燃煤耦合生物质发电的“德博模式”

　　近日，国家能源局、生态环境部联合发布《关于燃煤耦合生物质发电技改试点项目建设的通知》（以下简称《通知》），确定了84个技改项目试点，涉及全国23个省、自治区、直辖市。

　　燃煤耦合生物质发电是一种成熟的可再生能源发电技术，通过现役煤电机组的高效发电系统和环保集中治理平台，尽力消纳田间露天直燃秸秆，规模化协同处理污泥，实现燃料灵活性，降低存量煤电耗煤量，提升可再生能源发电量，具有投资省、见效快、排放低、可再生电能质量稳定的特点。

　　在上述通知的80多个试点项目中，从技术方案上看，“采用生物质气化炉对农林废弃残余物进行气化，产生的生物质燃气输送至燃煤机组锅炉进行燃烧、发电”这一模式达40多个。“气化”成为此次燃煤耦合生物质发电技巧的主要模式。

　　国内首套燃煤耦合生物质气化发电示范项目是由国电长源电力公司与合肥德博生物能源科技有限公司（简称德博能源）共同研发的荆门10.8MW工程，目前成功稳定运行近6年时间，为燃煤耦合生物质气化产业提供了运营样本。中国能源研究会将该项目作为国内燃煤电厂循环经济发展经典案例进行推介，受到了各界专家和能源行业资深人士的高度认可。

　　在此基础上，业内专家也有指出，尽管气化技术路线相比其它耦合方式优势突出，但气化灰渣的高附加值利用，是该技术路线需要改进和提高的方向。

　　针对这一问题，《中国电力报》记者采访了生物质资源利用领域多位资深专家，调研生物质气化领域最新进展，为生物质气化在燃煤耦合发电中应用提供新思路。

华电襄阳15MW级燃煤耦合生物质气化发电项目

　　能源企业变身为能源材料综合中心

　　彼之砒霜，我之蜜糖。能源领域追求降低气化灰渣含碳量，减少能量损失；而从价值角度来分析，随着气化固体产物中含碳量增大，无价值灰渣转变为高价值生物炭，会大幅度提高项目收益，这正是生物质气化多联产工艺追求的。

　　为了气化事业发展，德博能源与相关科研单位深入合作，并投入大量资金进行技术研发。他们首先从生物质原料特性做起，建立了涵盖秸秆、稻壳、玉米芯、木块、竹屑在内的100多种生物质的堆密度、流动性、元素分析、灰成分等理化特性库。他们开发出了适合不同原料的固定床和流化床气化装置，实现了对燃气和生物炭等多种产品的智能调控。他们还扩大了生物燃气的应用范围，实现了生物燃气在电力供应、热能生产、化工领域、金属冶炼等领域的全覆盖。在气化产品方面，他们实现了生物燃气的高效清洁燃烧利用，生物炭产品深加工成工业炭和活性炭用于修复退化、污染的土壤和水体，并开发了新型炭基肥、生物质液肥等产品应用于农业，减少化肥用量。他们还与合作单位一起延长产业链，将生物炭变成为价值极高的电极材料，实现了生物质向高端碳材料的转化。

　　已故中国工程院张齐生院士毕生致力于生物质气化多联产技术研究和产业化推广，利用生物质中挥发分和固定碳等可燃组分理化特性，在高温无氧或缺氧条件下，发生分解产生可燃气体及高品质生物炭，通过调整固定碳的氧化程度，实现高品质生物炭及燃气同时输出，提升生物质价值。

　　在张齐生理论指导下，合肥德博生物能源科技有限公司陆续建设并运行了一百多套生物质气化多联产项目，在我国东北地区的黑龙江和吉林，实现生物质清洁供暖同时获得高品质炭材料；在浙江安吉、丽水等地，践行“绿水青山就是金山银山”的理念，实现当地竹废料清洁高价值利用；项目辐射到缅甸、刚果金等国家，让我国的绿色能源设备帮助“一带一路”沿线国家向清洁能源转型；多联产设备更是出口到了希腊、西班牙、斯洛文尼亚等欧洲国家，实现了“中国制造”出口向“中国创造”出口的转变，并获得业主的一致好评。经过不断的技术开发，近几年创造性实现了大型流化床炭气联产技术突破和项目运行，不仅为大型燃煤电站耦合生物质气化发电提供了新的利润增长点，更为中国生态环境治理书写了新篇章。

缅甸1200KW生物质气化发电联产炭项目

　　气化多联产技术中产生的高温燃气与煤粉混燃，实现高效耦合发电，同时获得生物炭，这就构成了燃煤耦合生物质气化多联产技术路线。根据生物质原料不同，生物炭可以制作工业还原炭、活性炭、生活用炭、电容炭、炭基肥料等。燃煤电站不但能够实现电能和热能等二次能源全方位输出，而且变成生物炭材料中心。

　　生物炭有较大的孔隙度和比表面积，较强吸附力、抗氧化力和抗生物分解能力，可有效改善土壤结构和理化性质、增加土壤碳含量，因此被广泛应用于改良酸化土、沙化土、白浆土等低产土壤，被国际学术界誉为“黑色黄金”。

