生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的節(jié)能與碳減排分析

李玉焯 王文波

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的節(jié)能與碳減排分析

李玉焯 王文波

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

介紹了某生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的節(jié)能與碳減排措施。以EB提供的針對(duì)垃圾焚燒的計(jì)算方法，詳細(xì)計(jì)算了項(xiàng)目CO2減排量預(yù)算，預(yù)計(jì)第一個(gè)減排期CO2減排量可達(dá)77.7萬t。

垃圾焚燒發(fā)電； 節(jié)能； 碳減排

對(duì)生活垃圾進(jìn)行焚燒處理，利用余熱發(fā)電已是成熟、先進(jìn)的垃圾處理技術(shù)。2011年，我國(guó)城市生活垃圾焚燒處理量已經(jīng)占清運(yùn)量的17.3%[1]，且我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠的建設(shè)正處于高速發(fā)展期。根據(jù)《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》(國(guó)辦發(fā)[2012]23號(hào))，到2015年，全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理設(shè)施能力達(dá)到無害化處理總能力的35%以上，其中東部地區(qū)達(dá)到48%以上。

生活垃圾焚燒發(fā)電是促進(jìn)垃圾資源化利用，積極推進(jìn)城鄉(xiāng)垃圾無害化處理，實(shí)現(xiàn)垃圾減量化、資源化和無害化的重要手段，是國(guó)家“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的重要內(nèi)容之一。生活垃圾焚燒發(fā)電不僅實(shí)現(xiàn)了生活垃圾的無害化處理，還能產(chǎn)生巨大的社會(huì)、環(huán)境效益。本文以湖北某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，重點(diǎn)闡述該項(xiàng)目在工藝系統(tǒng)中所采取的合理可行的節(jié)能減排措施及碳減排預(yù)算。

1 垃圾發(fā)電中采取的節(jié)能減排措施

1.1 節(jié)能措施

1.1.1 節(jié)約電能

垃圾焚燒工況變化大，且設(shè)計(jì)熱值與目前的實(shí)際熱值存在一定的差距，在采用新型高效節(jié)能型風(fēng)機(jī)、水泵的同時(shí)，為進(jìn)一步提高能源利用率，減少?gòu)S用電量，通過對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械采用變頻控制技術(shù)，可以有效降低廠內(nèi)的電力消耗。在該項(xiàng)目中，不僅引風(fēng)機(jī)、給水泵等設(shè)備采用了變頻控制，一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)等也采用了變頻控制，進(jìn)一步減少了電力的消耗。

1.1.2 降低輔助燃料使用量

為適應(yīng)我國(guó)低熱值、高水分垃圾的特性，確保垃圾焚燒煙氣實(shí)現(xiàn)850 ℃、2 s的環(huán)保要求，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了輔助燃燒系統(tǒng)，焚燒爐配備了輔助燃油燃燒器，通過ACC自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)投入運(yùn)行。為將輔助燃料的使用量減少到最低限度，該項(xiàng)目采用了如下措施：

(1)垃圾在垃圾坑內(nèi)充分發(fā)酵后再進(jìn)行焚燒，以脫除水分，熟化垃圾，提高熱值。

(2)引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)、成熟的Von Roll L型爐排焚燒技術(shù)和ACC自動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)垃圾進(jìn)行有效干燥、燃燒和攪動(dòng)。

(3)將滲瀝液處理產(chǎn)生的沼氣回噴至焚燒爐，提高爐膛熱負(fù)荷，促進(jìn)焚燒。

(4)極端情況下?lián)綗倭繕淦さ壬镔|(zhì)燃料，提高垃圾熱值。

通過上述措施，最大程度地減少了柴油的消耗量，節(jié)約了寶貴的不可再生能源。

1.1.3 減少水的使用量

通過適當(dāng)?shù)匕褟S內(nèi)產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水和生活污水處理成再生水進(jìn)行回收，用于焚燒廠的漏灰運(yùn)輸機(jī)密封水、除渣機(jī)冷卻水、定期排污冷卻器冷卻水、飛灰穩(wěn)定化用水、卸料平臺(tái)沖洗水、地面沖洗水、車輛道路沖洗水和半干式脫酸塔的煙氣冷卻水等工藝環(huán)節(jié)，可以大大減少生產(chǎn)用水的使用量。

1.1.4 余熱回收

(1)回收空冷耐火磚墻的余熱。為了防止?fàn)t壁結(jié)焦，焚燒爐采用空冷耐火磚。把冷卻空氣送入空冷耐火磚，熱空氣從空冷耐火磚排出后，把其作為一次風(fēng)的一部分送到一次風(fēng)風(fēng)機(jī)的吸入口，由此該熱量得到回收。

