经过破碎加工的核桃壳，与燃煤一同送进锅炉——国家能源集团河北龙山电厂1号机组吃下了“新食材”。近日，该公司首次实现了燃煤生物质耦合掺烧发电，期间机组各项参数正常。
记者了解到，作为辅料的核桃壳可以改善煤的燃烧特性，减轻锅炉设备磨损。经测算，该厂每年掺烧10万吨核桃壳，相当于等效节约标煤5.7万吨，降低燃料成本1042万元，还能减少二氧化碳排放量约7万吨、二氧化硫生成量约1600吨。
上述尝试，正是煤电行业想方设法减排的一个缩影。在末端推进节能降碳改造的同时，部分电厂主动另辟蹊径，尝试从源头减少煤耗、降低排放。除了农林废弃物，城市污泥、工业固废等物质也被作为燃料。这些“食材”到底行不行，机组能不能“吃好”？
“食材”更丰富节煤又减排
“推进煤电低碳发展，仅仅依靠机组自身提高效率、降低煤耗远远不够。要想实现更大幅度的碳减排，甚至达到近零排放，还须采用低碳燃料进行替换。”清华大学能源与动力工程系教授毛健雄向记者举例，生物质燃料碳排放强度为18克二氧化碳/千瓦时，是煤电碳排放强度的0.018。“生物质在替代煤炭燃烧过程中产生的碳排放，与其生长过程中吸收的二氧化碳，可以相互抵消，对环境而言并无新增排放。由此，煤电机组掺烧生物质可实现有效降碳。”
国际能源署煤炭工业咨询委员会近日发布了《低排放煤炭技术助力零碳亚洲未来》的报告，国家能源集团湖北公司燃煤生物质耦合发电项目作为典型案例入选。这是我国首次在大型电站中应用“生物质气化燃气与煤混燃技术”，项目建设设计燃料为50%的稻壳和50%的秸秆。以年运行5000小时预计，每年可以消耗约4万吨稻壳、秸秆，节约煤炭资源折合约2万吨标煤，每年可减排二氧化碳4万吨。
减排要求不断提高，“食材”也更加丰富。拥有全国首台百万千瓦级燃煤机组的华能玉环电厂，就把目光转向了城市污泥和工业固废。“燃煤耦合污泥发电项目采用湿污泥直掺方式，市政污泥由全封闭输送车运到电厂密闭储仓，经柱塞泵和污泥输送管道直送至磨煤机。污泥一边脱水、一边与碎煤共同磨成粉末、进入炉膛。”据该厂生产部环保专工乐波介绍，除了2套污泥直掺锅炉磨煤机装置，电厂还有4套工业固废燃烧装置，污泥和固废日处理分别达到300吨、150吨，算下来一年可节约原煤3万吨左右。
“新”燃料适应“老”机组运行迎来新挑战
好处显而易见，但复杂的“食材”也给机组运行带来新的挑战。华能长江环保科技有限公司教授级高工王一坤告诉记者，多源固废包括草、木、皮、泥、渣等多种形式，而传统锅炉均是针对特定煤种设计，只有符合设计参数的燃料才能确保安全稳定运行。这意味着，必须让“新”燃料适应“老”机组。
“目前包括直接、间接和并联耦合发电三种掺烧方式，各有利弊。以生物质为例，直接耦合是将原料处理成适应现有机组的燃料形态，投资成本最低，燃烧效率几乎与原有机组等同。但该方式超过一定掺烧比例，对锅炉效率和安全性能会产生影响，比如废弃物含有碱金属、氯离子，直接送入锅炉对安全性影响很大，如何实现安全可控很关键。”王一坤说。
“我国大部分电厂采用煤粉锅炉，进入炉膛必须是粉状燃料。换句话说，生物质颗粒也要细到一定程度才能送入。”一位不愿具名的电厂人士进一步称，除了制备要求高，粉状燃料燃点低、挥发分高、易燃易爆，存储也是问题。
还有多位人士提出经济性问题。“在国外，生物质掺烧比例10%-100%的电厂都有。但我国生物质资源以农林废弃物为主，与国外情况不同，直接高比例掺混仍面临技术难题。另外，污泥含有很多杂质，难免对设备造成影响，前端处置也需要一笔支出。采用其他两种方式，系统相对复杂，改造难度大、投资费用高等问题都需要综合考量。尤其是并联耦合发电方式，虽不存在技术风险，但经济性最差。”王一坤表示，若不能保障经济性，电厂“越发电越亏损”，直接影响减排积极性。
科学经济利用还需技术指南
难题怎么破解？乐波讲述了经验：“污泥热值偏低，含水量接近80%，玉环电厂创造性地将污泥掺配点选在磨煤机入口落煤管，自主研发的污泥直掺锅炉磨煤机装置是关键。污泥与碎煤混合后进入磨煤机，没有使用常规的干化设备进行脱水，而是直接通过抽取锅炉尾部高温烟气，把热气输送到磨煤机中吹干污泥，循环利用发电产生的热能。然后，污泥与碎煤都被磨成粉末状，送进炉膛燃烧。”
经粉碎后的皮革、布料等固废也通过输送系统进入料仓。“看起来简单，处置过程包括固废直燃喷嘴、可调喷射器等多项专利技术，背后是反复研究及数十次改进。”乐波表示，在减排二氧化碳的同时，掺烧后的烟尘、氮氧化物及二氧化硫等指标，同样低于燃气电厂标准，真正实现了低碳化、无害化。
在王一坤看来，电厂应根据来料物性、机组特点等不同条件，选择真正适宜的耦合方式。比如，掺混物中的重金属、氯及氟元素含量低，耦合比例低于10%，建议选择直接耦合发电，反之考虑间接耦合。“目前，耦合发电的电量监管、污染物排放限值、测试标准等方面仍有缺失，应尽快研究制定符合国情的燃煤电站耦合发电技术指南和规范，对耦合比例、监测指标、排放限值、检测频次等要求进行细化。”
“除了常见的秸秆等农林废弃物，柠条、沙柳等灌木和草类能源植物，也被证明适合用作发电燃料。在那些不宜种植粮食、棉、油的土地，可以种植这些植物，通过科学管理提升生物质资源潜力。”毛健雄还透露了一项利好，“建议根据我国生物质资源情况及利用目标，制定更合理的政策，对燃煤电厂混烧生物质进行约束和支持，建立一体化收、储、运和加工产业链，让掺烧来料像用煤一样方便。”
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