河南华润电力首阳山有限公司 孔 亮 吴泽沛 周文森 郭 亮 王芳振 翟向纪 金瑞峰 黎 明 程江涛 王敬冲

田 磊 润电能源科学技术有限公司 杜学森 李 源 南京工业大学 孔力立

1 概述

国家“十三五”发展规划中将“实现可持续发展、建立资源节约型、环境友好型的社会”作为发展目标。节约资源作为一项基本国策，被提到前所未有的高度。社会发展必须坚持“节约资源、保护生态环境，实现产业结构升级、调整产品结构、淘汰落后工艺技术提高产品质量和技术含量”走高价值低消耗、循环发展的道路。偃师市地区存在大量鞋厂，鞋厂每天会产生大量鞋料固废物，这些鞋料固废物由华润洛阳项目（2×240t流化床锅炉）进行统一掺烧处理。华润洛阳项目面临转型并于2019年10月底关停，该项目处理鞋料垃圾工作也将停止。如果这些鞋料垃圾不能得到有效处理，将会对偃师市地区地下水和土壤等造成二次污染，威胁环境安全和公众健康。下一步这些鞋料垃圾将如何处理，已经引起了偃师市政府及环保部门的高度关注。应偃师市政府要求，我司须承接该循环流化床锅炉关停后处理鞋料固废物的职能。

由于我司锅炉炉型（HG-1955/25.4-YM）为超临界直流炉与流化床锅炉不同，燃烧方式也不同，因此，我司必须结合现有煤粉锅炉燃烧特点，对鞋料固废物进行无害化处理。

2 项目实施情况

项目总体目标：我司两台锅炉实现鞋料掺烧，鞋料掺烧能力能够满足偃师当地的鞋料处理需要（约每年1万吨）。

鞋料垃圾来源于偃师鞋制造业产生的废弃边角料，主要包含皮革、化学纤维、棉纤维、海绵、塑料等材质。

根据2019年9月润电能源科学技术有限公司出具的检测报告，鞋料低位发热量约为4583kcal/kg。水分较低，在1%以下，挥发分占比76%左右，推断其燃烧性能较好。另外，根据CL、S元素含量较低，推断其燃烧产物对锅炉受热面腐蚀极小，详见表1鞋料垃圾热值表及检测报告[1]。

表1 鞋料垃圾热值

实施方案：我司从燃尽风处将鞋料垃圾喷入炉膛，实现煤粉与鞋料固废物的掺烧，达到鞋料固废物的处理处置。鞋料掺烧处理流程，包括计量、破碎、输送、燃烧、尾气处理。其中，破碎和燃烧系统依托项目建设实施，鞋料计量通过入厂称重计量系统实现，尾气处理系统依托电厂烟气处理系统。

计量系统：鞋料计量系统主要用于鞋料垃圾的称重，统计每天运至厂区的鞋料垃圾量。鞋料运送车辆经#3岗进入厂区时，通过地磅进行称重，卸完鞋料出厂区时，经#3岗地磅再次称重，由两次称重数据得出鞋料净重。

鞋料破碎系统：破碎系统包括链板机上料机、破碎机、输送皮带等。破碎系统主要用于将鞋料固废物破碎至合适的粒径范围，达到鞋料垃圾燃尽的要求。

鞋料粒径首先通过人工裁剪鞋料，进行试烧，确定300MW负荷以上，5cm鞋料不会掉落至捞渣机内。然后邀请润电相关专家，进行鞋料燃烧特性试验，确定当鞋料直径为3cm时，除黄皮布外，其他5种鞋料在炉膛停留时间内均能燃尽。最终，系统投运后，通过更换不同孔径的筛网，对鞋料进行掺烧，最终确定鞋料掺烧的粒径为5cm。

鞋料破碎系统根据实际破碎机的使用情况，不断优化后，采用两级破碎，第一级采用一台低转速的撕碎机，对鞋料进行初步破碎，第二级采用两台高转速的破碎机（配有筛网），对鞋料进行细碎，以满足鞋料粒径及系统出力需要。

鞋料输送系统：为了实现锅炉掺烧鞋料垃圾的目的，必须将鞋料垃圾输送至炉膛。输送系统包括给料仓、发送器、输运管道等，用于将破碎至合适粒径范围的鞋料垃圾输送至炉膛。其中，给料仓用于临时储存破碎后的鞋料垃圾，发送器用于将鞋料垃圾与携带风混合并发射鞋料垃圾，输送管道作为送风和鞋料垃圾的输运边界将送风和鞋料垃圾送入炉膛。

为了使得鞋料垃圾被送风携带进入炉膛，对离心风机参数进行核算。根据对华润洛阳项目的现场实地考察发现，华润洛阳项目鞋料输送高度约为15m，华润首阳山项目输送高度在35m，比华润洛阳项目高了约20m，因此，需在锅炉上增加一台增压风机，对输送中的鞋料进行助吹。主要设备如下：

（1）发送器FSQ-Ⅱ-800型：1台。

（2）供主管道输送用风机：1台，风压P=88.2 kPa，风量Q=60.19m3/min，功率160kW。

（3）增压风机风机：1台，风压P=58.8kPa，风量Q=17m3/min，功率30kW。

鞋料燃烧系统：利用炉后墙燃尽风喷口将破碎后的鞋料垃圾喷入炉膛。燃尽风喷口距离炉膛出口约为30m，满负荷下燃尽风处至炉膛出口的炉内烟气流速约为7m/s。考虑到颗粒与烟气之间的速度差和燃烧过程中颗粒粒径的变化等，经核算颗粒的停留时间约为5.36s。为使得鞋料垃圾到达炉膛出口处完全燃尽，对鞋料垃圾的燃尽特性进行考察。润电科学《河南华润电力首阳山有限公司#2锅炉鞋料燃烧特性试验报告》中对华润首阳山项目计划掺烧的6种鞋料的燃尽时间进行了测量，图1为6种鞋料在不同直径下的燃尽时间[1]。

