燃煤热电耦合一般工业固废改造关键技术与应用

2025年04月 01项目背景项目概况 建设单位：浙江安吉天子湖热电有限公司设计单位：浙江城建煤气热电设计院建设地点：原有厂区内技改。现有规模：2×90t/h高温高压循环流化床锅炉+1×130t/h高温高压循环流化床锅炉（2用1备），配备2×12MW抽汽背压式汽轮发电机组。 技改内容：现有3台高温高压燃煤流化床锅炉，技改为燃煤耦合一般工业固废锅炉，配套技改辅助设施 02改造案例及关键技术一目标 现有3台高温高压燃煤流化床锅炉（#1炉和#2炉额定出力为90t/h，其中1台90t/h锅炉为备用，#3炉额定出力为130t/h），技改为燃煤耦合一般工业固废锅炉，配套技改辅助设施，年合固废量约6万吨。在不增加燃煤的情况下，增加了75吨小时的供热能力。固废掺烧比例23%左右。 03改造案例及关键技术一固废输送系统的改造关键技术 1、皮带输送 外来物料以压块形式或纸渣，木片，塑料，污泥等为含水率较高的物料，采用皮带输送方式输送至锅炉，利用无轴螺旋给料机从锅炉前墙进入炉膛，同时采用密封风机进行物料输送及烟气密封输送采用单路皮带输送，输送系统采用简易防雨栈桥，皮带机上部设置防护罩。皮带输送技术成熟，输送过程中烟尘大、臭味重。 03改造案例及关键技术一固废输送系统的改造关键技术 2、气力输送 当外来物料以皮革、边角料、布条橡胶时，物料含水率低物料时，物料经破碎后采用气力输送方式进入锅炉。气力输送设施布置在固废仓库，物料通过抓斗抓入接受斗内，通过链板机，拨料器进入底部皮带机，皮带机出口设置无轴螺旋给料机进入卸料喷射器采用风机将卸料喷射器轻质固废输送至锅炉后墙（返料器出口处）。气力输送具有耗能大、干净、清爽、无臭味、改造量小等特点，比较适合掺烧改造。 03 燃煤耦合固废改造存在的问题 02存在问题页一锅炉燃烧烟气排放指标易超标镇中国城镇供热协会 纯烧燃煤改为燃煤掺烧一般工业固废，燃料的变化会相应地引起燃烧后烟气中污染物种类及浓度的变化，主要表现为烟气中二噁英、重金属及CO的产生或浓度的大幅提高。一方面，入炉固废成分易变动，无法控制燃料型NOX的生成量：另一方面，为确保固废燃尽，保证CO排放达标，锅炉技改后需适当提高炉膛的运行炉温，势必增加热力型NOx的生成：其次，锅炉低负荷运行时，炉温较难控制，SNCR脱硝效率会大打折扣。 解决方案： 增加采用SNCR+SCR脱销，能大大降低NOX的排放，目前能达到国标的70%。中国城镇供热协会 诚信、敬业、高效 02存在问题一—固废输送系统改造难度大 在现有燃煤热电厂基础上改造，预留空间狭小，增加固废皮带输送难度大。另外，一般固废物料的比重相比于燃煤来说较小，其对炉膛内正压烟气的压制作用相较于燃煤也相对较弱。由于给料入炉装置的设计必须考虑足够的空隙率以保证燃料落料的顺畅，防止燃料在落料入炉的过程中发生堵塞，但也正因为给料装置中空隙的存在，易造成炉膜内正压烟气的反窜。因此，对于比重较小的一般工业固废来说，如何在保证足够空隙率的同时防止发生炉膛高温烟气的反窜，是掺烧技改必须解决的问题之一 02存在问题一一尾部受热面积灰以及烟道堵灰严重热协会 固废掺烧后的灰具有粘性，容易积灰的特点，尾部积灰会增多，长时间运行后会影响尾部的吸热效果，对主汽温度和排烟温度会产生一定的影响。与此同时在锅炉低负荷运行情况，空预器灰斗出现积灰严重，清灰困难的现象，如此恶性循环后不仅会造成风机运行负荷增加，而且也会增加后续除尘器的运行负荷增加，甚至积灰严重时会造停炉，无法保证供热的稳定性。因此烧固废燃烧后如何及时清灰或减少积灰是掺烧一般工业固废技改项目的重难点之一。 导致焚烧或掺烧一般工业固废锅炉内的高温过热器腐蚀的原因是由于固废燃料中含有大量的碱金属氯化物和少量的硫化物，这些碱金属的氯化物和硫化物在高温缺氧条件下会变黏稠，并在熔化状态下附着在水冷壁的外表面，破坏氧化膜。当与氧气接触时，氯被部分置换出来，这就造成了强氧化性的氯再次腐蚀外壁。