（一）政策及运营管理挑战

　　国外农林生物质发电项目普遍采用单一高品质原料，由发电厂建立运输网络以及专门的储运和处理厂，已形成了规模化、标准化和产业化的生产供应链。

　　而我国生物质由于农林废弃物分布较为分散，收集和储运困难，造成了生物质资源不稳定、生物质价格波动大等特点，直接制约着燃煤耦合生物质的规模化发展。与此同时，生物质原料价格易受到工厂哄抬而飙升。由于农林生物质原料成本约占总运行成本的60%~65%，成本攀升后可能出现亏本。以上特点，决定了生物质利用有较高的政策敏感性，如果国家政策未及时落地或有变动，将导致生物质掺烧电厂难以长期运行，国内大容量机组掺烧生物质运行状况无法进一步发展。

　　因此，如何在国内形成一套经济性的可复制、可传播的生物质原料加工流程和模式，建立优化的生物质供应产业链，落实合理的生物质利用补贴政策，是促进生物质高比例耦合发电的关键环节。

       同时应注重各场景下的生物质供应链优化研究；加大对先进低成本的生物质加工技术的研发投入；可采用热电联产、生产土壤修复剂对生物质灰渣进行资源化利用等多种方式，获得更高的经济和环保效益，以摆脱对政策的过度依赖。政策上应该加大力度支持燃煤耦合生物质发电与纯燃生物质享受同样的上网电价，积极构建“生物质—发电—肥料还田”的循环经济产业链，鼓励开发利用边际土地资源种植速生林等，促进其在我国能源转型过程中发挥更大作用。此外，研究表明，发展速生草本或木本等能源作物的成本可控制在300元/t，每平方千米干物质产量700~ 7 500 t/a（标煤），有望解决生物质丰度不足、来源不稳定、运输成本高等难题，为此，需要对电厂附近种植速生草本/木本生物质的可行性开展技术经济研究，为未来生物质掺烧的可行路径探索提供依据。

　　（二）高比例掺混的技术挑战

　　除生物质供应链缺失、生物质利用政策难以落实外，由于生物质自身的特性，对高效率、高比例掺混生物质技术仍存在一定挑战。尽管已有研究表明循环流化床技术可实现高比例掺烧生物质燃料，但由于我国主力电站机组仍以煤粉炉为主，且煤粉炉具有更高的发电效率，因此必须发展先进的煤粉炉高比例掺混生物质技术。在这一领域的主要技术挑战包括以下几个方面。

　　（1）对生物质与煤混烧特性需要更多基础研究。目前国内外利用小型试验装置对固体生物质常规条件下的掺烧、热解、燃烧特性已开展了深入研究，但试验条件与实际工况中煤粉和生物质混合情况仍有较大差异，如试验台多为管式炉、落管炉等，炉内是静止或层流热气流下的燃烧环境，无法反映出实际燃烧器周围的湍流及热烟气流动掺混特征，进而难以研究生物质颗粒与煤粉燃烧行为的差异。因此，需在更接近实际燃烧工况的层面进行高比例混燃研究。针对生物质直燃对燃煤锅炉运行的影响，还有待深入开展试验和数值模拟研究，可以借助数值模拟方法研究生物质燃料的成分、热值、粒径和形状、炉内喷射位置、富氧条件等对大容量燃煤锅炉耦合生物质运行状况（包括火焰形状、温度场、污染物排放、碳烟）的影响。目前生物质直燃相关的中试研究主要针对单一容量和类型的锅炉，结论并不一致。

