燃煤機(jī)組如何摻燒生物質(zhì)？

　　在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，煤電在電力供應(yīng)中仍扮演著關(guān)鍵角色。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023年煤電以不足40%的裝機(jī)占比承擔(dān)了全國(guó)70%的頂峰保供任務(wù)。然而煤電的高碳排放問(wèn)題不容忽視。2023年能源領(lǐng)域碳排放占全國(guó)碳排放總量的80%以上，其中電力碳排放在能源行業(yè)中的占比超50%，且絕大部分來(lái)源于煤電。

　　隨著全球應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題，我國(guó)積極響應(yīng)提出了“雙碳”目標(biāo)，對(duì)煤電低碳轉(zhuǎn)型提出了迫切要求，燃煤機(jī)組摻燒生物質(zhì)，成為了實(shí)現(xiàn)煤電減碳的重要途徑之一。

　　生物質(zhì)作為一種可再生能源，具有碳中性特點(diǎn)，其生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的二氧化碳量與燃燒時(shí)排放的二氧化碳量基本相當(dāng)，從而有效降低了燃煤機(jī)組碳排放。

　　生物質(zhì)資源豐富，包括農(nóng)林廢棄物、沙生和能源植物等，將這些廢棄物轉(zhuǎn)化為能源，不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，還能實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展。

燃煤摻燒技術(shù)路徑

　　燃煤摻燒技術(shù)路徑豐富多樣，每種技術(shù)都有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與適用場(chǎng)景，下面逐一解密3種主流路線(xiàn)：

一、直接耦合燃燒

　　將生物質(zhì)與煤在同一鍋爐中直接混合燃燒。因其所需額外設(shè)備少，被視為較為簡(jiǎn)單的技術(shù)路徑。根據(jù)生物質(zhì)與煤混合位置的不同，主要有以下幾種技術(shù)方案：

　　1、原磨煤機(jī)耦合方案：利用原有磨煤機(jī)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行研磨，隨后送入原煤燃燒器進(jìn)行耦合發(fā)電。此方案系統(tǒng)改造小、成本低，但摻燒比最高一般≈10%，而且由于煤和生物質(zhì)特性差異，會(huì)降低原有制粉系統(tǒng)效率，燃燒條件變差影響發(fā)電效率和穩(wěn)定性。

　　2、生物質(zhì)與煤預(yù)混合耦合方案：把生物質(zhì)和煤按比例預(yù)先混合，再經(jīng)研磨后送入原煤燃燒器。同樣改造小、成本低，但燃燒條件差、火焰穩(wěn)定和傳熱特性不佳，還容易增加結(jié)渣、積灰和腐蝕，對(duì)鍋爐安全運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)較大挑戰(zhàn)。

　　3、送煤管道耦合方案：為生物質(zhì)配置單獨(dú)處理系統(tǒng)，研磨后噴入煤粉管道，與煤粉進(jìn)入原煤燃燒器進(jìn)行耦合。摻燒比可提升至20%左右，但由于增設(shè)了處理系統(tǒng)成本較高，運(yùn)行中可能出現(xiàn)管道堵塞等問(wèn)題，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

　　4、原煤燃燒器耦合方案：將研磨后的生物質(zhì)直接噴入燃燒器進(jìn)行耦合，和送粉道方案類(lèi)似，摻燒比提高同時(shí)成本也上升，同樣面臨管道堵塞問(wèn)題。

二、間接耦合燃燒

　　先將生物質(zhì)進(jìn)行氣化或熱解，產(chǎn)生可燃?xì)怏w送至專(zhuān)用燃燒器，能最大程度降低直燃耦合中污漬、腐蝕問(wèn)題。以氣化或熱解爐為核心設(shè)備，搭配獨(dú)立氣化熱解和燃燒器，有著不錯(cuò)的燃料適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)和煤的灰渣分離，但系統(tǒng)復(fù)雜、投資高，過(guò)高摻燒比會(huì)使鍋爐鉀含量升高，影響催化劑活性，故耦合比例控制在10%以?xún)?nèi)。

三、并聯(lián)耦合燃燒

　　在現(xiàn)有燃煤鍋爐附近建設(shè)獨(dú)立生物質(zhì)燃燒鍋爐，二者產(chǎn)生的蒸汽一同進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電，處理機(jī)制優(yōu)勢(shì)顯著，能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)100%耦合，可適應(yīng)多種生物質(zhì)燃料，且不影響原有燃煤鍋爐正常運(yùn)行。但投資成本高，需增設(shè)完整的生物質(zhì)鍋爐和管道系統(tǒng)，另外耦合的生物質(zhì)熱力系統(tǒng)參數(shù)低，發(fā)電效率低于間接耦合發(fā)電，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

生物質(zhì)摻燒的挑戰(zhàn)

　　1、生物質(zhì)燃料的物理化學(xué)性質(zhì)與燃煤差異顯著，生物質(zhì)揮發(fā)分、固定碳比例更高，堿金屬含量顯著高于煤，普遍具有高水分、高氯含量;熱解溫度和著火溫度更低，火焰更接近燃燒器，單位質(zhì)量熱值低;顆粒粒徑普遍大于煤顆粒，易出現(xiàn)碳?xì)埩科邌?wèn)題;其灰分中的堿和堿土金屬，也更易造成爐內(nèi)腐蝕、沾污和結(jié)渣，嚴(yán)重影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。

　　2、摻燒技術(shù)成熟度有待提高。以生物質(zhì)氣化為例，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)尚不成熟，氣化效率、氣體凈化、設(shè)備可靠性等方面，仍存在諸多問(wèn)題，限制了間接耦合燃燒技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用。不同摻燒技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，也面臨著各自難題。如直接耦合燃燒中的穩(wěn)定性問(wèn)題，并聯(lián)耦合燃燒投資成本高、發(fā)電效率低，都需要進(jìn)一步解決。

　　3、生物質(zhì)具有明顯季節(jié)性、來(lái)源分散，燃料供應(yīng)不穩(wěn)定，存儲(chǔ)占用空間大、運(yùn)輸成本高。總之，收儲(chǔ)運(yùn)各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，很難完成大規(guī)模替代燃煤。

　　4、行業(yè)監(jiān)管難度大，也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。如何精準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)測(cè)計(jì)量?由誰(shuí)負(fù)責(zé)計(jì)量?摻燒比例、原料成分質(zhì)量等細(xì)節(jié)問(wèn)題，都有待在實(shí)踐中進(jìn)一步摸索。

　　來(lái)源：公眾號(hào)生物質(zhì)能觀察