被置换后的氧化物会最终形成氧化皮。当氧化皮层层剥离蒸汽管不能承受内在的压力时，就会产生爆管的现象。国因此掺烧固废后，锅炉本体的防腐是重点之一。中国城 诚信、敬业、高效 02存在问题——锅炉排渣不畅 由于固废物料的来源不同，成分复杂，入炉燃料尺寸多样、不可控，包括了大量的金属块铁丝、玻璃、碎瓷片、水泥块、砖块和石块等既不可燃也不可流化的物质，无法作为床料使用，因此焚烧后产生的有助于锅炉流化的细颗粒床料实际很少。同时，如铁丝等物易缠绕镇供热玻璃等物质在炉膛高温状态下处于熔融状态易粘结：大块、重质不可燃物易沉积于流化床层底部，这些都极不利于锅炉床层保持良好的流化状态。因此燃煤锅炉掺烧一般工业固废后，如何保障排渣顺畅和床层良好流化，也是面临解决的关键问题之一。中国城镇供热协会 03改造案例及关键技术一固废输送系统的改造关键技术国城镇供 3、气力输送系统防烟气反窜措施 进料管尾部加设一路直径助燃风管，在气力输送系统不投用时，可以达到给料管冷却的作用，并配合“给料口密封风”，以及落料口“文丘里喷射器”技术，在落料管内部形成负压区，形成烟气反窜方向的阻力，使气力输送的固废可以更加顺畅地进入炉膛内部掺烧，并且有效防止烟气反窜。 2天子湖热电03改造案例及关键技术解决尾部受热面积灰以及烟道堵灰的关键技术 1、空预器改造 掺烧工业固废后易造成上、中、下层空气预热管箱都易灰板结问题，本次改造将上、中、下层管子之间的节距都拉大；节距拉大后空预器受热面积减少又要影响排烟温度，为此在中、下层管箱管子中设置增加传热效果的元件-扰流片，可以有效降低排烟热损失。同时增加空预器的总体高度，以降低排烟温度。热协中国端俱供 2、吹灰器系统优化 由于分离效率的增加，尾部积灰会增多，并且锅炉掺烧固废后在锅炉尾部的积灰将带有粘性，造成原锅炉装有的激波吹灰器效果不佳。故此次对锅炉激波吹灰器进行优化，省煤器、空预器等重点容易积灰位置采用排式喷嘴吹灰器，吹灰效果较佳，性价比较高，具体形式如下图。中国城镇供 诚信、敬业、高效 天子湖热电03改造案例及关键技术一解决尾部受热面积灰以及烟道堵灰的关键技术 4、灰斗四周设置气化板，增强积灰进行流化作用为了保证飞灰更流畅进入气力输送系统，灰斗四周设置气化板，采用压缩空气对积灰进行流化，能够使飞灰顺畅进入输灰系统，减少后续除尘器以及风机负荷，不仅能够满足厂区整理整洁，同时也能够降低厂区综合能耗 3、空预器灰斗下方增设气力输灰系统 在每个锅炉空预器灰斗下设置仓泵，采用气力输送方式将飞灰输送至现有两座灰库解决空预器灰斗积灰较多的问题 03改造案例及关键技术—锅炉本体防腐的措施 通过对锅炉现有旋风分离器进行有针对性的局部改造，有效提高旋风分离器的分离效率，使得未燃尽的较大颗粒度的灰粒从烟气中被分离后成为循环物料返回至炉中充分燃尽，确保燃料在炉膛内的燃尽率，从而避免燃料在尾部发生二次燃烧，防止高温腐蚀的发生。 2、利用合理的吹灰布置可减少浮灰在过热器的集聚，降低碱金属腐蚀。另外，对于容易发生酸性腐蚀的低温段空气预热器，采用耐腐蚀的外镀糖瓷管来保证空预器的使用寿命。中国城镇供热协会 诚信、敬业、高效 03改造案例及关键技术一解决排渣不畅的关键技术 1、现有落渣管布置于炉膛中部，正对着返料腿位置，此处由于料腿产生的背压较高，排渣时流速较快，未燃尽颗粒易被带出炉膛，使得炉渣含碳量较高。原落渣管位置与落煤口位置较近，容易将未燃尽的煤颗粒带出炉膛，造成炉渣含碳量偏高的问题。为此需要将排渣管位置移往两侧延长煤粒在炉内的燃烧时间，降低底渣含碳量提高锅炉热效率。 2、固废成分复杂，里面包含较多如铁钉、铁片等无法燃烧的杂质，进入锅炉后会堵在落渣管周围，造成局部结焦，引发连续捕渣现象，此次对落渣管进行改造，采用固废炉专用落渣管技术管子周围布大定向风帽和小定向风帽向落渣方向吹风，加强排渣的顺畅性。