電廠循環流化床鍋爐工業固廢摻燒綜合利用研究

桑慧萍

（山西省運城市生態環境局垣曲分局，山西 運城 043700）

引言

隨著工業化進程的加速，一般工業固廢的產生量日益增加，其處理與處置成為了環境保護和資源再利用中的一個重要議題。特別是在能源需求持續增長的背景下，如何高效、環保地利用一般工業固廢，最大限度地發揮其能源價值，是當前面臨的一個緊迫問題[1]。循環流化床鍋爐以其高效的燃燒效率、良好的環境表現，成為了工業固廢能源化利用的理想選擇。本研究以電廠循環流化床鍋爐為對象，探討將紡織邊角料等工業固廢作為輔助燃料進行摻燒的技術可行性、經濟效益和環境效益，同時通過在電廠鍋爐中進行摻燒實驗，評估摻燒工業固廢對鍋爐運行安全、燃燒效率及環境排放的影響，從而為工業固廢的資源化利用和電廠的環境友好運營提供科學依據和技術支持。

1 工程概況

1.1 電廠循環流化床鍋爐情況

循環流化床鍋爐是目前公認的工業化程度最高的潔凈煤燃燒鍋爐，它采用流態燒然強化燃燒和脫硫等非均相反應過程，解決了熱學、力學、材料學等基礎問題和膨脹、磨損、超溫等工程問題，成為難燃固體燃料能源利用的先進技術。隨著環境保護意識的增加，通過現有循環流化床鍋爐協同處置具有一定熱值的工業廢物，對傳統的燃煤型電廠產生了挑戰[2]。

山西省某電廠現有2 套300MW 循環流化床鍋爐型鍋爐，型號為HG-1025/17.5-L.HM37，鍋爐系超高壓參數、單汽包、自然訊含、單爐膛、平衡通風、露天布置、燃煤、固態排渣，設有高爐脫硫、SNCR脫銷、靜電除塵器、石灰漿噴霧干燥脫硫、布袋除塵器等超低產脫硫裝置。對該電廠循環流化床鍋爐燃燒工藝進行改進升級，在原工藝中增加紡織邊角料工業固廢的輸送和處置環節，增加協同燃燒處置600t/d紡織邊角料工業固廢。實踐證明，改造升級對流化床鍋爐的安全使用基本沒有影響，改造升級后不但可滿足循環流化床鍋爐燃燒的需要，還可維持循環流化床鍋爐燃燒的穩定。

1.2 工業固廢摻燒可行性分析

為評估在電廠循環流化床鍋爐中摻燒紡織邊角料工業固廢的可行性，對紡織邊角料工業固廢特性進行詳細分析。結果顯示，這類工業固廢具有相對較高的發熱量，平均熱值達到了18.15MJ/kg（約4300 kcal/kg），明顯高于鍋爐燃燒需求最低熱值標準表明，紡織邊角料等工業固廢作為燃料單獨燃燒時，其熱能完全能夠滿足鍋爐的運行要求。

此外，工業固廢中硫含量極低（0.06%），摻燒時可有效降低煙氣中SO2濃度，減少空氣污染。其較低的氮含量（0.42%）有助于稍微降低煙氣中氮氧化物（NOx）的濃度，同時此類固廢的灰分也很低（5.69%），摻燒后可減少鍋爐煙氣中的顆粒物濃度和灰渣的產生，進一步降低環境污染和清潔維護的成本。工業固廢含有較高的固定碳（54.27%）和氫（5.71%），以及低水分（3.04%）和低灰分特性，表明其作為易燃物具有高燃燒效率。這些特性表明，摻燒紡織邊角料工業固廢不僅能為電廠提供穩定且充足的熱能，同時還能在減少關鍵污染物排放方面發揮積極作用，具有良好的摻燒可行性[3]。

2 工業固廢摻燒對鍋爐燃燒穩定性的影響研究

為探究摻燒紡織邊角料工業固廢對電廠鍋爐燃燒穩定性的影響，采取以10%的比例進行實驗性摻燒的方法。

2.1 摻燒試驗對爐膛及爐膛外主要部位的影響

在進行紡織邊角料等工業固廢摻燒試驗的過程中，對鍋爐爐膛內及其主要部位的運行數據進行詳細記錄和分析。根據記錄數據，摻燒前后氧氣濃度保持在2.4%～3.4%之間，表明燃燒過程中氧供應較充足；主汽壓力變化范圍15.17～15.82MPa，顯示出系統在摻燒過程中保持了穩定的壓力水平；床溫介于878～910℃之間，保證了良好的燃燒條件；主汽溫度和再熱汽溫分別保持在538～542℃、537～542℃，表明熱能的轉換和利用效率高；爐膛差壓介于1260～1520 Pa之間，差壓的輕微變化表明燃燒過程穩定，沒有出現顯著的堵塞或流動異常現象[4]。因此，摻燒紡織邊角料等工業固廢對鍋爐爐膛內的關鍵運行參數影響非常小，且所有測量的參數變化都在正常運行范圍內。摻燒過程不僅不會對鍋爐的正常運行和性能產生不利影響，還為工業固廢有效利用提供了一種可行的方法。

