前言

　　在全球能源結構加速轉型以及環(huán)保要求日益嚴苛的大背景下，實現(xiàn)燃煤機組的低碳化發(fā)展已成為能源領域的關鍵任務。隨著 “雙碳” 目標的提出，即力爭于 2030 年前達到碳排放峰值，努力爭取 2060 年前實現(xiàn)碳中和，傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電方式面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與變革機遇。在此形勢下，燃煤耦合摻燒生物質技術作為一種創(chuàng)新模式脫穎而出，為燃煤機組的低碳化改造提供了一條極具潛力的途徑。

　　國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《煤電低碳化改造建設行動方案(2024—2027 年)》，明確將生物質摻燒列為煤電低碳化改造建設的首要方式，并規(guī)定了具體目標和要求，如到 2025 年，首批煤電低碳化改造建設項目全部開工后，相關項目度電碳排放水平較 2023 年同類煤電機組平均碳排放水平降低 20% 左右;到 2027 年，相關項目度電碳排放較 2023 年同類煤電機組平均碳排放水平降低 50% 左右、接近天然氣發(fā)電機組碳排放水平。這一政策的出臺，為燃煤耦合摻燒生物質技術的應用與推廣提供了清晰的導向和有力的保障。

　　我國生物質資源年產量豐富，其中農林生物質資源折合 4.6 億噸標準煤，應用發(fā)展市場潛力巨大。然而，目前國內能夠實現(xiàn)生物質摻燒的燃煤機組數量有限，且在技術應用過程中，企業(yè)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如生物質氣化技術的轉化效率、成本控制、催化劑壽命等方面的不足，以及不同的生物質摻燒方式和燃料類型對鍋爐的燃燒效率、穩(wěn)定性和安全性的影響等。

　　為了更好地應對這些挑戰(zhàn)，實現(xiàn)燃煤機組摻燒生物質低碳化技術路徑的高效應用，推動能源的可持續(xù)發(fā)展，本文將對相關技術路徑及發(fā)展策略進行深入探討，并提出針對性的措施與建議。

　　技術路徑

　　?直接耦合燃燒：

　　原磨煤機耦合方案：利用鍋爐原有的磨煤機對生物質進行研磨，然后將研磨后的生物質送入原煤燃燒器進行耦合發(fā)電。優(yōu)點是對原系統(tǒng)改造較小，改造成本相對較低;缺點是摻燒比最高只能達到 10% 左右，并且會降低原有制粉系統(tǒng)的效率，導致燃燒條件變差，影響發(fā)電效率和穩(wěn)定性。

　　生物質與煤預混合耦合方案：將生物質和煤按照一定比例預先混合，再經原輸煤管道和磨煤機研磨后送入原煤燃燒器。該方案同樣對原系統(tǒng)改造較小，成本較低，但存在燃燒條件差、火焰穩(wěn)定性和傳熱特性不佳的問題，同時還容易增加結渣、積灰和腐蝕的風險，對鍋爐的安全運行和維護帶來較大挑戰(zhàn)。

　　送粉管道耦合方案：為生物質配置單獨的處理系統(tǒng)，將生物質研磨后噴入煤粉管道，與煤粉共同進入原煤燃燒器進行耦合。此方案雖然能夠將摻燒比提升至 20% 左右，但增設了生物質處理系統(tǒng)，投資成本較高，并且可能會出現(xiàn)生物質堵塞煤粉輸送管道的問題，影響系統(tǒng)的正常運行。

　　原煤燃燒器耦合方案：將研磨后的生物質直接噴入原煤燃燒器進行耦合，與送粉管道耦合方案類似，增設了生物質處理系統(tǒng)，投資較高，且存在生物質堵塞煤粉輸送管道的風險，但摻燒比也能提升至 20% 左右，在一定程度上提高了生物質的利用效率。

