第37卷第2期2022年4月Vol.37No.2Apr.2022
電力學報
JOURNAL OF ELECTRIC POWER 文章編號：1005-6548（2022）02-0118-03
中圖分類號：TM62；F416.2文獻標識碼：A 學科分類號：47040
DOI ：10.13357/j.dlxb.2022.015開放科學（資源服務）標識碼（OSID ）：
國際對話——“碳達峰、碳中和”背景下循環流化床鍋爐的
發展與挑戰
International Dialogue ——Development and Challenges of CFB Boiler under
the Background of “Carbon Emission Peak and Carbon Neutralization ”
會議名稱會議名稱：：第四屆循環流化床鍋爐國際會議（4th CFBB ）
主辦單位主辦單位：：清華大學（中國）；重慶大學（中國）；釜山國立大學（韓國）
間時間：：2021年11月27日至28日
會議形式會議形式：：在線會議
人主持人：：楊海瑞（中國，清華大學，教授）
交流專家交流專家：：Bo LECKNER （瑞典，查爾姆斯理工大學，教授）；Rafal KOBYLECKI （波蘭，琴希托霍瓦工業大學，教授）；Fabrizio SCALA （意大利，那不勒斯費德里克二世大學，教授）；盧嘯風（中國，重慶大學，教授）；Dongfang LI （韓國，釜山國立大學，博士）
人撰稿人：：馮玉鵬（中國，清華大學）
為了實現“碳達峰、碳中和”戰略目標，構建綠色電力系統，以太陽能發電和風力發電為代表的可再生能源發電產業發展迅速，與此同時燃煤火電機組逐步升級轉型，承擔起調節性和保障性電源的重任，為實現新型綠色電力系統的目標提供了安全保障。2021年11月27日，清華大學聯合重慶大學和釜山國立大學共同主辦了“第四屆循環流化床鍋爐國際會”（4th CFBB ）。本次國際論壇以“雙碳”背景下循環流化床鍋爐的發展及其面臨的科學與工程挑戰為主題，與會專家學者圍繞在“碳中和、碳達峰”背景下的“煤炭與可再生能源的使用”“流化床技術和循環流化床鍋爐的發展”“循環流化床鍋爐面臨的科學和工程挑戰”等議題進行了廣泛的交流討論，探討了流態化技術和循環流化床鍋爐未來的發展方向和亟需關注與解決的問題。
1煤炭與可再生能源的使用
實現“碳達峰、碳中和”目標要求在全世界范圍內逐步減少使用煤炭等化石能源的絕對使用量和占比，降低單位能耗，提高能源生產和使用效能。由于不同國家的資源稟賦存在較大差異，因此，在實現“碳中和”過程中所面臨的條件也不同的。大多數歐洲國家已經實現“碳達峰”。在過去20年中，各歐洲國家已廣泛開展了可再生能源體系的建設，實現了能源生產和供給結構的巨大轉變，但不同國家在邁向“碳達峰、碳中和”的道路上所面臨的具體環境和條件也大不相同。
Fabrizio SCALA 教授教授：：波蘭和西班牙能源生產需使用大量煤炭，因此，它們的能源系統擺脫煤炭的難度較大。由于意大利和法國相對缺少煤炭資源，因此，在其能源生產中，使用煤炭的占比較少，更易擺脫煤炭依賴。在短時間內所有歐洲國家完全擺脫煤炭幾乎是不可能的，特別是對一些煤炭在其能源結構中占據重要比例的國家。然而，各國需要完成從化石能源到可再生能源的轉型則是必然的。
Bo LECKNER 教授：對于像中國和波蘭這種煤炭資源豐富的國家，其經
濟發展是以煤炭利用為基礎·“雙碳”目標下的鍋爐燃燒技術優化·
＊
收稿日期：2021-12-02
引文格式：國際對話——“碳達峰、碳中和”背景下循環流化床鍋爐的發展與挑戰［J ］.電力學報，2022，37（02）：118-120.
DOI ：10.13357/j.dlxb.2022.015.
