超临界循环流化床锅炉掺烧RDF/SRF的可行性分析

摘要：为实现当地生活垃圾“减量化、资源化、无害化”处理，需利用某电厂已有超临界循环流化床锅炉及环保设施，采用直接掺烧方式处理垃圾衍生燃料/固体替代燃料（Refuse Derived Fuel/Solid Recovered Fuels，RDF/SRF）。研究超临界循环流化床锅炉的燃烧特点、RDF/SRF的制备和特性以及掺烧技术，设计适合该电厂的掺烧工艺，并分析该方案的技术和经济性可行性。结果表明，该方案技术上可行，可以达到生活垃圾处置无害化和资源化的目的；掺烧系统（厂内）的总投资为624.90万元，当RDF到厂价为70元/t（含税）时，本项目厂内投资各项财务评价指标合理，经济性高。

关键词：超临界机组；循环流化床锅炉；垃圾衍生燃料/固体替代燃料（RDF/SRF）；掺烧

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：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

国内城市生活垃圾主要包括居民生活垃圾、社会团体垃圾、清扫垃圾等，所占比例分别约为60%、30%、10%[1]。目前，我国生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、堆肥及焚烧3种[2]。然而，卫生填埋占用土地资源，堆肥成本较高，周期较长，因此焚烧发电技术得到快速发展并大力推广[3-4]。垃圾焚烧发电项目前期投资大，从经济可行性考虑，单个项目的生活垃圾处理规模须达到500 t/d[5-6]。

2017年，《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》发布[7]，旨在依托现役煤电设施，兜底消纳农林废弃残余物、生活垃圾等生物质资源。2018年，《国务院办公厅关于印发“无废城市”建设试点工作方案的通知》[8]提出，在我国多个城市建设“无废城市”试点。2021年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》[9]指出，要全面推行循环经济理念。2022年，《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》[10]明确：利用生活垃圾、固体废弃物和生物质燃料等替代煤炭，减少化石燃料的消耗量。2023年，《锅炉绿色低碳高质量发展行动方案》[11]提出要积极推进大型燃煤发电锅炉掺烧农林废弃物等耦合技术改造。针对河曲县生活垃圾填埋场库容将满，将生活垃圾预处理后制成垃圾衍生燃料/固体替代燃料（Refuse Derived Fuel/Solid Recovered Fuels，RDF/SRF），用于当地350 MW超临界循环流化床锅炉部分替代燃料。

1 项目背景

RDF是通过对可燃性垃圾进行破碎、分选、干燥、添加药剂、压缩成型等处理而制成的燃料。SRF是一种以生产、生活等活动过程中产生的非危险废物类可燃性固体废物为主要原料，通过预处理、除杂、破碎、筛分、分选以及成型等单一或组合工艺制备而得，以直接或间接形式为各类用能单元提供热能的燃料。

SRF与RDF的显著区别在于SRF已标准化[12]。SRF作为环保再生资源，对环境保护有着重要意义[13]。循环流化床锅炉可以实现大型工程化利用生物质及城市固废[14]。将RDF作为燃煤锅炉、水泥窑炉的燃料，可以抑制垃圾焚烧过程中二噁英等有害物质的产生[15]。陈峰等[16]在1台75 t/h的循环流化床锅炉进行垃圾与煤的混合试烧试验，垃圾添加量达到10%，锅炉运行参数与原煤工况比无显著差别。曹玉春等[17]测试和分析了流化床锅炉混烧垃圾和煤的排放特性，飞灰中二噁英的毒性当量比纯烧垃圾要低。福建永安300 MW的循环流化床锅炉生物质掺烧及城市固废综合利用技术通过“无废城市”建设试点先进适用技术评审（第一批）[18]。考虑碳交易背景下，未来我国较高的碳税使得生物质混烧具有更大的可行性[19]。

1 现有设备条件及垃圾状况

1.1 电厂现有条件

某电厂配置2台东方锅炉厂DG1150/25.4-Ⅱ1型超临界循环流化床锅炉。每台锅炉配4个原煤仓，原煤仓容积为498 m3。在炉前原煤斗旁边设置启动床料仓1个，容积约为200 m3。机组已实现超低排放，采用选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脱硝+预电除尘+半干法脱硫+布袋除尘工艺。

1.2 垃圾产量

根据第七次人口普查数据，河曲县常住人口为123 505人，目前垃圾填埋场垃圾处理量在70～80 t/d。

参照《河曲县县城生活垃圾处理工程环境影响报告书》[20]对河曲县垃圾产量预测，至2020年，人均日产生垃圾量约为1.18 kg，垃圾日产量为111.28 t，可见预测数据偏大；根据国家统计局数据，2021年，国民人均日产垃圾量为0.48 kg；考虑人均日产垃圾增长及人口数量变化，系统设计按垃圾日产量100 t计。河曲县垃圾化验结果如表1所示。

