摘要：為實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厣罾皽p量化、資源化、無害化”處理，需利用某電廠已有超臨界循環(huán)流化床鍋爐及環(huán)保設(shè)施，采用直接摻燒方式處理垃圾衍生燃料/固體替代燃料（Refuse Derived Fuel/Solid Recovered Fuels，RDF/SRF）。研究超臨界循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點(diǎn)、RDF/SRF的制備和特性以及摻燒技術(shù)，設(shè)計(jì)適合該電廠的摻燒工藝，并分析該方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性可行性。結(jié)果表明，該方案技術(shù)上可行，可以達(dá)到生活垃圾處置無害化和資源化的目的；摻燒系統(tǒng)（廠內(nèi)）的總投資為624.90萬元，當(dāng)RDF到廠價(jià)為70元/t（含稅）時(shí)，本項(xiàng)目廠內(nèi)投資各項(xiàng)財(cái)務(wù)評價(jià)指標(biāo)合理，經(jīng)濟(jì)性高。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；循環(huán)流化床鍋爐；垃圾衍生燃料/固體替代燃料（RDF/SRF）；摻燒

中圖分類號：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）08-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.047

Feasibility Analysis of Mixed Combustion of Coal and RDF/SRF in Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler

LI Fan1， ZHANG Shixin2

（1.Shenhua Shendong Electric Power ShanxiHequ Power Generation Co.， Ltd.， Xinzhou 036501， China;

2. Xi'an Huadian Clean Energy Technology Co.， Ltd.， Xi'an 710061， China）

Abstract：To achieve the “reduction， resource utilization， and harmless” treatment of local household waste through threads， it is necessary to utilize the existing supercritical circulating fluidized bed boiler and environmental protection facilities of a certain power plant， and use direct co firing to treat Refuse Derived Fuel/Solid Recovered Fuels （RDF/SRF）. Research the combustion characteristics of the supercritical circulating fluidized bed boiler， the preparation and characteristics of RDF/SRF， and co firing technology， design a co firing process suitable for the power plant， and analyze the technical and economic feasibility of this solution. The results indicate that the scheme is technically feasible and can achieve the goal of harmless and resourceful disposal of household waste; The total investment of the co firing system （in plant） is 6.249 million yuan. When the RDF to plant price is 70 yuan/t （including tax）， the financial evaluation indicators of the in plant investment of this project are reasonable and the economy is high.

Keywords： supercritical unit; circulating fluidized bed boiler; Refuse Derived Fuel/Solid Recovered Fuels（RDF/SRF）; Blending firing

國內(nèi)城市生活垃圾主要包括居民生活垃圾、社會(huì)團(tuán)體垃圾、清掃垃圾等，所占比例分別約為60%、30%、10%[1]。目前，我國生活垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、堆肥及焚燒3種[2]。然而，衛(wèi)生填埋占用土地資源，堆肥成本較高，周期較長，因此焚燒發(fā)電技術(shù)得到快速發(fā)展并大力推廣[3-4]。垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目前期投資大，從經(jīng)濟(jì)可行性考慮，單個(gè)項(xiàng)目的生活垃圾處理規(guī)模須達(dá)到500 t/d[5-6]。

2017年，《關(guān)于開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)工作的通知》發(fā)布[7]，旨在依托現(xiàn)役煤電設(shè)施，兜底消納農(nóng)林廢棄殘余物、生活垃圾等生物質(zhì)資源。2018年，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)工作方案的通知》[8]提出，在我國多個(gè)城市建設(shè)“無廢城市”試點(diǎn)。2021年，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[9]指出，要全面推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。2022年，《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級實(shí)施指南（2022年版）》[10]明確：利用生活垃圾、固體廢棄物和生物質(zhì)燃料等替代煤炭，減少化石燃料的消耗量。2023年，《鍋爐綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案》[11]提出要積極推進(jìn)大型燃煤發(fā)電鍋爐摻燒農(nóng)林廢棄物等耦合技術(shù)改造。針對河曲縣生活垃圾填埋場庫容將滿，將生活垃圾預(yù)處理后制成垃圾衍生燃料/固體替代燃料（Refuse Derived Fuel/Solid Recovered Fuels，RDF/SRF），用于當(dāng)?shù)?50 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐部分替代燃料。

