創(chuàng)新丨德博能源做好燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電文章

圖為德博能源專家團隊。

圖為燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)獲得荊門市科技進步二等獎。

燃煤與生物質(zhì)(含垃圾污泥)氣化耦合發(fā)電作為一種生物質(zhì)綜合利用的有效手段，近年來在世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注。根據(jù)《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，我國將鼓勵多元化能源利用，因地制宜試點示范：開展燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電，在東北等糧食主產(chǎn)區(qū)布局一批燃煤與農(nóng)林廢棄殘余物耦合發(fā)電示范項目，在京津冀、長三角、珠三角布局一批燃煤與污泥耦合發(fā)電示范項目。

在此背景下，6月7日，由國際能源署潔凈煤中心主辦的第七屆燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電國際會議在中國召開，表明中國燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)研發(fā)水平和市場發(fā)展已引起國際關(guān)注。據(jù)悉，本次會議將重點圍繞燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)、工程經(jīng)驗、生物質(zhì)資源的供應(yīng)儲存、生物質(zhì)摻燒計量、產(chǎn)業(yè)政策、工程改造經(jīng)驗和政策保障措施等方面內(nèi)容進行廣泛交流。

在中國燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)研發(fā)的征程上，合肥德博生物能源科技有限公司(簡稱“德博能源”)書寫著濃墨重彩的華章。德博能源以院士領(lǐng)航，以科技呵護自然，十年磨一劍，重點以生物質(zhì)氣化耦合、生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)、生物質(zhì)氣化合成天然氣為突破點，擁有80余項專利技術(shù)，成功運營近百項國內(nèi)國際項目，創(chuàng)造了環(huán)保、高值、持續(xù)的運營模式，實現(xiàn)了社會效益、環(huán)保效益、經(jīng)濟效益的三翼齊　 飛，努力營造藍天碧水凈土，造福子孫后代。

變廢為寶的“德博思考”

時光恒古，歲序更迭。中華五千年文明源遠流長，作為薪火相傳的農(nóng)耕大國，各類生物質(zhì)循環(huán)利用，在日常生活中發(fā)揮了極為重要的作用。然而，時至今日，生物質(zhì)利用的污染問題，上升到影響國計民生的重大環(huán)保課題，特別是秸稈(垃圾)焚燒等農(nóng)林廢棄物造成的二次污染，成為環(huán)保的重大隱患，如何循環(huán)利用、變廢為寶，成為燃眉之急。

安徽大別山有個將軍縣叫金寨，民風(fēng)淳樸，勤勞務(wù)實，一向以驍勇善戰(zhàn)而聞名。

從2002年起，走出金寨的德博能源創(chuàng)始人張守軍，就把目光投向漫山遍野的農(nóng)林廢棄物。怎樣變廢為寶，循環(huán)利用?這可是利國利民的百年大計呀!為此，他查閱了多篇中英文資料，與科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的有識之士在一起，歸納梳理了我國生物質(zhì)資源利用的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，認(rèn)為生物質(zhì)能源的高質(zhì)化是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的合適方向。于是，他放棄百萬年薪，披荊斬棘，創(chuàng)立了合肥德博生物能源科技有限公司，投入所有積蓄，從頭做起，以“鍥而不舍、金石可鏤”的精神，著手打造生物質(zhì)氣化領(lǐng)域領(lǐng)先技術(shù)，一步一個腳印，留下一串串閃光的足跡。

“我國生物質(zhì)能資源超過9億噸每　 年，但因缺乏大規(guī)模、高值化利用手段造成環(huán)境污染。”張守軍一直在關(guān)注和思考如何做好生物質(zhì)利用的大文章。

“從目前情況來看，現(xiàn)有秸稈利用方式盡管主要依靠財政補貼和政府強力推進實現(xiàn)，但市場化程度及經(jīng)濟效益仍然較低，造成該情況的根本原因在于未實現(xiàn)秸稈高值化利用。”張守軍向《中國電力報》記者分析道。

在張守軍看來，燃煤耦合農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)可破解秸稈田間直燃難題。燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是指秸稈經(jīng)過簡單預(yù)處理之后，以熱解氣化的方式產(chǎn)生燃氣直接送入電站鍋爐，與煤粉進行混燒，利用原有燃煤發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)高效發(fā)電。“燃煤電站耦合生物質(zhì)發(fā)電建設(shè)周期、發(fā)電效率、工藝流程、環(huán)保特性、效益等多個方面優(yōu)勢突出，代表了生物質(zhì)發(fā)電的方向。”張守軍表示。

