《中國電力報》記者 馮義軍 通訊員 陳元婷
希臘400KW生物質(zhì)氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)生物炭項目
華電襄陽(yáng)15MW級燃煤耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電項目
緬甸1200KW生物質(zhì)氣化發(fā)電聯(lián)產(chǎn)炭項目
浙江麗水生物質(zhì)氣化燒10噸鍋爐聯(lián)產(chǎn)生物炭項目
近日，國家能源局、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項目建設的通知》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《通知》），確定了84個(gè)技改項目試點(diǎn)，涉及全國23個(gè)省、自治區、直轄市。 燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電是一種成熟的可再生能源發(fā)電技術(shù)，通過(guò)現役煤電機組的高效發(fā)電系統和環(huán)保集中治理平臺，盡力消納田間露天直燃秸稈，規?；瘏f(xié)同處理污泥，實(shí)現燃料靈活性，降低存量煤電耗煤量，提升可再生能源發(fā)電量，具有投資省、見(jiàn)效快、排放低、可再生電能質(zhì)量穩定的特點(diǎn)。
在上述通知的80多個(gè)試點(diǎn)項目中，從技術(shù)方案上看，“采用生物質(zhì)氣化爐對農林廢棄殘余物進(jìn)行氣化，產(chǎn)生的生物質(zhì)燃氣輸送至燃煤機組鍋爐進(jìn)行燃燒、發(fā)電”這一模式達40多個(gè)?！皻饣背蔀榇舜稳济厚詈仙镔|(zhì)發(fā)電技巧的主要模式。 國內首套燃煤耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電示范項目是由國電長(cháng)源電力公司與合肥德博生物能源科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)德博能源）共同研發(fā)的荊門(mén)10.8MW工程，目前成功穩定運行近6年時(shí)間，為燃煤耦合生物質(zhì)氣化產(chǎn)業(yè)提供了運營(yíng)樣本。中國能源研究會(huì )將該項目作為國內燃煤電廠(chǎng)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展經(jīng)典案例進(jìn)行推介，受到了各界專(zhuān)家和能源行業(yè)資深人士的高度認可。 在此基礎上，業(yè)內專(zhuān)家也有指出，盡管氣化技術(shù)路線(xiàn)相比其它耦合方式優(yōu)勢突出，但氣化灰渣的高附加值利用，是該技術(shù)路線(xiàn)需要改進(jìn)和提高的方向。 針對這一問(wèn)題，《中國電力報》記者采訪(fǎng)了生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域多位資深專(zhuān)家，調研生物質(zhì)氣化領(lǐng)域最新進(jìn)展，為生物質(zhì)氣化在燃煤耦合發(fā)電中應用提供新思路。
能源企業(yè)變身為能源材料綜合中心
彼之砒霜，我之蜜糖。能源領(lǐng)域追求降低氣化灰渣含碳量，減少能量損失；而從價(jià)值角度來(lái)分析，隨著(zhù)氣化固體產(chǎn)物中含碳量增大，無(wú)價(jià)值灰渣轉變?yōu)楦邇r(jià)值生物炭，會(huì )大幅度提高項目收益，這正是生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)工藝追求的。
為了氣化事業(yè)發(fā)展，德博能源與相關(guān)科研單位深入合作，并投入大量資金進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。他們首先從生物質(zhì)原料特性做起，建立了涵蓋秸稈、稻殼、玉米芯、木塊、竹屑在內的100多種生物質(zhì)的堆密度、流動(dòng)性、元素分析、灰成分等理化特性庫。他們開(kāi)發(fā)出了適合不同原料的固定床和流化床氣化裝置，實(shí)現了對燃氣和生物炭等多種產(chǎn)品的智能調控。他們還擴大了生物燃氣的應用范圍，實(shí)現了生物燃氣在電力供應、熱能生產(chǎn)、化工領(lǐng)域、金屬冶煉等領(lǐng)域的全覆蓋。在氣化產(chǎn)品方面，他們實(shí)現了生物燃氣的高效清潔燃燒利用，生物炭產(chǎn)品深加工成工業(yè)炭和活性炭用于修復退化、污染的土壤和水體，并開(kāi)發(fā)了新型炭基肥、生物質(zhì)液肥等產(chǎn)品應用于農業(yè)，減少化肥用量。他們還與合作單位一起延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈，將生物炭變成為價(jià)值極高的電極材料，實(shí)現了生物質(zhì)向高端碳材料的轉化。
已故中國工程院張齊生院士畢生致力于生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化推廣，利用生物質(zhì)中揮發(fā)分和固定碳等可燃組分理化特性，在高溫無(wú)氧或缺氧條件下，發(fā)生分解產(chǎn)生可燃氣體及高品質(zhì)生物炭，通過(guò)調整固定碳的氧化程度，實(shí)現高品質(zhì)生物炭及燃氣同時(shí)輸出，提升生物質(zhì)價(jià)值。