(2)設(shè)置余熱鍋爐回收煙氣的余熱。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)把煙氣中的氧含量控制在合適的濃度。若空氣過量的話，會(huì)引起煙氣量增加，增加了煙氣攜帶出去的熱量。通過控制氧含量，可以抑制煙氣帶出的熱量。

焚燒爐出來的850 ℃煙氣,通過余熱鍋爐后煙氣溫度降低到190(清潔狀態(tài))～210 ℃(臟污狀態(tài))后進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)。該余熱鍋爐通過對(duì)燃燒室的形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理布置受熱面以及優(yōu)化煙氣流速等措施，有效地控制了排煙溫度和防止?fàn)t墻漏風(fēng)，提高了鍋爐熱效率，同時(shí)采用振打裝置清除受熱面積灰 ,防止結(jié)渣,使余熱鍋爐熱效率達(dá)到了83%，最大程度地回收了垃圾中的能量。

1.2 減排措施

1.2.1 煙氣凈化

該工程煙氣凈化工藝采用國(guó)際先進(jìn)的“機(jī)械旋轉(zhuǎn)霧化脫酸反應(yīng)塔+活性炭噴射+袋式除塵器”工藝，不僅使煙氣污染物排放濃度滿足環(huán)評(píng)要求和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)還達(dá)到歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在每條焚燒線的煙囪部分設(shè)置煙氣在線連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置，針對(duì)每條焚燒線的負(fù)荷變化，及時(shí)調(diào)整石灰乳的噴射量，可以實(shí)現(xiàn)最合適的石灰乳噴霧量。

1.2.2 廢水處理

本工藝中的排渣機(jī)用水和半干式脫酸塔的煙氣冷卻水等可以使用再生水，由此可以減少排到公共水域的排放量，減輕外部環(huán)境負(fù)擔(dān)。

1.2.3 滲瀝液處理

設(shè)置垃圾滲瀝液回噴系統(tǒng)，把一部分滲瀝液噴入焚燒爐進(jìn)行處理，這樣可以減少污水處理裝置的負(fù)荷，同時(shí)可以減少排放到公共水域的排水量。

1.2.4 回收有價(jià)物質(zhì)

在爐渣運(yùn)送系統(tǒng)中設(shè)置分離、回收鐵的磁選機(jī)，可以回收有價(jià)物質(zhì)，并減少爐渣的填埋量。

2 垃圾發(fā)電項(xiàng)目碳減排預(yù)算

生活垃圾焚燒處理不僅對(duì)污染物的減排作用明顯，對(duì)溫室氣體的減排也非常顯著。生活垃圾在焚燒過程中，會(huì)增加一些溫室氣體排放(主要來自化石類燃料中C的燃燒以及少量NO2排放)，但同時(shí)有兩種途徑可減少溫室氣體排放：一是避免由于填埋處理產(chǎn)生填埋氣體(主要是甲烷)而造成的溫室氣體；二是由于焚燒余熱利用替代化石燃料而減少溫室氣體排放。下面對(duì)該項(xiàng)目的溫室氣體碳減排量進(jìn)行測(cè)算。

2.1 計(jì)算依據(jù)

對(duì)于碳減排，國(guó)際CDM(清潔能源發(fā)展機(jī)制)已經(jīng)有了對(duì)于垃圾焚燒碳減排方面的計(jì)算方法，為確保CDM項(xiàng)目產(chǎn)生長(zhǎng)期的、實(shí)際可測(cè)量的、額外的減排量，CDM執(zhí)行理事會(huì)(EB)提供了一套有效的、透明的和可操作的方法指南及相關(guān)工具。該方法指南主要包括基準(zhǔn)線確定、額外性評(píng)價(jià)、項(xiàng)目邊界界定和泄漏估算、減排量計(jì)算、監(jiān)測(cè)要求和CDM項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告格式等。EB提供的碳減排計(jì)算方法為國(guó)際通行多年，并被國(guó)際公認(rèn)為最具權(quán)威的碳減排計(jì)算方法。本項(xiàng)目將采用EB提供的針對(duì)垃圾焚燒的計(jì)算方法來計(jì)算碳減排量。

2.2 計(jì)算方法

EB中適用于生活垃圾焚燒的方法為AM0025：改變廢棄物處理方式，避免有機(jī)廢棄物產(chǎn)生的溫室氣體排放。截至目前，此方法已更新至第11版。根據(jù)此方法，生活垃圾焚燒項(xiàng)目產(chǎn)生的減排量(ERy)等于基準(zhǔn)線排放量減去項(xiàng)目排放量和泄露量。

