1000MW级火电机组进行重钙固废与煤粉掺烧试验的探索

夏道辉

摘要：针对贺州市重钙固废（岗石污泥）资源化利用难题，利用华润电力（贺州）有限公司（以下简称“华润贺州电厂”）2×1045MW级燃煤发电机组锅炉高温燃烧优势，创造性提出将重钙固废与煤粉进行掺烧，本文从试验目的、试验内容、大规模掺烧需注意地方等方面探索燃煤发电厂处理石材固废新思路，为有效地解决了贺州市人造石材加工企业环境污染问题提供参考和借鉴。

关键词：碳酸钙 人造岗石 重钙固废 掺烧试验

一、引言

碳酸钙是一种无机化合物，是石灰岩石(简称石灰石)的主要成分，广泛用于造纸、塑料、橡胶、油墨、化学建材、密封材料、日化、食品、药品等诸多领域。[1]

贺州是华南地区最大的碳酸钙资源产地，远景储量达26亿立方米，约占全国碳酸钙资源总量的1/8。由于其资源与产业集中度等优势，贺州先后被中国无机盐协会和人造岗石协会授予“重钙之都”和“岗石之都”的美誉。[2]

人造岗石又称合成石、再造石、工程石。它以天然大理石边角料、石粉为主要原材料，添加马赛克、贝壳、玻璃等材料作为点缀，以有机树脂为胶结剂，经真空搅拌、高压震荡制成方料，再经过固化、锯切、打磨、抛光等工序制成板材。

污泥是人造岗石经切割、锯磨和水淋降温产生岗石废浆，通过圆盘式压滤机压滤脱水而成。以灰白色为主，有微臭味，含有添加杂质，因大理石成分被树脂包裹，影响与其他物质发生化学反应，无法用于电厂烟气脱硫、化学中和处理，岗石废浆更难处理，由于其中含有不饱和树脂和絮凝剂PAM等高分子残余物，导致其难降解、难回收利用，给环境造成沉重负担。据悉，贺州市年产生大理石废浆、岗石污泥100万吨以上。大理石废浆和人造岗石污泥引起的环境问题日益凸显。[3]

二、推进重钙固废与煤粉掺烧试验目的

华润贺州电厂2×1045MW机组#1锅炉为东方电气集团东方锅炉股份有限公司设计制造的超超临界参数变压直流锅炉。

为完成广西科技重大专项《重钙产业固废资源化利用产业技术攻关与应用示范》桂科AA18242006,课题一《重钙固废与煤粉掺烧试验及烟气脱硫技术攻关与应用示范》桂科AA18242006-1课题研究工作，分析评估掺烧重钙固废对锅炉及其附属设备（含环保设备）在安全、环保排放及经济指标等方面的影响，确保掺烧试验安全，为重钙固废与煤粉掺烧课题研究工作提供数据支撑。

三、重钙固废与煤粉掺烧试验内容

1.#1机组75%额定负荷工况下，不掺烧重钙固废时的锅炉效率试验、厂用电率分析、污染物生成监测试验、脱硫效率分析试验。

2.#1机组75%额定负荷工况下，重钙固废与煤粉掺烧（重钙固废占比5%）时的锅炉效率试验、厂用电率分析、污染物生成监测试验、脱硫效率分析试验。

3.#1机组75%额定负荷工况下，重钙固废与煤粉掺烧试验时，分析评估重钙固废的可磨性、磨煤机的安全性、受热面的沾污情况等。

四、重钙固废掺烧结渣风险分析

根据理论燃烧温度计算公式，掺烧重钙固废后，燃料热值降低，炉内理论燃烧温度降低约30―50℃，炉内温度水平略微降低，对受热面结渣有轻微抑制作用。

重钙固废中含有大量碳酸钙，在炉内燃烧过程中分解生成氧化钙，单纯的氧化钙具有很高的熔点（约2500℃），但其可与煤灰中其他金属氧化物发生反应，生成低温共熔体，使灰熔点大大降低。

煤灰中氧化钙含量为30%左右时，对应的灰熔点通常达到最低值，由于大部分煤灰中氧化钙含量低于30%，所以在煤中添加氧化钙时，通常具有助熔作用，会使煤灰熔点降低。

与煤中钙含量相关的一个重要结渣判定指标是铁/钙比（Fe₂O₃/CaO）。据研究，当铁钙比小于0.3或大于3时，燃煤结渣性轻微；当铁钙比位于0.3~3之间时，燃煤结渣性较重，其中铁钙比为1.0时，结渣性能尤其严重。