在張齊生理論指導下，合肥德博生物能源科技有限公司陸續建設并運行了一百多套生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)項目，在我國東北地區的黑龍江和吉林，實(shí)現生物質(zhì)清潔供暖同時(shí)獲得高品質(zhì)炭材料；在浙江安吉、麗水等地，踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，實(shí)現當地竹廢料清潔高價(jià)值利用；項目輻射到緬甸、剛果金等國家，讓我國的綠色能源設備幫助“一帶一路”沿線(xiàn)國家向清潔能源轉型；多聯(lián)產(chǎn)設備更是出口到了希臘、西班牙、斯洛文尼亞等歐洲國家，實(shí)現了“中國制造”出口向“中國創(chuàng )造”出口的轉變，并獲得業(yè)主的一致好評。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)開(kāi)發(fā)，近幾年創(chuàng )造性實(shí)現了大型流化床炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)突破和項目運行，不僅為大型燃煤電站耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電提供了新的利潤增長(cháng)點(diǎn)，更為中國生態(tài)環(huán)境治理書(shū)寫(xiě)了新篇章。
氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)中產(chǎn)生的高溫燃氣與煤粉混燃，實(shí)現高效耦合發(fā)電，同時(shí)獲得生物炭，這就構成了燃煤耦合生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)。根據生物質(zhì)原料不同，生物炭可以制作工業(yè)還原炭、活性炭、生活用炭、電容炭、炭基肥料等。燃煤電站不但能夠實(shí)現電能和熱能等二次能源全方位輸出，而且變成生物炭材料中心。
生物炭有較大的孔隙度和比表面積，較強吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力，可有效改善土壤結構和理化性質(zhì)、增加土壤碳含量，因此被廣泛應用于改良酸化土、沙化土、白漿土等低產(chǎn)土壤，被國際學(xué)術(shù)界譽(yù)為“黑色黃金”。
中國工程院院士、沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)教授陳溫福的研究方向一直圍繞著(zhù)國家糧食安全和耕地品質(zhì)，“保障國家糧食安全的根本在耕地，既要守住耕地紅線(xiàn)，也要扭轉耕地質(zhì)量下降的趨勢?！弊鳛槲覈狈匠壍狙芯渴紫茖W(xué)家，陳溫福這些年來(lái)把研究重心放在秸稈炭化還田即生物炭基肥上，為推進(jìn)“藏糧于地”奔走?！拔覈锾垦芯刻貏e是產(chǎn)業(yè)化應用在國際上已處于領(lǐng)先地位，研究人員發(fā)表的SCI論文幾乎占到50%，生物炭產(chǎn)業(yè)化應該說(shuō)已經(jīng)相當成熟?！标悳馗Ｕf(shuō)，秸稈生物炭能夠實(shí)現自循環(huán)、零排放、無(wú)污染，生物炭及其制成品“生物炭基肥”成本也降了下來(lái)，與復合肥成本大體相當。經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)境效益的三贏(yíng)
隨著(zhù)我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，對空氣、水體和土壤等環(huán)境的潔凈程度要求也越來(lái)越高，作為吸附材料的活性炭和生物炭?jì)r(jià)值逐漸凸顯?！吧锾恳约吧锾恐瞥傻幕钚蕴扛缓罅课⒖缀椭锌?，可以有效過(guò)濾空氣、水體和土壤中的污染物?！蹦暇┝謽I(yè)大學(xué)周建斌教授對記者說(shuō)。而隨著(zhù)國家對土窯燒炭等落后制炭工藝的全面關(guān)停，生物炭和活性炭?jì)r(jià)格日益高企。“在現有燃煤機組耦合生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)，生物炭的價(jià)值可以部分抵消生物質(zhì)原料成本，生物燃氣獲得的綠色電力是錦上添花?！焙戏实虏┥锬茉纯萍加邢薰径麻L(cháng)張守軍現身說(shuō)法，按照他建設運行的多套生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)工程實(shí)際運行數據，給記者算了這樣一筆賬。按照每噸生物炭?jì)r(jià)格1000多元，生物質(zhì)的產(chǎn)炭率在15%以上，燃煤電廠(chǎng)對生物質(zhì)原料的價(jià)格耐受力可大幅提升，加上國家對燃煤電廠(chǎng)耦合生物質(zhì)的其他優(yōu)惠政策，從而做到耦合發(fā)電成本可控。