近年來,水泥窯協(xié)同處置固體廢物成為行業(yè)研發(fā)和應用關注的焦點。2012年,《建材行業(yè)節(jié)能減排先進適用技術目錄》將利用預分解窯協(xié)同處置危險廢物技術、利用預分解窯協(xié)同處置城鎮(zhèn)污水廠污泥技術、利用預分解窯協(xié)同處置垃圾焚燒爐飛灰技術納入其中。2014年12月,工信部、科技部和環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術裝備目錄(2014年版)》,將水泥窯協(xié)同無害化處置成套裝備列入固體廢物處理裝備推廣類項目。2015年,工信部等六部委聯(lián)合印發(fā)了開展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾試點工作的通知。
水泥窯協(xié)同處置技術早已成為德國、日本等國家的主要處理方式。由于我國還處于發(fā)展階段,水泥窯協(xié)同處置技術面臨初始投資成本高、運行成本高、政府補貼低等主要難題。本文擬就水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術中3種協(xié)同處置工藝,即水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(RDF)、水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(聯(lián)合氣化爐)和水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化),以5 000 t/d生產線為基準,綜合考慮減排量、減排成本指標,進行技術節(jié)能減排潛力和成本的分析,并給出技術發(fā)展的政策建議。
1 水泥窯協(xié)同處置固體廢物概況
1.1 水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(RDF)技術
水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(RDF)技術,即把城市生活垃圾經篩分、粉碎、發(fā)酵、干燥、加工成型等預處理工藝,加工成熱值更高、更穩(wěn)定的垃圾衍生燃料(RDF),結合水泥分解爐燃燒特點,達到資源化處置與利用的技術。它適用于新型干法水泥生產線協(xié)同處置城市生活垃圾技術改造。需要注意的是:垃圾處理站或RDF預處理站與水泥生產企業(yè)的距離不宜過遠;垃圾引入的有害元素對水泥窯正常生產的影響等問題。F.L.Sth的“熱盤”技術和Polysius的預燃燒室技術,就屬于RDF協(xié)同處置技術的范疇。國內華新水泥、中材國際開發(fā)了此類相關技術,過程預燃技術和設備也在研發(fā)過程中。華新水泥窯協(xié)同處置的商業(yè)運作模式是集合生活垃圾的收集、轉運,垃圾的預處理和水泥窯協(xié)同處置于一體的創(chuàng)新性模式。經估算,若5 000 t/d水泥熟料生產線利用此類技術日處理200~500 t的生活垃圾,可實現(xiàn)噸熟料煤耗降低3%~6%,電耗增加3~5 kWh,折算成噸熟料CO2排放量降低4.02~13.23 kg,噸熟料NOx排放量降低0.02~0.06 kg。初始投資平均增加約8 000萬元,單位熟料運行成本降低3.36~6.72元/t。生活垃圾補貼費用因各地政府標準不統(tǒng)一(50~200元/t),假設每噸生活垃圾補貼100元,預計投資回收期超過10年。
1.2 水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(聯(lián)合氣化爐)技術
水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(聯(lián)合氣化爐)技術,即將城市生活垃圾發(fā)酵、均化、破碎、稱量等工序后,先送入氣化爐,汽化后形成可燃性氣體送入水泥分解爐內焚燒,氣化爐底渣經分離后作為水泥配料。這種技術是聯(lián)合水泥窯爐和氣化爐的雙重優(yōu)勢,對由此產生的廢氣、爐底渣及滲濾液進行無害化處理的全新的環(huán)境保護技術。它適用于新型干法水泥生產線協(xié)同處置城市生活垃圾技術改造。需要注意的是:垃圾處理站與水泥生產企業(yè)的距離不宜過遠;垃圾引入的有害元素對水泥窯正常生產的影響等問題。日本川崎、德國RÜDERSDORF水泥等掌握該類技術,安徽海螺CKK系統(tǒng)技術和南京凱盛開能環(huán)保氣化焚燒系統(tǒng)技術等就屬于此協(xié)同處置技術的范疇。CKK系統(tǒng)技術,氣化爐單爐主要規(guī)格為100~400 t/d,以配套2 000~12 000 t/d等不同規(guī)格的水泥窯系統(tǒng)。經調查,當垃圾喂入量占生產水泥熟料量10%以內時,對水泥正常生產并無影響。經估算,若5 000 t/d水泥熟料生產線利用此類技術日處理300 t的生活垃圾,可實現(xiàn)噸熟料煤耗降低約4%,電耗增加2~4 kWh,折算成噸熟料CO2排放量降低7.34~8.82 kg,噸熟料NOx排放量降低0.03~0.04 kg。初始投資平均增加約1億元,單位運行成本降低約4.48元/t。假設每噸生活垃圾補貼100元,預計投資回收期約為10年。
