基于多學(xué)科交叉的燃煤電站與工業(yè)固廢耦合摻燒技術(shù)研究與實(shí)踐
前言
當(dāng)今，隨著能源領(lǐng)域?qū)Ω咝�、清潔、可持續(xù)發(fā)展的追求日益迫切，燃煤電站作為傳統(tǒng)能源供應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新成為當(dāng)務(wù)之急。工業(yè)固廢的合理處置及資源化利用也備受關(guān)注，在此背景下，燃煤電站與工業(yè)固廢耦合摻燒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為能源與環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該技術(shù)涉及多學(xué)科交叉，涵蓋燃料預(yù)處理、燃燒過(guò)程控制、污染物協(xié)同治理等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)固廢在燃煤電站中的高效、清潔燃燒，同時(shí)確保電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
政策大力支持：《關(guān)于大力實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》《煤電低碳化改造建設(shè)行動(dòng)方案(2024-2027 年)》《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2024 年本)》等政策文件，為多源固廢替代燃料和燃煤耦合發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供了有力的政策導(dǎo)向和保障，將火電摻燒低碳燃料列入鼓勵(lì)類(lèi)項(xiàng)目電力板塊，并明確提出實(shí)施煤電機(jī)組耦合生物質(zhì)發(fā)電，規(guī)定了摻燒比例。
技術(shù)方面
技術(shù)不斷創(chuàng)新和突破：如哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主研發(fā)的 “燃煤耦合垃圾發(fā)電技術(shù)” 通過(guò)國(guó)家能源局評(píng)審;中國(guó)華能集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)的 “大型燃煤電站規(guī)�；幚矶嘣垂虖U耦合發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)” 被列入《中央企業(yè)科技創(chuàng)新成果產(chǎn)品手冊(cè)(2023 年版)》;國(guó)家能源集團(tuán)發(fā)布《煤電機(jī)組耦合固體廢棄物摻燒典型技術(shù)路線和案例集》。此外，循環(huán)流化床鍋爐摻燒技術(shù)發(fā)展良好，其燃料適應(yīng)性廣，熱容量大，燃燒穩(wěn)定，抗沖擊，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，能夠摻燒各種各樣的城市固廢垃圾，熱耦合摻燒技術(shù)成熟，可直燃摻燒，鍋爐設(shè)備改造投資非常低。
在污泥的預(yù)處理、摻燒比例的控制、污染物的協(xié)同治理等方面都有進(jìn)展。浙江大學(xué)王飛教授團(tuán)隊(duì)等科研機(jī)構(gòu)在污泥的理化性質(zhì)、干化技術(shù)、摻燒工藝等方面進(jìn)行了深入研究。一些企業(yè)也取得了技術(shù)突破，如南網(wǎng)科技公司污泥摻燒項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)歷時(shí) 10 年，突破了高效干化、鍋爐效率下降明顯、受熱面結(jié)焦、污染物排放難以控制等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
應(yīng)用規(guī)模方面
應(yīng)用日益廣泛——固體替代燃料如垃圾衍生燃料(RDF)、固體回收燃料(SRF)等，已在燃煤電廠、水泥廠等工業(yè)窯爐中得到應(yīng)用。華能長(zhǎng)江環(huán)�？萍加邢薰镜捻�(xiàng)目可適應(yīng)多種固廢處置，新中港公司計(jì)劃通過(guò)鍋爐改造擴(kuò)大固廢燃料的耦合比例。在污泥摻燒方面，國(guó)能(福州)熱電有限公司、承德熱電、國(guó)家能源集團(tuán)安徽公司馬鞍山電廠、華能福州電廠等企業(yè)的污泥摻燒項(xiàng)目都取得了不錯(cuò)的成效。部分火電廠的污泥摻燒量逐漸增加，處理能力不斷提升，如華能珞璜電廠日處理濕污泥量可達(dá) 600 噸，每年可處置生活污泥近 20 萬(wàn)噸;國(guó)能(福州)熱電有限公司 2024 年 3 月份污泥摻燒量創(chuàng)歷史新高，完成 1025.4 噸，一季度累計(jì)摻燒量較上年度總量高 233%。
應(yīng)用領(lǐng)域方面
國(guó)內(nèi)在污泥摻燒方面成果顯著，同時(shí)也在積極拓展生物質(zhì)、垃圾焚燒廢渣、油泥、藥渣等多種固廢的耦合摻燒領(lǐng)域。例如國(guó)家能源集團(tuán)發(fā)布的《煤電機(jī)組耦合固體廢棄物摻燒典型技術(shù)路線和案例集》介紹了污泥耦合摻燒、污泥干化焚燒、垃圾焚燒、油泥焚燒、藥渣焚燒、生物質(zhì)氣化焚燒、生物質(zhì)摻燒等 7 個(gè)技術(shù)方向。