本次试验期间掺烧重钙固废前的铁钙比为0.83，掺烧重钙固废后的铁钙比为0.64，均处于0.3~3区间（易结渣的范围），掺烧重钙固废后的铁钙比略有降低，煤灰结渣性能略有减轻，这是由于原煤中铁含量较低引起的。但是需要注意的是，如果在铁含量超过8%的煤中掺烧重钙固废，其铁钙比将趋近1.0，可能引起燃煤结渣特性显著恶化。

综上，本次重钙固废掺烧试验中，受热面结渣情况未出现恶化；但是在燃烧铁含量较高煤种时，应尽量避免重钙固废的直接掺混。

五、重钙固废掺烧后钙元素的转化分析

重钙固废中的钙元素主要以方解石等矿物形式存在，根据前人研究成果，在煤燃烧过程中，方解石在大约900℃下分解形成CaO，释放CO₂并发生破碎，离散状态下方解石生成的CaO会与SO₃、SO₂、CO₂等反应生成含钙硫酸盐或碳酸盐，与硅铝酸盐或石英直接接触的方解石生成的CaO将形成钙铝硅酸盐颗粒。据研究，煤灰中的钙元素约有60%以上存在于钙铝硅酸盐中。

六、对重钙固废与煤粉掺烧利用的建议

7.1 #1机组75%额定负荷工况下，掺烧5%重钙固废后机组供电煤耗升高0.9164g/kW∙h，供电成本升高0.0009元/kW∙h（2021年9月上旬入厂燃煤均价969.83元/t），折算成重钙固废的处理成本费为44.41元/t。

7.2 #1机组75%额定负荷工况下，掺烧5%重钙固废时，投运5套制粉系统基本不存在制粉系统出力不足的风险。需预防重钙固废与原煤掺混不匀，造成制粉系统出口风粉温度波动降低及燃烧器火检波动。建议掺烧过程中加强制粉系统参数监视调整和燃料掺配管理。

7.3 重钙固废掺烧前后系统受热面沾污水平无明显变化。需要注意的是，如果在铁含量超过8%的煤中掺烧重钙固废，其铁钙比将趋近1.0，可能引起燃煤结渣特性显著恶化，应尽量避免二者直接掺混。[4]

7.4 #1机组75%额定负荷工况下，掺烧5%重钙固废时，燃烧生成的飞灰总量增加将近25%，飞灰对烟道内对流换热面的冲刷作用明显升高，设备磨损风险加大，建议在长期大量掺烧重钙固废时，加强监视烟道内各处对流换热面的磨损情况。

7.5 #1机组75%额定负荷工况下，掺烧5%重钙固废时，投运的5套制粉系统，平均每套制粉系统的入磨煤量由掺烧前的约56.9t/h增加到约60.5t/h，增幅不大（约6%），系统内各处磨损风险不会发生明显改变，建议在掺烧重钙固废时适当加强对制粉系统各部件磨损情况的关注。

7.6 重钙固废掺烧后，其中的钙元素首先分解形成CaO，然后与烟气中的SO₃、SO₂、CO₂等反应生成含钙硫酸盐或碳酸盐，或与煤中的硅铝酸盐或石英反应生成钙铝硅酸盐。

七.结束语

随着“绿色青山，才是金山银山”发展理念的深入人心，解决碳酸钙固废资源化利用问题已经成为地方各级政府共识。华润贺州电厂在1000MW级机组上将重钙固废与煤粉掺烧试验，为重钙固废（岗石污泥）资源化利用开辟出了一条新路。本文基于对重钙固废与煤粉掺烧试验一般技术情况的探索，结合实际提出了重钙固废与煤粉掺烧需注意问题，希望能够为广西乃至全国的石材固废资源化利用研究提供参考。

参考文献：

[1]施发军 福建建工建材开发科技有限公司 福建石材加工废弃石粉的综合利用，2019,08

[2]孙伟 中国有色矿产地质研究院有限公司 大理石废浆创新循环应用于烟气湿法脱硫系统评价报告，2018,07

[3]曹金敏 固体废物综合处理技术的现状与对策 [J]. 资源节约与环保，2015（3）：50

[4]胡胜林 润电能源科学技术有限公司 华润电力（贺州）有限公司 #1锅炉重钙固废与煤粉掺烧试验报告，2021，09

姓名：夏道辉 性别：男 出生年月：1988年3月12日 籍贯：贵州遵义 学历：本科 职称：初级（助理工程师）单位名称：华润电力广西公司 研究方向：火电厂辅控运行、重钙固废资源化利用