生物質燃料作為一種可再生清潔能源，與煤摻燒可降低燃煤電廠CO2、SO2以及NOx的排放，從生物質摻燒的經濟性及可能產生的問題等方面分析了內蒙古大唐國際托克托發電有限公司摻燒生物質燃料的可行性，總結摻燒生物質燃料主要存在的問題，并提出相應解決方案，可為電廠帶來直觀的社會效益和經濟效益。

引言

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生物質燃料作為一種可再生清潔能源，其揮發分、硫分、灰分等指標均優于燃煤，而且價格相對低廉。內蒙古大唐國際托克托發電有限公司(以下簡稱托電公司) 計劃在煤中摻燒生物質燃料，以達到減少污染物排放、增加發電效益的目的。

生物質燃料概況

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生物質燃料是將農林廢棄物(如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠等)作為原材料，經過粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，制成各種成型(如顆粒狀)的、可直接燃燒的新型清潔燃料。其中秸稈是生物質燃料的最主要原料。常見秸稈與托電公司燃煤各元素的對比見表1。由表1可以看出，生物質燃料具有高揮發分、低碳、低灰分等特點，易于燃燒，同時S和N的質量分數也低于煤，尤其是S的質量分數僅為托電公司燃煤的1/10～1/8，可以降低CO2和SO2等污染物的排放，說明生物質燃料是一種清潔能源。

表1 常見秸稈與托電公司燃煤各元素的對比

生物質燃料的優點

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2.1 社會效益顯著

2.1.1 降低污染物排放

生物質燃料作為一種清潔能源，其固定碳和硫的質量分數遠低于燃煤，以托電公司為例，如以1%的能量比例摻燒生物質燃料，每年需燃燒10萬t生物質燃料，可減少CO2排放約7萬t，減少SO2生成量1600t，在改善公司環保指標的同時，也降低了公司脫硫、脫硝系統的運行成本。

2.1.2 減少粉塵的排放

生物質燃料的灰分僅為煤的1 /5 左右，因此摻燒生物質燃料會減少煙氣中粉塵的含量。以托電公司為例，當玉米秸稈的能量比摻例為1%時，燃料的總灰分將降至27.73%，假設電除塵器出口煙氣粉塵質量濃度為50mg/m3(名義工況)，每年粉塵排放量可減少約35t。

2.1.3 帶動地方經濟發展

托克托縣耕地面積為67141.67hm2，主要農作物為玉米，按70%耕地種植玉米計算，每年約產玉米秸稈33.83萬t。傳統的處理方式多為就地焚燒，能源利用率極低，而且大量污染物直接排放，對環境影響很大。

當托電公司以2%的能量比例進行摻燒時，每年需要摻燒玉米秸稈34萬t，相當于托克托縣全年的玉米秸稈產量，不僅能使周邊農民直接受益，公司自身也能獲得廉價的燃料。而且托電公司可以將玉米秸稈大規模、高效率地利用，避免了直接焚燒對大氣的污染。

另外，生物質與煤摻燒前需要經過粉碎、壓縮、干燥等處理，形成了一個獨立的產業鏈，大規模摻燒的前提下，可以建設處理廠，增加就業崗位，帶動地方經濟發展。

2.2 改善煤的燃燒性能

由于生物質燃料具有高揮發分、低碳的特點，因此其易于燃燒且燃燒主要集中于燃燒前期，而煤由于碳含量高，燃燒主要集中于后期。因此在煤中摻燒秸稈可以改善煤的著火性能，獲得更好的燃盡特性。

2.3 減輕鍋爐設備的磨損

由于生物質燃料的灰分僅為煤的1/5左右，因此摻燒生物質燃料會減少煙氣中飛灰的含量，減輕鍋爐設備的磨損。同時還可以降低電除塵器的電耗，改善煙氣中的粉塵指標。

2.4 增加鍋爐設備的經濟效益

摻燒生物質燃料能夠減少燃煤的用量，由于生物質的市場價格比煤的價格低廉，摻燒生物質燃料可以增加電廠的直接經濟效益。

摻燒生物質燃料的經濟性分析

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以托電公司為例，2013年耗標煤量達900萬t左右，機組平均煤耗約為325g/(kW˙h)，如以1%的能量比例摻燒玉米秸稈，則需摻燒玉米秸稈約17萬t，可減少標煤耗量9萬t。

