中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源十分豐富，有6億～8億t。然而數(shù)據(jù)顯示，許多地區(qū)都剩余大量秸稈，特別是山東、福建、四川、河南、河北等省，秸稈資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，這些地區(qū)對(duì)秸稈的利用依然停留在以飼料、傳統(tǒng)生活燃料、還田肥料為主，雖然也有部分地區(qū)用秸稈生產(chǎn)乙醇和生物質(zhì)原油，但秸稈的總利用率仍較低。同時(shí)，由于資源化利用處理成本高、處理技術(shù)不成熟、勞動(dòng)力不足等原因，我國(guó)很多地區(qū)秸稈利用率低，農(nóng)民以焚燒的方式處理秸稈，造成煙氣對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。

城市固廢包括生活垃圾、一般工業(yè)固體廢棄物、生活污泥等。本文所述“一般工業(yè)固體廢棄物”是指鞋業(yè)、針織、服飾、繡花等企業(yè)在制造產(chǎn)品的過程中剩余的無法再用于加工產(chǎn)品的剩余廢料、碎料及下腳料，一般也稱為“邊角余料”，其生成量占總用料的比例高達(dá)30%～40%。邊角料無序堆放，不僅影響城市形象，而且存在火災(zāi)隱患，邊角料堆場(chǎng)火災(zāi)事件屢見不鮮，對(duì)環(huán)境造成污染的同時(shí)會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。尤其是生產(chǎn)企業(yè)的密集地，邊角料處置利用更使得當(dāng)?shù)仄髽I(yè)及環(huán)保部門束手無策，地方既要發(fā)展生產(chǎn)又要保護(hù)環(huán)境，所以邊角料無害處理成為人們亟待解決的問題。

CFB鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、氮氧化物(NOX)排放低、易于實(shí)現(xiàn)灰渣利用等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大型工程化利用生物質(zhì)及城市固廢。研究表明，生物質(zhì)及城市固廢具有一定熱值，且利用電廠本身已具有的除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了垃圾的綜合利用，節(jié)約了寶貴的化石燃料，又可以保證固廢燃燒所產(chǎn)生的粉塵、SO2、NOX排放量滿足國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，且與燃煤混燒可以有效抑制垃圾燃燒過程中二噁英的生成。因此，本文欲通過對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的有效整合，實(shí)現(xiàn)社會(huì)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益多方共贏。

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摻燒比例分析

根據(jù)初步分析數(shù)據(jù)，擬利用的生物質(zhì)、城市固廢(生活垃圾、工業(yè)固體廢棄物、生活污泥)，其熱值及數(shù)量情況如表1所示。

首先對(duì)各燃料特點(diǎn)進(jìn)行分析，現(xiàn)有1025t/hCFB鍋爐滿負(fù)荷需要設(shè)計(jì)燃料量約140t/h，按每天20h計(jì)算，每天燃燒設(shè)計(jì)煤2800t。

1.1生活垃圾衍生燃料RDF

生活垃圾衍生物屬于低熱值(10467kJ/kg)，高水分(50%左右)、低灰分10%～15%，低硫分0.1%～0.2%燃料，折算灰分9.6g/MJ。

單獨(dú)摻燒生活垃圾分析：鍋爐滿負(fù)荷需要設(shè)計(jì)燃料量約140t/h，按每天20h計(jì)算，每天燃燒設(shè)計(jì)煤2800t。相對(duì)設(shè)計(jì)燃料量而言，生活垃圾總量只有50t，份額較小，因此可以全部摻燒生活垃圾。

1.2工業(yè)固體廢棄物

工業(yè)固體廢棄物屬于較高熱值(20934kJ/kg)，低灰分2%～2.5%燃料。平均氯0.0147%，折算灰分1.0g/MJ。

單獨(dú)摻燒工業(yè)固廢分析：鍋爐滿負(fù)荷需要設(shè)計(jì)燃料量約140t/h，按每天20h計(jì)算，每天燃燒設(shè)計(jì)煤2800t。相對(duì)設(shè)計(jì)燃料量而言，工業(yè)固廢總量有400t，占總?cè)剂狭康姆蓊~較高。按照每天燃燒2400t設(shè)計(jì)燃料，摻燒400t工業(yè)廢棄物，混合燃料的灰分為(2400×30%+400×2.0%)/2800=26.0%。從混合后的灰分來看可以摻燒全部工業(yè)固體廢棄物。

國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，煤中所含的氯在鍋爐管的高溫腐蝕中起著很重要的作用。當(dāng)煤中含氯量達(dá)到一定值時(shí)，它的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了硫的作用。研究結(jié)果表明，當(dāng)煤中氯含量大于0.3%時(shí)，與氯有關(guān)的高溫腐蝕傾向嚴(yán)重。

