中國(guó)煤電機(jī)組轉(zhuǎn)型改造的兩大技術(shù)方向
“深度調(diào)峰”和“生物質(zhì)耦合發(fā)電”
清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系
毛健雄
前言
在“3060”雙碳目標(biāo)的宏大愿景下，“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”這一具體的電力轉(zhuǎn)型方向進(jìn)一步明確，以風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電為代表的新能源將逐步成為我國(guó)的主體電源。但由于風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電是間歇性的不穩(wěn)定電源，其電量保證需要有具有調(diào)節(jié)能力的火電給予支持和保障，這一新形勢(shì)對(duì)于現(xiàn)有煤電形成了前所未有的巨大挑戰(zhàn)，這意味著碳排放最高的煤電，不但要轉(zhuǎn)型發(fā)展成為低碳電源，而且必須從電量保證型的主體電源轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)型電源。面對(duì)這一轉(zhuǎn)型目標(biāo)，現(xiàn)有的存量煤電機(jī)組應(yīng)該如何進(jìn)行轉(zhuǎn)型改造？筆者認(rèn)為，應(yīng)該抓住“深度調(diào)峰”和“生物質(zhì)耦合發(fā)電”這兩個(gè)技術(shù)方向，通過技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)國(guó)際合作，拿出“抓鐵有痕、踏石留印”的勁頭，明確時(shí)間表、路線圖、施工圖，持之以恒， 不斷推進(jìn)。
“深度調(diào)峰”
根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，到2030年，可再生的風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上，從裝機(jī)容量上看，將成為我國(guó)最主要的電源。根據(jù)預(yù)測(cè)，2050年的非化石能源發(fā)電量的比重提高至90%，風(fēng)電與太陽(yáng)能發(fā)電的裝機(jī)容量占比還要提高。但是，由于風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的短板是“不可控”，裝機(jī)的發(fā)電能力嚴(yán)重受限于天氣、季節(jié)、風(fēng)力等自然氣象條件的限制。據(jù)報(bào)道，2019年在全國(guó)非化石能源發(fā)電量占比僅為32.6%情況下，風(fēng)電和光電就已經(jīng)普遍面臨并網(wǎng)難、消納難、調(diào)度難等問題。在今后風(fēng)光電源更加高速發(fā)展的新形勢(shì)下，越來(lái)越高比例的間歇性電源介入電網(wǎng)的情況下，電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)電源容量的需求更是非常巨大。因此，大力發(fā)展安全可靠，并具有深度靈活調(diào)節(jié)特性的電源勢(shì)在必行，這也是煤電今后必須而且應(yīng)該有能力承擔(dān)的歷史性責(zé)任。
燃煤火電機(jī)組的調(diào)峰能力，取決于鍋爐對(duì)低負(fù)荷的適應(yīng)能力，所謂調(diào)峰能力，就是機(jī)組最大和最小穩(wěn)燃負(fù)荷之比。所謂“深度調(diào)峰”，就是煤電機(jī)組的鍋爐最低穩(wěn)燃能力能夠達(dá)到的比例，一般認(rèn)為，具有20%的超低負(fù)荷下的調(diào)峰能力，使調(diào)峰深度能夠達(dá)到80%， 就是“深度調(diào)峰”。因此，深度調(diào)峰改造的重點(diǎn)應(yīng)該是采用創(chuàng)新技術(shù)，解決煤粉爐如何在20%的負(fù)荷下達(dá)到穩(wěn)定著火和燃燒。深度調(diào)峰改造技術(shù)的關(guān)鍵和難度是解決鍋爐20%的超低負(fù)荷下的安全性和穩(wěn)定著火與燃燒性能，同時(shí)，還應(yīng)該在20%負(fù)荷下能夠?qū)崿F(xiàn)污染物超低排放。