2.2 摻燒前后煙氣參數變化及污染濃度變化

摻燒前后煙氣溫度分別為117℃、115℃，煙氣含濕量分別為8.19%、8.07%，煙氣流量分別為849Nm3/h、857Nm3/h，過剩空氣系數分別為1.16、1.14，煙塵濃度分別為1502mg/Nm、1531mg/Nm，SO2濃 度 分 別 為13.5mg/Nm、14.7mg/Nm，NOx度分別為35.9mg/Nm、6.0mg/Nm。煙氣的溫度和濕度在摻燒前后變化不顯著，同時SO2和NOx等常規污染物的排放量也保持在正常的范圍內，表明將紡織邊角料等一般工業固廢加入到燃燒過程中，并不會對鍋爐的煙氣排放性能產生負面影響。

2.3 摻燒前后對爐渣和飛灰的影響

2.3.1 摻燒對爐渣和飛灰化學成分變化的影響

摻燒前后爐渣、飛灰化學成分變化如表1所示。從表1 可知，爐渣和飛灰中的SiO2和CaO 含量在摻燒后有所下降，而Al2O3的含量則顯著增加。此外，爐渣和飛灰中的SO3含量也明顯降低，均低于3%的限制，表明摻燒過程沒有導致超過綜合利用標準的污染物排放。這些化學成分的變化對爐渣和飛灰的處理和利用產生影響。二氧化硅和氧化鈣的減少可能影響材料的物理特性，而氧化鋁含量的增加可能提高了材料的耐火性。同時，三氧化硫含量的減少對環境是有益的，它減少了酸雨的潛在來源[5]。

表1 摻燒前后爐渣和飛灰化學成分變化（%）

2.3.2 摻燒對爐渣和飛灰中重金屬含量的影響

摻燒前后爐渣、飛灰重金屬含量情況如表2 所示。從表2 可知，摻燒后爐渣中鉻（Cr）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）和鎘（Cd）的含量都有所增加，但增加的總量相對較低，遠低于國家相關標準，表明摻燒過程并不會對爐渣的資源化利用造成不利影響[6]。摻燒后飛灰樣本中Zn 的含量有所上升，而Cu、Cr、Cd、砷（As）、汞（Hg）和Pb 的含量則有所下降，但這些變化同樣在可接受范圍內，不會對飛灰的資源化利用產生負面影響。

表2 摻燒前后爐渣和飛灰重金屬含量情況

2.3.3 摻燒對爐渣飛灰水分和燒失量等參數的影響

摻燒前后爐渣和飛灰中水分、燒失量、pH 值的變化如表3 所示。從表3 可知，摻燒后爐渣和飛灰的水份基本保值不變，pH 值雖均有小幅度的浮動，但摻燒后燃燒沒有受到影響，煤粉燃盡程度變化較小；摻燒后爐渣燒失量從0.54μg·g-1增加至1.29μg·g-1，飛灰燒失量從0.56μg·g-1增加至4.22μg·g-1，燒失量都有大幅度的增加，飛灰燒失量增加幅度高達3.66%，但整體仍然低于5%的國家限制標準。

表3 摻燒前后爐渣和飛灰中水分、燒失量、pH 值的變化

2.3.4 摻燒對爐渣和飛灰物理性能的影響

對摻燒前后爐渣和飛灰的45μm篩余量、28d 火山灰活性指數、需水理比、蒸壓膨脹值、密度等物理性能參數進行測定。結果表明，摻燒后爐渣和飛灰的物理性能變化很小，摻燒過程并沒有顯著改變爐渣和飛灰的基本物理屬性，保持了它們的資源化利用潛力。摻燒后的爐渣和飛灰可繼續用作水泥生產的混合材料、混凝土摻合料，或用于生產爐渣與飛灰砌塊、爐渣與飛灰磚、蒸壓爐渣與飛灰加氣混凝土等產品。因此，紡織邊角料的摻燒不會對電廠的原煤輸送及制粉系統產生不利影響，反而有助于提高鍋爐燃燒的穩定性。

3 摻燒的經濟性分析

目前，紡織邊角料工業固廢均由其產生廠家直接負責運輸至山西省某電廠，無成本及運輸費用。紡織邊角料工業固廢的熱值大約是4300 kcal/kg，相當于標準煤熱值的61%，表明紡織邊角料工業固廢能夠在發電過程中部分替代煤炭，減少對標準煤的需求。

3.1 經濟效益

根據山西省某電廠的設計參數和輸煤系統的承載能力，每年可摻燒6 萬t 左右的紡織邊角料工業固廢，節約3.6 萬t 左右的標準煤，因此僅摻燒就可為電廠創造5000 萬元的節煤收益。

3.2 環境效益

摻燒產生的煙氣可被尾氣處理措施有效處理，避免對環境造成二次污染，因而具有顯著的環境保護價值。而采用紡織邊角料作為電力生產中的一種輔助燃料，不僅能使原本需要處理的工業固廢轉變為一種價值資源，還能減輕廠家處理廢棄物的負擔。

結語

綜上所述，通過對循環流化床鍋爐摻燒一般工業固廢紡織邊角料的綜合利用進行深入探討，表明摻燒技術不僅在技術上可行，而且能夠顯著提升鍋爐的燃燒穩定性，減少傳統煤炭燃燒過程中的環境污染。此外，摻燒技術可通過減少對標準煤的依賴，有助于電廠降低運營成本，同時提高廢棄物的資源化利用率，具有顯著的經濟和環境效益，并且摻燒過程對鍋爐運行參數的影響微小，保障了電廠的穩定運行。因此，摻燒一般工業固廢在促進節能減排、實現綠色發展方面具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。未來，應進一步探索摻燒技術的優化，以及在不同類型鍋爐中應用摻燒技術的可能性，為工業固廢的環保處理和資源化利用提供更多的解決方案。