生物质气化耦合燃煤发电系统的研究

朱梁，陈帅汶，何文杰，杨远帅，王小雨，刘红姣

（江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056）

摘  要：针对我国电力系统对化石燃料依赖度高、CO排放量大的问题，生物质能源作为“碳中性”可再生能源，已成为能源结构转型的关键路径。生物质气化耦合燃煤发电技术通过热解气化将生物质转化为可燃合成气后与燃煤协同燃烧，有效规避了传统直燃耦合的结渣、腐蚀等问题。研究建立了系统的AspenPlus仿真模型，探究了气化温度、压力、生物质一燃煤混合比等关键参数对系统性能的影响。结果表明，气化温度650℃、常压工况且生物质占总进料为14.3%时，系统达到较优运行状态，整体发电净效率为52.4%。

关键词：生物质气化；燃煤耦合生物质发电；AspenPlus

化石能源长期作为现代社会发展的核心支撑，其规模化利用引发了严重的能源短缺与环境问题。我国作为全球最大的能源消费国与碳排放国，电力系统对化石能源的依赖度居高不下，2023年火电占比仍超65%，电力行业C0，排放量占全国总排放量的40%以上，成为制约“碳达峰、碳中和”目标实现的核心瓶颈。在能源转型的迫切需求下，开发清洁、可持续的替代能源成为必然选择。

我国是农业大国，拥有丰富的生物质资源，每年产生农作物秸杆、林业废弃物、畜禽粪便等生物质原料总量超10亿。这些资源若未有效利用，不仅造成巨大能源浪费，还可能因露天焚烧、随意堆放引发大气与土壤污染；而生物质能源具有“碳中性”特性，且含硫量、含氮量远低于煤炭（通常生物质含硫量<0.2%，仅为燃煤的1/5~1/10），将其作为能源替代部分化石燃料，可显著降低碳排放强度，缓解化石能源供应压力。

为实现2030年非化石能源发电量占比>50%的目标，国家能源局明确将生物质耦合燃煤发电技术列为重点推广方向。该技术依托现有燃煤电厂的环保与发电设施，通过生物质预处理与能量转化实现规模化利用，无需新建大规模发电系统，初始投资成本仅为新建生物质直燃电站的50%~70%，兼具技术可行性与经济合理性。然而，传统生物质直燃耦合技术面临锅炉结渣、灰渣利用难、热效率低等问题，限制了规模化应用。在此背景下，生物质气化耦合燃煤发电技术应运而生，通过将生物质转化为可燃合成气后与燃煤协同燃烧，有效规避直燃耦合弊端，成为生物质能源利用领域的研究热点。

本研究聚焦生物质气化耦合燃煤发电技术，系统梳理国内外研究现状，利用AspenPlus软件构建系统模型，模拟分析气化温度、压力、进料比等关键参数对系统效率的影响，为技术优化与规模化推广提供理论支撑。

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