煤電今后作為調(diào)節(jié)性電源，其運(yùn)行特點(diǎn)應(yīng)該首先保證風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電電力的消納和調(diào)節(jié)，因此，今后煤電機(jī)組的運(yùn)行將會(huì)是長(zhǎng)時(shí)間處于中低負(fù)荷或深度調(diào)峰的運(yùn)行狀態(tài)， 因此，鍋爐的改造應(yīng)該同時(shí)考慮機(jī)組在中低負(fù)荷及深度調(diào)峰時(shí)如何能夠保持盡可能高的效率和盡可能低的供電煤耗。在此基礎(chǔ)上，如何保證鍋爐機(jī)組在中低負(fù)荷和深度調(diào)峰時(shí)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)超低排放，這也是煤電機(jī)組深度調(diào)峰改造時(shí)必須考慮解決和達(dá)到的目標(biāo)。
根據(jù)我國(guó)煤電機(jī)組電廠深度調(diào)峰改造的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)深度調(diào)峰技術(shù)改造應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)要求，提出以下的建議：
1. 對(duì)于純凝機(jī)組的深度調(diào)峰能力要求：
（1）深度調(diào)峰負(fù)荷范圍：100-20%；
（2）機(jī)組不投用輔助能量（油/等離子等）助燃的條件下，能夠確保鍋爐穩(wěn)定燃燒， 并能在滿足超低排放的要求下，其最低運(yùn)行穩(wěn)燃負(fù)荷達(dá)到20%；
（3）機(jī)組從50%負(fù)荷調(diào)整至最低負(fù)荷用時(shí)不超過1.5小時(shí)，從最低負(fù)荷調(diào)整至50%負(fù)荷用時(shí)不超過1小時(shí)（參考《江蘇電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)規(guī)范》）。
2. 對(duì)于熱電比小于15%的抽凝式供熱機(jī)組，應(yīng)該將熱電解耦并滿足上述深度調(diào)峰要求；
3. 深度調(diào)峰的考核試驗(yàn)，不得采用開啟機(jī)組旁路等嚴(yán)重耗能的方式實(shí)現(xiàn)上述負(fù)荷調(diào)節(jié)目標(biāo)；
4. 對(duì)于機(jī)組更優(yōu)秀的靈活性指標(biāo)還應(yīng)評(píng)價(jià)啟動(dòng)時(shí)間，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)，從點(diǎn)火到汽輪機(jī)進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的總耗時(shí)不超過 6小時(shí)。
我國(guó)煤電實(shí)現(xiàn)“深度調(diào)峰”需要政策推動(dòng)，為了使煤電轉(zhuǎn)型能夠可持續(xù)發(fā)展，必須對(duì)“深度調(diào)峰”的改造和運(yùn)行進(jìn)行政策推動(dòng)，才能促進(jìn)煤電深度調(diào)峰改造。
1. 火電機(jī)組作為我國(guó)的主要調(diào)峰電源,應(yīng)該從政策上能夠得到合理且具激勵(lì)性的調(diào)峰輔助 服務(wù)補(bǔ)償。風(fēng)光電等可再生能源并網(wǎng)容量的迅速增長(zhǎng), 我國(guó)現(xiàn)在亟需具有深度調(diào)峰能力的電源,由于深度調(diào)峰電源不足，因此導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)峰問題突出,調(diào)峰困難已成為限制風(fēng)光電等可再生能源電力并網(wǎng)的主要原因之一?；痣姍C(jī)組作為我國(guó)的主要調(diào)峰電源,應(yīng)該從政策上能夠得到合理且具激勵(lì)性的調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償,以有力推動(dòng)燃煤電廠積極進(jìn)行深度調(diào)峰改造，充分挖掘火電機(jī)組調(diào)峰潛力,這對(duì)緩解我國(guó)當(dāng)前調(diào)峰壓力消納更多可再生能源電力,促進(jìn)我國(guó)電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有重要意義。