記者了解到，截至2016年10月底，我國60萬千瓦以上的火電廠裝機容量為10.3億千瓦，30萬千瓦以上發(fā)電機組數(shù)量約1500臺，而2016年火電利用小時數(shù)已經(jīng)低于4200小時，這些大型燃煤發(fā)電機組為生物質(zhì)氣化耦合提供了穩(wěn)定高效的發(fā)電平臺，如果將這些發(fā)電機組全部利用，我國秸稈田間直燃的難題將迎刃而解。

100多種生物質(zhì)特性庫的背后

十幾年來，張守軍和他的團隊已經(jīng)將“生物質(zhì)”從里到外研究得非常透徹。

在德博能源的實驗室內(nèi)，記者看到了他們的生物質(zhì)特性庫，儼然一個生物質(zhì)的博物館。秸稈、稻殼、玉米芯、木塊、竹屑等等，涵蓋了一共100多種生物質(zhì)。生物質(zhì)灰成分分析、生物質(zhì)灰熔點溫度、生物質(zhì)理化特性、生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換方式等等，一組組密密麻麻的數(shù)據(jù)，一個個貼著標(biāo)簽的玻璃瓶，一張張內(nèi)涵深奧的示意圖，讓我們越發(fā)想探究這個特性庫背后的故事。

“從理論上分析和工程實踐來看，生物質(zhì)氣化耦合燃煤機組發(fā)電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)電，最成熟穩(wěn)定且易于操作，代表了耦合發(fā)電產(chǎn)業(yè)趨勢。”張守軍在接受《中國電力報》記者采訪時表示，生物質(zhì)氣化耦合燃煤機組發(fā)電成為燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電　 的主流技術(shù)。據(jù)他介紹，利用生物質(zhì)氣化技術(shù)，制備生物質(zhì)燃氣與燃煤混燃，進行生物質(zhì)與燃煤機組耦合，充分利用機組富余發(fā)電負荷，實現(xiàn)生物質(zhì)高效發(fā)電。

2003~2010年，德博能源經(jīng)過七年的研究，開發(fā)出了從15~3000千克每小時生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化裝置。2010年12月，德博能源與國電長源簽署合同，共同開發(fā)以稻殼等為原料的氣化耦合發(fā)電項目，項目連續(xù)穩(wěn)定運行近五年。2012年12月至今，德博能源與華電、大唐、華能等大型發(fā)電集團合作開發(fā)以各類秸稈、農(nóng)林廢棄物、垃圾為原料的12~30噸每小時生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項目。

生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電項目有諸多優(yōu)點。生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電效率35~40%;生物質(zhì)氣化發(fā)電部分與電網(wǎng)單獨結(jié)算，可精準(zhǔn)計量，接受第三方監(jiān)督，享受生物質(zhì)電價補貼，目前運行項目已享受0.75元每千瓦時電價補貼;根據(jù)電價不同，靈活調(diào)整氣化產(chǎn)品，保障項目高收益;生物質(zhì)灰分進電站鍋爐前被收集，避免了對電站鍋爐受熱面的腐蝕;高溫燃氣輸送和燃燒過程無焦油析出;生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電充分利用燃煤機組的煙氣超低排放處理裝置，實現(xiàn)超低排放，清潔發(fā)電;電力行業(yè)已納入碳減排交易市場，每增加1兆瓦生物質(zhì)耦合發(fā)電裝機，減排二氧化碳0.826噸每小時。

張守軍還為記者算了一筆環(huán)保賬。以60萬千瓦的燃煤機組為例，耦合3萬千瓦的生物質(zhì)量，按生物質(zhì)發(fā)電每年運行5000小時計算，每年可以減少12.39萬噸的二氧化碳排放，按照我國碳交易平均價格50元每噸，單二氧化碳減排就可以創(chuàng)造619.5萬元的效益。

生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電破解了秸稈的社會治理難題，做好燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電的大文章是張守軍在生物質(zhì)利用方面給自己確定的重頭戲。

