創(chuàng)新實現(xiàn)鞋料固廢物在大型電站煤粉爐上的摻燒

河南華潤電力首陽山有限公司 孔 亮 吳澤沛 周文森 郭 亮 王芳振 翟向紀 金瑞峰 黎 明 程江濤 王敬沖

田 磊 潤電能源科學技術有限公司 杜學森 李 源 南京工業(yè)大學 孔力立

1 概述

國家“十三五”發(fā)展規(guī)劃中將“實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會”作為發(fā)展目標。節(jié)約資源作為一項基本國策，被提到前所未有的高度。社會發(fā)展必須堅持“節(jié)約資源、保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)產業(yè)結構升級、調整產品結構、淘汰落后工藝技術提高產品質量和技術含量”走高價值低消耗、循環(huán)發(fā)展的道路。偃師市地區(qū)存在大量鞋廠，鞋廠每天會產生大量鞋料固廢物，這些鞋料固廢物由華潤洛陽項目（2×240t流化床鍋爐）進行統(tǒng)一摻燒處理。華潤洛陽項目面臨轉型并于2019年10月底關停，該項目處理鞋料垃圾工作也將停止。如果這些鞋料垃圾不能得到有效處理，將會對偃師市地區(qū)地下水和土壤等造成二次污染，威脅環(huán)境安全和公眾健康。下一步這些鞋料垃圾將如何處理，已經引起了偃師市政府及環(huán)保部門的高度關注。應偃師市政府要求，我司須承接該循環(huán)流化床鍋爐關停后處理鞋料固廢物的職能。

由于我司鍋爐爐型（HG-1955/25.4-YM）為超臨界直流爐與流化床鍋爐不同，燃燒方式也不同，因此，我司必須結合現(xiàn)有煤粉鍋爐燃燒特點，對鞋料固廢物進行無害化處理。

2 項目實施情況

項目總體目標：我司兩臺鍋爐實現(xiàn)鞋料摻燒，鞋料摻燒能力能夠滿足偃師當地的鞋料處理需要（約每年1萬噸）。

鞋料垃圾來源于偃師鞋制造業(yè)產生的廢棄邊角料，主要包含皮革、化學纖維、棉纖維、海綿、塑料等材質。

根據2019年9月潤電能源科學技術有限公司出具的檢測報告，鞋料低位發(fā)熱量約為4583kcal/kg。水分較低，在1%以下，揮發(fā)分占比76%左右，推斷其燃燒性能較好。另外，根據CL、S元素含量較低，推斷其燃燒產物對鍋爐受熱面腐蝕極小，詳見表1鞋料垃圾熱值表及檢測報告[1]。

表1 鞋料垃圾熱值

實施方案：我司從燃盡風處將鞋料垃圾噴入爐膛，實現(xiàn)煤粉與鞋料固廢物的摻燒，達到鞋料固廢物的處理處置。鞋料摻燒處理流程，包括計量、破碎、輸送、燃燒、尾氣處理。其中，破碎和燃燒系統(tǒng)依托項目建設實施，鞋料計量通過入廠稱重計量系統(tǒng)實現(xiàn)，尾氣處理系統(tǒng)依托電廠煙氣處理系統(tǒng)。

計量系統(tǒng)：鞋料計量系統(tǒng)主要用于鞋料垃圾的稱重，統(tǒng)計每天運至廠區(qū)的鞋料垃圾量。鞋料運送車輛經#3崗進入廠區(qū)時，通過地磅進行稱重，卸完鞋料出廠區(qū)時，經#3崗地磅再次稱重，由兩次稱重數據得出鞋料凈重。

鞋料破碎系統(tǒng)：破碎系統(tǒng)包括鏈板機上料機、破碎機、輸送皮帶等。破碎系統(tǒng)主要用于將鞋料固廢物破碎至合適的粒徑范圍，達到鞋料垃圾燃盡的要求。

鞋料粒徑首先通過人工裁剪鞋料，進行試燒，確定300MW負荷以上，5cm鞋料不會掉落至撈渣機內。然后邀請潤電相關專家，進行鞋料燃燒特性試驗，確定當鞋料直徑為3cm時，除黃皮布外，其他5種鞋料在爐膛停留時間內均能燃盡。最終，系統(tǒng)投運后，通過更換不同孔徑的篩網，對鞋料進行摻燒，最終確定鞋料摻燒的粒徑為5cm。