2. 建議相關(guān)部門根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步核算調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用，適當(dāng)提高補(bǔ)償電價(jià)。為鼓勵(lì)火電機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰改造，以便更多機(jī)組能夠參與深度調(diào)峰，不少地區(qū)對(duì)參與調(diào)峰的機(jī)組給予一定電價(jià)補(bǔ)償。但在多數(shù)補(bǔ)償測(cè)算中，由于降低機(jī)組出力和利用小時(shí)數(shù)對(duì)每度電的成本分?jǐn)傎M(fèi)用增加產(chǎn)生較大的影響，而調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)深度調(diào)峰給企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，因此，希望相關(guān)部門能夠進(jìn)一步核算調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用，適當(dāng)提高補(bǔ)償電價(jià)。
3.建議補(bǔ)償階梯電價(jià)中給出負(fù)荷率低于30%時(shí)調(diào)峰的可行補(bǔ)償電價(jià)范圍，據(jù)了解，當(dāng)調(diào)峰補(bǔ)償電價(jià)下限低于30%負(fù)荷率的每度電成本值時(shí)，電廠深度調(diào)峰虧損較大，而且調(diào)峰時(shí)間越長(zhǎng)虧損越大。考慮不同容量和機(jī)組類型深度調(diào)峰的補(bǔ)償差異，建議補(bǔ)償階梯電價(jià)中應(yīng)給出負(fù)荷率為30%以下時(shí)可行的補(bǔ)償電價(jià)范圍，適當(dāng)提高補(bǔ)償電價(jià)，盡量減少發(fā)電企業(yè)因承擔(dān)維護(hù)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所付出的成本。
“生物質(zhì)耦合發(fā)電”
煤電的低碳發(fā)展， 應(yīng)該是能夠在發(fā)出相同電量的情況下， 大幅度減少煤炭的使用量， 這靠蒸汽循環(huán)煤電系統(tǒng)本身通過提高效率和降低煤耗是達(dá)不到的， 必須采用低碳燃料進(jìn)行部分或全部燃料替換， 也就是生物質(zhì)燃料與煤耦合混燒，在可能條件下不斷增加生物質(zhì)燃料混燒比， 直至最后實(shí)現(xiàn)完全的生物質(zhì)燃料替換。生物質(zhì)發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源電力一樣，都是（近）零碳排放的電力生產(chǎn)方式，而且前者具有風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電所沒有的優(yōu)勢(shì)，即在自然界，年度循環(huán)產(chǎn)生的農(nóng)林固體剩余物資源量比較穩(wěn)定，燃料可以運(yùn)輸儲(chǔ)存以便常年比較均衡地使用。利用大型高效燃煤機(jī)組混燒生物質(zhì)燃料發(fā)電，是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電的一種先進(jìn)技術(shù)，不僅可以大幅度提高生物質(zhì)發(fā)電的效率，節(jié)約生物質(zhì)資源，而且可以明顯降低煤電機(jī)組的碳排放量，提高煤及生物質(zhì)耦合發(fā)電的靈活性，從而加強(qiáng)燃煤發(fā)電的可持續(xù)性，是煤電走向低碳化一條現(xiàn)實(shí)可行的路徑。而且， 需要強(qiáng)調(diào)的是，現(xiàn)在生物質(zhì)燃料在大型高效的煤電機(jī)組中與煤混燒，并不是煤電低碳發(fā)展的權(quán)宜之計(jì)或過渡技術(shù)， 因?yàn)樯镔|(zhì)是可再生能源，生物質(zhì)混燒發(fā)電是高效率低排放并具有靈活性的火力發(fā)電，其本質(zhì)是可再生能源發(fā)電的一種先進(jìn)形式，和不可控的風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電不同，對(duì)于電網(wǎng)安全和可靠的電力供應(yīng)，支持和消納風(fēng)光電力起著調(diào)節(jié)和保障作用。
國(guó)際經(jīng)驗(yàn)
