超臨界循環(huán)流化床鍋爐摻燒RDF/SRF的可行性分析

摘要：為實現當地生活垃圾“減量化、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、RDF/SRF的制備和特性以及摻燒技術，設計適合該電廠的摻燒工藝，并分析該方案的技術和經濟性可行性。結果表明，該方案技術上可行，可以達到生活垃圾處置無害化和資源化的目的；摻燒系統(tǒng)（廠內）的總投資為624.90萬元，當RDF到廠價為70元/t（含稅）時，本項目廠內投資各項財務評價指標合理，經濟性高。

關鍵詞：超臨界機組；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 文獻標識碼：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

國內城市生活垃圾主要包括居民生活垃圾、社會團體垃圾、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)電技術得到快速發(fā)展并大力推廣[3-4]。垃圾焚燒發(fā)電項目前期投資大，從經濟可行性考慮，單個項目的生活垃圾處理規(guī)模須達到500 t/d[5-6]。

2017年，《關于開展燃煤耦合生物質發(fā)電技改試點工作的通知》發(fā)布[7]，旨在依托現役煤電設施，兜底消納農林廢棄殘余物、生活垃圾等生物質資源。2018年，《國務院辦公廳關于印發(fā)“無廢城市”建設試點工作方案的通知》[8]提出，在我國多個城市建設“無廢城市”試點。2021年，《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標綱要》[9]指出，要全面推行循環(huán)經濟理念。2022年，《高耗能行業(yè)重點領域節(jié)能降碳改造升級實施指南（2022年版）》[10]明確：利用生活垃圾、固體廢棄物和生物質燃料等替代煤炭，減少化石燃料的消耗量。2023年，《鍋爐綠色低碳高質量發(fā)展行動方案》[11]提出要積極推進大型燃煤發(fā)電鍋爐摻燒農林廢棄物等耦合技術改造。針對河曲縣生活垃圾填埋場庫容將滿，將生活垃圾預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），用于當地350 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐部分替代燃料。

1 項目背景

RDF是通過對可燃性垃圾進行破碎、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、生活等活動過程中產生的非危險廢物類可燃性固體廢物為主要原料，通過預處理、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已標準化[12]。SRF作為環(huán)保再生資源，對環(huán)境保護有著重要意義[13]。循環(huán)流化床鍋爐可以實現大型工程化利用生物質及城市固廢[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的產生[15]。陳峰等[16]在1臺75 t/h的循環(huán)流化床鍋爐進行垃圾與煤的混合試燒試驗，垃圾添加量達到10%，鍋爐運行參數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)流化床鍋爐生物質摻燒及城市固廢綜合利用技術通過“無廢城市”建設試點先進適用技術評審（第一批）[18]?？紤]碳交易背景下，未來我國較高的碳稅使得生物質混燒具有更大的可行性[19]。

1 現有設備條件及垃圾狀況

1.1 電廠現有條件

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個原煤倉，原煤倉容積為498 m3。在爐前原煤斗旁邊設置啟動床料倉1個，容積約為200 m3。機組已實現超低排放，采用選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脫硝+預電除塵+半干法脫硫+布袋除塵工藝。

1.2 垃圾產量

根據第七次人口普查數據，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)境影響報告書》[20]對河曲縣垃圾產量預測，至2020年，人均日產生垃圾量約為1.18 kg，垃圾日產量為111.28 t，可見預測數據偏大；根據國家統(tǒng)計局數據，2021年，國民人均日產垃圾量為0.48 kg；考慮人均日產垃圾增長及人口數量變化，系統(tǒng)設計按垃圾日產量100 t計。河曲縣垃圾化驗結果如表1所示。

根據表1的垃圾化驗結果，參考現有SRF標準，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《火力發(fā)電用固體替代燃料》

（T/CIC 048—2021）要求。參考國內垃圾數據，由表1數據估算，河曲縣垃圾中可燃成分比例選取50%，垃圾日產量選定100 t/d，每日可產RDF/SRF量為50 t/d，以此為基礎進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準》中對焚燒溫度的要求，控制摻燒RDF/SRF時鍋爐燃燒溫度在850 ℃以上。目前，1號鍋爐、2號鍋爐在250 MW以上負荷時可滿足850 ℃以上溫度，根據電廠機組負荷統(tǒng)計數據，1號鍋爐250 MW以上負荷率為46.6%，2號鍋爐250 MW以上負荷率為50.2%，因此摻燒利用時間按每日45%計，即每天摻燒小時數為10.8 h，計算摻燒量為4.6 t/h，最終摻燒量按5 t/h進行配置。

本項目擬摻燒的RDF/SRF，其熱值及數量情況如表2所示。

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

2.3 RDF/SRF給入點確定

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

將RDF/SRF通過氣力輸送爐內，入爐口可選擇二次風口，避免爐膛新開孔，改造相對方便。經分析，選擇將RDF/SRF通過氣力輸送爐內，入爐口選擇下層二次風口，氣力輸送管道上設置切斷閥，系統(tǒng)停用時關閉，避免煙氣反竄，同時靠二次風冷卻噴口。

2.4 摻燒工藝確定

RDF/SRF運至電廠后，由5號甲帶上方啟動床料上料斗倒入，然后通過輸煤皮帶送至爐前啟動料倉；改造爐前啟動床料斗，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下層二次風口至爐內。輸送系統(tǒng)單管設計出力為5 t/h，按每天10.8 h計算，輸送系統(tǒng)單管出力為54 t/d。若兩套系統(tǒng)同時運行，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

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

根據電廠提供數據，機組負荷在250 MW以上時，燃燒溫度可控制在850 ℃以上，以此溫度作為摻燒系統(tǒng)啟動條件，確保摻燒時二噁英排放達標。本項目鍋爐爐膛較高，從下層二次風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，煙氣在爐膛內的停留時間在7 s以上，可以滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485—2014）中的焚燒要求。

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

3 經濟性評價

本項目建設總投資為624.90萬元，營業(yè)收入主要為替代燃煤收入和CO2減排收入。本項目主要財務評價指標如下：當RDF/SRF到廠價為70元/t（含稅）時，項目年均營業(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，項目投資回收期為10年。

4 結論

利用DG1150/25.4-Ⅱ1型超臨界循環(huán)流化床鍋爐機組實現日摻燒50 t RDF/SRF技術上可行。RDF/SRF摻燒系統(tǒng)（廠內）的總投資為624.90萬元，當RDF/SRF到廠價為70元/t（含稅）時，本項目廠內（RDF/SRF摻燒系統(tǒng)）投資各項財務評價指標合理。

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11 國家發(fā)展改革委，國家市場監(jiān)督管理總局，工業(yè)和信息化部，等.關于印發(fā)《鍋爐綠色低碳高質量發(fā)展行動方案》的通知（發(fā)改環(huán)資〔2023〕1638號）[EB/OL].（2023/12/19）[2024-06-10].https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202312/t20231219_1362772.html.

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