觀瀾 | 煤電摻燒“吃雜糧”有哪些難題挑戰(zhàn)？

2023年，煤電碳排放量仍占我國(guó)總排放量約40%，在“雙碳”目標(biāo)下，加快存量煤電低碳化改造迫在眉睫。今年7月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電低碳化改造建設(shè)行動(dòng)方案（2024~2027年）》（發(fā)改環(huán)資〔2024〕894號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)《行動(dòng)方案》）?！缎袆?dòng)方案》制定了分階段進(jìn)行煤電低碳化改造建設(shè)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和工作主要目標(biāo)，提出了生物質(zhì)摻燒、綠氨摻燒、碳捕集利用與封存等三種改造和建設(shè)方式，并對(duì)項(xiàng)目布局、機(jī)組條件、降碳效果做出具體要求；國(guó)家將做好資金支持、強(qiáng)化政策保障、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度、加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，同時(shí)將規(guī)范組織項(xiàng)目的申報(bào)、實(shí)施、檢查評(píng)估和宣傳推廣等工作。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“ 電聯(lián)新媒”  作者：杜新法）

生物質(zhì)燃料在火電廠的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和前景

農(nóng)林生物質(zhì)以及日常生活垃圾都可作為生物質(zhì)資源，近二十年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)，生物質(zhì)用來(lái)發(fā)電替代部分燃煤，其碳排放強(qiáng)度低，僅為燃煤的1.8%左右，是“雙碳”目標(biāo)下有效降低煤電機(jī)組碳排放量的有效手段之一。農(nóng)林生物質(zhì)是一種綠色環(huán)?？稍偕茉?，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年約可產(chǎn)生9億余噸標(biāo)煤量的農(nóng)林生物質(zhì)資源（含邊際土地資源以及可利用種植能源灌木和草類(lèi)的資源測(cè)算量），應(yīng)用發(fā)展市場(chǎng)潛力巨大。

與化石燃料相比，生物質(zhì)具有以下特點(diǎn)：第一，生物質(zhì)是一種二氧化碳零排放的能源資源，可以在提供能源的同時(shí)而不增加二氧化碳的排放量；第二，生物質(zhì)的硫、氮、灰分含量少，在利用轉(zhuǎn)化過(guò)程中可以減少硫化物、氮化物和粉塵的排放；第三，生物質(zhì)的揮發(fā)份含量大，有利于生物質(zhì)的著火和燃燒；第四，生物質(zhì)的水分含量大，影響著火和燃燒的穩(wěn)定性，同時(shí)在燃燒時(shí)造成大量的熱能損失，并且可能引起燃料儲(chǔ)存問(wèn)題；第五，單位質(zhì)量生物質(zhì)的發(fā)熱量較化石燃料低，要求能量轉(zhuǎn)化設(shè)備有足夠的空間投入燃料；第六，生物質(zhì)分布分散，其能量密度低，收集運(yùn)輸和預(yù)處理過(guò)程費(fèi)用高，目前與化石燃料相比，在經(jīng)濟(jì)效益上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)；第七，生物質(zhì)具有可再生性，原料具有多樣性和廣泛性，資源開(kāi)發(fā)潛力大。

農(nóng)林生物質(zhì)中常見(jiàn)的秸稈除了傳統(tǒng)戶(hù)用直接燃燒炊事供暖外，還有秸稈捆燒、成型燃料、熱解炭氣聯(lián)產(chǎn)、沼氣/生物天然氣等能源利用方式，可有效替代和節(jié)約化石能源，溫室氣體排放僅為煤炭的十分之一至七分之一，顯著減少溫室氣體、二氧化硫和顆粒物排放，具有良好的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但在煤電摻燒中，由于秸稈中堿金屬和氯的含量相對(duì)較高，秸稈煙氣在高溫時(shí)具有較高的腐蝕性，且飛灰的熔點(diǎn)較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問(wèn)題；另外，為維持鍋爐輸出蒸汽參數(shù)，不影響機(jī)組帶負(fù)荷最大出力，一般限制秸稈在鍋爐總輸入熱量中所占有的比例不超過(guò)20%。

目前，常見(jiàn)的生物質(zhì)發(fā)電應(yīng)用工藝技術(shù)主要有農(nóng)林廢物燃燒和氣化發(fā)電、垃圾發(fā)電、沼氣發(fā)電以及生物質(zhì)制氫燃料電池發(fā)電等。生物質(zhì)用于煤電機(jī)組發(fā)電，常見(jiàn)的技術(shù)方式主要有直燃耦合、間接耦合和并聯(lián)耦合發(fā)電三種，三種技術(shù)方式的比對(duì)見(jiàn)表。