119第2期國際對話——“碳達峰、碳中和”背景下循環流化床鍋爐的發展與挑戰
的，因此，這些國家很難完全不使用煤炭。而對于瑞典，由于本身缺乏煤炭資源，所以其經濟發展對煤炭的依賴較少，其能源生產系統很容易完全擺脫煤炭。
Rafal KOBYLECKI教授
教授：目前，為實現“碳達峰、碳中和”，很多歐洲國家將解決辦法聚焦在擺脫煤炭依賴上。但是，在現實中，社會生產完全擺脫煤炭確實非常困難，缺乏必要的可能性和可實現性。在工業中，除了燃煤發電領域，一些化工產業的主要原材料也是煤炭，其生產過程中會產生大量二氧化碳。因此，相比于完全擺脫煤炭，我們應該提倡在燃煤的過程中注重二氧化碳的捕集，從而實現二氧化碳排放量和捕集量的平衡。
教授：：意大利等國家對于煤炭的大規模研究已經基本結束，其電力等能源企業也在積Fabrizio SCALA教授
極實現轉型發展。
雖然目前碳捕集技術成本較高，但隨著技術發展和政府碳稅政策的出臺，相關技術將會得到推廣使用。
可再生能源屬于波動性能源，因此，發展可再生能源必須面對的問題就是電力生產的連續性。隨著能
源系統中可再生能源份額的增加，勢必將對儲能技術提出更高的需求。雖然意大利目前通過使用化石能源來彌補可再生能源的不足，但在未來，當可再生能源份額相當高的時候，這種舉措將無法持續。所以儲能技術將是實現可再生能源生產、使用及推廣的關鍵。目前歐洲正在將更多的研究轉向可再生能源以及甲烷或其它碳氫化合物的生產和儲存問題。德國提出的一種可能性是：利用富余的可再生能源通過催化反應生產甲烷，將能量以甲烷的形式儲存。當可再生能源缺乏時，可通過燃燒儲存的甲烷達成能源的持續供給。相似地，可再生能源制氫和儲氫也是一個能源領域進行技術和應用研究的發展方向。
楊海瑞教授：：各國實現“碳達峰、碳中和”的具體行動取決于不同國家的具體的條件。如在中國、韓國和楊海瑞教授
波蘭等國家完全取消煤炭是不現實的，也是無法實現的，而在能源及相關工業生產和使用中減少煤炭直接燃燒則是必然的。
2流化床技術和循環流化床鍋爐的發展
Bo LECKNER教授
教授：：富氧燃燒、化學鏈燃燒和煙氣中二氧化碳捕集等技術將有助于減少循環流化床鍋爐運行中的
二氧化碳排放量，但是，當下這些技術的進展存在的共性問題是：相關專家和學者的主要成果集中在理論研究和實驗室規模研究等方面，缺乏足夠數量的大規模試驗研究數據，而大規模試驗研究是了解技術實現的可能性和解決流化床鍋爐相關工程問題的關鍵。在富氧燃燒技術方面，通過可再生能源電解水制氫獲得氧氣是一條可供借鑒的思路。瑞典的氫氣生產規模較大，因此具有相對充足的氧氣可用于富氧燃燒。
教授：在波蘭，有利用生物質作為煤炭替代品的嘗試，但從生物質燃燒和排放的角Rafal KOBYLECKI教授
度看，這種思路也會面臨如顆粒物的排放等多方面的問題。循環流化床鍋爐本身就是一種應用流化床技術的燃燒反應器，在以“碳達峰、碳中和”為導向的發展趨勢下，我們應該嘗試將流化床技術應用于除了燃燒以外的方向。例如除了燃燒生物質，我們也可以加工處理生物質。可以使用流化床技術處理生物質獲得生物碳，然后以更環保、更友好的方式使用生物碳。
Fabrizio SCALA教授
教授：：除了應用于燃燒方面之外，我們可嘗試利用流化床技術進行氣化、熱解等工作。在流化床鍋爐的熱解過程中制造生物碳，而生物碳更具有市場空間，例如可用于碳封存和活性炭制備等工業化生產方面。
Bo LECKNER教授
教授：：我們應該為流化床技術應用積極尋求新的應用場景，但要找到合理的場景確實需要付出更過的努力。利用流化床技術進行可再生的生物質的制造與生產確實非常重要，但必須對生物質資源進行有效管理以使其可再生使用。
Dongfang LI博士
博士：：韓國為了實現“2050年碳中和”的目標，政府正在牽頭推動燃煤鍋爐（包括循環流化床鍋爐和煤粉鍋爐）的氨煤混燃的研究與應用。
盧嘯風教授
盧嘯風教授：：即使不燃燒煤炭，循環流化床鍋爐也存在諸多需要解決的問題。
楊海瑞教授
楊海瑞教授：：我們應該嘗試尋找煤炭在燃燒以外的新的利用途徑，例如煤炭的氣化和液化等化學轉化。而為了消納太陽能和風能等可再生能源，循環流化床鍋爐需要實現靈活運行，這是非常重要的。對于富氧燃燒、化學鏈燃燒和二氧化碳捕集、利用與封存等技術，雖然目前它們的商業應用有限，但“雙碳”政策的實