從“耦合”到“高值化氣化利用”

當(dāng)然，“耦合發(fā)電”只是德博能源生物質(zhì)“高值化氣化利用”技術(shù)研發(fā)的一部分。

張守軍向《中國電力報》記者介紹：“生物質(zhì)高值化氣化是指生物質(zhì)在高溫?zé)o氧或缺氧條件下，發(fā)生分解產(chǎn)生可燃氣體及高品　 質(zhì)生物炭的過程，是固定碳的氧化反應(yīng)和揮發(fā)分熱解的耦合;通過調(diào)整固定碳的氧化程度，實現(xiàn)高效氣化或高品質(zhì)生物炭及燃氣的同時輸出，提升生物質(zhì)價值。”十多年來，德博能源不斷加大研發(fā)投入，加強生物質(zhì)高值化氣化利用技術(shù)研究和開發(fā)。結(jié)合生物質(zhì)主要成分為揮發(fā)分、水分、固定碳和灰分的特點，通過熱解氣化，使生物質(zhì)分別實現(xiàn)了多聯(lián)產(chǎn)、耦合發(fā)電、制備天然氣。

德博能源與張齊生院士團隊率先提出生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)理念。根據(jù)生物質(zhì)多組分價值梯級利用原則，采用熱解氣化技術(shù)實現(xiàn)生物質(zhì)組分解耦，固定碳轉(zhuǎn)化成生物炭，揮發(fā)分轉(zhuǎn)化成燃氣，繼而可得到高品質(zhì)炭、電、熱、液、肥。多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)具有能源利用靈活的特點，項目規(guī)模100千瓦~12兆瓦，真正實現(xiàn)了生物質(zhì)能源的分布式利用。開發(fā)的新型肥料炭基肥、生物質(zhì)液肥等產(chǎn)品應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，減少20%以上的化肥用量，修復(fù)退化、污染的土壤和水體。

我國天然氣資源日益緊張，迫切需要綠色天然氣制備技術(shù)。生物質(zhì)作為一種物質(zhì)型可再生能源，氮、硫含量低，利用生物質(zhì)制備天然氣前景廣闊。德博能源研發(fā)的雙流化床生物質(zhì)氣化技術(shù)，通過燃燒爐燃燒半焦產(chǎn)生能量加熱循環(huán)灰，高溫循環(huán)灰進入氣化爐為生物質(zhì)熱解氣化提供能量，實現(xiàn)能量傳遞并避免煙氣竄入氣化爐，得　 到高品質(zhì)熱解氣(合成原料氣)，進而通過凈化、變換、合成單元制備高純度天然氣。

德博能源已經(jīng)成為集生物質(zhì)氣化產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和運營于一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。與南京林業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等多家研究機構(gòu)進行了緊密合作，經(jīng)安徽省科技廳批準(zhǔn)成立“安徽省生物質(zhì)氣化院士工作站”。燃煤機組耦合生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)榮獲湖北省荊門市科技發(fā)明二等獎，生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)榮獲安徽省合肥市科技進步二等獎;在行業(yè)內(nèi)開創(chuàng)多個第一，目前國內(nèi)外已有近百套成功案例，產(chǎn)品遠銷東南亞及歐美。

德博能源以合肥德博生物能源科技有限公司為中心，合資經(jīng)營國電長源湖北生物質(zhì)氣化科技有限公司，并成立國能德博(北京)能源科技有限公司，以科技研發(fā)、產(chǎn)品銷售、技術(shù)支持、合作經(jīng)營、獨立運營等多元化項目運營，創(chuàng)造了環(huán)保、高值、持續(xù)的發(fā)展模式。充分發(fā)揮了固定床、循環(huán)床的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定功能，立足合肥，輻射國內(nèi)國際，成功實現(xiàn)了秸稈、稻殼、木竹等農(nóng)林廢棄物循環(huán)利用的產(chǎn)學(xué)研合作開發(fā)，具備生物質(zhì)氣化的領(lǐng)先技術(shù)，產(chǎn)生良好的社會、經(jīng)濟、環(huán)保效益。該公司利用生物質(zhì)高值化氣化技術(shù)，累計處理生物質(zhì)近千萬噸，減少二氧化碳排放量約九百萬噸，為我國節(jié)能減排作出了突出貢獻。