全國人大代表、農業(yè)部規劃設計研究院副院長(cháng)趙立欣接受記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，建議加大秸稈生物炭產(chǎn)業(yè)支持，促進(jìn)我國生態(tài)農業(yè)可持續發(fā)展，實(shí)現經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)境效益的三贏(yíng)。趙立欣指出，當前秸稈由過(guò)去的主要用于農村生活能源和牲畜飼料，已拓展到肥料化、飼料化、燃料化等領(lǐng)域。另一方面，隨著(zhù)我國農業(yè)和農村經(jīng)濟的快速發(fā)展，化肥等農用化學(xué)品投入逐年增加。2016年，我國化肥使用量為5984萬(wàn)噸，利用率36%左右。2015年農業(yè)部曾下發(fā)通知，開(kāi)展化肥“零增長(cháng)”行動(dòng)，以生物炭為核心的炭基肥、土壤改良劑等，可最大限度地實(shí)現秸稈中的氮磷鉀和有機質(zhì)的高效循環(huán)利用，提高土壤有機質(zhì)、減少化肥施用量，提升農作物產(chǎn)量和品質(zhì)，改良土壤環(huán)境。
發(fā)展空間巨大
“這次耦合發(fā)電試點(diǎn)工作在各大煤電企業(yè)中激起了巨大反響，煤電機組將充分利用自身發(fā)電效率高和污染物集中治理超低排放的優(yōu)勢，參與到可再生能源的生產(chǎn)中。在各耦合發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)中，氣化耦合以計量方便、對鍋爐影響小、規模靈活等優(yōu)勢受到了大多數煤電企業(yè)的青睞?！睆埵剀妼τ浾叻治龅?。
記者注意到，上述《通知》明確，生物質(zhì)能電量單獨計量，由各省級發(fā)展改革委（能源局）負責認定，由電網(wǎng)企業(yè)全額收購。各地根據節能低碳電力調度有關(guān)原則優(yōu)先安排調度序位，并按照發(fā)電序位實(shí)施差別電量制度，因地制宜制定生物質(zhì)資源消納處置補償機制，采用政府購買(mǎi)公共服務(wù)等多種方式合理補償生物質(zhì)資源消納處置成本并保障技改試點(diǎn)項目合理盈利。
在這次技改試點(diǎn)中，從省份上看，江蘇?。?3）燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項目數量最多，同時(shí)也是唯一一個(gè)試點(diǎn)數量超過(guò)10的省份；其次是遼寧?。?），河北?。?）和黑龍江?。?）。從各發(fā)電企業(yè)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項目數量上看，華能（14）居所有企業(yè)之首，緊隨其后的是大唐（11）、華潤（11）以及華電（10）。根據統計，五大發(fā)電集團共計斬獲44個(gè)試點(diǎn)項目，占全部試點(diǎn)項目數量的52%。
中國工程院院士蔣劍春指出，“高值化利用是生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)利用的方向，需要物理、化學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科知識的相互滲透、交叉，更需要多種產(chǎn)業(yè)之間的融合”，這與張守軍認為“工農能一體化”是實(shí)現生物質(zhì)高值化利用最好方式的思路不謀而合。
“在現有燃煤機組嫁接流化床氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可以大規模連續化生產(chǎn)生物炭和燃氣，燃氣送入大型燃煤鍋爐耦合發(fā)電，將傳統的作坊式生物炭生產(chǎn)帶入了大工業(yè)時(shí)代，也為燃煤發(fā)電行業(yè)綠色轉型提供了新方向?！闭憬髮W(xué)能源工程學(xué)院教授王勤輝對燃煤耦合生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)發(fā)電帶來(lái)的價(jià)值效應充滿(mǎn)期待。近年來(lái)，由于相關(guān)政策的鼓勵，許多電廠(chǎng)正在積極開(kāi)展將現有大型鍋爐改造成生物質(zhì)耦合發(fā)電的工作，減少煤炭消費，增加清潔能源使用，有助于緩解火電廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)壓力。相關(guān)專(zhuān)家分析，我國燃煤電廠(chǎng)裝機容量超過(guò)10億千瓦，如果有一半能夠耦合生物質(zhì)并聯(lián)產(chǎn)生物炭，實(shí)現生物質(zhì)資源化利用和能源化利用相結合，可進(jìn)一步提高生物質(zhì)利用效益，提高電廠(chǎng)贏(yíng)利能力。燃煤電廠(chǎng)聯(lián)產(chǎn)的生物炭用于土壤和水體修復，生產(chǎn)炭基肥，減少化肥農藥使用量，增加有機肥使用量，能有效提升我國的生態(tài)發(fā)展水平，在解決農林生物質(zhì)無(wú)序焚燒問(wèn)題同時(shí)并實(shí)現生態(tài)循環(huán)，成為良好生態(tài)環(huán)境建設、實(shí)現生態(tài)惠民的重要一環(huán)，具有廣闊發(fā)展前途。
木質(zhì)活性炭
竹質(zhì)活性炭
生物質(zhì)電容炭
生物質(zhì)硅炭黑
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