燃煤機組如何摻燒生物質？

　　在我國能源結構中，煤電在電力供應中仍扮演著關鍵角色。據相關數據顯示，2023年煤電以不足40%的裝機占比承擔了全國70%的頂峰保供任務。然而煤電的高碳排放問題不容忽視。2023年能源領域碳排放占全國碳排放總量的80%以上，其中電力碳排放在能源行業中的占比超50%，且絕大部分來源于煤電。

　　隨著全球應對氣候變化問題，我國積極響應提出了“雙碳”目標，對煤電低碳轉型提出了迫切要求，燃煤機組摻燒生物質，成為了實現煤電減碳的重要途徑之一。

　　生物質作為一種可再生能源，具有碳中性特點，其生長過程中吸收的二氧化碳量與燃燒時排放的二氧化碳量基本相當，從而有效降低了燃煤機組碳排放。

　　生物質資源豐富，包括農林廢棄物、沙生和能源植物等，將這些廢棄物轉化為能源，不僅可以減少對環境的污染，還能實現資源的循環利用，促進能源可持續發展。

燃煤摻燒技術路徑

　　燃煤摻燒技術路徑豐富多樣，每種技術都有其獨特優勢與適用場景，下面逐一解密3種主流路線：

一、直接耦合燃燒

　　將生物質與煤在同一鍋爐中直接混合燃燒。因其所需額外設備少，被視為較為簡單的技術路徑。根據生物質與煤混合位置的不同，主要有以下幾種技術方案：

　　1、原磨煤機耦合方案：利用原有磨煤機對生物質進行研磨，隨后送入原煤燃燒器進行耦合發電。此方案系統改造小、成本低，但摻燒比最高一般≈10%，而且由于煤和生物質特性差異，會降低原有制粉系統效率，燃燒條件變差影響發電效率和穩定性。

　　2、生物質與煤預混合耦合方案：把生物質和煤按比例預先混合，再經研磨后送入原煤燃燒器。同樣改造小、成本低，但燃燒條件差、火焰穩定和傳熱特性不佳，還容易增加結渣、積灰和腐蝕，對鍋爐安全運行和維護帶來較大挑戰。

　　3、送煤管道耦合方案：為生物質配置單獨處理系統，研磨后噴入煤粉管道，與煤粉進入原煤燃燒器進行耦合。摻燒比可提升至20%左右，但由于增設了處理系統成本較高，運行中可能出現管道堵塞等問題，影響系統正常運行。

　　4、原煤燃燒器耦合方案：將研磨后的生物質直接噴入燃燒器進行耦合，和送粉道方案類似，摻燒比提高同時成本也上升，同樣面臨管道堵塞問題。

二、間接耦合燃燒

　　先將生物質進行氣化或熱解，產生可燃氣體送至專用燃燒器，能最大程度降低直燃耦合中污漬、腐蝕問題。以氣化或熱解爐為核心設備，搭配獨立氣化熱解和燃燒器，有著不錯的燃料適應性，實現了生物質和煤的灰渣分離，但系統復雜、投資高，過高摻燒比會使鍋爐鉀含量升高，影響催化劑活性，故耦合比例控制在10%以內。

三、并聯耦合燃燒

　　在現有燃煤鍋爐附近建設獨立生物質燃燒鍋爐，二者產生的蒸汽一同進入汽輪機發電，處理機制優勢顯著，能實現生物質100%耦合，可適應多種生物質燃料，且不影響原有燃煤鍋爐正常運行。但投資成本高，需增設完整的生物質鍋爐和管道系統，另外耦合的生物質熱力系統參數低，發電效率低于間接耦合發電，限制了其大規模應用。

生物質摻燒的挑戰

　　1、生物質燃料的物理化學性質與燃煤差異顯著，生物質揮發分、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，單位質量熱值低;顆粒粒徑普遍大于煤顆粒，易出現碳殘量偏高問題;其灰分中的堿和堿土金屬，也更易造成爐內腐蝕、沾污和結渣，嚴重影響鍋爐安全穩定運行和使用壽命。

　　2、摻燒技術成熟度有待提高。以生物質氣化為例，國內現有技術尚不成熟，氣化效率、氣體凈化、設備可靠性等方面，仍存在諸多問題，限制了間接耦合燃燒技術大規模應用。不同摻燒技術在實際應用中，也面臨著各自難題。如直接耦合燃燒中的穩定性問題，并聯耦合燃燒投資成本高、發電效率低，都需要進一步解決。

　　3、生物質具有明顯季節性、來源分散，燃料供應不穩定，存儲占用空間大、運輸成本高。總之，收儲運各個環節產業鏈不成熟，很難完成大規模替代燃煤。

　　4、行業監管難度大，也是一個不容忽視的問題。如何精準實施監測計量?由誰負責計量?摻燒比例、原料成分質量等細節問題，都有待在實踐中進一步摸索。

　　來源：公眾號生物質能觀察