在大型燃煤發(fā)電廠中采用生物質(zhì)混燒技術(shù)是源于1997年12月在日本京都通過的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約的京都議定書》，該議定書的目的是限制發(fā)達(dá)國(guó)家二氧化碳的排放量以抑制全球氣候變化。自那時(shí)以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是歐盟國(guó)家就開始在法規(guī)政策和技術(shù)上采取各種措施以降低煤電的碳排放。其采用的主要技術(shù)就是燃煤與生物質(zhì)耦合混燒發(fā)電，并且逐步使生物質(zhì)混燒技術(shù)成熟起來(lái)，得到了很好的推廣和應(yīng)用。《巴黎協(xié)定》則是繼《京都議定書》后成為推動(dòng)全球達(dá)到零碳排放的動(dòng)員令，也是中國(guó)制定“30碳達(dá)峰和60碳中和”目標(biāo)的推動(dòng)力。從《京都議定書》到《巴黎協(xié)定》，歐盟等國(guó)家積累了20多年的燃煤耦合生物質(zhì)混燒發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)，完全可以成為我國(guó)的借鑒。以英國(guó)為例，根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展燃煤火電向生物質(zhì)燃燒發(fā)電轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)變首要推動(dòng)力是政策，這是推動(dòng)煤電生物質(zhì)混燒發(fā)展的關(guān)鍵，這些政策的主要是：
1. “綠色”發(fā)電指標(biāo)，即規(guī)定所有發(fā)電公司必須完成一定指標(biāo)的碳零排放發(fā)電量；
2. 混燒獎(jiǎng)勵(lì)政策，即混燒生物質(zhì)份額（按照熱值）的發(fā)電量實(shí)行高價(jià)的上網(wǎng)電價(jià)，優(yōu)先收購(gòu)和減免稅政策；
3. 完不成“綠色”發(fā)電“指標(biāo)的懲罰政策；
4. 碳排放交易政策。
英國(guó)的經(jīng)驗(yàn)是，經(jīng)過20多年的煤電實(shí)施生物質(zhì)耦合混燒發(fā)電的實(shí)踐，證實(shí)了在強(qiáng)有力的激勵(lì)政策推動(dòng)下，煤電生物質(zhì)混燒在英國(guó)得到巨大的發(fā)展，最后英國(guó)所有的大型燃煤電廠均改造成為生物質(zhì)混燒， 其中最典型的是英國(guó)裝機(jī)容量最大的Drax電廠，該電廠共裝有6臺(tái)66萬(wàn)千瓦燃煤機(jī)組，他們從2003年在一臺(tái)機(jī)組上混燒5%的生物質(zhì)開始，不斷增加生物質(zhì)混燒比， 至2010年，實(shí)現(xiàn)了6臺(tái)煤電機(jī)組均改造成生物質(zhì)混燒，2012年決定將其中4臺(tái)機(jī)組改造成100%燃燒生物質(zhì)燃料（其余2臺(tái)機(jī)組改造為燃燒天然氣），到2018年，4臺(tái)燃煤機(jī)組全部完成改造成100%燃燒生物質(zhì)顆粒燃料，集15年之努力，這4臺(tái)66萬(wàn)千瓦的煤電機(jī)組完成從混燒高碳燃料向低碳燃料的完全轉(zhuǎn)換，成為世界上最大的生物質(zhì)燃料火電廠。與此同時(shí)， 他們通過國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)，解決了年需1000萬(wàn)噸生物質(zhì)顆粒燃料的供給問題，保證了其4臺(tái)大型生物質(zhì)火電的生物質(zhì)燃料供應(yīng)。英國(guó)從生物質(zhì)混燒到生物質(zhì)燃料替換，從政策推動(dòng)、改造技術(shù)和顆粒燃料供應(yīng)， 在各個(gè)方面均為我們提供了以下可貴的經(jīng)驗(yàn),值得我們學(xué)習(xí)和借鑒：
1. 可以用最短的時(shí)間和最經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)煤電的低碳轉(zhuǎn)換；
2. 原煤粉爐轉(zhuǎn)換成燃燒生物質(zhì)燃料的技術(shù)可靠性已經(jīng)在英國(guó)的經(jīng)驗(yàn)中得到證實(shí)，100%生物質(zhì)轉(zhuǎn)換已在Drax電廠的4臺(tái)66萬(wàn)千瓦燃煤機(jī)組和其它幾個(gè)煤粉爐和CFB電廠實(shí)現(xiàn)；
