基于多學科交叉的燃煤電站與工業固廢耦合摻燒技術研究與實踐
前言
當今，隨著能源領域對高效、清潔、可持續發展的追求日益迫切，燃煤電站作為傳統能源供應的關鍵環節，其技術升級與創新成為當務之急。工業固廢的合理處置及資源化利用也備受關注，在此背景下，燃煤電站與工業固廢耦合摻燒技術應運而生，成為能源與環境領域的研究熱點。該技術涉及多學科交叉，涵蓋燃料預處理、燃燒過程控制、污染物協同治理等多個關鍵環節，其核心目標是實現工業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定運行。
行業發展現狀
政策大力支持：《關于大力實施可再生能源替代行動的指導意見》《煤電低碳化改造建設行動方案(2024-2027 年)》《產業結構調整指導目錄(2024 年本)》等政策文件，為多源固廢替代燃料和燃煤耦合發電技術的應用與推廣提供了有力的政策導向和保障，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發電，規定了摻燒比例。
技術方面
技術不斷創新和突破：如哈爾濱鍋爐廠有限責任公司自主研發的 “燃煤耦合垃圾發電技術” 通過國家能源局評審;中國華能集團有限公司開發的 “大型燃煤電站規模化處理多源固廢耦合發電關鍵技術” 被列入《中央企業科技創新成果產品手冊(2023 年版)》;國家能源集團發布《煤電機組耦合固體廢棄物摻燒典型技術路線和案例集》。此外，循環流化床鍋爐摻燒技術發展良好，其燃料適應性廣，熱容量大，燃燒穩定，抗沖擊，負荷調節范圍廣，能夠摻燒各種各樣的城市固廢垃圾，熱耦合摻燒技術成熟，可直燃摻燒，鍋爐設備改造投資非常低。
在污泥的預處理、摻燒比例的控制、污染物的協同治理等方面都有進展。浙江大學王飛教授團隊等科研機構在污泥的理化性質、干化技術、摻燒工藝等方面進行了深入研究。一些企業也取得了技術突破，如南網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、受熱面結焦、污染物排放難以控制等關鍵技術瓶頸。
應用規模方面
應用日益廣泛——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、水泥廠等工業窯爐中得到應用。華能長江環保科技有限公司的項目可適應多種固廢處置，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%。
應用領域方面
國內在污泥摻燒方面成果顯著，同時也在積極拓展生物質、垃圾焚燒廢渣、油泥、藥渣等多種固廢的耦合摻燒領域。例如國家能源集團發布的《煤電機組耦合固體廢棄物摻燒典型技術路線和案例集》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、生物質氣化焚燒、生物質摻燒等 7 個技術方向。
技術研究方面
預處理技術研究：由于工業固廢成分復雜、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處理技術。例如，浙江大學王飛教授團隊對污泥的理化性質進行深入研究，為污泥的干化技術提供理論支持，開發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、污染物生成規律等。如西安西熱鍋爐環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，首創了燃煤電廠多源固廢前置炭化技術路線，突破了多源固廢難以適應煤粉鍋爐懸浮燃燒的技術瓶頸。
污染物協同治理研究：在耦合摻燒過程中，會產生多種污染物，科研人員重點研究如何實現污染物的協同治理。例如，利用燃煤電站現有的環保設施，如脫硫、脫硝、除塵設備等，對工業固廢燃燒產生的污染物進行高效脫除，并通過優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。
實踐應用方面
污泥耦合摻燒：國內多個燃煤電廠開展了污泥耦合發電項目。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%。
