繼續(xù)加大研發(fā)力度。爐內(nèi)脫硫，多用于循環(huán)流化床鍋爐。實(shí)踐表明：在實(shí)驗(yàn)研究階段效果較好，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，效果并不理想。主要原因是，在燃燒現(xiàn)場，煤粉與石灰粉難以混合均勻，進(jìn)而影響了脫硫效果。在供熱行業(yè)，已經(jīng)研制成功了煤粉鍋爐，燃燒效率可達(dá)92%，很有發(fā)展前途。如果在制粉工藝過程，加入石灰粉，就可在制粉的同時(shí)完成脫硫任務(wù)。由于在制粉過程中，煤粉與石灰粉能得到充分混合，其脫硫效率一定會(huì)明顯提高。目前，通行的脫硫方法是濕式脫硫法，為了提高脫硫效果，常常加大石灰水的循環(huán)量和噴淋強(qiáng)度，其結(jié)果是在煙氣的排放中增加了硫酸鈣的粉塵含量，使脫硫設(shè)備變成了新的霧霾發(fā)生器。所有這些問題，促使我們在煤、天然氣的清潔燃燒研發(fā)中，必須在技術(shù)上要有新思路、新創(chuàng)新。
當(dāng)前人們比較關(guān)注利用熱泵進(jìn)行煙氣的余熱回收，并且取得了不錯(cuò)的效果。如果我們大膽設(shè)想，利用化工行業(yè)的液態(tài)二氧化碳的低溫分離技術(shù)以及塔板設(shè)備，就可同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝以及余熱回收等多種功能，使鍋爐煙氣變成常溫空氣。這種清潔排放的新常態(tài)不是沒有可能。國家能源局印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用的意見》，這將預(yù)示著化石燃料的清潔燃燒，已成為國家的重大戰(zhàn)略舉措，從而增強(qiáng)了我們在這方面進(jìn)行研發(fā)的信心與決心。
必須承認(rèn)，所謂新型清潔能源，應(yīng)該是在其放能的全過程，實(shí)現(xiàn)污染物的零排放。因此，煤、天然氣只要真正實(shí)現(xiàn)了清潔燃燒，它們同樣可以躋身于清潔能源的行列。