3. 利用國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)，生物質(zhì)顆粒燃料的供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)性可得到保障；
4. 由于火電技術(shù)的可靠性、穩(wěn)定性和靈活性，作為基礎(chǔ)性和調(diào)節(jié)性電源，它可以支持和配合日益增長(zhǎng)的風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電這些間歇式不穩(wěn)的電源的發(fā)展。
5. 由于英國(guó)實(shí)現(xiàn)了火電燃料從煤到生物質(zhì)的轉(zhuǎn)換， 因此具備了在2025年徹底關(guān)閉全部其現(xiàn)有燃煤機(jī)組的條件。
因此， 中國(guó)煤電如果要發(fā)展生物質(zhì)耦合混燒以大幅度減煤，需要加強(qiáng)國(guó)際合作， 吸取如英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家積累了20多年發(fā)展煤電與生物質(zhì)耦合混燒發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)，包括政策、技術(shù)和生物質(zhì)燃料供應(yīng)市場(chǎng)。
與煤、石油、天然氣的資源富集程度和燃料獲得方式不同，生物質(zhì)資源分散，收集、處理加工、運(yùn)輸鏈條多樣且不易規(guī)模化，其燃料成本（進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電成本）比煤炭高得多，也比風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的成本高。因此，在電力市場(chǎng)不同主體的互相競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展中，只靠市場(chǎng)力量的自然推動(dòng)來(lái)利用生物質(zhì)能源，以求得低碳煤電的發(fā)展、推廣和應(yīng)用，幾乎是不可能的，而必須要像當(dāng)年國(guó)家支持風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電那樣，在法規(guī)、稅收、財(cái)政等多方面的綜合政策的大力支持。根據(jù)歐盟和英國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，燃煤火電廠要實(shí)現(xiàn)通過煤—生物質(zhì)混燒達(dá)到低碳發(fā)展的目的，必須具備以下三個(gè)條件：
1．制定國(guó)家法規(guī)政策對(duì)燃煤電廠混燒生物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)和支持；
2．建立可靠的包括國(guó)內(nèi)和國(guó)際這兩個(gè)生物質(zhì)顆粒燃料的供給市場(chǎng)；
3．學(xué)習(xí)借鑒和開發(fā)先進(jìn)可行的生物質(zhì)與煤混燒，乃至100%燃燒生物質(zhì)的可靠技術(shù)。
生物質(zhì)燃料市場(chǎng)
實(shí)現(xiàn)大型煤電機(jī)組生物質(zhì)混燃發(fā)電的一個(gè)前提條件是必須有足夠而且比較穩(wěn)定的生物質(zhì)燃料供應(yīng)。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物資源豐富；雖然天然林業(yè)資源相對(duì)較少，但果樹、人工綠化植樹、薪柴林很多。據(jù)測(cè)算，中國(guó)現(xiàn)有農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物資源量和林果木材加工業(yè)剩余物資源量約相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤10億噸/年，這些生物質(zhì)資源量為煤電機(jī)組混燒提供了生物質(zhì)燃料來(lái)源的保障。然而有生物質(zhì)資源并不等于有生物質(zhì)燃料市場(chǎng)。上述資源分布于廣袤的農(nóng)村田間地頭、山區(qū)林地和城鎮(zhèn)綠化空間，要建立其收集、運(yùn)輸、處理加工、倉(cāng)儲(chǔ)物流體系并非易事。