　　（2）缺乏成熟的高效、灵活大比例掺混生物质燃烧技术。由于生物质来源不稳定及其燃烧特性多变等特点，高比例掺混生物质技术应满足从燃料制备、风粉系统输运和燃烧组织上实现煤粉和生物质在大比例范围内可调，并保证较高的燃烧效率。由于煤粉（75 mm）和生物质粒径（1.5 ~6 mm）的差异，一般需要配置额外的生物质燃烧器。而目前对高性能生物质燃烧器，以及高性能的高比例掺混生物质的煤粉燃烧器，都缺乏成熟的设计技术和应用。尤其考虑到生物质来源的不稳定性，当缺乏生物质场景下，适用于燃烧生物质的燃烧器如何高效燃烧煤粉，或燃烧煤粉的燃烧器如何高效燃烧生物质，均是迫切需要解决的技术问题。

　　对于新建的生物质锅炉或生物质掺烧锅炉，可通过控制蒸汽温度、受热面管材、使用管道涂层等方法避免腐蚀。针对我国秸秆类生物质燃料，还可以在加工过程中添加抗结渣剂提高灰熔点的方法降低结渣现象。然而对于已有燃煤机组，大比例掺烧时需充分考虑到锅炉受热面结渣和沾污风险。

　　（3）制粉系统的优化及匹配有待升级。目前对于电厂中大比例生物质原料的加工和处理仍缺乏成熟的低成本技术和装备。不仅生物质原料供应和加工需要较高的运营成本，已有燃煤磨机在进行生物质破碎时，往往出力和效率均严重下降。在已有的磨煤机系统上同时磨制生物质和煤时，难以保证2者粒度匹配，因此共磨时生物质最大掺烧比例仅为5%。掺烧更高比例时，为了避免磨煤机堵塞，往往需要配套独立的生物质处理给料系统，而这一系统往往成本高、容量小，难以满足高比例掺烧的需求。在制粉系统中，生物质耦合发电系统发生爆炸的概率较高，需要特别注意生物质颗粒的输送和储存安全性。生物质经处理后含水分低（15%左右）、挥发分极高（70% ~ 80%）、密度较低，运输过程中易遭遇机械性损坏，因此生物质颗粒物产生粉尘水平高，在密闭空间里易发生火灾甚至是爆炸。英国的Tilbury电厂和丹麦的Avedøre电厂都曾发生过重大爆炸事故，经济损失严重。因此在储运过程中需监视温度、可燃气体水平，注意通风，必要时安装除尘器捕集粉尘。

　　（4）生物质掺混比例在线监测技术。燃煤耦合生物质发电技术的发展，离不开生物质电价补贴或其他政策，需对其中生物质的发电量进行识别和定量。间接耦合方式中生物质发电量可通过在燃气输送管道上安装在线分析仪和流量计进行折算，方法简便，较为可靠，已应用于国内间接耦合的发电项目。而直燃耦合中生物质计量难度较大，国内还未进行大型示范应用，理论方法主要包括入炉前计量和入炉后计量两大类。

　　其中，入炉前的计量方法基于生物质和煤物理性质的差异，主要包括：

　　① 利用称重传感器进行质量计量，利用光学成像系统对燃料输运系统进行拍照，并基于图像识别算法识别其中生物质的混烧比例或掺混杂质；

　　② 利用光谱识别或X射线识别确定生物质比例。

　　以上方法虽然理论上可以实现在线测量，但前期需要收集大量的基础燃料信息并进行系统训练，目前停留于试验研究阶段。入炉后的计量法主要是基于生物质和煤化学性质的差异，如某种元素组分差别较大，进而通过分析烟气中该种元素的组分变化情况来反推生物质掺混的情况。如基于生物质和煤炭中不同硫含量，利用烟气中SO2含量反推生物质含量，需提前标定其函数关系；生物质含有一定量的14C，其半衰期为5 730 a，煤经过数百万年的演变14C含量基本为零，基于检测烟气中14C含量可以推算生物质掺烧比例，国外已证明了该监测技术的准确性和可行性，并得到国际能源署（IEA）的肯定，但目前国内还未形成相关标准，亟需发展成熟的生物质掺混比例在线测量技术。

来源：《燃煤机组耦合农林生物质发电技术现状及展望》