电厂循环流化床锅炉工业固废掺烧综合利用研究

桑慧萍

（山西省运城市生态环境局垣曲分局，山西 运城 043700）

引言

随着工业化进程的加速，一般工业固废的产生量日益增加，其处理与处置成为了环境保护和资源再利用中的一个重要议题。特别是在能源需求持续增长的背景下，如何高效、环保地利用一般工业固废，最大限度地发挥其能源价值，是当前面临的一个紧迫问题[1]。循环流化床锅炉以其高效的燃烧效率、良好的环境表现，成为了工业固废能源化利用的理想选择。本研究以电厂循环流化床锅炉为对象，探讨将纺织边角料等工业固废作为辅助燃料进行掺烧的技术可行性、经济效益和环境效益，同时通过在电厂锅炉中进行掺烧实验，评估掺烧工业固废对锅炉运行安全、燃烧效率及环境排放的影响，从而为工业固废的资源化利用和电厂的环境友好运营提供科学依据和技术支持。

1 工程概况

1.1 电厂循环流化床锅炉情况

循环流化床锅炉是目前公认的工业化程度最高的洁净煤燃烧锅炉，它采用流态烧然强化燃烧和脱硫等非均相反应过程，解决了热学、力学、材料学等基础问题和膨胀、磨损、超温等工程问题，成为难燃固体燃料能源利用的先进技术。随着环境保护意识的增加，通过现有循环流化床锅炉协同处置具有一定热值的工业废物，对传统的燃煤型电厂产生了挑战[2]。

山西省某电厂现有2 套300MW 循环流化床锅炉型锅炉，型号为HG-1025/17.5-L.HM37，锅炉系超高压参数、单汽包、自然讯含、单炉膛、平衡通风、露天布置、燃煤、固态排渣，设有高炉脱硫、SNCR脱销、静电除尘器、石灰浆喷雾干燥脱硫、布袋除尘器等超低产脱硫装置。对该电厂循环流化床锅炉燃烧工艺进行改进升级，在原工艺中增加纺织边角料工业固废的输送和处置环节，增加协同燃烧处置600t/d纺织边角料工业固废。实践证明，改造升级对流化床锅炉的安全使用基本没有影响，改造升级后不但可满足循环流化床锅炉燃烧的需要，还可维持循环流化床锅炉燃烧的稳定。

1.2 工业固废掺烧可行性分析

为评估在电厂循环流化床锅炉中掺烧纺织边角料工业固废的可行性，对纺织边角料工业固废特性进行详细分析。结果显示，这类工业固废具有相对较高的发热量，平均热值达到了18.15MJ/kg（约4300 kcal/kg），明显高于锅炉燃烧需求最低热值标准表明，纺织边角料等工业固废作为燃料单独燃烧时，其热能完全能够满足锅炉的运行要求。

此外，工业固废中硫含量极低（0.06%），掺烧时可有效降低烟气中SO2浓度，减少空气污染。其较低的氮含量（0.42%）有助于稍微降低烟气中氮氧化物（NOx）的浓度，同时此类固废的灰分也很低（5.69%），掺烧后可减少锅炉烟气中的颗粒物浓度和灰渣的产生，进一步降低环境污染和清洁维护的成本。工业固废含有较高的固定碳（54.27%）和氢（5.71%），以及低水分（3.04%）和低灰分特性，表明其作为易燃物具有高燃烧效率。这些特性表明，掺烧纺织边角料工业固废不仅能为电厂提供稳定且充足的热能，同时还能在减少关键污染物排放方面发挥积极作用，具有良好的掺烧可行性[3]。

2 工业固废掺烧对锅炉燃烧稳定性的影响研究

为探究掺烧纺织边角料工业固废对电厂锅炉燃烧稳定性的影响，采取以10%的比例进行实验性掺烧的方法。

2.1 掺烧试验对炉膛及炉膛外主要部位的影响

在进行纺织边角料等工业固废掺烧试验的过程中，对锅炉炉膛内及其主要部位的运行数据进行详细记录和分析。根据记录数据，掺烧前后氧气浓度保持在2.4%～3.4%之间，表明燃烧过程中氧供应较充足；主汽压力变化范围15.17～15.82MPa，显示出系统在掺烧过程中保持了稳定的压力水平；床温介于878～910℃之间，保证了良好的燃烧条件；主汽温度和再热汽温分别保持在538～542℃、537～542℃，表明热能的转换和利用效率高；炉膛差压介于1260～1520 Pa之间，差压的轻微变化表明燃烧过程稳定，没有出现显著的堵塞或流动异常现象[4]。因此，掺烧纺织边角料等工业固废对锅炉炉膛内的关键运行参数影响非常小，且所有测量的参数变化都在正常运行范围内。掺烧过程不仅不会对锅炉的正常运行和性能产生不利影响，还为工业固废有效利用提供了一种可行的方法。

2.2 掺烧前后烟气参数变化及污染浓度变化

掺烧前后烟气温度分别为117℃、115℃，烟气含湿量分别为8.19%、8.07%，烟气流量分别为849Nm3/h、857Nm3/h，过剩空气系数分别为1.16、1.14，烟尘浓度分别为1502mg/Nm、1531mg/Nm，SO2浓 度 分 别 为13.5mg/Nm、14.7mg/Nm，NOx度分别为35.9mg/Nm、6.0mg/Nm。烟气的温度和湿度在掺烧前后变化不显著，同时SO2和NOx等常规污染物的排放量也保持在正常的范围内，表明将纺织边角料等一般工业固废加入到燃烧过程中，并不会对锅炉的烟气排放性能产生负面影响。