诚信、敬业、高效 智能燃烧诊断及控制 口采用工业分析仪、×射线荧光光谱仪等设备测定理化参数，解析固废元素组成、热值、灰熔点等参数，建立工业固废关键理化特性数据库口通过多工况燃烧试验及火焰图像温度场建模，结合神经网络算法，开发智能燃烧监测系统，实现燃烧状态智能诊断与动态优化国城镇 腐蚀与结焦的智能防控 口集成可调谐激光吸收光谱（HCI）、紫外差分（H,S）、非色散红外（CO）技术，开发近壁面原位 检测设备，实时监测HCI、H,S、CO等腐蚀性气体浓度，建立主动防控策略 口基于灰分金属氧化物分析构建结焦判别指标，开发基于图像处理的结焦智能检测仪，实现结焦智能预警升热办艺批热奶供热切 碳减排的智能精确评估 口开发基于非红外色散光谱技术的高精度温室气体监测仪，连续监测CO2、CH4、N,O排放，构建实测法核算模型，量化工业固废掺烧的碳减排效益 04改造效果 通过上述改造，该项目目前已运行一段时间，效果良好，均达到预设目标，具体如下： 1、技改后，#1、#2锅炉最大连续蒸发量≥85t/h，#3锅炉最大连续蒸发量≥125t/h，并且每台锅炉各自具有10%的短时超发能力。 2、技改后在额定工况下，每台锅炉热效率均≥90%。 3、技改后在额定工况下，每台锅炉的排烟温度均不高于140℃。 4、技改后每台锅炉的年运行时间均不小于8000h，连续运行时间不小于4000h。中国城镇供 诚信、敬业、 04改造效果 5、炉膛温度保证在880~920℃，锅炉初始CO浓度达标排放（其中C0排放1h均值≤100mg/Nm3，24h均值≤80mg/Nm3）；锅炉出口原始NOX排放浓度≤150mg/Nm3；锅炉初始二嗯英浓度达标排放（≤0.1ngTEQ/Nm3）。 6、实现皮带输送和固废气力输送双系统输送固废；每套气力输送系统最大可以输送固废约6t/h，炉膛固废给料管附近也无烟气反窜的现象。中国 7、尾部受热面积灰以及烟道堵灰得到有效改善，减少了清灰的频率，增加了锅炉连续运行时间。 8、经过布风板和落渣口移位改造后，落渣顺畅，几乎无堵渣现象，底渣含碳量大幅降低，底渣含碳量≤2%，提高锅炉热效率。中国城 诚信、敬业、高效 5应用前景热协会 1、固体废物热电联产通过绿色节能，可以实现能源减量替代以促进经济绿色发展。固体废物热电联产业务绿色低碳、清洁环保、经济可靠，是重要的区域分布式清洁供热和发电方式，可以大幅增加生产供应，是优化能源结构、实现绿色发展的必由之路 2、固体废物热电联产行业是近年来我国鼓励发展的行业。发挥固废综合利用供热环保和经济优势在具备竞争优势的中小工业园区热力市场，以及缺芝大型化石能源热电联产项目的县城及农村，加快普及应用，在终端供热消费领减替代化石能源，在局部地区形成固废综合利用供热主导地位 3.固废综合利用热电联产项目实际投资建设正处于持续快速推进中。无论掺烧还是纯固废楚烧项在浙江、广西、江苏等地有多个在建和运行的项自。随着大量类似项自投运以及技术进步和能效提升，也积累丰富的经验，助力固体废物热电联产行业的发展。 4、助力“无废城市”的建设。相比于垃圾填埋，热电锅炉协同处置“生活垃圾、一般工业固废生物质等城市固废，成为固废资源化、无害化、减容化的重要途径。中国际 诚信、敬业、高效 5应用前景热协会 “3060双碳目标，倒逼固废替代燃料与燃煤（生物质）耦合发电，成为电力转型升级、成本把控、煤电低碳发展的重要途径之一。 《2024一2025年节能降碳行动方案》（国发【2024】12号）提出严格合理控制煤炭消费。《煤电低碳化改造建设行动方案（2024一2027年）》（发改环资【2024】894号）提出了生物质掺烧、绿氨掺烧、碳捕集利用与封存等3种煤电低碳化改造建设技术路线。生物质掺烧技术最为成熟、成本最低，由此会导致多米勒效应，引起市场上生物质资源紧缺，成本大大上升。 般工业固废RDF替代燃料的热值在4500大卡左右，相当于煤炭的四分之三，而且使用一般工业固废替代燃料后，还降低了SO2、NOx、颗粒物、灰渣的产生量。这对