1.3 水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化)技術
水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化)技術,即將城市污水污泥送入污泥干化系統(tǒng),利用水泥廠余熱來直接或間接烘干濕污泥(含水率80%左右)至干污泥(含水率30%以下,部分干化技術可達到5%以下)。烘干所得廢氣再次處理;所得干污泥呈散狀顆粒(部分干化技術可實現(xiàn)粒徑在10 mm以下,而熱值高達12 540~14 630 kJ/kg),經輸送及喂料設備,送入水泥窯,可作為替代燃料直接參與燃燒。另外,干污泥中含有SiO2、CaO等,可用作水泥生產替代原料。污泥干化技術的核心在于熱交換器和干燥機。污泥干化系統(tǒng)因熱源與污泥接觸方式、干化效率的不同,分為增鈣熱干化技術、直接接觸干燥技術、導熱油干化技術、污泥燃料化技術等。它適用于新型干法水泥生產線協(xié)同處置城市污水污泥技術改造。需要注意的是:城市污水污泥站與水泥生產企業(yè)的距離不宜過遠;引入的有害元素對水泥窯正常生產的影響;城市污水污泥運輸過程中的密閉;臭味的監(jiān)測與控制等問題。日本日揮公司、意大利渦龍公司等掌握了相關水泥窯協(xié)同處置污水污泥(干化)的技術;國內北京水泥廠引進意大利“VOMM高效渦輪薄層干燥技術”(簡稱渦輪薄層技術/工藝),是采用導熱油干化污泥;廣州越堡水泥公司自行開發(fā)的旋流噴嘴直接干燥污泥,是利用窯尾余熱氣體對濕污泥進行干燥,污泥含水率可降至約30%[1],是典型的半干化技術;華新環(huán)境工程有限公司、合肥水泥研究設計院等產學研單位也有相應技術應用案例。經估算,5 000 t/d水泥熟料生產線日處理污泥500~600 t,噸熟料降低標準煤耗約6 kg,增加電耗3 kWh,減少余熱發(fā)電量約20%,噸熟料可實現(xiàn)CO2排放量減少11.5 kg,NOx的削減量在40%~60%之間,假定原噸熟料NOx排放量為1.6 kg(《第一次全國污染源普查》),NOx的削減量為50%,則噸熟料可實現(xiàn)NOx減少0.8 kg。初始投資平均增加約8 000萬元,單位熟料運行成本增加4.55元/t。污泥補貼費用因各地政府標準不統(tǒng)一(50~300元/t),假設噸污泥補貼100元,預計投資回收期約為6年。
2 水泥窯協(xié)同處置技術減排潛力與成本
為了較為全面地分析各主要水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術的減排潛力和減排成本,以5 000 t/d水泥熟料生產線作為基準,采用邊際減排成本曲線(MAC)方法進行相關技術的評估分析。
2.1 邊際減排成本曲線
邊際減排成本曲線(MAC),是從技術發(fā)展趨勢的角度,著重考慮相對基準情景的技術減排潛力和減排成本,通過目標的年減排成本排序,以進行技術評估分析。主要優(yōu)點是數據要求較低,便于操作。主要分析步驟包括:
1)收集技術的減排潛力和減排成本。
2)協(xié)同控制效應分析。在二維坐標系中,橫軸反映技術措施對NOx的減排效果,縱軸反映技術措施對CO2的減排效果,該技術措施在坐標系中所處的空間位置,可以直觀地反映其減排效果及其處置狀況。
3)費用-效果評價。單位污染物減排成本是將減排措施的減排效果和減排成本綜合考慮,反映了減排單位量的污染物所必須付出的成本。
4)將技術按照長期邊際成本由低到高排序,繪制邊際減排成本曲線(見圖1)。
5)根據減排目標,通過橫坐標畫一條直線(其值為目標減排量),直線左側即為擬篩選技術組合。
2.2 協(xié)同控制效應分析
根據《中國水泥年鑒》[2]以及《第一次全國污染源普查》[3],計算得出水泥行業(yè)單位標準煤的NOx排放量;根據《中國水泥年鑒》以及《中國水泥行業(yè)二氧化碳排放系數測算數據》[4],計算得出水泥行業(yè)單位標準煤CO2排放量;根據《能源數據》[5]得到電力行業(yè)NOx和CO2排放系數。相關排放參數見表1。
根據上述第1部分的技術基礎數據和表1的排放系數,計算得出三類技術的減排潛力和減排成本基礎數據,見表2和表3,這為后續(xù)計算協(xié)同控制效應分析提供基礎數據。
