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煤耦合生物质气化发电技术研究进展
中国承诺温室气体的排放量于2030年达到峰值，于2060年达到碳中和目标，这将会驱动中国的能源和工业结构一直调整优化。火力发电一直是我国CO2排放的主因之一。据统计，2019年电力行业的碳排放量达42.3亿t，占总量的43%，其中61%的发电量由煤炭产生。“十四五”期间，由于经济的缓慢增长和保护环境的政策要求，煤炭的相对消耗量处于下降状态，但能源需求未减弱，其绝对消耗量持续增长。我国能源结构具有富煤、贫油、少气的特点，因此，在未来一段时间内，煤炭仍然会占据中国能源消耗的主导地位。此外，从欧美等发达国家对煤炭的一系列举措来看，减少煤炭消耗量任重而道远。从国际发展趋势来看，以可再生资源替代煤炭是国际能源转型的一个必然、不可逆转的客观规律。
生物质能源是一种可替代煤、石油和天然气的可再生能源，其含硫量和含氮量较低，产生的碳排放量接近0，与碳捕获和储存技术相结合还可实现负碳排放。可见，大力推进生物质发电对全球的可持续发展具有战略意义。煤耦合生物质发电技术在替代化石燃料消耗中发挥巨大作用，该技术将燃煤电厂与生物质利用相结合，实现优势互补，有助于减少温室气体排放，是解决燃煤发电产能过剩、加快发电转型升级、逐步实现绿色低碳发电的有效手段。
煤电碳排放是我国能源消费碳排放的主要来源。生物质发电是一种零碳甚至可以是碳负排放的电力生产方式，因此发展煤耦合生物质气化发电技术可实现煤炭减量替代与碳减排效应，是一条煤电走向低碳化的可行路径。基于此，综述了煤耦合生物质发电的3种技术——直燃耦合发电技术、并联耦合发电技术和气化耦合发电技术，解析了3种技术的特点，提出了煤耦合生物质气化发电技术的优势，并基于气化耦合发电技术研究了原料的物理化学性质适应性及原料对气化炉的影响。重点解析了煤耦合生物质气化发电技术的工艺流程，包括生物质原料储存输送系统、气化炉(循环流化床(CFB)气化炉、双流化床(DFB)气化炉、下吸式固定床气化炉、上吸式固定床气化炉、横吸式固定床气化炉和链条炉)、燃气冷却降温系统、燃气加压输送系统、燃气耦合燃烧系统和气体净化系统，并进行了能源利用效率、经济性与环境效益分析，以期为煤耦合生物质发电技术的研究与应用提供理论参考与技术支持。此外，还综述了国家为推进煤耦合生物质气化发电技术出台的一系列政策及当前煤耦合生物质气化发电站的成功案例。最后对煤耦合生物质气化发电技术存在的挑战和未来的发展进行了展望。
图 1 生物质发电技术的划分与分类
图 2 直燃耦合发电
图 3 并联耦合发电
图 4 气化耦合发电
图 5 CFB 气化炉和旋风分离器结构
图 6 煤耦合生物质气化发电系统
图 7 双流化床气化系统工作原理
图 8 固定床气化炉工作原理
图 9 链条炉内部和底部结构简图
刘静，女，1988年06月15日生，山东潍坊人，山东理工大学讲师，硕士生导师，山东省“青创团队计划”—先进生物燃料创新团队骨干成员。主要从事生物质资源化利用方面的研究。先后主持国家自然科学基金青年项目、广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室开放基金、山东理工大学博士基金等，并以课题骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金等重要科研项目，在Energ Convers Manage、Bioresour Technol、Renew Energ等国内外学术期刊发表论文20余篇，申请专利17项。
研究方向
生物质资源化利用
主要成果