由于生物質(zhì)燃料資源分散和形態(tài)各異的特點(diǎn)，生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)供應(yīng)鏈在我國(guó)還遠(yuǎn)沒有形成。特別是由于生物質(zhì)是一種能量密度低的燃料，形狀不規(guī)則、初始狀態(tài)一般含水量高等特性， 其收集、運(yùn)輸和燃料處理均較困難。因而在生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)、收集、處理、輸送、儲(chǔ)存， 以及燃燒過程及對(duì)燃燒設(shè)備的影響均與煤炭有所不同。因此終端使用的生物質(zhì)燃料的成本（按熱量計(jì)）一定高于化石燃料。為了發(fā)展煤與生物質(zhì)耦合混燒發(fā)電，形成生物質(zhì)燃料市場(chǎng)，所以對(duì)于生物質(zhì)燃料市場(chǎng)的發(fā)展，則需要國(guó)家像支持糧食生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機(jī)械銷售、鮮活農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸那樣，出臺(tái)持之以恒的適當(dāng)?shù)馁Y金補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠政策。同時(shí)，在建立生物質(zhì)顆粒燃料供求市場(chǎng)方面，我國(guó)也應(yīng)實(shí)行兩個(gè)市場(chǎng)雙循環(huán)的方針，在以國(guó)內(nèi)循環(huán)為主的同時(shí)，借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，合理利用國(guó)外資源，開展國(guó)際合作，進(jìn)行一定程度的外部循環(huán)，以滿足我國(guó)煤電低碳發(fā)展的需要。
主要用于大型高效燃煤電廠
生物質(zhì)耦合混燒改造應(yīng)主要用于大型高效燃煤電廠。對(duì)于大型燃煤電廠的煤粉爐，由于鍋爐容量大，生物質(zhì)燃料發(fā)熱量較低，即使采用較小的生物質(zhì)摻燒比（按燃料熱量計(jì)），其每年消耗的生物質(zhì)燃料量也是相當(dāng)可觀的。以一臺(tái)660MW超超臨界機(jī)組鍋爐為例，其供電煤耗大約為290g（標(biāo)煤）/kWh，若以10%生物質(zhì)摻燒比實(shí)現(xiàn)混燃發(fā)電，生物質(zhì)燃料應(yīng)用基發(fā)熱量為14.7MJ/kg（草木本混合燃料），年運(yùn)行4500小時(shí)，則每年供電（約3000億千瓦時(shí)）需要的生物質(zhì)燃料約為17.2萬(wàn)噸。由于660MW超超臨界機(jī)組供電效率高，供電煤耗低，這個(gè)燃料量如果用于現(xiàn)有的小型生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組，其供電量只有大約一半左右，可見大型高效煤電機(jī)組混燒生物質(zhì)發(fā)電的能效優(yōu)越性?，F(xiàn)在中國(guó)已有小型生物質(zhì)燃料發(fā)電裝機(jī)容量共2952萬(wàn)千瓦，2020年新增加生物質(zhì)裝機(jī)容量243萬(wàn)千瓦，增長(zhǎng)率為22.6%，因?yàn)樾C(jī)組效率低、煤耗高，因而小機(jī)組的生物質(zhì)燃料發(fā)電與大型先進(jìn)高效燃煤機(jī)組混燒發(fā)電相比，應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展大型燃煤機(jī)組與生物質(zhì)混燒發(fā)電。
對(duì)于大型燃煤電廠的生物質(zhì)混燒，如此大量的生物質(zhì)燃料，不可能以散料形式直接運(yùn)至布置緊湊、自動(dòng)化程度高的燃煤電廠，而必須在生物質(zhì)原料產(chǎn)地預(yù)先壓制成顆粒狀的燃料再供應(yīng)電廠使用。生物質(zhì)顆粒燃料的密度能達(dá)到與動(dòng)力煤接近（1.1g/cm3以上），形狀規(guī)則，因而便于運(yùn)輸，在電廠的儲(chǔ)存、輸送和磨制成粉（對(duì)煤粉鍋爐）將全部進(jìn)行機(jī)械化、自動(dòng)化操作。根據(jù)生物質(zhì)與煤粉混燒的方式和燃燒器的不同，要將到廠的生物質(zhì)顆粒磨制成細(xì)粉，其平均粒徑可從0.1毫米左右的細(xì)顆粒到大于10毫米的粗顆粒。在發(fā)達(dá)國(guó)家，固體生物質(zhì)成型燃料制造和使用，已有30多年的發(fā)展歷史，生物質(zhì)顆粒燃料的主要特點(diǎn)是：