1 項(xiàng)目背景

RDF是通過對可燃性垃圾進(jìn)行破碎、分選、干燥、添加藥劑、壓縮成型等處理而制成的燃料。SRF是一種以生產(chǎn)、生活等活動(dòng)過程中產(chǎn)生的非危險(xiǎn)廢物類可燃性固體廢物為主要原料，通過預(yù)處理、除雜、破碎、篩分、分選以及成型等單一或組合工藝制備而得，以直接或間接形式為各類用能單元提供熱能的燃料。

SRF與RDF的顯著區(qū)別在于SRF已標(biāo)準(zhǔn)化[12]。SRF作為環(huán)保再生資源，對環(huán)境保護(hù)有著重要意義[13]。循環(huán)流化床鍋爐可以實(shí)現(xiàn)大型工程化利用生物質(zhì)及城市固廢[14]。將RDF作為燃煤鍋爐、水泥窯爐的燃料，可以抑制垃圾焚燒過程中二噁英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生[15]。陳峰等[16]在1臺75 t/h的循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行垃圾與煤的混合試燒試驗(yàn)，垃圾添加量達(dá)到10%，鍋爐運(yùn)行參數(shù)與原煤工況比無顯著差別。曹玉春等[17]測試和分析了流化床鍋爐混燒垃圾和煤的排放特性，飛灰中二噁英的毒性當(dāng)量比純燒垃圾要低。福建永安300 MW的循環(huán)流化床鍋爐生物質(zhì)摻燒及城市固廢綜合利用技術(shù)通過“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)先進(jìn)適用技術(shù)評審（第一批）[18]。考慮碳交易背景下，未來我國較高的碳稅使得生物質(zhì)混燒具有更大的可行性[19]。

1 現(xiàn)有設(shè)備條件及垃圾狀況

1.1 電廠現(xiàn)有條件

某電廠配置2臺東方鍋爐廠DG1150/25.4-Ⅱ1型超臨界循環(huán)流化床鍋爐。每臺鍋爐配4個(gè)原煤倉，原煤倉容積為498 m3。在爐前原煤斗旁邊設(shè)置啟動(dòng)床料倉1個(gè)，容積約為200 m3。機(jī)組已實(shí)現(xiàn)超低排放，采用選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脫硝+預(yù)電除塵+半干法脫硫+布袋除塵工藝。

1.2 垃圾產(chǎn)量

根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)，河曲縣常住人口為123 505人，目前垃圾填埋場垃圾處理量在70～80 t/d。

參照《河曲縣縣城生活垃圾處理工程環(huán)境影響報(bào)告書》[20]對河曲縣垃圾產(chǎn)量預(yù)測，至2020年，人均日產(chǎn)生垃圾量約為1.18 kg，垃圾日產(chǎn)量為111.28 t，可見預(yù)測數(shù)據(jù)偏大；根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年，國民人均日產(chǎn)垃圾量為0.48 kg；考慮人均日產(chǎn)垃圾增長及人口數(shù)量變化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)按垃圾日產(chǎn)量100 t計(jì)。河曲縣垃圾化驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1的垃圾化驗(yàn)結(jié)果，參考現(xiàn)有SRF標(biāo)準(zhǔn)，河曲縣所采樣垃圾可以滿足循環(huán)流化床鍋爐用SRF的主要理化指標(biāo)《火力發(fā)電用固體替代燃料》

（T/CIC 048—2021）要求。參考國內(nèi)垃圾數(shù)據(jù)，由表1數(shù)據(jù)估算，河曲縣垃圾中可燃成分比例選取50%，垃圾日產(chǎn)量選定100 t/d，每日可產(chǎn)RDF/SRF量為50 t/d，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行電廠鍋爐摻燒可行性研究分析。

2 超臨界循環(huán)流化床鍋爐摻燒垃圾衍生燃料的可行性分析

2.1 摻燒比例確定

參考《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中對焚燒溫度的要求，控制摻燒RDF/SRF時(shí)鍋爐燃燒溫度在850 ℃以上。目前，1號鍋爐、2號鍋爐在250 MW以上負(fù)荷時(shí)可滿足850 ℃以上溫度，根據(jù)電廠機(jī)組負(fù)荷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，1號鍋爐250 MW以上負(fù)荷率為46.6%，2號鍋爐250 MW以上負(fù)荷率為50.2%，因此摻燒利用時(shí)間按每日45%計(jì)，即每天摻燒小時(shí)數(shù)為10.8 h，計(jì)算摻燒量為4.6 t/h，最終摻燒量按5 t/h進(jìn)行配置。

