前言

　　在全球能源结构加速转型以及环保要求日益严苛的大背景下，实现燃煤机组的低碳化发展已成为能源领域的关键任务。随着 “双碳” 目标的提出，即力争于 2030 年前达到碳排放峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和，传统的燃煤发电方式面临着前所未有的挑战与变革机遇。在此形势下，燃煤耦合掺烧生物质技术作为一种创新模式脱颖而出，为燃煤机组的低碳化改造提供了一条极具潜力的途径。

　　国家发展改革委、国家能源局联合印发的《煤电低碳化改造建设行动方案(2024—2027 年)》，明确将生物质掺烧列为煤电低碳化改造建设的首要方式，并规定了具体目标和要求，如到 2025 年，首批煤电低碳化改造建设项目全部开工后，相关项目度电碳排放水平较 2023 年同类煤电机组平均碳排放水平降低 20% 左右;到 2027 年，相关项目度电碳排放较 2023 年同类煤电机组平均碳排放水平降低 50% 左右、接近天然气发电机组碳排放水平。这一政策的出台，为燃煤耦合掺烧生物质技术的应用与推广提供了清晰的导向和有力的保障。

　　我国生物质资源年产量丰富，其中农林生物质资源折合 4.6 亿吨标准煤，应用发展市场潜力巨大。然而，目前国内能够实现生物质掺烧的燃煤机组数量有限，且在技术应用过程中，企业面临着诸多挑战，如生物质气化技术的转化效率、成本控制、催化剂寿命等方面的不足，以及不同的生物质掺烧方式和燃料类型对锅炉的燃烧效率、稳定性和安全性的影响等。

　　为了更好地应对这些挑战，实现燃煤机组掺烧生物质低碳化技术路径的高效应用，推动能源的可持续发展，本文将对相关技术路径及发展策略进行深入探讨，并提出针对性的措施与建议。

　　技术路径

　　▶直接耦合燃烧：

　　原磨煤机耦合方案：利用锅炉原有的磨煤机对生物质进行研磨，然后将研磨后的生物质送入原煤燃烧器进行耦合发电。优点是对原系统改造较小，改造成本相对较低;缺点是掺烧比最高只能达到 10% 左右，并且会降低原有制粉系统的效率，导致燃烧条件变差，影响发电效率和稳定性。

　　生物质与煤预混合耦合方案：将生物质和煤按照一定比例预先混合，再经原输煤管道和磨煤机研磨后送入原煤燃烧器。该方案同样对原系统改造较小，成本较低，但存在燃烧条件差、火焰稳定性和传热特性不佳的问题，同时还容易增加结渣、积灰和腐蚀的风险，对锅炉的安全运行和维护带来较大挑战。

　　送粉管道耦合方案：为生物质配置单独的处理系统，将生物质研磨后喷入煤粉管道，与煤粉共同进入原煤燃烧器进行耦合。此方案虽然能够将掺烧比提升至 20% 左右，但增设了生物质处理系统，投资成本较高，并且可能会出现生物质堵塞煤粉输送管道的问题，影响系统的正常运行。

　　原煤燃烧器耦合方案：将研磨后的生物质直接喷入原煤燃烧器进行耦合，与送粉管道耦合方案类似，增设了生物质处理系统，投资较高，且存在生物质堵塞煤粉输送管道的风险，但掺烧比也能提升至 20% 左右，在一定程度上提高了生物质的利用效率。

　　独立生物质燃烧器耦合方案：为生物质配备独立的燃烧器，经过预处理后的生物质从生物质燃烧器进入锅炉炉膛进行耦合发电。该方案的燃料适应性好，掺烧比例高，能够更好地发挥生物质的燃烧特性，但改造成本最高，对企业的资金实力和技术水平要求较高。

　　间接耦合燃烧：先将生物质在专用设备中进行气化或热解，产生可燃气体，然后将可燃气体送至燃煤锅炉的专用燃烧器中进行燃烧。这种方法能够最大程度地降低直燃耦合中污渍、腐蚀等问题的影响，提高锅炉的运行安全性和稳定性。但该系统较为复杂，投资成本高，并且过高的掺烧比会使锅炉钾含量升高，影响催化剂活性，因此一般建议将生物质耦合比例控制在 10% 以内。

　　并联耦合燃烧：在现有燃煤锅炉附近建设独立的生物质燃烧锅炉，二者产生的蒸汽一同进入汽轮机发电。该技术处理机制具有显著优势，能够实现生物质 100% 耦合，可适应多种生物质燃料，且不会影响原有燃煤锅炉的正常运行。然而，其缺点是投资成本高，需要增设完整的生物质锅炉和管道系统，并且发电效率低于间接耦合发电，在一定程度上限制了其大规模应用。

　　发展策略 —— 高效应用措施

　　▶技术创新方面：

　　研发高效预处理技术：开发针对不同种类生物质的定制化预处理技术，如采用物理、化学或生物方法对生物质进行预处理，以提高其能量密度、改善燃烧性能和降低水分含量等，使生物质更易于与煤炭混合燃烧并提高燃烧效率。例如，利用机械化学预处理方法，可使生物质的结晶度降低，反应活性提高，从而在燃烧过程中更充分地释放能量。

