李玉焯 王文波

(中國恩菲工程技術有限公司, 北京 100038)

生活垃圾焚燒發(fā)電項目的節(jié)能與碳減排分析

李玉焯 王文波

(中國恩菲工程技術有限公司, 北京 100038)

介紹了某生活垃圾焚燒發(fā)電項目的節(jié)能與碳減排措施。以EB提供的針對垃圾焚燒的計算方法，詳細計算了項目CO2減排量預算，預計第一個減排期CO2減排量可達77.7萬t。

垃圾焚燒發(fā)電； 節(jié)能； 碳減排

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

生活垃圾焚燒發(fā)電是促進垃圾資源化利用，積極推進城鄉(xiāng)垃圾無害化處理，實現(xiàn)垃圾減量化、資源化和無害化的重要手段，是國家“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)電不僅實現(xiàn)了生活垃圾的無害化處理，還能產(chǎn)生巨大的社會、環(huán)境效益。本文以湖北某垃圾焚燒發(fā)電項目為例，重點闡述該項目在工藝系統(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，且設計熱值與目前的實際熱值存在一定的差距，在采用新型高效節(jié)能型風機、水泵的同時，為進一步提高能源利用率，減少廠用電量，通過對風機、水泵等機械采用變頻控制技術，可以有效降低廠內(nèi)的電力消耗。在該項目中，不僅引風機、給水泵等設備采用了變頻控制，一次風機和二次風機等也采用了變頻控制，進一步減少了電力的消耗。

1.1.2 降低輔助燃料使用量

為適應我國低熱值、高水分垃圾的特性，確保垃圾焚燒煙氣實現(xiàn)850 ℃、2 s的環(huán)保要求，該項目設計了輔助燃燒系統(tǒng)，焚燒爐配備了輔助燃油燃燒器，通過ACC自動控制系統(tǒng)自動投入運行。為將輔助燃料的使用量減少到最低限度，該項目采用了如下措施：

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

(2)引進國際先進、成熟的Von Roll L型爐排焚燒技術和ACC自動控制技術，對垃圾進行有效干燥、燃燒和攪動。

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

(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?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行回收，用于焚燒廠的漏灰運輸機密封水、除渣機冷卻水、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。為了防止爐壁結焦，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，把其作為一次風的一部分送到一次風風機的吸入口，由此該熱量得到回收。

(2)設置余熱鍋爐回收煙氣的余熱。通過自動控制系統(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))后進入煙氣凈化系統(tǒng)。該余熱鍋爐通過對燃燒室的形狀進行優(yōu)化設計，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爐墻漏風，提高了鍋爐熱效率，同時采用振打裝置清除受熱面積灰 ,防止結渣,使余熱鍋爐熱效率達到了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際先進的“機械旋轉霧化脫酸反應塔+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)評要求和國際標準，部分指標還達到歐盟2000標準。同時在每條焚燒線的煙囪部分設置煙氣在線連續(xù)監(jiān)測裝置，針對每條焚燒線的負荷變化，及時調(diào)整石灰乳的噴射量，可以實現(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)境負擔。

1.2.3 滲瀝液處理

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

1.2.4 回收有價物質(zhì)

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

2 垃圾發(fā)電項目碳減排預算

生活垃圾焚燒處理不僅對污染物的減排作用明顯，對溫室氣體的減排也非常顯著。生活垃圾在焚燒過程中，會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。下面對該項目的溫室氣體碳減排量進行測算。

2.1 計算依據(jù)

對于碳減排，國際CDM(清潔能源發(fā)展機制)已經(jīng)有了對于垃圾焚燒碳減排方面的計算方法，為確保CDM項目產(chǎn)生長期的、實際可測量的、額外的減排量，CDM執(zhí)行理事會(EB)提供了一套有效的、透明的和可操作的方法指南及相關工具。該方法指南主要包括基準線確定、額外性評價、項目邊界界定和泄漏估算、減排量計算、監(jiān)測要求和CDM項目設計報告格式等。EB提供的碳減排計算方法為國際通行多年，并被國際公認為最具權威的碳減排計算方法。本項目將采用EB提供的針對垃圾焚燒的計算方法來計算碳減排量。

2.2 計算方法

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，生活垃圾焚燒項目產(chǎn)生的減排量(ERy)等于基準線排放量減去項目排放量和泄露量。

2.2.1 基準線排放量

基準線排放量(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 項目排放量

項目排放量(PEy)包括：

PEy1：項目額外使用電網(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：若垃圾收集點到焚燒廠的距離大于到填埋場的距離，還需計算增加的運輸距離內(nèi)運輸垃圾所產(chǎn)生的排放；

Ly2：垃圾焚燒后殘渣中殘?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。項目設計時采用IPCC(全球氣候委員會)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 計算的基礎數(shù)據(jù)

(1)以10年為減排預算的計算期。

(2)本項目的年垃圾處理量按800 t/d，年運行8 000 h計算，年處理垃圾量為26.667萬t。發(fā)電機組發(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)生科學研究設計院提供的生活垃圾物理成份分析結果為計算依據(jù)，如表3。

表3 生活垃圾物理成分分析表(濕基，%)

2.4 項目碳減排計算

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增加全球溫室效用，其溫室效應作用是二氧化碳的22倍，目前有多種方法來預測填埋氣體CH4的產(chǎn)生量，本項目將采用清華大學環(huán)境科學與工程系開發(fā)的適合我國城市生活垃圾填埋現(xiàn)狀的預測模型，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)時間,a；t——垃圾填埋時間,a。

此模型為半經(jīng)驗模型，以10年為計算期，計算結果見表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)生的排放計算模型為：

GCO2=WePe

(2)

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

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

2.4.3 項目用電所產(chǎn)生的的CO2排放量(PEy1)

項目用電=項目發(fā)電量×產(chǎn)用電率

(3)

根據(jù)以上提供的模型，計算項目用電產(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，得到項目垃圾焚燒產(chǎn)生的CO2排放量為123 802.4 t；根據(jù)表2計算焚燒垃圾產(chǎn)生的N2O和CH4所對應的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。

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

垃圾焚燒爐渣的熱灼減率按小于5%計，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，此項對應的CO2減排量(Ly2)約為對應的垃圾產(chǎn)生填埋氣體產(chǎn)生量CO2減排量，見表6。

表6 殘渣對應的二氧化碳當量(Ly2)

2.5 碳減排預算結果

根據(jù)以上計算，得到項目的減排量：

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

(6)

計算結果見表7。

表7 項目CO2減排預算表 單位：t

3 結語

垃圾焚燒發(fā)電項目不僅是使垃圾得到“減量化、資源化、無害化”的處理技術，同時也具有節(jié)能減排的重要作用。該項目年均焚燒垃圾量不低于25.5萬t，年發(fā)電量可達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，項目具有顯著的節(jié)能效應。同時，預計第一個減排期(7年)CO2年減排量可達77.7萬t，符合清潔能源發(fā)展機制項目(簡稱CDM項目)的要求。

[1] 徐文龍，劉晶昊. 國內(nèi)外生活垃圾焚燒廠建設進展及技術應用分析[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，高級工程師，從事企業(yè)管理工作。

X799.3

A

1008-5122(2014)03-0037-05