鞋料破碎系統(tǒng)根據實際破碎機的使用情況，不斷優(yōu)化后，采用兩級破碎，第一級采用一臺低轉速的撕碎機，對鞋料進行初步破碎，第二級采用兩臺高轉速的破碎機（配有篩網），對鞋料進行細碎，以滿足鞋料粒徑及系統(tǒng)出力需要。

鞋料輸送系統(tǒng)：為了實現(xiàn)鍋爐摻燒鞋料垃圾的目的，必須將鞋料垃圾輸送至爐膛。輸送系統(tǒng)包括給料倉、發(fā)送器、輸運管道等，用于將破碎至合適粒徑范圍的鞋料垃圾輸送至爐膛。其中，給料倉用于臨時儲存破碎后的鞋料垃圾，發(fā)送器用于將鞋料垃圾與攜帶風混合并發(fā)射鞋料垃圾，輸送管道作為送風和鞋料垃圾的輸運邊界將送風和鞋料垃圾送入爐膛。

為了使得鞋料垃圾被送風攜帶進入爐膛，對離心風機參數進行核算。根據對華潤洛陽項目的現(xiàn)場實地考察發(fā)現(xiàn)，華潤洛陽項目鞋料輸送高度約為15m，華潤首陽山項目輸送高度在35m，比華潤洛陽項目高了約20m，因此，需在鍋爐上增加一臺增壓風機，對輸送中的鞋料進行助吹。主要設備如下：

（1）發(fā)送器FSQ-Ⅱ-800型：1臺。

（2）供主管道輸送用風機：1臺，風壓P=88.2 kPa，風量Q=60.19m3/min，功率160kW。

（3）增壓風機風機：1臺，風壓P=58.8kPa，風量Q=17m3/min，功率30kW。

鞋料燃燒系統(tǒng)：利用爐后墻燃盡風噴口將破碎后的鞋料垃圾噴入爐膛。燃盡風噴口距離爐膛出口約為30m，滿負荷下燃盡風處至爐膛出口的爐內煙氣流速約為7m/s?？紤]到顆粒與煙氣之間的速度差和燃燒過程中顆粒粒徑的變化等，經核算顆粒的停留時間約為5.36s。為使得鞋料垃圾到達爐膛出口處完全燃盡，對鞋料垃圾的燃盡特性進行考察。潤電科學《河南華潤電力首陽山有限公司#2鍋爐鞋料燃燒特性試驗報告》中對華潤首陽山項目計劃摻燒的6種鞋料的燃盡時間進行了測量，圖1為6種鞋料在不同直徑下的燃盡時間[1]。

圖1 鞋料燃盡時間

可以看出，這6種鞋料垃圾中黃皮布材質具有最差的燃盡性能（由于這種鞋料數量很少，不允許在本系統(tǒng)摻燒），將這種材質鞋料垃圾破碎至1cm也很難保證這種材質從燃盡風噴口噴入至爐膛出口的完全燃盡。對于其他5種材質鞋料垃圾，為了保證鞋料垃圾從燃盡風噴口噴入至爐膛出口完全燃盡，經核算，鞋料垃圾的直徑需破碎至3cm以下。因此，對于黃皮布材質鞋料，需要進行分揀，如果該鞋料量較少也可直接從燃盡風噴入爐膛；對于其他5種鞋料，破碎至3cm后進行摻燒。后期系統(tǒng)投運后，根據摻燒實際情況進行調整，最終鞋料摻燒粒徑為5cm。

尾氣處理系統(tǒng)：本項目主要產生的大氣污染物為粉塵、NOx、SO2、二噁英，依托我司煙氣處理裝置脫硝系統(tǒng)、電除塵器和脫硫系統(tǒng)能夠有效去除粉塵、NOx、SO2，并達到超低排放標準。

二噁英的排放可參照洛陽項目的檢測情況，最大0.055ngTEQ/Nm3（如下圖環(huán)評報告中的描述），低于排放上限值0.1ngTEQ/Nm3。因為我司鍋爐溫度更高，不利于二噁英產生，實際排放值比洛熱項目更低。

