生物质掺烧技术在燃煤电厂中的应用及挑战

生物质掺烧技术在燃煤电厂中的应用及挑战

段承勇

广东大唐国际雷州发电有限责任公司 广东湛江 524000

摘要：随着全球能源结构的转型及对可再生能源的需求增加，生物质掺烧技术作为减少煤炭使用、降低碳排放的有效手段，逐渐在燃煤电厂中得到广泛应用。本文综述了生物质掺烧技术的基本原理、应用现状及面临的挑战，并探讨了其在燃煤电厂中的前景及优化方向。通过分析生物质与煤炭混烧的技术特点，评估了其环境效益与经济可行性，为进一步推动该技术的普及提供参考。

关键词：生物质掺烧；燃煤电厂；碳排放；能源转型；技术挑战；环境效益

一、引言

随着全球对碳排放和环境污染问题的关注不断加强，能源结构转型成为各国发展的重点。燃煤电厂作为传统能源的重要组成部分，面临着减排压力和可持续发展需求。生物质掺烧技术通过将生物质与煤炭混合燃烧，既能减少煤炭使用量，又有助于降低温室气体排放，推动燃煤电厂向低碳化、绿色化转型。该技术在实际应用中展现出重要潜力，但同时也面临燃料质量、设备适应性等一系列挑战。

二、生物质掺烧技术的应用原理与现状

2.1 生物质掺烧技术的基本原理

生物质掺烧技术是指将生物质与煤炭按一定比例混合，通过燃烧过程共同释放能量，提供电力和热能。这一技术利用生物质的可再生性质，减少对煤炭的依赖，从而降低二氧化碳排放。生物质通常包含有机物质，如木材、农作物废料、垃圾等，其燃烧过程中释放的碳是从大气中吸收的，因此被认为是碳中和的。掺烧技术可以通过直接掺烧、混合制备颗粒燃料或气化等方式实现。在燃烧过程中，生物质与煤炭的不同燃烧特性（如挥发分含量、灰分等）会影响燃烧效率和设备运行稳定性，因此需要精确的配比与调节。

2.2 生物质掺烧技术在燃煤电厂中的应用现状

近年来，生物质掺烧技术在全球范围内逐渐应用于燃煤电厂。尤其在欧盟和北美，一些大型燃煤电厂已成功实现了生物质掺烧，部分电厂通过生物质和煤炭的混烧，降低了煤炭使用量，并减少了碳排放。在中国，虽然生物质掺烧技术起步较晚，但在一些地方已开展了示范项目，尤其是在以农业废料为原料的燃煤电厂中取得了一定进展。目前，国内掺烧比例多在5%-30%之间，部分电厂还探索了高比例掺烧技术。虽然生物质掺烧技术在环境效益方面取得一定进展，但设备改造、运行稳定性等方面的技术瓶颈仍限制着广泛应用。

2.3 生物质的来源与特性

生物质的来源广泛，主要包括木材残渣、农业废弃物、林业废料、城市有机垃圾等。这些生物质具有较高的能量密度和较低的水分含量，适合用于燃烧发电。不同种类的生物质燃料具有不同的燃烧特性，如挥发分、灰分、含水量等，这些特性直接影响掺烧过程中的热值、燃烧效率和系统稳定性。一般来说，木质类生物质的热值较高，而农作物废弃物由于水分较高，热值相对较低。此外，生物质的灰分含量较煤炭高，可能在燃烧过程中产生更多的炉渣，这对设备的清洁和维护提出更高要求。因此，在选择生物质燃料时，需综合考虑其燃烧性能和对设备的影响。

三、生物质掺烧技术面临的挑战

3.1 生物质燃料的质量不稳定问题

生物质燃料的质量受原料来源、加工工艺、存储条件等多方面因素的影响，因此在燃烧过程中，燃料的质量可能出现波动。与煤炭相比，生物质的水分含量较高，挥发分含量变化大，热值不稳定。这种不稳定性会导致燃烧过程的热值波动，从而影响电厂的热效率和电力输出。此外，生物质的含灰量较高，燃烧后会产生大量灰分，增加了清理工作的复杂性，并可能对锅炉和烟气净化设备造成腐蚀和堵塞。为解决这一问题，需要对生物质进行严格筛选和处理，确保其质量稳定。