1. 密度大（1.1～1.4 g/cm3，比散料大5～10倍)；
2. 便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存；
3. 便于組織生物質(zhì)燃料的處理和與煤混燒，適合于各種燃燒設(shè)備，特別是煤粉爐和循環(huán)流化床鍋爐的生物質(zhì)和與煤混燒。
農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)燃料與煤有不同的燃燒特性，主要是:
1. 揮發(fā)分高達(dá)～70%，著火溫度低；
2. 固定碳含量低；
3. 總碳成分低（<50%），因而熱值低；
4. 含氧量高（ >30%），燃燒理論空氣量??；
5. 一般含硫、含灰量、含汞量低，木質(zhì)生物質(zhì)的含氮量也低，有利于對(duì) 煙氣中SO2、NOx、煙塵、汞等污染物的處理。
6. 灰中含金屬元素K、Na和非金屬元素Cl，導(dǎo)致生物質(zhì)燃料的灰融點(diǎn)低，容易腐蝕受熱面。
上述生物質(zhì)燃料的特性，導(dǎo)致煤和生物質(zhì)燃料燃燒特性也存在區(qū)別，主要是：
1. 生物質(zhì)的熱解過程比煤發(fā)生得早；
2. 生物質(zhì)中揮發(fā)物的熱值（千焦/公斤）比煤低；
3. 生物質(zhì)中揮發(fā)物的熱值占70％，而一般煤（煙煤）中揮發(fā)物的熱值占36％；
4. 生物質(zhì)焦炭中氧的含量比煤高；
5. 生物質(zhì)焦炭熱解析出的多為CO、CO2、H2O；
6. 生物質(zhì)灰分中堿和氯的含量較高，容易引起積灰、結(jié)渣和腐蝕問題。
生物質(zhì)燃料的這些燃燒特性，使生物質(zhì)與煤耦合混燒發(fā)電，總的來(lái)說能發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)。如揮發(fā)分高、著火點(diǎn)低，有利于爐膛火焰的穩(wěn)定；在生物質(zhì)/煤混合比不太高（一般不超過30%）的情況下，生物質(zhì)的灰熔點(diǎn)低和灰的腐蝕性對(duì)鍋爐運(yùn)行安全性的不利影響將大大降低；生物質(zhì)灰的吸附性強(qiáng)，有利于清除煤燃燒釋放出的重金屬（汞）元素；生物質(zhì)燃料熱值低、含氧量高，在同樣的燃料輸入熱量下，輸入的生物質(zhì)燃料量將增加，因而對(duì)燃料輸送管道和燃燒器的設(shè)計(jì)提出了特殊的要求。
對(duì)大型電站燃煤鍋爐生物質(zhì)混燒改造的基本要求是：
1. 保持鍋爐效率基本不變；
2. 保持鍋爐出力不變；
3. 滿足排放要求；
4. 保證生物質(zhì)燃料燃燒的安全要求；
5. 滿足生物質(zhì)轉(zhuǎn)換后運(yùn)行壽命的要求。
根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于單機(jī)容量為300MW及以上的燃煤機(jī)組，現(xiàn)在采用的最主要的耦合混燒方式即生物質(zhì)燃料的輸送、粉碎、送粉管道和燃燒器完全和煤粉分開，生物質(zhì)燃燒器與在爐膛里的布置采用特殊設(shè)計(jì)。此方案投資成本高但對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行干擾最小。在異磨異燃燒器混燒方式中，最有利的是將生物質(zhì)粉作為再燃的二次燃料，以燃料分級(jí)燃燒的方式送入布置在煤粉爐膛上部適當(dāng)位置的生物質(zhì)燃燒器，以控制NOx的生成和排放。
因此，對(duì)現(xiàn)有大型燃煤鍋爐實(shí)行與生物質(zhì)混燒，主要是對(duì)電廠的燃料的儲(chǔ)運(yùn)研磨系統(tǒng)、生物質(zhì)燃燒器等進(jìn)行改造，對(duì)爐膛受熱面和環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)雖然要充分考慮生物質(zhì)的燃燒特性，但總的來(lái)說變動(dòng)不大。應(yīng)該說，生物質(zhì)與煤耦合混燒發(fā)電，在技術(shù)上不存在很大的問題，只要注意不同的生物質(zhì)燃料的不同特性，在燃料的輸送、儲(chǔ)存、磨制和燃燒系統(tǒng)方面考慮到其特點(diǎn)，注意其高揮發(fā)分燃點(diǎn)低易著火的特性，在改造燃料系統(tǒng)時(shí)注意防火防爆措施，注意高堿含量容易引起積灰、結(jié)渣和腐蝕等問題，積累經(jīng)驗(yàn)，相信煤與生物質(zhì)燃料混燒是完全可以大規(guī)模推廣的。
評(píng)論