2.3 掺烧前后对炉渣和飞灰的影响

2.3.1 掺烧对炉渣和飞灰化学成分变化的影响

掺烧前后炉渣、飞灰化学成分变化如表1所示。从表1 可知，炉渣和飞灰中的SiO2和CaO 含量在掺烧后有所下降，而Al2O3的含量则显著增加。此外，炉渣和飞灰中的SO3含量也明显降低，均低于3%的限制，表明掺烧过程没有导致超过综合利用标准的污染物排放。这些化学成分的变化对炉渣和飞灰的处理和利用产生影响。二氧化硅和氧化钙的减少可能影响材料的物理特性，而氧化铝含量的增加可能提高了材料的耐火性。同时，三氧化硫含量的减少对环境是有益的，它减少了酸雨的潜在来源[5]。

表1 掺烧前后炉渣和飞灰化学成分变化（%）

2.3.2 掺烧对炉渣和飞灰中重金属含量的影响

掺烧前后炉渣、飞灰重金属含量情况如表2 所示。从表2 可知，掺烧后炉渣中铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）和镉（Cd）的含量都有所增加，但增加的总量相对较低，远低于国家相关标准，表明掺烧过程并不会对炉渣的资源化利用造成不利影响[6]。掺烧后飞灰样本中Zn 的含量有所上升，而Cu、Cr、Cd、砷（As）、汞（Hg）和Pb 的含量则有所下降，但这些变化同样在可接受范围内，不会对飞灰的资源化利用产生负面影响。

表2 掺烧前后炉渣和飞灰重金属含量情况

2.3.3 掺烧对炉渣飞灰水分和烧失量等参数的影响

掺烧前后炉渣和飞灰中水分、烧失量、pH 值的变化如表3 所示。从表3 可知，掺烧后炉渣和飞灰的水份基本保值不变，pH 值虽均有小幅度的浮动，但掺烧后燃烧没有受到影响，煤粉燃尽程度变化较小；掺烧后炉渣烧失量从0.54μg·g-1增加至1.29μg·g-1，飞灰烧失量从0.56μg·g-1增加至4.22μg·g-1，烧失量都有大幅度的增加，飞灰烧失量增加幅度高达3.66%，但整体仍然低于5%的国家限制标准。

表3 掺烧前后炉渣和飞灰中水分、烧失量、pH 值的变化

2.3.4 掺烧对炉渣和飞灰物理性能的影响

对掺烧前后炉渣和飞灰的45μm筛余量、28d 火山灰活性指数、需水理比、蒸压膨胀值、密度等物理性能参数进行测定。结果表明，掺烧后炉渣和飞灰的物理性能变化很小，掺烧过程并没有显著改变炉渣和飞灰的基本物理属性，保持了它们的资源化利用潜力。掺烧后的炉渣和飞灰可继续用作水泥生产的混合材料、混凝土掺合料，或用于生产炉渣与飞灰砌块、炉渣与飞灰砖、蒸压炉渣与飞灰加气混凝土等产品。因此，纺织边角料的掺烧不会对电厂的原煤输送及制粉系统产生不利影响，反而有助于提高锅炉燃烧的稳定性。

3 掺烧的经济性分析

目前，纺织边角料工业固废均由其产生厂家直接负责运输至山西省某电厂，无成本及运输费用。纺织边角料工业固废的热值大约是4300 kcal/kg，相当于标准煤热值的61%，表明纺织边角料工业固废能够在发电过程中部分替代煤炭，减少对标准煤的需求。

3.1 经济效益

根据山西省某电厂的设计参数和输煤系统的承载能力，每年可掺烧6 万t 左右的纺织边角料工业固废，节约3.6 万t 左右的标准煤，因此仅掺烧就可为电厂创造5000 万元的节煤收益。

3.2 环境效益

掺烧产生的烟气可被尾气处理措施有效处理，避免对环境造成二次污染，因而具有显著的环境保护价值。而采用纺织边角料作为电力生产中的一种辅助燃料，不仅能使原本需要处理的工业固废转变为一种价值资源，还能减轻厂家处理废弃物的负担。

结语

综上所述，通过对循环流化床锅炉掺烧一般工业固废纺织边角料的综合利用进行深入探讨，表明掺烧技术不仅在技术上可行，而且能够显著提升锅炉的燃烧稳定性，减少传统煤炭燃烧过程中的环境污染。此外，掺烧技术可通过减少对标准煤的依赖，有助于电厂降低运营成本，同时提高废弃物的资源化利用率，具有显著的经济和环境效益，并且掺烧过程对锅炉运行参数的影响微小，保障了电厂的稳定运行。因此，掺烧一般工业固废在促进节能减排、实现绿色发展方面具有重要的现实意义和广阔的应用前景。未来，应进一步探索掺烧技术的优化，以及在不同类型锅炉中应用掺烧技术的可能性，为工业固废的环保处理和资源化利用提供更多的解决方案。