若按上述摻燒比例，混合燃料的氯含量為：(2400×0%+400×0.147%)/2800=0.021%，氯含量較低，設(shè)備可以安全運(yùn)行。

1.3生活污泥

生活污泥屬于低熱值(5443kJ/kg)，高水分(30%左右)、低灰分25%。折算灰分45.9g/MJ，灰分較高。

從已有的運(yùn)行數(shù)據(jù)來講，每天200t污泥可以單獨(dú)由1臺(tái)爐或2臺(tái)爐焚燒，鍋爐的燃燒穩(wěn)定性是有保證的。由于污泥含水較高(30%左右)，發(fā)熱量低，從減少鍋爐磨損、降低排煙溫度、降低風(fēng)機(jī)電耗來講，摻燒量越少對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性影響越小。

1.4生物質(zhì)燃料

生物質(zhì)的熱值屬于低熱值(17727kJ/kg)，中等水分(10%左右)、低灰分12%燃料。高氯(參考值1%)，折算灰分為6.8g/MJ。

單獨(dú)摻燒生物質(zhì)分析：鍋爐滿負(fù)荷需要設(shè)計(jì)燃料量約140t/h，按每天20h計(jì)算，每天燃燒設(shè)計(jì)煤2800t。相對(duì)設(shè)計(jì)燃料量而言，生物質(zhì)總量有200t，占總?cè)剂狭康姆蓊~較低。按照2630t設(shè)計(jì)燃料，200t生物質(zhì)混合來看，混合后的灰分為(2630×30%+200×12.0%)/2830=28.7%。從混合后的灰分來看可以摻燒全部生物質(zhì)燃料。

若按上述摻燒比例，混合燃料的氯含量為：(2200×0%+400×0.0147%+200*1%)/2800=0.0735%，設(shè)備可以安全運(yùn)行。

根據(jù)以上分析，最終混合燃料配比如表2所示。

這種混合燃料的燃燒特性主要考慮水分、灰分、氯離子的影響。

摻燒固廢后(燃煤2230t/d，摻燒生物質(zhì)200t/d、工業(yè)固廢400t/d、污泥200t/d、RDF50t/d)，燃料混合的熱值由20934kJ/kg降低到19548kJ/kg，水分由9%增加到9.9%，灰分由30%減少到24.5%。

燃料水分變化幅度較小，不考慮排煙溫度變化幅度，煙氣量可按鍋爐設(shè)計(jì)值計(jì)算。參考入爐煤質(zhì)分析日?qǐng)?bào)，相對(duì)于入爐煤熱值變化(19259～21771kJ/kg)來說，摻燒城市固廢燃料對(duì)鍋爐效率的影響較小，含氧量及過量空氣系數(shù)可按設(shè)計(jì)值計(jì)算，最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)需進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)后得出。

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摻燒方式分析

2.1生活污泥

方式(a)：生活污泥經(jīng)污水處理廠脫水后運(yùn)送至公司現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攤鋪晾曬，然后經(jīng)輸煤系統(tǒng)與原煤混合入爐充分燃燒，從而達(dá)到資源化處理的效果，有效利用垃圾、污泥中的剩余熱值，減少原生垃圾及污泥因填埋對(duì)環(huán)境造成的持續(xù)污染問題。其污泥摻燒方式如圖1(a)所示。

方式(b)：生活污泥經(jīng)污水處理廠脫水后運(yùn)送至公司污泥罐，污泥罐下部布置污泥泵(柱塞泵)。污泥直接通過污泥泵輸送至爐膛進(jìn)行燃燒處理。污泥給入口布置播料風(fēng)，同時(shí)布置插板閥以防止污泥系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)煙氣反竄。污泥罐上部布置除臭風(fēng)機(jī)，將罐內(nèi)揮發(fā)氣體送至爐膛進(jìn)行燃燒凈化。其污泥摻燒方式如圖1(b)所示。

此次污水廠提供的污泥水分在30%左右，表觀來看，污泥成干片狀，易粉碎。所以，此次電廠在摻燒時(shí)將污泥通過輸煤系統(tǒng)輸送至爐前煤倉，然后通過給煤機(jī)給入爐內(nèi)進(jìn)行處理。實(shí)際試驗(yàn)方式(a)方法可行，故在此不做詳述，大量使用時(shí)需考慮水分控制，以避免篩破系統(tǒng)以及煤倉堵塞。