图1 鞋料燃尽时间

可以看出，这6种鞋料垃圾中黄皮布材质具有最差的燃尽性能（由于这种鞋料数量很少，不允许在本系统掺烧），将这种材质鞋料垃圾破碎至1cm也很难保证这种材质从燃尽风喷口喷入至炉膛出口的完全燃尽。对于其他5种材质鞋料垃圾，为了保证鞋料垃圾从燃尽风喷口喷入至炉膛出口完全燃尽，经核算，鞋料垃圾的直径需破碎至3cm以下。因此，对于黄皮布材质鞋料，需要进行分拣，如果该鞋料量较少也可直接从燃尽风喷入炉膛；对于其他5种鞋料，破碎至3cm后进行掺烧。后期系统投运后，根据掺烧实际情况进行调整，最终鞋料掺烧粒径为5cm。

尾气处理系统：本项目主要产生的大气污染物为粉尘、NOx、SO2、二噁英，依托我司烟气处理装置脱硝系统、电除尘器和脱硫系统能够有效去除粉尘、NOx、SO2，并达到超低排放标准。

二噁英的排放可参照洛阳项目的检测情况，最大0.055ngTEQ/Nm3（如下图环评报告中的描述），低于排放上限值0.1ngTEQ/Nm3。因为我司锅炉温度更高，不利于二噁英产生，实际排放值比洛热项目更低。

本项目锅炉烟气中二噁英的排放情况，参照华润洛阳项目于2016年3-4月份委托江苏力维检测科技有限公司对锅炉烟气中的二噁英排放浓度进行了实地监测，监测工况掺烧比例为，煤：污泥（含水80%）：鞋料=125:10:5t/h台，监测结果表明，其排放浓度在0.041-0.055ng/TEQ/Nm3。

本项目掺烧比例为，煤：污泥：鞋料=199.5:6.3:1.1t/h台，未达到华润洛阳项目掺烧比例，本评价按照华润洛阳项目检测期间最大值取值，二噁英排放量为0.055ng/TEQ/Nm3。

3 项目成果完成情况

2019年11月19日，成功实现了#2锅炉鞋料固废物掺烧，2020年8月28日，成功实现了#1锅炉鞋料固废物掺烧。通过两年的运行优化，总投入约1000万元，实现了年掺烧鞋料约1万余吨的目标。

2020年1月份以来利用锅炉检修机会多次对锅炉、脱硝、空预器、电除尘内部检查，均未发现鞋料残留物，也未发现腐蚀、结垢等异常现象。自鞋料投运至今，已近2年，#1、2锅炉运行中未发现系统阻力增大、环保指标超标等异常现象。

故得出结论，鞋料掺烧对原锅炉系统无不良影响。

鞋料掺烧系统投运至今，随着系统不断优化，鞋料掺烧设备故障率不断降低，鞋料掺烧量从刚开始最高约6吨/天，逐步提升到目前的最高45吨/天，完全能够满足偃师当地的鞋料处理需求。

4 经济效益和社会效益

本项目总共投资约1000万元实现了偃师区地区鞋料固废的资源化利用，鞋料固废物的平均热值约4583kcal/kg，按鞋料垃圾处理量为10000吨/年，标煤价格（最低保守价）580元/吨计算，可节约燃煤成本约370万元/年，净收益141万元/年。

本项目有效地处理偃师地区鞋料固废物，解决了鞋料垃圾造成的土壤、地下水、大气等二次污染问题，保护了偃师市周边环境和居民健康。同时将我司业务与地方发展有机融合，增强我司与当地政府的黏性，有助于偃师地区市容、市貌向清洁、安静、和谐的方向发展，提高人民健康水平，促进工农业和第三产业的发展，改善偃师区的投资环境。已申请实用新型专利：一种大型煤粉锅炉鞋服工业废料掺烧系统。

5 复制推广性

本项目实现了鞋料在大型煤粉锅炉上掺烧，可直接推广至其他需要掺烧制鞋、制衣业废料的电厂煤粉锅炉，对于电厂煤粉锅炉的其他掺烧工作，有借鉴意义。

6 结语

鞋料固废物攻关小组通过调研、探讨、考察、试验找出了一条适合我司锅炉的破碎设备，开创性的将鞋料固废物送入煤粉锅炉内燃烧，实现了全国首台大型电站（2×630MW）煤粉炉掺烧鞋料固废物，年掺烧量突破1万吨，节约燃煤成本约370万元/年，净收益141万元/年，彻底解决了偃师区当地鞋料固废物无法处理的问题，得到控股、大区及当地政府的高度认可，为改善偃师区的环境做出了重要贡献。

我司两台锅炉成功实现鞋料固废物掺烧方案被列为华润电力控股示范工程，不仅被华润电力成功水平推广，也被成功推广至国内电力兄弟单位。为改善区域大气环境，实现碧水蓝天积极贡献力量，为提升我司区域竞争力奠定了坚实的基础。