生物質耦合摻燒：國家能源集團發布的《煤電機組耦合固體廢棄物摻燒典型技術路線和案例集》收錄了壽光、柳州、布連 3 個電廠生物質摻燒項目。煙臺龍源公司研發的 “燃煤鍋爐摻燒生物質燃料關鍵技術研究與應用” 技術在國能壽光發電有限責任公司 1000 兆瓦燃煤鍋爐上示范應用，生物質粉料摻燒量 25.36 噸 / 時，相應減少鍋爐燃煤 11.29 噸 / 時，且對鍋爐燃燒穩定性、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：以某地區燃煤電廠為例，通過引進生活垃圾焚燒廢渣摻燒技術，成功實現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境的危害。
其他固廢耦合摻燒：國家能源集團發布的《煤電機組耦合固體廢棄物摻燒典型技術路線和案例集》還介紹了油泥焚燒、藥渣焚燒等技術方向及相關案例。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固廢的處置問題提供了借鑒。
發展趨勢
技術創新方面
耦合技術多元化：目前常見的生物質用于煤電機組發電的技術方式主要有直燃耦合、間接耦合和并聯耦合發電三種，未來會不斷優化改進，以適應更多種類的工業固廢和更復雜的工況。同時，循環流化床鍋爐摻燒技術會持續發展，其燃料適應性廣、熱容量大、燃燒穩定、抗沖擊、負荷調節范圍廣等優勢將進一步凸顯，并且會不斷進行技術升級，使其能夠更高效地摻燒各種工業固廢。
替代燃料制備技術精細化：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更低，有害物質更少，熱值更高。此外，還會研發更高效的干燥、成型、配伍與調質技術，進一步提高固廢燃料的質量和燃燒性能12。
應用拓展方面
固廢種類增加：在現有污泥、生物質、垃圾焚燒廢渣、油泥、藥渣等固廢耦合摻燒的基礎上，未來會進一步拓展到更多類型的工業固廢，如化工廢渣、冶煉廢渣、尾礦等，實現更廣泛的固廢資源化利用。
應用領域擴大：除了燃煤電站，該技術還將在更多的工業領域得到應用，如水泥廠、鋼鐵廠等。例如廣東奧創公司的 “OHCAN-WTR 固廢資源化協同處置耦合發電” 處理技術，可實現城市生活垃圾、一般工業固廢等的 “無害化、減量化、資源化、能源化” 的綜合利用處理，其生產的 RDF 燃料棒可用于水泥廠。
環保與效益方面
污染物協同治理深化：利用燃煤電站現有的環保設施，如脫硫、脫硝、除塵設備等，對工業固廢燃燒產生的污染物進行高效脫除，并通過優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同治理，實現對二氧化硫、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、灰渣的產生量，有助于減少環境污染，實現節能減排的目標。此外，該技術還能通過減少固廢處理費用和碳排放成本等，為企業帶來額外的經濟效益。
智能化與管理方面
燃燒過程智能化控制：在線監測系統與智能控制系統深度 “聯姻”，通過實時捕捉鍋爐溫度、壓力、氧量、二氧化碳、氮氧化物含量等關鍵燃燒參數，并依托前沿算法模型實時 “把脈會診”，精準調控給料量、送風量、引風量等關鍵變量，確保燃燒進程穩定高效。未來，智能化控制系統將更加先進和完善，實現對燃燒過程的精準預測和自動優化。
原料供應與儲存優化：在政府引導下，固廢產生單位與燃煤電廠將開啟更深入的合作，長期合作協議簽訂、產業聯盟組建，固廢供應更加穩定。各地會因地制宜建設更多固廢收集中轉站、物流配送中心，實現固廢集中收納、分類倉儲、統一配送，降低運輸成本與風險。同時，電廠會進一步完善安全環保儲存措施，打造更專業的儲存設施，全方位守護儲存安全。
綜上所述，燃煤電站與工業固廢耦合摻燒技術在技術創新和應用實踐方面都取得了顯著進展，但仍面臨諸多挑戰。未來，需要進一步深入開展基礎研究和應用技術研發，加強產學研合作，不斷優化技術路線和工藝參數，完善配套設備和系統。相信在各方的共同努力下，這一技術必將不斷成熟和完善，為我國能源結構調整、工業固廢資源化利用和環境保護事業提供強有力的技術支撐，實現經濟、社會和環境的協調發展。
來源：靈動核心