3.2 生物质掺烧对燃烧系统的影响

生物质掺烧对燃烧系统的影响主要体现在其燃烧特性与煤炭的差异。生物质的挥发分较高，燃烧时容易产生更多的NOx和CO等污染物，这需要通过调整燃烧条件和优化烟气治理设备来减轻影响。此外，生物质燃烧时产生的较高灰分和焦炭含量可能增加炉膛积灰的风险，影响锅炉的热交换效率和设备运行安全。因此，燃烧系统需要根据掺烧比例进行优化设计和改造，确保设备能够稳定运行。

3.3 经济性与成本问题

生物质掺烧技术虽然能够减少碳排放，但其经济性仍面临挑战。首先，生物质的采购和处理成本通常高于煤炭，尤其是当生物质来源不稳定、运输成本较高时，整体成本优势难以体现。其次，为了适应生物质掺烧，燃煤电厂需要进行设备改造和技术升级，这也增加了初期投入和运营成本。尽管生物质燃料可能在某些地区较为便宜，但总体来看，掺烧技术的经济性仍受到多方因素的制约，需要政府政策的支持和补贴才能确保其可持续发展。

3.4 政策与法规方面的挑战

虽然许多国家已出台相关政策鼓励可再生能源的利用，但在生物质掺烧的推广过程中，政策和法规仍存在一定障碍。首先，不同地区的补贴政策和支持力度存在差异，这导致生物质掺烧技术在不同市场的推广进度不均。其次，生物质燃料的环境评估和标准化体系尚不完善，缺乏统一的技术标准和认证体系，使得生物质燃料的使用和监管难度加大。此外，生物质掺烧技术涉及的跨行业协作和政策协调问题，也需要政府加强引导和支持。

四、优化方向与前景展望

4.1 技术优化方向

生物质掺烧技术的优化方向主要包括燃烧系统的适应性提升和生物质燃料预处理技术的改进。在燃烧系统方面，通过调整燃烧器设计、改进燃烧控制技术，能够有效提高掺烧比率和燃烧效率，减少有害物质排放。同时，针对生物质燃料质量不稳定的问题，可以采用先进的燃料预处理技术，如压缩、颗粒化、脱水等，提高燃料的热值和燃烧一致性。此外，燃烧过程中的烟气净化和灰分管理也是优化的重点，采用高效的脱硫脱硝设备及先进的灰渣处理技术，将有助于提升技术的综合效益。

4.2 生物质掺烧技术与能源政策的协调

生物质掺烧技术的发展离不开政策的支持，尤其是政府对可再生能源的补贴、税收优惠和绿色信贷等方面的政策。为了进一步推动该技术的普及，必须加强生物质与煤炭之间的政策协调，确保政策支持的连续性和稳定性。同时，政府应出台针对生物质燃料的标准化管理体系和碳排放交易机制，为企业提供明确的技术规范和经济激励，降低技术推广的制度性障碍。

4.3 生物质掺烧技术的未来发展前景

随着能源转型的加速，生物质掺烧技术有望在未来发挥越来越重要的作用。未来，随着燃料供应链的优化、燃烧技术的升级以及政策环境的改善，生物质掺烧比例可能逐步提高，尤其是在发展中国家和地区，生物质作为廉价可再生能源的潜力巨大。此外，随着全球对碳中和目标的追求，生物质掺烧将在降低温室气体排放和实现能源可持续发展方面发挥关键作用。

五、结论

生物质掺烧技术作为一种有效的减排手段，具有广阔的应用前景，有助于促进燃煤电厂的绿色转型。尽管该技术在提高能源利用效率、降低碳排放方面取得了一定成效，但在实际应用过程中仍面临一系列挑战，如生物质燃料的质量不稳定、对燃烧系统的负面影响及其经济性问题。为了充分发挥生物质掺烧的潜力，需要进一步优化燃烧技术，提高燃料的处理和配比精度，同时在政策支持和技术研发方面加大投入。未来，随着技术的不断进步和能源政策的推动，生物质掺烧技术有望在减少温室气体排放、实现可持续能源利用方面发挥更大作用，对全球能源转型和碳中和目标的实现提供积极支持。

参考文献

[1]舒喜,窦有权.燃煤电厂掺烧生物质计量技术现状与发展趋势[J].广东化工,2024,51(16):76-78.

[2]吕庆超,李永发,王长靖,等.燃煤电厂生物质掺烧比例测量方法研究进展[J/OL].中国电机工程学报,1-16[2024-11-28].https://

[3]袁家海,王耀,张为荣,等.中国燃煤电厂碳捕集与生物质掺烧碳捕集改造的经济性[J].气候变化研究进展,2022,18(06):764-776.