2.2生活垃圾衍生燃料、工業(yè)固體廢棄物、生物質(zhì)燃料

從物理性質(zhì)來看，生活垃圾衍生燃料、工業(yè)固體廢棄物、生物質(zhì)燃料均可通過螺旋給料或氣力輸送至爐內(nèi)進(jìn)行燃燒利用。

方式(a)：燃料由單獨(dú)設(shè)置在鍋爐上的螺旋給料系統(tǒng)給入爐內(nèi)，通過控制給入量，將RDF直接送入爐內(nèi)燃燒;此方式需在鍋爐空間位置新建存儲(chǔ)倉、輸送系統(tǒng)、螺旋給料系統(tǒng)。其固廢摻燒方式如圖2(a)所示。

方式(b)：使用氣力輸送系統(tǒng)將破碎后的固廢輸送至爐膛進(jìn)行燃燒利用。其固廢摻燒方式如圖2(b)所示。

兩種固廢摻燒方式優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示。

從給入方式優(yōu)缺點(diǎn)來看，使用氣力輸送較為合適，堵塞問題可通過運(yùn)行控制來解決。

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鍋爐給料點(diǎn)分析

固廢給入點(diǎn)有以下4種：給煤口、二次風(fēng)口、回料口、爐膛新開孔，其優(yōu)缺點(diǎn)如表4所示。對(duì)比以上幾個(gè)給入點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)可見，選擇回料口作為固廢給入點(diǎn)較為合適。

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污染物排放分析

由于電廠已采取了高效、完善的煙氣處理設(shè)備及煙氣達(dá)標(biāo)排放控制措施，即爐內(nèi)脫硫+爐后半干法CFB脫硫、每臺(tái)鍋爐兩臺(tái)雙室四電場(chǎng)加布袋除塵器、SNCR系統(tǒng)脫硝，可確保SO2、粉塵、NOx滿足穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放要求。因城市固廢Cl及重金屬含量較高，下面主要考慮二噁英排放、灰渣放射性及重金屬含量的影響。生物質(zhì)及城市固廢相關(guān)研究結(jié)果如表5所示。

根據(jù)前面分析結(jié)果，在1025t/h流化床電站鍋爐內(nèi)日摻燒生物質(zhì)200t，處理工業(yè)固廢400t、RDF50t、污泥200t，相對(duì)于日耗煤量2230t來說，摻燒量為27.6%(生物質(zhì)6.5%、固廢13.0%、RDF1.6%、污泥6.5%)，小于《生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18485-2014)所規(guī)定的30%摻燒量，所以此標(biāo)準(zhǔn)僅作參考。二噁英是一種難降解的致癌物，具有熱穩(wěn)定性，當(dāng)溫度高于850℃時(shí)，二噁英被分解破壞。所以，一般要求焚燒爐的燃燒溫度應(yīng)該高于此溫度，并保證二噁英在其中的停留時(shí)間在2s以上，這樣才可以使二噁英的濃度降到最低，排放之后基本不會(huì)對(duì)環(huán)境和人類造成危害。目前，電廠1025t/hCFB鍋爐負(fù)荷率較高，鍋爐額定負(fù)荷下的燃燒溫度均在900℃以上，爐膛內(nèi)煙氣停留時(shí)間大于5s。理論上來說，摻燒生物質(zhì)及城市固廢后，二噁英排放可滿足環(huán)保要求，灰渣放射性材料使用可不受限制。因各地城市固廢不同，實(shí)際應(yīng)用有一定差異，建議針對(duì)項(xiàng)目所要摻燒的燃料進(jìn)行定比例燃燒試驗(yàn)，以確保項(xiàng)目環(huán)保達(dá)標(biāo)。

5

結(jié)語

利用電廠目前運(yùn)行的2臺(tái)1025t/hCFB循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組實(shí)現(xiàn)日摻燒生物質(zhì)200t，處理工業(yè)固廢400t、RDF50t、污泥200t是可行的，可以達(dá)到生物質(zhì)摻燒及城市固廢處置無害化和資源化的目的。

理論上來說，按照該摻燒比例，二噁英排放可滿足環(huán)保要求，灰渣放射性材料使用可不受限制。因各地城市固廢不完全相同，實(shí)際應(yīng)用會(huì)有所差異，可以針對(duì)項(xiàng)目要摻燒的燃料進(jìn)行定比例燃燒試驗(yàn)，從而確保項(xiàng)目環(huán)保達(dá)標(biāo)。

文獻(xiàn)信息

張世鑫,蔡芳龍,陳玉洪,呂勇. 大型CFB鍋爐摻燒生物質(zhì)及城市固廢可行性分析[J]. 中國(guó)資源綜合利用,2017,35(07):64-68.

來源:循環(huán)流化床發(fā)電  作者:張世鑫 

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