經(jīng)過破碎加工的核桃殼，與燃煤一同送進(jìn)鍋爐——國家能源集團(tuán)河北龍山電廠1號(hào)機(jī)組吃下了“新食材”。近日，該公司首次實(shí)現(xiàn)了燃煤生物質(zhì)耦合摻燒發(fā)電，期間機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)正常。

記者了解到，作為輔料的核桃殼可以改善煤的燃燒特性，減輕鍋爐設(shè)備磨損。經(jīng)測算，該廠每年摻燒10萬噸核桃殼，相當(dāng)于等效節(jié)約標(biāo)煤5.7萬噸，降低燃料成本1042萬元，還能減少二氧化碳排放量約7萬噸、二氧化硫生成量約1600噸。

上述嘗試，正是煤電行業(yè)想方設(shè)法減排的一個(gè)縮影。在末端推進(jìn)節(jié)能降碳改造的同時(shí)，部分電廠主動(dòng)另辟蹊徑，嘗試從源頭減少煤耗、降低排放。除了農(nóng)林廢棄物，城市污泥、工業(yè)固廢等物質(zhì)也被作為燃料。這些“食材”到底行不行，機(jī)組能不能“吃好”?

“食材”更豐富節(jié)煤又減排

“推進(jìn)煤電低碳發(fā)展，僅僅依靠機(jī)組自身提高效率、降低煤耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要想實(shí)現(xiàn)更大幅度的碳減排，甚至達(dá)到近零排放，還須采用低碳燃料進(jìn)行替換。”清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系教授毛健雄向記者舉例，生物質(zhì)燃料碳排放強(qiáng)度為18克二氧化碳/千瓦時(shí)，是煤電碳排放強(qiáng)度的0.018。“生物質(zhì)在替代煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的碳排放，與其生長過程中吸收的二氧化碳，可以相互抵消，對(duì)環(huán)境而言并無新增排放。由此，煤電機(jī)組摻燒生物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)有效降碳。”

國際能源署煤炭工業(yè)咨詢委員會(huì)近日發(fā)布了《低排放煤炭技術(shù)助力零碳亞洲未來》的報(bào)告，國家能源集團(tuán)湖北公司燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電項(xiàng)目作為典型案例入選。這是我國首次在大型電站中應(yīng)用“生物質(zhì)氣化燃?xì)馀c煤混燃技術(shù)”，項(xiàng)目建設(shè)設(shè)計(jì)燃料為50%的稻殼和50%的秸稈。以年運(yùn)行5000小時(shí)預(yù)計(jì)，每年可以消耗約4萬噸稻殼、秸稈，節(jié)約煤炭資源折合約2萬噸標(biāo)煤，每年可減排二氧化碳4萬噸。

減排要求不斷提高，“食材”也更加豐富。擁有全國首臺(tái)百萬千瓦級(jí)燃煤機(jī)組的華能玉環(huán)電廠，就把目光轉(zhuǎn)向了城市污泥和工業(yè)固廢。“燃煤耦合污泥發(fā)電項(xiàng)目采用濕污泥直摻方式，市政污泥由全封閉輸送車運(yùn)到電廠密閉儲(chǔ)倉，經(jīng)柱塞泵和污泥輸送管道直送至磨煤機(jī)。污泥一邊脫水、一邊與碎煤共同磨成粉末、進(jìn)入爐膛。”據(jù)該廠生產(chǎn)部環(huán)保專工樂波介紹，除了2套污泥直摻鍋爐磨煤機(jī)裝置，電廠還有4套工業(yè)固廢燃燒裝置，污泥和固廢日處理分別達(dá)到300噸、150噸，算下來一年可節(jié)約原煤3萬噸左右。

“新”燃料適應(yīng)“老”機(jī)組運(yùn)行迎來新挑戰(zhàn)

好處顯而易見，但復(fù)雜的“食材”也給機(jī)組運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn)。華能長江環(huán)保科技有限公司教授級(jí)高工王一坤告訴記者，多源固廢包括草、木、皮、泥、渣等多種形式，而傳統(tǒng)鍋爐均是針對(duì)特定煤種設(shè)計(jì)，只有符合設(shè)計(jì)參數(shù)的燃料才能確保安全穩(wěn)定運(yùn)行。這意味著，必須讓“新”燃料適應(yīng)“老”機(jī)組。