　　獨立生物質燃燒器耦合方案：為生物質配備獨立的燃燒器，經過預處理后的生物質從生物質燃燒器進入鍋爐爐膛進行耦合發(fā)電。該方案的燃料適應性好，摻燒比例高，能夠更好地發(fā)揮生物質的燃燒特性，但改造成本最高，對企業(yè)的資金實力和技術水平要求較高。

　　間接耦合燃燒：先將生物質在專用設備中進行氣化或熱解，產生可燃氣體，然后將可燃氣體送至燃煤鍋爐的專用燃燒器中進行燃燒。這種方法能夠最大程度地降低直燃耦合中污漬、腐蝕等問題的影響，提高鍋爐的運行安全性和穩(wěn)定性。但該系統(tǒng)較為復雜，投資成本高，并且過高的摻燒比會使鍋爐鉀含量升高，影響催化劑活性，因此一般建議將生物質耦合比例控制在 10% 以內。

　　并聯(lián)耦合燃燒：在現(xiàn)有燃煤鍋爐附近建設獨立的生物質燃燒鍋爐，二者產生的蒸汽一同進入汽輪機發(fā)電。該技術處理機制具有顯著優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)生物質 100% 耦合，可適應多種生物質燃料，且不會影響原有燃煤鍋爐的正常運行。然而，其缺點是投資成本高，需要增設完整的生物質鍋爐和管道系統(tǒng)，并且發(fā)電效率低于間接耦合發(fā)電，在一定程度上限制了其大規(guī)模應用。

　　發(fā)展策略 —— 高效應用措施

　　?技術創(chuàng)新方面：

　　研發(fā)高效預處理技術：開發(fā)針對不同種類生物質的定制化預處理技術，如采用物理、化學或生物方法對生物質進行預處理，以提高其能量密度、改善燃燒性能和降低水分含量等，使生物質更易于與煤炭混合燃燒并提高燃燒效率。例如，利用機械化學預處理方法，可使生物質的結晶度降低，反應活性提高，從而在燃燒過程中更充分地釋放能量。

　　優(yōu)化耦合燃燒技術：對現(xiàn)有的直接耦合、間接耦合和并聯(lián)耦合等燃燒技術進行深入研究和優(yōu)化。如在直接耦合燃燒中，改進生物質與煤的混合方式和燃燒器設計，提高燃燒效率和穩(wěn)定性;在間接耦合燃燒中，優(yōu)化生物質氣化或熱解的工藝參數和設備性能，降低系統(tǒng)復雜度和投資成本;在并聯(lián)耦合燃燒中，提高生物質燃燒鍋爐與燃煤鍋爐的協(xié)同運行效率，減少能量損失。

　　應用智能化控制系統(tǒng)：利用先進的傳感器技術和自動化控制算法，實現(xiàn)對燃煤和生物質燃料的精準配比、燃燒過程的實時監(jiān)測和自動調節(jié)。通過智能化控制系統(tǒng)，根據鍋爐的運行狀態(tài)和負荷需求，精確控制生物質的摻燒量和燃燒參數，確保鍋爐的安全、穩(wěn)定和高效運行，同時最大程度地發(fā)揮生物質的低碳化效益。

　　?原料供應方面：

　　建立穩(wěn)定供應體系：構建完善的生物質收集、運輸和儲存網絡，確保生物質原料的穩(wěn)定供應。與當地的農林廢棄物回收企業(yè)、農民合作社等建立長期合作關系，采用集中收集和分散收集相結合的方式，提高生物質的收集效率。同時，建設標準化的生物質儲存設施，解決生物質的季節(jié)性和區(qū)域性供應不平衡問題2。

　　拓展原料來源：除了傳統(tǒng)的農林廢棄物，積極探索和利用其他類型的生物質資源，如城市有機垃圾、工業(yè)有機廢棄物、藻類等。通過技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，將這些廢棄物轉化為適合燃煤機組摻燒的生物質燃料，不僅可以增加生物質的供應量，還能實現(xiàn)廢棄物的資源化利用，減少環(huán)境污染。