2.2.1 基準(zhǔn)線排放量

基準(zhǔn)線排放量(BEy)包括：

BEy1：垃圾焚燒處理，從而避免填埋產(chǎn)生的填埋氣體；

BEy2：焚燒余熱發(fā)電，替代燃燒化石燃料的電量，包括電網(wǎng)和自備火力電廠供電。

2.2.2 項(xiàng)目排放量

項(xiàng)目排放量(PEy)包括：

PEy1：項(xiàng)目額外使用電網(wǎng)或自備電廠電量所產(chǎn)生的排放量；

PEy2：燃燒化石燃料所產(chǎn)生的排放量，主要來自焚燒過程中使用的輔助燃料(如柴油、天然氣、煤等)；

PEy3：垃圾焚燒過程所產(chǎn)生的排放量，包括焚燒塑料類垃圾(即在自然界不會(huì)降解的垃圾成分，其中的碳含量為化石碳)產(chǎn)生的CO2排放；焚燒垃圾產(chǎn)生的N2O和CH4；

PEy4：垃圾滲濾液如果采用厭氧方式處理，需計(jì)算厭氧處理產(chǎn)生的沼氣排放。

2.2.3 泄漏量

泄漏量(Ly)包括：

Ly1：若垃圾收集點(diǎn)到焚燒廠的距離大于到填埋場(chǎng)的距離，還需計(jì)算增加的運(yùn)輸距離內(nèi)運(yùn)輸垃圾所產(chǎn)生的排放；

Ly2：垃圾焚燒后殘?jiān)袣執(zhí)己?。其中化石碳主要是指在自然界不能生物降解的碳元素，如垃圾中的塑料、橡膠等含的化石碳。項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)采用IPCC(全球氣候委員會(huì))缺省值作為事前估算化石碳含量，見表1。

表1 不同垃圾成分中的化石碳含量和總碳含量 單位：%

IPCC規(guī)定連續(xù)燃燒的生活垃圾焚燒廠產(chǎn)生的N2O和CH4排放值如表2所示。

表2 生活垃圾焚燒的N2O和CH4排放值 單位：kg/1 000 t垃圾

2.3 計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

(1)以10年為減排預(yù)算的計(jì)算期。

(2)本項(xiàng)目的年垃圾處理量按800 t/d，年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，年處理垃圾量為26.667萬t。發(fā)電機(jī)組發(fā)電量為12 MW,產(chǎn)用電率為20%，電網(wǎng)CO2排放因子取華中電網(wǎng)排放因子0.58。

(3)垃圾成分以湖北省武漢市環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究設(shè)計(jì)院提供的生活垃圾物理成份分析結(jié)果為計(jì)算依據(jù)，如表3。

表3 生活垃圾物理成分分析表(濕基，%)

2.4 項(xiàng)目碳減排計(jì)算

2.4.1 避免產(chǎn)生填埋氣體的CO2減排量(BEy1)

垃圾填埋氣體的甲烷會(huì)增加全球溫室效用，其溫室效應(yīng)作用是二氧化碳的22倍，目前有多種方法來預(yù)測(cè)填埋氣體CH4的產(chǎn)生量，本項(xiàng)目將采用清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系開發(fā)的適合我國(guó)城市生活垃圾填埋現(xiàn)狀的預(yù)測(cè)模型，可描述為：

F=M·exp(-t/d)/d

(1)

式中：F——填埋氣體產(chǎn)生量,m3；M——垃圾特定產(chǎn)CH4潛能,m3/a；d——垃圾生命持續(xù)時(shí)間,a；t——垃圾填埋時(shí)間,a。

此模型為半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?0年為計(jì)算期，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 產(chǎn)生填埋氣體的CO2減排量(BEy1)

2.4.2 替代化石能源所產(chǎn)生的CO2減排量(BEy2)

垃圾發(fā)電替代電網(wǎng)中等量電量所產(chǎn)生的排放計(jì)算模型為：

GCO2=WePe

(2)

式中：We——項(xiàng)目年發(fā)電量，kW·h;Pe——按供電量所計(jì)算出的區(qū)域電網(wǎng)CO2排放因子，項(xiàng)目所在華中電網(wǎng)(2007)的排放因子為1.125 5。

因此計(jì)算得每年替代電網(wǎng)中等量電量所產(chǎn)生的年排放量為108 048 t。

2.4.3 項(xiàng)目用電所產(chǎn)生的的CO2排放量(PEy1)