本項目鍋爐煙氣中二噁英的排放情況，參照華潤洛陽項目于2016年3-4月份委托江蘇力維檢測科技有限公司對鍋爐煙氣中的二噁英排放濃度進行了實地監(jiān)測，監(jiān)測工況摻燒比例為，煤：污泥（含水80%）：鞋料=125:10:5t/h臺，監(jiān)測結果表明，其排放濃度在0.041-0.055ng/TEQ/Nm3。

本項目摻燒比例為，煤：污泥：鞋料=199.5:6.3:1.1t/h臺，未達到華潤洛陽項目摻燒比例，本評價按照華潤洛陽項目檢測期間最大值取值，二噁英排放量為0.055ng/TEQ/Nm3。

3 項目成果完成情況

2019年11月19日，成功實現(xiàn)了#2鍋爐鞋料固廢物摻燒，2020年8月28日，成功實現(xiàn)了#1鍋爐鞋料固廢物摻燒。通過兩年的運行優(yōu)化，總投入約1000萬元，實現(xiàn)了年摻燒鞋料約1萬余噸的目標。

2020年1月份以來利用鍋爐檢修機會多次對鍋爐、脫硝、空預器、電除塵內部檢查，均未發(fā)現(xiàn)鞋料殘留物，也未發(fā)現(xiàn)腐蝕、結垢等異常現(xiàn)象。自鞋料投運至今，已近2年，#1、2鍋爐運行中未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)阻力增大、環(huán)保指標超標等異常現(xiàn)象。

故得出結論，鞋料摻燒對原鍋爐系統(tǒng)無不良影響。

鞋料摻燒系統(tǒng)投運至今，隨著系統(tǒng)不斷優(yōu)化，鞋料摻燒設備故障率不斷降低，鞋料摻燒量從剛開始最高約6噸/天，逐步提升到目前的最高45噸/天，完全能夠滿足偃師當地的鞋料處理需求。

4 經濟效益和社會效益

本項目總共投資約1000萬元實現(xiàn)了偃師區(qū)地區(qū)鞋料固廢的資源化利用，鞋料固廢物的平均熱值約4583kcal/kg，按鞋料垃圾處理量為10000噸/年，標煤價格（最低保守價）580元/噸計算，可節(jié)約燃煤成本約370萬元/年，凈收益141萬元/年。

本項目有效地處理偃師地區(qū)鞋料固廢物，解決了鞋料垃圾造成的土壤、地下水、大氣等二次污染問題，保護了偃師市周邊環(huán)境和居民健康。同時將我司業(yè)務與地方發(fā)展有機融合，增強我司與當地政府的黏性，有助于偃師地區(qū)市容、市貌向清潔、安靜、和諧的方向發(fā)展，提高人民健康水平，促進工農業(yè)和第三產業(yè)的發(fā)展，改善偃師區(qū)的投資環(huán)境。已申請實用新型專利：一種大型煤粉鍋爐鞋服工業(yè)廢料摻燒系統(tǒng)。

5 復制推廣性

本項目實現(xiàn)了鞋料在大型煤粉鍋爐上摻燒，可直接推廣至其他需要摻燒制鞋、制衣業(yè)廢料的電廠煤粉鍋爐，對于電廠煤粉鍋爐的其他摻燒工作，有借鑒意義。

6 結語

鞋料固廢物攻關小組通過調研、探討、考察、試驗找出了一條適合我司鍋爐的破碎設備，開創(chuàng)性的將鞋料固廢物送入煤粉鍋爐內燃燒，實現(xiàn)了全國首臺大型電站（2×630MW）煤粉爐摻燒鞋料固廢物，年摻燒量突破1萬噸，節(jié)約燃煤成本約370萬元/年，凈收益141萬元/年，徹底解決了偃師區(qū)當地鞋料固廢物無法處理的問題，得到控股、大區(qū)及當地政府的高度認可，為改善偃師區(qū)的環(huán)境做出了重要貢獻。

我司兩臺鍋爐成功實現(xiàn)鞋料固廢物摻燒方案被列為華潤電力控股示范工程，不僅被華潤電力成功水平推廣，也被成功推廣至國內電力兄弟單位。為改善區(qū)域大氣環(huán)境，實現(xiàn)碧水藍天積極貢獻力量，為提升我司區(qū)域競爭力奠定了堅實的基礎。