　　优化耦合燃烧技术：对现有的直接耦合、间接耦合和并联耦合等燃烧技术进行深入研究和优化。如在直接耦合燃烧中，改进生物质与煤的混合方式和燃烧器设计，提高燃烧效率和稳定性;在间接耦合燃烧中，优化生物质气化或热解的工艺参数和设备性能，降低系统复杂度和投资成本;在并联耦合燃烧中，提高生物质燃烧锅炉与燃煤锅炉的协同运行效率，减少能量损失。

　　应用智能化控制系统：利用先进的传感器技术和自动化控制算法，实现对燃煤和生物质燃料的精准配比、燃烧过程的实时监测和自动调节。通过智能化控制系统，根据锅炉的运行状态和负荷需求，精确控制生物质的掺烧量和燃烧参数，确保锅炉的安全、稳定和高效运行，同时最大程度地发挥生物质的低碳化效益。

　　▶原料供应方面：

　　建立稳定供应体系：构建完善的生物质收集、运输和储存网络，确保生物质原料的稳定供应。与当地的农林废弃物回收企业、农民合作社等建立长期合作关系，采用集中收集和分散收集相结合的方式，提高生物质的收集效率。同时，建设标准化的生物质储存设施，解决生物质的季节性和区域性供应不平衡问题2。

　　拓展原料来源：除了传统的农林废弃物，积极探索和利用其他类型的生物质资源，如城市有机垃圾、工业有机废弃物、藻类等。通过技术创新和工艺优化，将这些废弃物转化为适合燃煤机组掺烧的生物质燃料，不仅可以增加生物质的供应量，还能实现废弃物的资源化利用，减少环境污染。

　　加强质量控制：建立严格的生物质原料质量标准和检测方法，确保进入燃煤机组的生物质燃料符合燃烧要求。对生物质的热值、水分、灰分、挥发分等关键指标进行定期检测和监控，避免因原料质量不稳定而影响燃烧效果和设备运行安全。同时，加强对生物质预处理过程的质量控制，提高预处理后生物质燃料的质量均匀性

　　▶政策支持与市场机制方面：

　　完善政策法规：政府应进一步出台和完善相关的政策法规，如补贴政策、税收优惠、技术标准等，以鼓励和支持燃煤机组掺烧生物质项目的建设和运营。例如，对掺烧生物质的燃煤机组给予一定的电价补贴或财政奖励，降低企业的改造成本和运营成本;制定严格的生物质掺烧技术标准和环境排放标准，规范项目的建设和运行。

　　建立碳减排核算标准：加快制定燃煤掺烧生物质降碳效果的核算标准和方法学，明确碳减排量的计算方法和认定程序。建立与现有碳市场和碳排放交易机制相衔接的核算体系，使燃煤机组掺烧生物质所产生的碳减排量能够得到准确量化和交易，为企业创造额外的经济收益，提高其参与积极性。

　　培育市场需求：通过宣传和推广，提高社会对生物质能的认知度和接受度，培育和扩大生物质能市场需求。鼓励企业和居民使用生物质能产品和服务，如生物质供热、生物质燃气等，形成稳定的市场需求，从而促进生物质能产业的发展，为燃煤机组掺烧生物质提供更广阔的市场空间。

　　▶产业协同与合作方面：

　　加强产业链上下游合作：促进生物质原料预处理企业、收储运企业、燃煤和生物质锅炉制造企业、科研院所等产业链上下游企业的紧密合作。共同开展技术研发、项目建设和运营管理，实现资源共享、优势互补，提高整个产业链的效率和竞争力。例如，锅炉制造企业与科研院所合作，研发适合掺烧生物质的高效锅炉;原料预处理企业与收储运企业合作，确保生物质原料的稳定供应和质量控制。

　　开展跨行业合作：鼓励煤电企业与农林、环保、化工等其他行业开展跨行业合作，探索生物质能的多元化利用途径。例如，煤电企业与农林企业合作，共同建设生物质原料基地;与环保企业合作，开展生物质废弃物的处理和利用;与化工企业合作，将生物质转化为高附加值的化工产品，提高生物质的综合利用效益。

　　推动国际合作与交流：积极参与国际合作与交流，引进国外先进的技术和经验，同时推动我国的燃煤机组掺烧生物质技术和产品走向国际市场。加强与国际能源组织、科研机构和企业的合作，开展联合研究项目和技术交流活动，借鉴国际上成熟的生物质能利用模式和管理经验，提升我国在该领域的技术水平和国际影响力。

　　结语

　　燃煤机组掺烧生物质低碳化技术路径的探索和实践是一个不断发展和完善的过程，在这个过程中，我们既要充分借鉴国内外已有的成功经验和先进技术，又要结合我国的国情和实际情况进行创新和优化。同时，我们还应关注行业的新趋势和新变化，如生物质与其他可再生能源的协同利用、智能控制技术在掺烧过程中的应用等，不断拓展思路，积极探索更多可能的发展策略，为燃煤机组的低碳化改造提供更多的选择和借鉴，推动我国煤电行业向更高水平的绿色、低碳、智能

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