一直致力于生物质热化学转化、生物质生化转化的基础研究和技术开发工作，在磁性纳米材料合成、催化剂开发、流化床反应器研制、生物柴油生产工艺优化等方面取得了多项创新性成果，并自主研发了一种新型磁流化床反应装置，揭示了外加磁场对催化剂催化活性和反应体系传质过程的影响机制，为磁性催化技术在生物质资源化利用领域的进一步工业化应用提供了有力的技术保障。
陈冠益，男，1970年06月生，江西省玉山县人，天津商业大学副校长、教授、博士生导师，天津大学环境科学与工程学院教授、博士生导师，西藏大学教授、博士生导师，国家级人才计划入选者、首批天津市杰出人才、全国优秀科技工作者、天津市“131”创新型人才和团队“生物质能源环境创新团队”负责人、天津商业大学环境能源+X创新实验室主任、天津商业大学-津南区“双碳”研究院院长。担任IEA（国际能源署）生物质能源-气化主题中国代表，本领域知名SCI期刊《Biomass & Bioenergy》副主编。研究工作围绕生物质能源与环境、固体废物转化与利用、西藏高原环境技术与管理和环境交叉与前沿技术等方面展开。先后主持国家自然科学基金重点项目、国家各类科技计划项目/课题、国际合作项目、欧盟研究项目、天津市/深圳市科技项目、企业项目等。国际合作活跃，派遣多名研究生到国外著名大学进行联合培养或访问合作；指导多名外国学生；组织学生出国竞赛；多次担任国际会议主席，在国际会议做大会报告。获得国家科技进步二等奖2项，省部级一等奖5项，发表论文400余篇，授权发明专利40余件（含日本、美国专利），主编专著6部，软件登记3项，主参编国内国际标准多项。获全国优秀科技工作者、天津市最美科技工作者、全国第九届侨界贡献奖一等奖、国际生物过程学会（IBA）Pandey杰出贡献奖等荣誉。
研究方向
（1）生物质能源技术；（2）生物发酵技术；（3）环境生物技术与固体废物处置利用；（4）西藏高原环境生物技术与能源利用
主要成果
长期专注秸秆、垃圾等固废生物质的能源化处理技术创新与工程应用，以热解气化技术为主线，钻研环境工程与热能工程、生物化工的学科交叉，突破能量高效回收、资源高效循环与环境污染控制之间的瓶颈效应，取得前瞻性、关键性技术突破，为我国固废生物质热解气化技术的发展与应用及走向世界做出重要贡献。2015年以来在西藏进行艰苦的研究与应用探索，克服高原低压缺氧的困难，推动技术的创新发展与应用突破。
易维明，男，1963年9月生，河北涿州人，山东理工大学副校长，教授，博士生导师，泰山学者特聘专家，国家重点研发计划“智能农机装备”重点专项总体专家组成员，中国可再生能源学会理事会常务理事，国家生物质能源产业技术创新联盟第一副秘书长，山东理工大学山东省清洁能源工程技术研究中心负责人。长期从事生物质高值化利用领域的研究工作，先后主持完成国家“863”重点项目“生物质裂解液化技术”和主题项目课题“生物质先进裂解制取生物燃油关键技术”；主持完成国家自然科学基金项目4项；目前主持在研国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点基金项目各1项。
研究方向
生物质高值化利用
主要成果
在生物质裂解液化技术等方面，独创了陶瓷球热载体循环加热下降管裂解系统并开展了系统的理论研究，发现了生物质闪速热挥发规律，系统研究了多种颗粒在垂直和倾斜下降管内部流动与混合规律、颗粒间热交换规律，形成了相关理论。发明的生物质粉喂料机攻克了粉体生物质稳定喂入的难题、射流冷却器和生物质热解液化用层流冷凝器确保了生物油高效收集。攻克了系统热密封、热解炭高温分离和热载体循环加热技术，促进了系统节能。
来源：
苏鑫，刘静，陈冠益，等. 煤耦合生物质气化发电技术研究进展[J]. 煤炭学报，2023，48(6):2261−2278.