以市場交易價格為基礎確定各污染物的權重,污染物價格變化,其權重會發(fā)生相應變化,繼而影響大氣污染物協(xié)同減排當量APeq的數值、技術減排措施的單位污染物減排成本及優(yōu)先度排序結果。“十二五”之前,NOx不是總量控制指標,暫無排污權交易案例,由《排污費征收標準管理辦法》可知,NOx交易價格為5 000元/t;2008年我國市場CDM項目價格平均約為10~12歐元/tCO2,本文暫采用100元/t作為CO2的價格參數。為考察價格的影響,進行敏感性分析:(N、C分別為NOx、CO2減排潛力或減排劇本)。
根據上述1.1~1.3節(jié)中所述基本數據,主要水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術的NOx與CO2協(xié)同控制效應二維坐標系如圖2所示,各技術措施減排潛力及協(xié)同減排當量指標見表4。水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(RDF)技術、水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(聯(lián)合氣化爐)技術、水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化)技術這三項技術在減排CO2的同時可以協(xié)同減排NOx,具有較好的協(xié)同控制效應。從總減排效果來看,水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化)技術總減排效果較好。
2.3 費用-效果評價
主要水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術減排措施的減排成本結果如表5所示。這3項技術中水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(RDF)技術、水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(聯(lián)合氣化爐)技術的減排成本為負值,具有一定的經濟效益;水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化)技術的減排成本為正值,協(xié)同減排過程中需要一定的經濟成本。
2.4 水泥行業(yè)大氣污染與溫室氣體減排路徑分析
應用于減排規(guī)劃時,可根據“總量減排目標(即橫坐標上從原點向右截取的長度)”、“邊際減排成本(即縱坐標高度)”等目標約束,選擇適當的減排路徑。依據圖1所示原理繪制出主要水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術協(xié)同控制減排路徑圖,如圖3所示。
從圖3中可以看出,前2種技術均明顯位于橫軸下方,說明該兩項技術在減排的同時還能節(jié)約成本,即是成本有效的減排技術。從CO2減排量、NOx減排量以及協(xié)同減排當量來看,減排潛力最大的是水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化)技術,具有較好的應用前景。從CO2減排成本以及協(xié)同減排當量成本來看,水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(RDF)技術具有較好的投資前景;從NOx減排成本來看,水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾(聯(lián)合氣化爐)技術具有較好的投資前景;從這三方面來看,水泥窯系統(tǒng)處置城市污水污泥(干化)技術的投資成本略高。
3 結論與建議
1)要充分考慮水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術的NOx減排和CO2減排的協(xié)同控制的可行性,推薦優(yōu)先采用高協(xié)同性的廢物處置技術,并給予更多的技術和財政支持。
2)本文提及的3種水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術中,除水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥(干化)技術外,均為成本有效的處置技術,但是對水泥企業(yè)來說,巨大的初始投資對其財務是極大的考驗,故必要的財政補貼、稅收優(yōu)惠等是最直接有效的手段。
原標題:水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術減排潛力與成本分析
特此聲明:
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