直燃耦合

直燃耦合是指將生物質(zhì)直接送入燃煤鍋爐燃燒的一種耦合技術(shù)路線，依據(jù)生物質(zhì)加工處理流程和燃燒混合位置的不同，主要有生物質(zhì)與煤預(yù)混合耦合、原磨煤機(jī)耦合、送粉管道耦合、原燃燒裝置耦合、獨(dú)立生物質(zhì)燃燒裝置耦合等方法。直燃耦合技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，對(duì)原有設(shè)備系統(tǒng)改造少，投資也較少。但考慮到燃燒后煙氣溫度強(qiáng)度需求以及對(duì)鍋爐結(jié)焦、腐蝕等特性的影響，換熱系統(tǒng)不進(jìn)行改造的前提下，摻燒比例一般不宜超過(guò)20%，以5%~20%為宜，直燃耦合技術(shù)主要以農(nóng)林生物質(zhì)為主。

間接耦合

間接耦合是指將生物質(zhì)在專(zhuān)用設(shè)備中進(jìn)行氣化或熱解產(chǎn)生可燃?xì)怏w后，將可燃?xì)怏w送至燃煤鍋爐專(zhuān)用燃燒器中進(jìn)行燃燒耦合的一種技術(shù)路線。該種技術(shù)需要利用生物質(zhì)氣化爐或熱解爐將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，處理后輸入專(zhuān)用燃燒器在鍋爐中燃燒。間接耦合技術(shù)通過(guò)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為清潔的可燃?xì)怏w再燃燒，可有效減輕對(duì)原燃煤鍋爐的不利影響，如腐蝕、灰渣特性變化等，且生物質(zhì)燃料種類(lèi)適應(yīng)性強(qiáng)。但因需要建設(shè)獨(dú)立的熱解或氣化設(shè)備系統(tǒng)，使得投資較高，且因原燃煤鍋爐換熱系統(tǒng)等沒(méi)有進(jìn)行改造，使得耦合摻燒比例也不能過(guò)高，一般控制在10%以?xún)?nèi)，采取一些技術(shù)措施后可以適當(dāng)增大摻燒比例。

并聯(lián)耦合

并聯(lián)耦合是指除了燃煤鍋爐外需要額外建設(shè)生物質(zhì)燃燒鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽直接或間接送至汽輪機(jī)做功的生物質(zhì)利用技術(shù)路線。優(yōu)勢(shì)是生物質(zhì)利用量與燃煤量占比不受燃煤鍋爐限制，獨(dú)立的生物質(zhì)燃燒鍋爐類(lèi)型各式各樣，且適用于各類(lèi)型生物質(zhì)資源，但建設(shè)成本比直燃耦合、間接耦合高。

煤電摻燒生物質(zhì)燃料面臨的困難和挑戰(zhàn)

近年來(lái)，隨著國(guó)家能源局等部門(mén)積極推進(jìn)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)工作，我國(guó)燃煤摻燒生物質(zhì)技術(shù)已較為成熟，燃煤摻燒生物質(zhì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也更加完善。相關(guān)煤電企業(yè)宜積極研究提高生物質(zhì)摻燒的穩(wěn)定性和摻燒比例，提高煤電機(jī)組低碳化改造成效，降低單位摻燒量造價(jià)成本。

前述《行動(dòng)方案》的出臺(tái)，在配套激勵(lì)政策完善、生物質(zhì)摻燒量及身份認(rèn)證滿足社會(huì)現(xiàn)狀的情況下，將對(duì)建設(shè)成本低、技術(shù)成熟可靠可行的生物質(zhì)摻燒發(fā)電市場(chǎng)起到促進(jìn)作用，對(duì)生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)、建設(shè)也將起到正向連鎖效應(yīng)。筆者相信，未來(lái)，生物質(zhì)燃料在煤電機(jī)組的應(yīng)用和探索將變得更加活躍。

生物質(zhì)作為一種綠色可再生能源，用來(lái)發(fā)電替代部分燃煤，具有顯著的環(huán)保減排和助民增收作用，且對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有明顯的不穩(wěn)定影響，與風(fēng)光電技術(shù)相比具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。但因?yàn)楦鞣N客觀因素的綜合影響，例如生物質(zhì)發(fā)電成本高、電價(jià)補(bǔ)貼政策不到位、市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展導(dǎo)向、上網(wǎng)電價(jià)難以實(shí)際支撐生物質(zhì)能發(fā)電的正常運(yùn)營(yíng)等，導(dǎo)致相關(guān)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)方難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營(yíng)，近年來(lái)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)投產(chǎn)明顯減緩。

對(duì)煤電企業(yè)來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)燃料價(jià)格是制約項(xiàng)目方可持續(xù)運(yùn)營(yíng)的主要要素之一，相關(guān)煤電企業(yè)應(yīng)充分調(diào)研和利用地區(qū)生物質(zhì)資源優(yōu)勢(shì)，選取或建設(shè)有優(yōu)勢(shì)的生物質(zhì)資源產(chǎn)業(yè)鏈，從而降低生物質(zhì)燃料價(jià)格、降低單位投資建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，提高生物質(zhì)摻燒項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。