技術(shù)研究方面
預(yù)處理技術(shù)研究：由于工業(yè)固廢成分復(fù)雜、含水率高、熱值低等特點(diǎn)，如污泥的含水率通常在 80% 左右，科研人員致力于研究高效的預(yù)處理技術(shù)。例如，浙江大學(xué)王飛教授團(tuán)隊(duì)對(duì)污泥的理化性質(zhì)進(jìn)行深入研究，為污泥的干化技術(shù)提供理論支持，開(kāi)發(fā)出蒸汽傳熱圓盤(pán)干化工藝等，將含水率約 80% 的濕污泥干化成含水率約 40% 的干污泥，提高其熱值和燃燒性能。
燃燒特性與過(guò)程控制研究：研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬等手段，深入了解工業(yè)固廢與煤炭混合燃燒的特性，包括燃燒溫度、燃燒速度、污染物生成規(guī)律等。如西安西熱鍋爐環(huán)保工程有限公司的研究人員對(duì)多源固廢在煤粉鍋爐中的燃燒過(guò)程進(jìn)行研究，首創(chuàng)了燃煤電廠多源固廢前置炭化技術(shù)路線，突破了多源固廢難以適應(yīng)煤粉鍋爐懸浮燃燒的技術(shù)瓶頸。
污染物協(xié)同治理研究：在耦合摻燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生多種污染物，科研人員重點(diǎn)研究如何實(shí)現(xiàn)污染物的協(xié)同治理。例如，利用燃煤電站現(xiàn)有的環(huán)保設(shè)施，如脫硫、脫硝、除塵設(shè)備等，對(duì)工業(yè)固廢燃燒產(chǎn)生的污染物進(jìn)行高效脫除，并通過(guò)優(yōu)化燃燒過(guò)程和添加催化劑等方式，進(jìn)一步降低污染物的排放。
實(shí)踐應(yīng)用方面
污泥耦合摻燒：國(guó)內(nèi)多個(gè)燃煤電廠開(kāi)展了污泥耦合發(fā)電項(xiàng)目。如華能珞璜電廠日處理濕污泥量可達(dá) 600 噸，每年可處置生活污泥近 20 萬(wàn)噸，增加生物質(zhì)電量 4900 萬(wàn)千瓦時(shí)，減少二氧化碳排放 4.14 萬(wàn)噸;國(guó)能(福州)熱電有限公司 2024 年 3 月份污泥摻燒量創(chuàng)歷史新高，完成 1025.4 噸，一季度累計(jì)摻燒量較上年度總量高 233%。
生物質(zhì)耦合摻燒：國(guó)家能源集團(tuán)發(fā)布的《煤電機(jī)組耦合固體廢棄物摻燒典型技術(shù)路線和案例集》收錄了壽光、柳州、布連 3 個(gè)電廠生物質(zhì)摻燒項(xiàng)目。煙臺(tái)龍?jiān)垂狙邪l(fā)的 “燃煤鍋爐摻燒生物質(zhì)燃料關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用” 技術(shù)在國(guó)能壽光發(fā)電有限責(zé)任公司 1000 兆瓦燃煤鍋爐上示范應(yīng)用，生物質(zhì)粉料摻燒量 25.36 噸 / 時(shí)，相應(yīng)減少鍋爐燃煤 11.29 噸 / 時(shí)，且對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性、受熱面沾污情況和污染排放情況無(wú)明顯消極影響。
垃圾焚燒廢渣耦合摻燒：以某地區(qū)燃煤電廠為例，通過(guò)引進(jìn)生活垃圾焚燒廢渣摻燒技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物的資源化利用和減少排放，將生活垃圾焚燒廢渣，如焚渣、灰渣等，作為輔助燃料摻入燃煤，提高了資源的綜合利用率，減少了焚燒廢渣對(duì)環(huán)境的危害。
其他固廢耦合摻燒：國(guó)家能源集團(tuán)發(fā)布的《煤電機(jī)組耦合固體廢棄物摻燒典型技術(shù)路線和案例集》還介紹了油泥焚燒、藥渣焚燒等技術(shù)方向及相關(guān)案例。如常州電廠等公司在油泥焚燒、藥渣焚燒方面進(jìn)行了實(shí)踐探索，取得了一定的成果，為解決這些特殊工業(yè)固廢的處置問(wèn)題提供了借鑒。
發(fā)展趨勢(shì)
技術(shù)創(chuàng)新方面
耦合技術(shù)多元化：目前常見(jiàn)的生物質(zhì)用于煤電機(jī)組發(fā)電的技術(shù)方式主要有直燃耦合、間接耦合和并聯(lián)耦合發(fā)電三種，未來(lái)會(huì)不斷優(yōu)化改進(jìn)，以適應(yīng)更多種類(lèi)的工業(yè)固廢和更復(fù)雜的工況。同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐摻燒技術(shù)會(huì)持續(xù)發(fā)展，其燃料適應(yīng)性廣、熱容量大、燃燒穩(wěn)定、抗沖擊、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯，并且會(huì)不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，使其能夠更高效地?fù)綗鞣N工業(yè)固廢。
替代燃料制備技術(shù)精細(xì)化：通過(guò) “破碎 + 篩分 + 分選” 等精細(xì)化處理工藝，將固廢垃圾中不可燃物分離出來(lái)，使最終得到的替代燃料在出料尺寸、除雜率上都有著不小的提升，入爐燃燒的熱損失系數(shù)更低，有害物質(zhì)更少，熱值更高。此外，還會(huì)研發(fā)更高效的干燥、成型、配伍與調(diào)質(zhì)技術(shù)，進(jìn)一步提高固廢燃料的質(zhì)量和燃燒性能12。