根据表1的垃圾化验结果，参考现有SRF标准，河曲县所采样垃圾可以满足循环流化床锅炉用SRF的主要理化指标《火力发电用固体替代燃料》

（T/CIC 048—2021）要求。参考国内垃圾数据，由表1数据估算，河曲县垃圾中可燃成分比例选取50%，垃圾日产量选定100 t/d，每日可产RDF/SRF量为50 t/d，以此为基础进行电厂锅炉掺烧可行性研究分析。

2 超临界循环流化床锅炉掺烧垃圾衍生燃料的可行性分析

2.1 掺烧比例确定

参考《生活垃圾焚烧污染控制标准》中对焚烧温度的要求，控制掺烧RDF/SRF时锅炉燃烧温度在850 ℃以上。目前，1号锅炉、2号锅炉在250 MW以上负荷时可满足850 ℃以上温度，根据电厂机组负荷统计数据，1号锅炉250 MW以上负荷率为46.6%，2号锅炉250 MW以上负荷率为50.2%，因此掺烧利用时间按每日45%计，即每天掺烧小时数为10.8 h，计算掺烧量为4.6 t/h，最终掺烧量按5 t/h进行配置。

本项目拟掺烧的RDF/SRF，其热值及数量情况如表2所示。

从表2中数据来看，RDF/SRF的掺烧比例较小，质量比不超过2%，燃料混合后的热值由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%减少到41.11%，氯含量由0.00%增加到0.01%。

2.2 掺烧方式确定

因掺烧比例较小，考虑利用锅炉现有上料及燃烧系统，尽量减少厂内投资。利用现有输煤系统将RDF/SRF送至炉前启动床料料斗，并通过两种方式入炉。一是通过刮板机将RDF/SRF送至给煤机，与燃煤一起送至炉内（见图1）；二是新增气力输送系统，螺旋绞龙出料进入气力发送器，物料通过气力输送至炉内（见图2）。

2.3 RDF/SRF给入点确定

根据RDF/SRF形态，可选择给料口为给煤口、二次风口，其优缺点如表3所示。

将RDF/SRF通过气力输送炉内，入炉口可选择二次风口，避免炉膛新开孔，改造相对方便。经分析，选择将RDF/SRF通过气力输送炉内，入炉口选择下层二次风口，气力输送管道上设置切断阀，系统停用时关闭，避免烟气反窜，同时靠二次风冷却喷口。

2.4 掺烧工艺确定

RDF/SRF运至电厂后，由5号甲带上方启动床料上料斗倒入，然后通过输煤皮带送至炉前启动料仓；改造炉前启动床料斗，仓底新增螺旋绞龙，使得出料均匀可控。新增气力输送系统，物料通过气力输送经下层二次风口至炉内。输送系统单管设计出力为5 t/h，按每天10.8 h计算，输送系统单管出力为54 t/d。若两套系统同时运行，则RDF/SRF可处置规模最大为108 t/d。

2.5 主要污染物控制措施

由于电厂已达到超低排放，可确保SO2、粉尘、氮氧化物（NOx）满足达标排放要求。掺烧时主要考虑二噁英排放和灰渣放射性及重金属含量影响。

根据电厂提供数据，机组负荷在250 MW以上时，燃烧温度可控制在850 ℃以上，以此温度作为掺烧系统启动条件，确保掺烧时二噁英排放达标。本项目锅炉炉膛较高，从下层二次风口至炉膛出口烟窗下方高度为36.7 m，炉膛烟气流速约为5 m/s，烟气在炉膛内的停留时间在7 s以上，可以满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2014）中的焚烧要求。

本项目超临界循环流化床锅炉日掺烧RDF/SRF为50 t，掺烧比例较小，不超过2%（质量比），小于《生活垃圾焚烧污染物控制标准》（GB 18485—2014）所规定的30%掺烧量，此标准仅作参考。

3 经济性评价

本项目建设总投资为624.90万元，营业收入主要为替代燃煤收入和CO2减排收入。本项目主要财务评价指标如下：当RDF/SRF到厂价为70元/t（含税）时，项目年均营业收入为246万元，年均利润总额为58万元，年均净利润为44万元，项目投资回收期为10年。

4 结论

利用DG1150/25.4-Ⅱ1型超临界循环流化床锅炉机组实现日掺烧50 t RDF/SRF技术上可行。RDF/SRF掺烧系统（厂内）的总投资为624.90万元，当RDF/SRF到厂价为70元/t（含税）时，本项目厂内（RDF/SRF掺烧系统）投资各项财务评价指标合理。

参考文献

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