托電公司2013年標煤價格約為370元/t，則只要玉米秸稈價格低于195元/t，摻燒就能產生經濟效益。各種生物質燃料摻燒情況統計見表2(以1%能量比例摻燒)。

表2 各種生物質燃料摻燒情況統計

摻燒生物質燃料主要存在的問題

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4.1

燃燒器噴口結焦、燒損由于生物質燃料易于著火，摻燒時會造成著火提前，大量摻燒或單臺磨煤機摻燒時可能會造成燃燒器噴口結焦或燃燒器燒損。

根據試驗，當能量摻燒比例小于2%或質量摻燒比例小于4%時，摻燒可直接進行，不用對現有設備進行改造，對電廠設備的安全性不會造成任何影響。

4.2

受熱面結焦、腐蝕生物質燃料灰分中堿性成分(K，Ca，Na等)高，與煤摻燒時會降低煙氣的灰熔點，增加受熱面結焦的可能性，另外，堿金屬也會腐蝕鍋爐受熱面。

生物質燃料摻燒對灰熔特性的影響如圖1所示，從圖1可以看出，當生物質燃料的質量摻燒比例小于5%時，對煙氣的灰熔特性不會產生明顯影響。

圖1 生物質燃料摻燒對灰熔特性的影響

4.3 造成選擇性催化還原法(SCＲ)催化劑中毒

由于生物質燃料灰分中堿性成分(K，Ca，Na等)高，堿金屬如果與催化劑表面接觸，能夠直接與活性位發生作用而使催化劑鈍化。催化劑堿金屬中毒反應原理如圖2所示，堿金屬離子質量分數對脫硝效率的影響如圖3所示。

圖2 催化劑堿金屬中毒反應原理

由圖2、圖3可以看出：催化劑堿金屬中毒是由于催化劑與煙氣中的堿金屬離子發生反應所致，且催化劑活性隨著堿金屬離子質量分數的增加而急劇下降。因此要減輕或避免該類情況的發生，應采取以下措施：

(1)避免催化劑出現結露現象。催化劑所處區域溫度為350℃左右，遠高于煙氣正常狀態下的酸露點和水露點，理論上不會出現結露現象。但當爐膛或煙道內受熱面發生泄漏時，大量水蒸氣進入煙氣，使蒸汽在催化劑處凝結的可能性大大增加。因此，受熱面泄漏時，應停止生物質燃料的摻燒工作。

圖3 堿金屬離子質量分數對脫硝效率的影響

(2)控制生物質燃料的摻燒比例，避免其對原有的煙氣特性產生明顯影響，也可以降低堿金屬對催化劑活性的影響。

4.4 生物質燃料的儲存和輸送

4.4.1 大規模收集、運輸及儲存難度大我國土地以農民家庭為承包經營單位，各家各戶相對獨立，種植農作物種類多樣、自由，統籌性差，資源相對分散，這給大規模機械化的秸稈收集造成巨大困難。

原生態的秸稈膨松，堆積密度小(0.1～0.2g/m3)，體積龐大，裝卸困難，安全系數低，人工成本高，不適合打車裝運，運輸成本高。

秸稈堆積密度小，儲存占地面積大。實際運行中，原生態玉米秸稈收集堆垛高3.0m(放置6個月后高2.5m左右)，垛寬5.0m，垛間距寬3.0～5.0m(為消防通道)，2666.7m2場地僅可儲存1500多t玉米秸稈，按年產2萬t玉米秸稈計算，工廠需要原料場地35萬m2。

4.4.2 儲存安全風險大

秸稈屬于易燃易腐物，儲存過程中不僅要高度防火，還要防雨防腐，然而龐大的堆放面積給秸稈的防護工作帶來了高額成本和巨大困難。

另外，生物質是韌性纖維質材料，可磨性差，大量摻燒時易發生輸煤系統及制粉系統堵塞。

市場上有干燥、壓縮成型的生物質燃料，與原始的生物質燃料相比，成型后的生物質燃料密度與煤相近，方便儲存和輸送，可磨性較好，易于進行摻燒，但成本較高，經濟性較差。

結束語

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生物質燃料作為一種低硫、低碳的清潔能源，具有良好的著火性能，且與煤摻燒的技術簡單。雖然可能引起一些問題，但摻燒比例小時，不必對現有設備進行改造，也不會對系統產生顯著影響。而且摻燒生物質燃料可以降低電廠的燃料價格，帶來直接的經濟效益，還可降低電廠污染物的排放，社會效益較為顯著。