　　加強質量控制：建立嚴格的生物質原料質量標準和檢測方法，確保進入燃煤機組的生物質燃料符合燃燒要求。對生物質的熱值、水分、灰分、揮發(fā)分等關鍵指標進行定期檢測和監(jiān)控，避免因原料質量不穩(wěn)定而影響燃燒效果和設備運行安全。同時，加強對生物質預處理過程的質量控制，提高預處理后生物質燃料的質量均勻性

　　?政策支持與市場機制方面：

　　完善政策法規(guī)：政府應進一步出臺和完善相關的政策法規(guī)，如補貼政策、稅收優(yōu)惠、技術標準等，以鼓勵和支持燃煤機組摻燒生物質項目的建設和運營。例如，對摻燒生物質的燃煤機組給予一定的電價補貼或財政獎勵，降低企業(yè)的改造成本和運營成本;制定嚴格的生物質摻燒技術標準和環(huán)境排放標準，規(guī)范項目的建設和運行。

　　建立碳減排核算標準：加快制定燃煤摻燒生物質降碳效果的核算標準和方法學，明確碳減排量的計算方法和認定程序。建立與現(xiàn)有碳市場和碳排放交易機制相銜接的核算體系，使燃煤機組摻燒生物質所產生的碳減排量能夠得到準確量化和交易，為企業(yè)創(chuàng)造額外的經濟收益，提高其參與積極性。

　　培育市場需求：通過宣傳和推廣，提高社會對生物質能的認知度和接受度，培育和擴大生物質能市場需求。鼓勵企業(yè)和居民使用生物質能產品和服務，如生物質供熱、生物質燃氣等，形成穩(wěn)定的市場需求，從而促進生物質能產業(yè)的發(fā)展，為燃煤機組摻燒生物質提供更廣闊的市場空間。

　　?產業(yè)協(xié)同與合作方面：

　　加強產業(yè)鏈上下游合作：促進生物質原料預處理企業(yè)、收儲運企業(yè)、燃煤和生物質鍋爐制造企業(yè)、科研院所等產業(yè)鏈上下游企業(yè)的緊密合作。共同開展技術研發(fā)、項目建設和運營管理，實現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢互補，提高整個產業(yè)鏈的效率和競爭力。例如，鍋爐制造企業(yè)與科研院所合作，研發(fā)適合摻燒生物質的高效鍋爐;原料預處理企業(yè)與收儲運企業(yè)合作，確保生物質原料的穩(wěn)定供應和質量控制。

　　開展跨行業(yè)合作：鼓勵煤電企業(yè)與農林、環(huán)保、化工等其他行業(yè)開展跨行業(yè)合作，探索生物質能的多元化利用途徑。例如，煤電企業(yè)與農林企業(yè)合作，共同建設生物質原料基地;與環(huán)保企業(yè)合作，開展生物質廢棄物的處理和利用;與化工企業(yè)合作，將生物質轉化為高附加值的化工產品，提高生物質的綜合利用效益。

　　推動國際合作與交流：積極參與國際合作與交流，引進國外先進的技術和經驗，同時推動我國的燃煤機組摻燒生物質技術和產品走向國際市場。加強與國際能源組織、科研機構和企業(yè)的合作，開展聯(lián)合研究項目和技術交流活動，借鑒國際上成熟的生物質能利用模式和管理經驗，提升我國在該領域的技術水平和國際影響力。

　　結語

　　燃煤機組摻燒生物質低碳化技術路徑的探索和實踐是一個不斷發(fā)展和完善的過程，在這個過程中，我們既要充分借鑒國內外已有的成功經驗和先進技術，又要結合我國的國情和實際情況進行創(chuàng)新和優(yōu)化。同時，我們還應關注行業(yè)的新趨勢和新變化，如生物質與其他可再生能源的協(xié)同利用、智能控制技術在摻燒過程中的應用等，不斷拓展思路，積極探索更多可能的發(fā)展策略，為燃煤機組的低碳化改造提供更多的選擇和借鑒，推動我國煤電行業(yè)向更高水平的綠色、低碳、智能

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