項(xiàng)目用電=項(xiàng)目發(fā)電量×產(chǎn)用電率

(3)

根據(jù)以上提供的模型，計(jì)算項(xiàng)目用電產(chǎn)生的年排放量為21 609.6 t。

2.4.4 垃圾焚燒過程中燃燒化石燃料所產(chǎn)生的排放量(PEy2)

化石燃料所產(chǎn)生的排放量=
化石燃料量×碳含量×44/12

(4)

本項(xiàng)目采用0#輕柴油作為輔助燃料，其用量第一年由于調(diào)試和垃圾熱值低等原因，用量較多，以后逐漸減少，見表5。輕柴油的含碳量取85%。

2.4.5 垃圾焚燒產(chǎn)生的CO2排放量(PEy3)

垃圾焚燒過程所產(chǎn)生的排放量，包括垃圾中化石碳產(chǎn)生的CO2排放、焚燒垃圾產(chǎn)生的N2O和CH4。

表5 燃燒化石燃料的二氧化碳排放量(PEy2)

化石碳產(chǎn)生的的CO2排放量=垃圾年處理量×
垃圾中化石碳含量×垃圾燃盡率×44/12

(5)

根據(jù)表1及表3計(jì)算得到垃圾中化石碳含量為12.775%，垃圾焚燒燃盡率取0.991，得到項(xiàng)目垃圾焚燒產(chǎn)生的CO2排放量為123 802.4 t；根據(jù)表2計(jì)算焚燒垃圾產(chǎn)生的N2O和CH4所對(duì)應(yīng)的CO2排放量(PEy3)為12.6 t。

由于垃圾滲濾液厭氧處理后的沼氣采用回爐燃燒方式，故PEy4為0。

由于中轉(zhuǎn)站到垃圾焚燒發(fā)電廠距離與到填埋場(chǎng)距離相(15 km)，故Ly1取0。

垃圾焚燒爐渣的熱灼減率按小于5%計(jì)，爐渣產(chǎn)生率為0.178 8，得到未燃盡的垃圾含量小于0.008 9，年未燃盡垃圾量為2 373.3 t，此項(xiàng)對(duì)應(yīng)的CO2減排量(Ly2)約為對(duì)應(yīng)的垃圾產(chǎn)生填埋氣體產(chǎn)生量CO2減排量，見表6。

表6 殘?jiān)鼘?duì)應(yīng)的二氧化碳當(dāng)量(Ly2)

2.5 碳減排預(yù)算結(jié)果

根據(jù)以上計(jì)算，得到項(xiàng)目的減排量：

碳減排量(ERy)=
基線排放量-項(xiàng)目排放量-泄漏量=
(BEy1+BEy2)-(PEy1+PEy2+PEy3+PEy4)-
(Ly1+Ly2)

(6)

計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 項(xiàng)目CO2減排預(yù)算表 單位：t

3 結(jié)語

垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目不僅是使垃圾得到“減量化、資源化、無害化”的處理技術(shù)，同時(shí)也具有節(jié)能減排的重要作用。該項(xiàng)目年均焚燒垃圾量不低于25.5萬t，年發(fā)電量可達(dá)9 000萬kW·h，上網(wǎng)電量7 500萬kW·h，可滿足4萬人一年的家庭用電，可節(jié)約大量不可再生的化石能源，項(xiàng)目具有顯著的節(jié)能效應(yīng)。同時(shí)，預(yù)計(jì)第一個(gè)減排期(7年)CO2年減排量可達(dá)77.7萬t，符合清潔能源發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目(簡(jiǎn)稱CDM項(xiàng)目)的要求。

[1] 徐文龍，劉晶昊. 國(guó)內(nèi)外生活垃圾焚燒廠建設(shè)進(jìn)展及技術(shù)應(yīng)用分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2013,21(增刊1).

An Analysis of Energy Saving and Carbon Emission Reduction in Project of Power Generation from MSW Incineration

LI Yu-zhuo, WANG Wen-bo

This paper introduces some measures of energy saving and carbon emission reduction in project of power generation from MSW incineration. Based on the MSW incineration calculation methods provided by EB, estimation of CO2emission reduction is calculated in detail, the result forecasts that up to 777,000 tons of CO2will be reduced on the first emission stage.

power generation from municipal solid waste (MSW) incineration; energy saving; carbon emission reduction

2014-02-17

李玉焯(1972—)，吉林柳河人，碩士，高級(jí)工程師，從事企業(yè)管理工作。

X799.3

A

1008-5122(2014)03-0037-05