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總排放量約40%，在“雙碳”目標下，加快存量煤電低碳化改造迫在眉睫。今年7月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電低碳化改造建設(shè)行動方案（2024~2027年）》（發(fā)改環(huán)資〔2024〕894號，簡稱《行動方案》）?！缎袆臃桨浮分贫朔蛛A段進行煤電低碳化改造建設(shè)的時間節(jié)點和工作主要目標，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，并對項目布局、機組條件、降碳效果做出具體要求；國家將做好資金支持、強化政策保障、優(yōu)化運行調(diào)度、加強技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，同時將規(guī)范組織項目的申報、實施、檢查評估和宣傳推廣等工作。

（來源：微信公眾號“ 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，近二十年來已被廣泛應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)，生物質(zhì)用來發(fā)電替代部分燃煤，其碳排放強度低，僅為燃煤的1.8%左右，是“雙碳”目標下有效降低煤電機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)保可再生能源，據(jù)統(tǒng)計，我國每年約可產(chǎn)生9億余噸標煤量的農(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的資源測算量），應(yīng)用發(fā)展市場潛力巨大。

與化石燃料相比，生物質(zhì)具有以下特點：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，同時在燃燒時造成大量的熱能損失，并且可能引起燃料儲存問題；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，收集運輸和預處理過程費用高，目前與化石燃料相比，在經(jīng)濟效益上沒有優(yōu)勢；第七，生物質(zhì)具有可再生性，原料具有多樣性和廣泛性，資源開發(fā)潛力大。

農(nóng)林生物質(zhì)中常見的秸稈除了傳統(tǒng)戶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)、社會和經(jīng)濟效益。但在煤電摻燒中，由于秸稈中堿金屬和氯的含量相對較高，秸稈煙氣在高溫時具有較高的腐蝕性，且飛灰的熔點較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問題；另外，為維持鍋爐輸出蒸汽參數(shù)，不影響機組帶負荷最大出力，一般限制秸稈在鍋爐總輸入熱量中所占有的比例不超過20%。

目前，常見的生物質(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)用于煤電機組發(fā)電，常見的技術(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)方式的比對見表。

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)與煤預混合耦合、原磨煤機耦合、送粉管道耦合、原燃燒裝置耦合、獨立生物質(zhì)燃燒裝置耦合等方法。直燃耦合技術(shù)工藝簡單，對原有設(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度需求以及對鍋爐結(jié)焦、腐蝕等特性的影響，換熱系統(tǒng)不進行改造的前提下，摻燒比例一般不宜超過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)在專用設(shè)備中進行氣化或熱解產(chǎn)生可燃氣體后，將可燃氣體送至燃煤鍋爐專用燃燒器中進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)化為可燃氣體，處理后輸入專用燃燒器在鍋爐中燃燒。間接耦合技術(shù)通過將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為清潔的可燃氣體再燃燒，可有效減輕對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)燃料種類適應(yīng)性強。但因需要建設(shè)獨立的熱解或氣化設(shè)備系統(tǒng)，使得投資較高，且因原燃煤鍋爐換熱系統(tǒng)等沒有進行改造，使得耦合摻燒比例也不能過高，一般控制在10%以內(nèi)，采取一些技術(shù)措施后可以適當增大摻燒比例。

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做功的生物質(zhì)利用技術(shù)路線。優(yōu)勢是生物質(zhì)利用量與燃煤量占比不受燃煤鍋爐限制，獨立的生物質(zhì)燃燒鍋爐類型各式各樣，且適用于各類型生物質(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，隨著國家能源局等部門積極推進燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點項目建設(shè)工作，我國燃煤摻燒生物質(zhì)技術(shù)已較為成熟，燃煤摻燒生物質(zhì)技術(shù)標準也更加完善。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，提高煤電機組低碳化改造成效，降低單位摻燒量造價成本。

前述《行動方案》的出臺，在配套激勵政策完善、生物質(zhì)摻燒量及身份認證滿足社會現(xiàn)狀的情況下，將對建設(shè)成本低、技術(shù)成熟可靠可行的生物質(zhì)摻燒發(fā)電市場起到促進作用，對生物質(zhì)資源開發(fā)、建設(shè)也將起到正向連鎖效應(yīng)。筆者相信，未來，生物質(zhì)燃料在煤電機組的應(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，且對電網(wǎng)沒有明顯的不穩(wěn)定影響，與風光電技術(shù)相比具有不可替代的優(yōu)勢。但因為各種客觀因素的綜合影響，例如生物質(zhì)發(fā)電成本高、電價補貼政策不到位、市場化競爭發(fā)展導向、上網(wǎng)電價難以實際支撐生物質(zhì)能發(fā)電的正常運營等，導致相關(guān)項目運營方難以實現(xiàn)可持續(xù)運營，近年來生物質(zhì)發(fā)電項目建設(shè)投產(chǎn)明顯減緩。

對煤電企業(yè)來說，生物質(zhì)燃料價格是制約項目方可持續(xù)運營的主要要素之一，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，選取或建設(shè)有優(yōu)勢的生物質(zhì)資源產(chǎn)業(yè)鏈，從而降低生物質(zhì)燃料價格、降低單位投資建設(shè)和運營成本，提高生物質(zhì)摻燒項目的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。