120
第37卷
電力學報
施將刺激終端用戶逐漸接受并采用這些技術。“雙碳”政策的要求是減少碳排放，所以流化床技術的應用場景將不僅局限在鍋爐方面，它將在不同國家的各種的應用場景中找到更多的角色定位。目前，我們團隊正在開展利用大宗工業固廢電石渣和流化床技術進行流態化熱化學儲熱的研究。
3循環流化床鍋爐面臨的科學和工程挑戰
楊海瑞教授
楊海瑞教授：：在中國，循環流化床鍋爐當前面臨的最大挑戰是：如何在實現從滿負荷到20%以下負荷的靈活變負荷運行的同時，實現鍋爐的穩定燃燒和超低排放。
教授：：以前，循環流化床鍋爐一直處于相對穩定的負荷下運行的狀態，但未來要與風能Bo LECKNER教授
和太陽能合作，提供連續、穩定的能源供給，則要求循環流化床必須實現頻繁的變負荷運行。所以，了解循環流化床鍋爐在變負荷情況下的動態運行行為是非常重要的，而這其中對爐膛內發生過程的認知則更加重要。目前我們對爐膛內發生過程的了解主要基于建模，但模型本身并不代表它的真實過程。雖然對大型設備進行測試測量的科學和工程挑戰是非常昂貴和困難的，但是發展有效的測量手段去進一步認識爐膛內發生過程將具有十分重要的意義。所以相關研究的工程方面發展方向應該研究系統對于可再生能源的負荷跟蹤能力，科學方面則要更好地了解爐膛內的過程并與實驗室數據進行比較。
Rafal KOBYLECKI教授
教授：：循環流化床鍋爐的動態調節非常重要。波蘭的循環流化床鍋爐可實現每分鐘滿負荷10%的負荷調節速率，但是研究表明頻繁的負荷調節將會極大地降低設備壽命。如果設備的設計壽命為30年，按照每天進行4次負荷調節計算，該設備將在6年左右時間內出現和設計壽命時間幾乎相同的損害程度，這將極大地增加生產的設備成本。
教授：：歐洲的循環流化床鍋爐所面臨的挑戰大多與生物質或廢棄物相關，主要挑戰在Fabrizio SCALA教授
于燃料種類和灰成分對床內結塊和管道腐蝕的影響。
教授：：歐洲國家會禁止循環流化床鍋爐的低效運行，因為提高燃燒效率將會減少二氧化Bo LECKNER教授
碳排放。但是循環流化床鍋爐燃燒效率的提高也會增加鍋爐傳熱面的溫度，進而加速其腐蝕現象的發生。
楊海瑞教授
楊海瑞教授：：中國目前也面臨循環流化床鍋爐的爐內底渣和飛灰的資源化利用問題，盡管已經有部分灰渣用于制作水泥等材料，但是使用的總量和占比都還很低。同時循環流化床鍋爐灰渣的品質也與煤種和爐內脫硫等因素有關。中國西南地區的煤含硫量較高，若采用爐內完全脫硫方式則會造成運行成本顯著增加。而循環流化床鍋爐爐內的不完全脫硫技術方案的使用也限制了飛灰和底渣的廢棄物循環利用。另外，循環流化床鍋爐灰渣的利用率與地區的經濟發展水平密切相關。經濟發達的地區（例如廣東省）的相關企業可以利用產業鏈找到灰渣的終端用戶。而對于中國西北和西南等經濟欠發達地區，由于建筑行業和水泥行業發展不夠充分，循環流化床鍋爐底渣等再循環利用相關產品的終端用戶有限。
教授：：在波蘭，燃燒生物質的循環流化床鍋爐較多。波蘭的相關研究主要集中在進Rafal KOBYLECKI教授
行生物質燃燒后灰渣的回收利用工作等方面。
Bo LECKNER教授
教授：：對于處理城市固廢的循環流化床鍋爐而言，灰渣中將存在多種金屬元素，若能實現金屬元素的提取回收，那將會是一件非常有意義的事情，但其生產的工藝成本則是需要考慮的問題。
4總結
實現“碳達峰、碳中和”是世界各國的共同目標，盡管短時間內完全擺脫煤炭依賴是很困難的，但能源體系進行從化石能源到可再生能源的轉型是必然的。富氧燃燒、化學鏈燃燒和煙氣中二氧化碳捕集等技術將有助于減少循環流化床鍋爐生產中的碳排放量，應積極開展大規模試驗研究以進一步了解技術可能性和存在問題。在“雙碳”背景下循環流化床鍋爐面臨的科學挑戰是提高測量手段從而更好地了解爐膛內發生的過程，工程挑戰是快速變負荷運行、穩定燃燒、超低排放和灰渣資源化利用等。除了燃燒領域（循環流化床鍋爐），流化床技術將在更多新方向（例如儲能）上去探索更多的應用可能性。通過第四屆循環流化床鍋爐國際會議的國際對話，與會專家學者們一致認為流化床技術和循環流化床鍋爐將在新的歷史時期繼續發揮其不可或缺的作用。
［責任編輯：王靜］
