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)運而生，成為能源與環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。該技術(shù)涉及多學(xué)科交叉，涵蓋燃料預(yù)處理、燃燒過程控制、污染物協(xié)同治理等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其核心目標(biāo)是實現(xiàn)工業(yè)固廢在燃煤電站中的高效、清潔燃燒，同時確保電站的安全穩(wěn)定運行。
行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
政策大力支持：《關(guān)于大力實施可再生能源替代行動的指導(dǎo)意見》《煤電低碳化改造建設(shè)行動方案(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類項目電力板塊，并明確提出實施煤電機組耦合生物質(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)” 通過國家能源局評審;中國華能集團有限公司開發(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(2023 年版)》;國家能源集團發(fā)布《煤電機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展。浙江大學(xué)王飛教授團隊等科研機構(gòu)在污泥的理化性質(zhì)、干化技術(shù)、摻燒工藝等方面進行了深入研究。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目團隊歷時 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。華能長江環(huán)保科技有限公司的項目可適應(yīng)多種固廢處置，新中港公司計劃通過鍋爐改造擴大固廢燃料的耦合比例。在污泥摻燒方面，國能(福州)熱電有限公司、承德熱電、國家能源集團安徽公司馬鞍山電廠、華能福州電廠等企業(yè)的污泥摻燒項目都取得了不錯的成效。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 600 噸，每年可處置生活污泥近 20 萬噸;國能(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，一季度累計摻燒量較上年度總量高 233%。
應(yīng)用領(lǐng)域方面
國內(nèi)在污泥摻燒方面成果顯著，同時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。例如國家能源集團發(fā)布的《煤電機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，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)王飛教授團隊對污泥的理化性質(zhì)進行深入研究，為污泥的干化技術(shù)提供理論支持，開發(fā)出蒸汽傳熱圓盤干化工藝等，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。
燃燒特性與過程控制研究：研究人員通過實驗和模擬等手段，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多源固廢在煤粉鍋爐中的燃燒過程進行研究，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：在耦合摻燒過程中，會產(chǎn)生多種污染物，科研人員重點研究如何實現(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，對工業(yè)固廢燃燒產(chǎn)生的污染物進行高效脫除，并通過優(yōu)化燃燒過程和添加催化劑等方式，進一步降低污染物的排放。
實踐應(yīng)用方面
污泥耦合摻燒：國內(nèi)多個燃煤電廠開展了污泥耦合發(fā)電項目。如華能珞璜電廠日處理濕污泥量可達 600 噸，每年可處置生活污泥近 20 萬噸，增加生物質(zhì)電量 4900 萬千瓦時，減少二氧化碳排放 4.14 萬噸;國能(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，一季度累計摻燒量較上年度總量高 233%。
生物質(zhì)耦合摻燒：國家能源集團發(fā)布的《煤電機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 個電廠生物質(zhì)摻燒項目。煙臺龍源公司研發(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，相應(yīng)減少鍋爐燃煤 11.29 噸 / 時，且對鍋爐燃燒穩(wěn)定性、受熱面沾污情況和污染排放情況無明顯消極影響。
垃圾焚燒廢渣耦合摻燒：以某地區(qū)燃煤電廠為例，通過引進生活垃圾焚燒廢渣摻燒技術(shù)，成功實現(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，減少了焚燒廢渣對環(huán)境的危害。
其他固廢耦合摻燒：國家能源集團發(fā)布的《煤電機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、藥渣焚燒方面進行了實踐探索，取得了一定的成果，為解決這些特殊工業(yè)固廢的處置問題提供了借鑒。
發(fā)展趨勢
技術(shù)創(chuàng)新方面
耦合技術(shù)多元化：目前常見的生物質(zhì)用于煤電機組發(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，未來會不斷優(yōu)化改進，以適應(yīng)更多種類的工業(yè)固廢和更復(fù)雜的工況。同時，循環(huán)流化床鍋爐摻燒技術(shù)會持續(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)勢將進一步凸顯，并且會不斷進行技術(shù)升級，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)精細化：通過 “破碎 + 篩分 + 分選” 等精細化處理工藝，將固廢垃圾中不可燃物分離出來，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，還會研發(fā)更高效的干燥、成型、配伍與調(diào)質(zhì)技術(shù)，進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，未來會進一步拓展到更多類型的工業(yè)固廢，如化工廢渣、冶煉廢渣、尾礦等，實現(xiàn)更廣泛的固廢資源化利用。
應(yīng)用領(lǐng)域擴大：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)，可實現(xiàn)城市生活垃圾、一般工業(yè)固廢等的 “無害化、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，對工業(yè)固廢燃燒產(chǎn)生的污染物進行高效脫除，并通過優(yōu)化燃燒過程和添加催化劑等方式，進一步降低污染物的排放。同時，會更加注重多污染物的協(xié)同治理，實現(xiàn)對二氧化硫、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，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，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。此外，該技術(shù)還能通過減少固廢處理費用和碳排放成本等，為企業(yè)帶來額外的經(jīng)濟效益。
智能化與管理方面
燃燒過程智能化控制：在線監(jiān)測系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)深度 “聯(lián)姻”，通過實時捕捉鍋爐溫度、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時 “把脈會診”，精準(zhǔn)調(diào)控給料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量等關(guān)鍵變量，確保燃燒進程穩(wěn)定高效。未來，智能化控制系統(tǒng)將更加先進和完善，實現(xiàn)對燃燒過程的精準(zhǔn)預(yù)測和自動優(yōu)化。
原料供應(yīng)與儲存優(yōu)化：在政府引導(dǎo)下，固廢產(chǎn)生單位與燃煤電廠將開啟更深入的合作，長期合作協(xié)議簽訂、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組建，固廢供應(yīng)更加穩(wěn)定。各地會因地制宜建設(shè)更多固廢收集中轉(zhuǎn)站、物流配送中心，實現(xiàn)固廢集中收納、分類倉儲、統(tǒng)一配送，降低運輸成本與風(fēng)險。同時，電廠會進一步完善安全環(huán)保儲存措施，打造更專業(yè)的儲存設(shè)施，全方位守護儲存安全。
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)用實踐方面都取得了顯著進展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來，需要進一步深入開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，加強產(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)境保護事業(yè)提供強有力的技術(shù)支撐，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。
來源：靈動核心
