2023年，煤电碳排放量仍占我国总排放量约40%，在“双碳”目标下，加快存量煤电低碳化改造迫在眉睫。今年7月，国家发展改革委、国家能源局联合印发《煤电低碳化改造建设行动方案（2024~2027年）》（发改环资〔2024〕894号，简称《行动方案》）。《行动方案》制定了分阶段进行煤电低碳化改造建设的时间节点和工作主要目标，提出了生物质掺烧、绿氨掺烧、碳捕集利用与封存等三种改造和建设方式，并对项目布局、机组条件、降碳效果做出具体要求；国家将做好资金支持、强化政策保障、优化运行调度、加强技术创新应用，同时将规范组织项目的申报、实施、检查评估和宣传推广等工作。
生物质燃料在火电厂的应用优势和前景
农林生物质以及日常生活垃圾都可作为生物质资源，近二十年来已被广泛应用于发电行业，生物质用来发电替代部分燃煤，其碳排放强度低，仅为燃煤的1.8%左右，是“双碳”目标下有效降低煤电机组碳排放量的有效手段之一。农林生物质是一种绿色环保可再生能源，据统计，我国每年约可产生9亿余吨标煤量的农林生物质资源（含边际土地资源以及可利用种植能源灌木和草类的资源测算量），应用发展市场潜力巨大。
与化石燃料相比，生物质具有以下特点：第一，生物质是一种二氧化碳零排放的能源资源，可以在提供能源的同时而不增加二氧化碳的排放量；第二，生物质的硫、氮、灰分含量少，在利用转化过程中可以减少硫化物、氮化物和粉尘的排放；第三，生物质的挥发份含量大，有利于生物质的着火和燃烧；第四，生物质的水分含量大，影响着火和燃烧的稳定性，同时在燃烧时造成大量的热能损失，并且可能引起燃料储存问题；第五，单位质量生物质的发热量较化石燃料低，要求能量转化设备有足够的空间投入燃料；第六，生物质分布分散，其能量密度低，收集运输和预处理过程费用高，目前与化石燃料相比，在经济效益上没有优势；第七，生物质具有可再生性，原料具有多样性和广泛性，资源开发潜力大。
农林生物质中常见的秸秆除了传统户用直接燃烧炊事供暖外，还有秸秆捆烧、成型燃料、热解炭气联产、沼气/生物天然气等能源利用方式，可有效替代和节约化石能源，温室气体排放仅为煤炭的十分之一至七分之一，显著减少温室气体、二氧化硫和颗粒物排放，具有良好的生态、社会和经济效益。但在煤电掺烧中，由于秸秆中碱金属和氯的含量相对较高，秸秆烟气在高温时具有较高的腐蚀性，且飞灰的熔点较低，易产生结渣的问题；另外，为维持锅炉输出蒸汽参数，不影响机组带负荷最大出力，一般限制秸秆在锅炉总输入热量中所占有的比例不超过20%。
目前，常见的生物质发电应用工艺技术主要有农林废物燃烧和气化发电、垃圾发电、沼气发电以及生物质制氢燃料电池发电等。生物质用于煤电机组发电，常见的技术方式主要有直燃耦合、间接耦合和并联耦合发电三种，三种技术方式的比对见表。
直燃耦合
直燃耦合是指将生物质直接送入燃煤锅炉燃烧的一种耦合技术路线，依据生物质加工处理流程和燃烧混合位置的不同，主要有生物质与煤预混合耦合、原磨煤机耦合、送粉管道耦合、原燃烧装置耦合、独立生物质燃烧装置耦合等方法。直燃耦合技术工艺简单，对原有设备系统改造少，投资也较少。但考虑到燃烧后烟气温度强度需求以及对锅炉结焦、腐蚀等特性的影响，换热系统不进行改造的前提下，掺烧比例一般不宜超过20%，以5%~20%为宜，直燃耦合技术主要以农林生物质为主。
间接耦合
间接耦合是指将生物质在专用设备中进行气化或热解产生可燃气体后，将可燃气体送至燃煤锅炉专用燃烧器中进行燃烧耦合的一种技术路线。该种技术需要利用生物质气化炉或热解炉将生物质转化为可燃气体，处理后输入专用燃烧器在锅炉中燃烧。间接耦合技术通过将生物质转化为清洁的可燃气体再燃烧，可有效减轻对原燃煤锅炉的不利影响，如腐蚀、灰渣特性变化等，且生物质燃料种类适应性强。但因需要建设独立的热解或气化设备系统，使得投资较高，且因原燃煤锅炉换热系统等没有进行改造，使得耦合掺烧比例也不能过高，一般控制在10%以内，采取一些技术措施后可以适当增大掺烧比例。
并联耦合
并联耦合是指除了燃煤锅炉外需要额外建设生物质燃烧锅炉，产生的蒸汽直接或间接送至汽轮机做功的生物质利用技术路线。优势是生物质利用量与燃煤量占比不受燃煤锅炉限制，独立的生物质燃烧锅炉类型各式各样，且适用于各类型生物质资源，但建设成本比直燃耦合、间接耦合高。
煤电掺烧生物质燃料面临的困难和挑战
近年来，随着国家能源局等部门积极推进燃煤耦合生物质发电技改试点项目建设工作，我国燃煤掺烧生物质技术已较为成熟，燃煤掺烧生物质技术标准也更加完善。相关煤电企业宜积极研究提高生物质掺烧的稳定性和掺烧比例，提高煤电机组低碳化改造成效，降低单位掺烧量造价成本。
前述《行动方案》的出台，在配套激励政策完善、生物质掺烧量及身份认证满足社会现状的情况下，将对建设成本低、技术成熟可靠可行的生物质掺烧发电市场起到促进作用，对生物质资源开发、建设也将起到正向连锁效应。笔者相信，未来，生物质燃料在煤电机组的应用和探索将变得更加活跃。
生物质作为一种绿色可再生能源，用来发电替代部分燃煤，具有显著的环保减排和助民增收作用，且对电网没有明显的不稳定影响，与风光电技术相比具有不可替代的优势。但因为各种客观因素的综合影响，例如生物质发电成本高、电价补贴政策不到位、市场化竞争发展导向、上网电价难以实际支撑生物质能发电的正常运营等，导致相关项目运营方难以实现可持续运营，近年来生物质发电项目建设投产明显减缓。
对煤电企业来说，生物质燃料价格是制约项目方可持续运营的主要要素之一，相关煤电企业应充分调研和利用地区生物质资源优势，选取或建设有优势的生物质资源产业链，从而降低生物质燃料价格、降低单位投资建设和运营成本，提高生物质掺烧项目的经济性和稳定性。
本文刊发于《中国电力企业管理》（上旬刊）第10期，作者供职于华电国际十里泉发电厂。版权所有，如需转载、使用或翻译成其他语言，需经本刊同意并注明出处。
编辑：邓卓昆 赵紫原
审核：李丽萍