“目前包括直接、間接和并聯(lián)耦合發(fā)電三種摻燒方式，各有利弊。以生物質(zhì)為例，直接耦合是將原料處理成適應(yīng)現(xiàn)有機(jī)組的燃料形態(tài)，投資成本最低，燃燒效率幾乎與原有機(jī)組等同。但該方式超過一定摻燒比例，對(duì)鍋爐效率和安全性能會(huì)產(chǎn)生影響，比如廢棄物含有堿金屬、氯離子，直接送入鍋爐對(duì)安全性影響很大，如何實(shí)現(xiàn)安全可控很關(guān)鍵。”王一坤說。

“我國大部分電廠采用煤粉鍋爐，進(jìn)入爐膛必須是粉狀燃料。換句話說，生物質(zhì)顆粒也要細(xì)到一定程度才能送入。”一位不愿具名的電廠人士進(jìn)一步稱，除了制備要求高，粉狀燃料燃點(diǎn)低、揮發(fā)分高、易燃易爆，存儲(chǔ)也是問題。

還有多位人士提出經(jīng)濟(jì)性問題。“在國外，生物質(zhì)摻燒比例10%-100%的電廠都有。但我國生物質(zhì)資源以農(nóng)林廢棄物為主，與國外情況不同，直接高比例摻混仍面臨技術(shù)難題。另外，污泥含有很多雜質(zhì)，難免對(duì)設(shè)備造成影響，前端處置也需要一筆支出。采用其他兩種方式，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，改造難度大、投資費(fèi)用高等問題都需要綜合考量。尤其是并聯(lián)耦合發(fā)電方式，雖不存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，但經(jīng)濟(jì)性最差。”王一坤表示，若不能保障經(jīng)濟(jì)性，電廠“越發(fā)電越虧損”，直接影響減排積極性。

科學(xué)經(jīng)濟(jì)利用還需技術(shù)指南

難題怎么破解?樂波講述了經(jīng)驗(yàn)：“污泥熱值偏低，含水量接近80%，玉環(huán)電廠創(chuàng)造性地將污泥摻配點(diǎn)選在磨煤機(jī)入口落煤管，自主研發(fā)的污泥直摻鍋爐磨煤機(jī)裝置是關(guān)鍵。污泥與碎煤混合后進(jìn)入磨煤機(jī)，沒有使用常規(guī)的干化設(shè)備進(jìn)行脫水，而是直接通過抽取鍋爐尾部高溫?zé)煔猓褵釟廨斔偷侥ッ簷C(jī)中吹干污泥，循環(huán)利用發(fā)電產(chǎn)生的熱能。然后，污泥與碎煤都被磨成粉末狀，送進(jìn)爐膛燃燒。”

經(jīng)粉碎后的皮革、布料等固廢也通過輸送系統(tǒng)進(jìn)入料倉。“看起來簡單，處置過程包括固廢直燃噴嘴、可調(diào)噴射器等多項(xiàng)專利技術(shù)，背后是反復(fù)研究及數(shù)十次改進(jìn)。”樂波表示，在減排二氧化碳的同時(shí)，摻燒后的煙塵、氮氧化物及二氧化硫等指標(biāo)，同樣低于燃?xì)怆姀S標(biāo)準(zhǔn)，真正實(shí)現(xiàn)了低碳化、無害化。

在王一坤看來，電廠應(yīng)根據(jù)來料物性、機(jī)組特點(diǎn)等不同條件，選擇真正適宜的耦合方式。比如，摻混物中的重金屬、氯及氟元素含量低，耦合比例低于10%，建議選擇直接耦合發(fā)電，反之考慮間接耦合。“目前，耦合發(fā)電的電量監(jiān)管、污染物排放限值、測試標(biāo)準(zhǔn)等方面仍有缺失，應(yīng)盡快研究制定符合國情的燃煤電站耦合發(fā)電技術(shù)指南和規(guī)范，對(duì)耦合比例、監(jiān)測指標(biāo)、排放限值、檢測頻次等要求進(jìn)行細(xì)化。”

“除了常見的秸稈等農(nóng)林廢棄物，檸條、沙柳等灌木和草類能源植物，也被證明適合用作發(fā)電燃料。在那些不宜種植糧食、棉、油的土地，可以種植這些植物，通過科學(xué)管理提升生物質(zhì)資源潛力。”毛健雄還透露了一項(xiàng)利好，“建議根據(jù)我國生物質(zhì)資源情況及利用目標(biāo)，制定更合理的政策，對(duì)燃煤電廠混燒生物質(zhì)進(jìn)行約束和支持，建立一體化收、儲(chǔ)、運(yùn)和加工產(chǎn)業(yè)鏈，讓摻燒來料像用煤一樣方便。”