　　中国工程院院士、沈阳农业大学教授陈温福的研究方向一直围绕着国家粮食安全和耕地品质，“保障国家粮食安全的根本在耕地，既要守住耕地红线，也要扭转耕地质量下降的趋势。”作为我国北方超级稻研究首席科学家，陈温福这些年来把研究重心放在秸秆炭化还田即生物炭基肥上，为推进“藏粮于地”奔走。“我国生物炭研究特别是产业化应用在国际上已处于领先地位，研究人员发表的SCI论文几乎占到50%，生物炭产业化应该说已经相当成熟。”陈温福说，秸秆生物炭能够实现自循环、零排放、无污染，生物炭及其制成品“生物炭基肥”成本也降了下来，与复合肥成本大体相当。

　　经济效益、社会效益和环境效益的三赢

　　随着我国经济发展和人民生活水平的提高，对空气、水体和土壤等环境的洁净程度要求也越来越高，作为吸附材料的活性炭和生物炭价值逐渐凸显。“生物炭以及生物炭制成的活性炭富含大量微孔和中孔，可以有效过滤空气、水体和土壤中的污染物。”南京林业大学周建斌教授对记者说。而随着国家对土窑烧炭等落后制炭工艺的全面关停，生物炭和活性炭价格日益高企。

　　“在现有燃煤机组耦合生物质气化多联产，生物炭的价值可以部分抵消生物质原料成本，生物燃气获得的绿色电力是锦上添花。”合肥德博生物能源科技有限公司董事长张守军现身说法，按照他建设运行的多套生物质气化多联产工程实际运行数据，给记者算了这样一笔账。按照每吨生物炭价格1000多元，生物质的产炭率在15%以上，燃煤电厂对生物质原料的价格耐受力可大幅提升，加上国家对燃煤电厂耦合生物质的其他优惠政策，从而做到耦合发电成本可控。

　　全国人大代表、农业部规划设计研究院副院长赵立欣接受记者采访时说，建议加大秸秆生物炭产业支持，促进我国生态农业可持续发展，实现经济效益、社会效益和环境效益的三赢。赵立欣指出，当前秸秆由过去的主要用于农村生活能源和牲畜饲料，已拓展到肥料化、饲料化、燃料化等领域。另一方面，随着我国农业和农村经济的快速发展，化肥等农用化学品投入逐年增加。2016年，我国化肥使用量为5984万吨，利用率36%左右。2015年农业部曾下发通知，开展化肥“零增长”行动，以生物炭为核心的炭基肥、土壤改良剂等，可最大限度地实现秸秆中的氮磷钾和有机质的高效循环利用，提高土壤有机质、减少化肥施用量，提升农作物产量和品质，改良土壤环境。

浙江丽水生物质气化烧10吨锅炉联产生物炭项目

　　发展空间巨大

　　“这次耦合发电试点工作在各大煤电企业中激起了巨大反响，煤电机组将充分利用自身发电效率高和污染物集中治理超低排放的优势，参与到可再生能源的生产中。在各耦合发电技术路线中，气化耦合以计量方便、对锅炉影响小、规模灵活等优势受到了大多数煤电企业的青睐。”张守军对记者分析道。

　　记者注意到，上述《通知》明确，生物质能电量单独计量，由各省级发展改革委（能源局）负责认定，由电网企业全额收购。各地根据节能低碳电力调度有关原则优先安排调度序位，并按照发电序位实施差别电量制度，因地制宜制定生物质资源消纳处置补偿机制，采用政府购买公共服务等多种方式合理补偿生物质资源消纳处置成本并保障技改试点项目合理盈利。

　　在这次技改试点中，从省份上看，江苏省（13）燃煤耦合生物质发电技改试点项目数量最多，同时也是唯一一个试点数量超过10的省份；其次是辽宁省（7），河北省（6）和黑龙江省（6）。从各发电企业燃煤耦合生物质发电技改试点项目数量上看，华能（14）居所有企业之首，紧随其后的是大唐（11）、华润（11）以及华电（10）。根据统计，五大发电集团共计斩获44个试点项目，占全部试点项目数量的52%。

　　中国工程院院士蒋剑春指出，“高值化利用是生物质资源开发利用的方向，需要物理、化学、植物学、微生物学等多个学科知识的相互渗透、交叉，更需要多种产业之间的融合”，这与张守军认为“工农能一体化”是实现生物质高值化利用最好方式的思路不谋而合。

　　“在现有燃煤机组嫁接流化床气化多联产技术，可以大规模连续化生产生物炭和燃气，燃气送入大型燃煤锅炉耦合发电，将传统的作坊式生物炭生产带入了大工业时代，也为燃煤发电行业绿色转型提供了新方向。”浙江大学能源工程学院教授王勤辉对燃煤耦合生物质气化多联产发电带来的价值效应充满期待。

　　近年来，由于相关政策的鼓励，许多电厂正在积极开展将现有大型锅炉改造成生物质耦合发电的工作，减少煤炭消费，增加清洁能源使用，有助于缓解火电厂经营压力。相关专家分析，我国燃煤电厂装机容量超过10亿千瓦，如果有一半能够耦合生物质并联产生物炭，实现生物质资源化利用和能源化利用相结合，可进一步提高生物质利用效益，提高电厂赢利能力。燃煤电厂联产的生物炭用于土壤和水体修复，生产炭基肥，减少化肥农药使用量，增加有机肥使用量，能有效提升我国的生态发展水平，在解决农林生物质无序焚烧问题同时并实现生态循环，成为良好生态环境建设、实现生态惠民的重要一环，具有广阔发展前途。