應(yīng)用拓展方面
固廢種類(lèi)增加：在現(xiàn)有污泥、生物質(zhì)、垃圾焚燒廢渣、油泥、藥渣等固廢耦合摻燒的基礎(chǔ)上，未來(lái)會(huì)進(jìn)一步拓展到更多類(lèi)型的工業(yè)固廢，如化工廢渣、冶煉廢渣、尾礦等，實(shí)現(xiàn)更廣泛的固廢資源化利用。
應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大：除了燃煤電站，該技術(shù)還將在更多的工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，如水泥廠、鋼鐵廠等。例如廣東奧創(chuàng)公司的 “OHCAN-WTR 固廢資源化協(xié)同處置耦合發(fā)電” 處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾、一般工業(yè)固廢等的 “無(wú)害化、減量化、資源化、能源化” 的綜合利用處理，其生產(chǎn)的 RDF 燃料棒可用于水泥廠。
環(huán)保與效益方面
污染物協(xié)同治理深化：利用燃煤電站現(xiàn)有的環(huán)保設(shè)施，如脫硫、脫硝、除塵設(shè)備等，對(duì)工業(yè)固廢燃燒產(chǎn)生的污染物進(jìn)行高效脫除，并通過(guò)優(yōu)化燃燒過(guò)程和添加催化劑等方式，進(jìn)一步降低污染物的排放。同時(shí)，會(huì)更加注重多污染物的協(xié)同治理，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、重金屬等污染物的一體化控制。
多重效益提升：多源固廢替代燃料屬于可再生能源，是一種新型非煤低碳燃料，替代部分燃煤可降低發(fā)電廠碳排放量。同時(shí)，使用替代燃料后，還可降低二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、灰渣的產(chǎn)生量，有助于減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。此外，該技術(shù)還能通過(guò)減少固廢處理費(fèi)用和碳排放成本等，為企業(yè)帶來(lái)額外的經(jīng)濟(jì)效益。
智能化與管理方面
燃燒過(guò)程智能化控制：在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)深度 “聯(lián)姻”，通過(guò)實(shí)時(shí)捕捉鍋爐溫度、壓力、氧量、二氧化碳、氮氧化物含量等關(guān)鍵燃燒參數(shù)，并依托前沿算法模型實(shí)時(shí) “把脈會(huì)診”，精準(zhǔn)調(diào)控給料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量等關(guān)鍵變量，確保燃燒進(jìn)程穩(wěn)定高效。未來(lái)，智能化控制系統(tǒng)將更加先進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過(guò)程的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和自動(dòng)優(yōu)化。
原料供應(yīng)與儲(chǔ)存優(yōu)化：在政府引導(dǎo)下，固廢產(chǎn)生單位與燃煤電廠將開(kāi)啟更深入的合作，長(zhǎng)期合作協(xié)議簽訂、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組建，固廢供應(yīng)更加穩(wěn)定。各地會(huì)因地制宜建設(shè)更多固廢收集中轉(zhuǎn)站、物流配送中心，實(shí)現(xiàn)固廢集中收納、分類(lèi)倉(cāng)儲(chǔ)、統(tǒng)一配送，降低運(yùn)輸成本與風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，電廠會(huì)進(jìn)一步完善安全環(huán)保儲(chǔ)存措施，打造更專(zhuān)業(yè)的儲(chǔ)存設(shè)施，全方位守護(hù)儲(chǔ)存安全。
綜上所述，燃煤電站與工業(yè)固廢耦合摻燒技術(shù)在技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐方面都取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來(lái)，需要進(jìn)一步深入開(kāi)展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，不斷優(yōu)化技術(shù)路線和工藝參數(shù)，完善配套設(shè)備和系統(tǒng)。相信在各方的共同努力下，這一技術(shù)必將不斷成熟和完善，為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)固廢資源化利用和環(huán)境保護(hù)事業(yè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。
來(lái)源：靈動(dòng)核心