本項(xiàng)目擬摻燒的RDF/SRF，其熱值及數(shù)量情況如表2所示。

從表2中數(shù)據(jù)來看，RDF/SRF的摻燒比例較小，質(zhì)量比不超過2%，燃料混合后的熱值由12.07 MJ/kg降至12.00 MJ/kg，水分由13.48%增加到13.90%，灰分由41.51%減少到41.11%，氯含量由0.00%增加到0.01%。

2.2 摻燒方式確定

因摻燒比例較小，考慮利用鍋爐現(xiàn)有上料及燃燒系統(tǒng)，盡量減少廠內(nèi)投資。利用現(xiàn)有輸煤系統(tǒng)將RDF/SRF送至爐前啟動(dòng)床料料斗，并通過兩種方式入爐。一是通過刮板機(jī)將RDF/SRF送至給煤機(jī)，與燃煤一起送至爐內(nèi)（見圖1）；二是新增氣力輸送系統(tǒng)，螺旋絞龍出料進(jìn)入氣力發(fā)送器，物料通過氣力輸送至爐內(nèi)（見圖2）。

2.3 RDF/SRF給入點(diǎn)確定

根據(jù)RDF/SRF形態(tài)，可選擇給料口為給煤口、二次風(fēng)口，其優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示。

將RDF/SRF通過氣力輸送爐內(nèi)，入爐口可選擇二次風(fēng)口，避免爐膛新開孔，改造相對方便。經(jīng)分析，選擇將RDF/SRF通過氣力輸送爐內(nèi)，入爐口選擇下層二次風(fēng)口，氣力輸送管道上設(shè)置切斷閥，系統(tǒng)停用時(shí)關(guān)閉，避免煙氣反竄，同時(shí)靠二次風(fēng)冷卻噴口。

2.4 摻燒工藝確定

RDF/SRF運(yùn)至電廠后，由5號甲帶上方啟動(dòng)床料上料斗倒入，然后通過輸煤皮帶送至爐前啟動(dòng)料倉；改造爐前啟動(dòng)床料斗，倉底新增螺旋絞龍，使得出料均勻可控。新增氣力輸送系統(tǒng)，物料通過氣力輸送經(jīng)下層二次風(fēng)口至爐內(nèi)。輸送系統(tǒng)單管設(shè)計(jì)出力為5 t/h，按每天10.8 h計(jì)算，輸送系統(tǒng)單管出力為54 t/d。若兩套系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，則RDF/SRF可處置規(guī)模最大為108 t/d。

2.5 主要污染物控制措施

由于電廠已達(dá)到超低排放，可確保SO2、粉塵、氮氧化物（NOx）滿足達(dá)標(biāo)排放要求。摻燒時(shí)主要考慮二噁英排放和灰渣放射性及重金屬含量影響。

根據(jù)電廠提供數(shù)據(jù)，機(jī)組負(fù)荷在250 MW以上時(shí)，燃燒溫度可控制在850 ℃以上，以此溫度作為摻燒系統(tǒng)啟動(dòng)條件，確保摻燒時(shí)二噁英排放達(dá)標(biāo)。本項(xiàng)目鍋爐爐膛較高，從下層二次風(fēng)口至爐膛出口煙窗下方高度為36.7 m，爐膛煙氣流速約為5 m/s，煙氣在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間在7 s以上，可以滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）中的焚燒要求。

本項(xiàng)目超臨界循環(huán)流化床鍋爐日摻燒RDF/SRF為50 t，摻燒比例較小，不超過2%（質(zhì)量比），小于《生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014）所規(guī)定的30%摻燒量，此標(biāo)準(zhǔn)僅作參考。

3 經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

本項(xiàng)目建設(shè)總投資為624.90萬元，營業(yè)收入主要為替代燃煤收入和CO2減排收入。本項(xiàng)目主要財(cái)務(wù)評價(jià)指標(biāo)如下：當(dāng)RDF/SRF到廠價(jià)為70元/t（含稅）時(shí)，項(xiàng)目年均營業(yè)收入為246萬元，年均利潤總額為58萬元，年均凈利潤為44萬元，項(xiàng)目投資回收期為10年。

4 結(jié)論

利用DG1150/25.4-Ⅱ1型超臨界循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組實(shí)現(xiàn)日摻燒50 t RDF/SRF技術(shù)上可行。RDF/SRF摻燒系統(tǒng)（廠內(nèi)）的總投資為624.90萬元，當(dāng)RDF/SRF到廠價(jià)為70元/t（含稅）時(shí)，本項(xiàng)目廠內(nèi)（RDF/SRF摻燒系統(tǒng)）投資各項(xiàng)財(cái)務(wù)評價(jià)指標(biāo)合理。

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