水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)減排潛力與成本分析

固廢網(wǎng)訊: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(yīng)用關(guān)注的焦點(diǎn)。2012年，《建材行業(yè)節(jié)能減排先進(jìn)適用技術(shù)目錄》將利用預(yù)分解窯協(xié)同處置危險廢物技術(shù)、利用預(yù)分解窯協(xié)同處置城鎮(zhèn)污水廠污泥技術(shù)、利用預(yù)分解窯協(xié)同處置垃圾焚燒爐飛灰技術(shù)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(shù)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(xiàng)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(diǎn)工作的通知。

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)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(shù)面臨初始投資成本高、運(yùn)行成本高、政府補(bǔ)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(shù)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(chǎn)線為基準(zhǔn)，綜合考慮減排量、減排成本指標(biāo)，進(jìn)行技術(shù)節(jié)能減排潛力和成本的分析，并給出技術(shù)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(shù)

水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾（RDF）技術(shù)，即把城市生活垃圾經(jīng)篩分、粉碎、發(fā)酵、干燥、加工成型等預(yù)處理工藝，加工成熱值更高、更穩(wěn)定的垃圾衍生燃料（RDF），結(jié)合水泥分解爐燃燒特點(diǎn)，達(dá)到資源化處置與利用的技術(shù)。它適用于新型干法水泥生產(chǎn)線協(xié)同處置城市生活垃圾技術(shù)改造。需要注意的是：垃圾處理站或RDF預(yù)處理站與水泥生產(chǎn)企業(yè)的距離不宜過遠(yuǎn)；垃圾引入的有害元素對水泥窯正常生產(chǎn)的影響等問題。F.L.Sth的“熱盤”技術(shù)和Polysius的預(yù)燃燒室技術(shù)，就屬于RDF協(xié)同處置技術(shù)的范疇。國內(nèi)華新水泥、中材國際開發(fā)了此類相關(guān)技術(shù)，過程預(yù)燃技術(shù)和設(shè)備也在研發(fā)過程中。華新水泥窯協(xié)同處置的商業(yè)運(yùn)作模式是集合生活垃圾的收集、轉(zhuǎn)運(yùn)，垃圾的預(yù)處理和水泥窯協(xié)同處置于一體的創(chuàng)新性模式。經(jīng)估算，若5 000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線利用此類技術(shù)日處理200~500 t的生活垃圾，可實(shí)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(yùn)行成本降低3.36~6.72元/t。生活垃圾補(bǔ)貼費(fèi)用因各地政府標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（50~200元/t），假設(shè)每噸生活垃圾補(bǔ)貼100元，預(yù)計(jì)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(shù)

水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾（聯(lián)合氣化爐）技術(shù)，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(nèi)焚燒，氣化爐底渣經(jīng)分離后作為水泥配料。這種技術(shù)是聯(lián)合水泥窯爐和氣化爐的雙重優(yōu)勢，對由此產(chǎn)生的廢氣、爐底渣及滲濾液進(jìn)行無害化處理的全新的環(huán)境保護(hù)技術(shù)。它適用于新型干法水泥生產(chǎn)線協(xié)同處置城市生活垃圾技術(shù)改造。需要注意的是：垃圾處理站與水泥生產(chǎn)企業(yè)的距離不宜過遠(yuǎn)；垃圾引入的有害元素對水泥窯正常生產(chǎn)的影響等問題。日本川崎、德國RÜDERSDORF水泥等掌握該類技術(shù)，安徽海螺CKK系統(tǒng)技術(shù)和南京凱盛開能環(huán)保氣化焚燒系統(tǒng)技術(shù)等就屬于此協(xié)同處置技術(shù)的范疇。CKK系統(tǒng)技術(shù)，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(jīng)調(diào)查，當(dāng)垃圾喂入量占生產(chǎn)水泥熟料量10%以內(nèi)時，對水泥正常生產(chǎn)并無影響。經(jīng)估算，若5 000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線利用此類技術(shù)日處理300 t的生活垃圾，可實(shí)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(yùn)行成本降低約4.48元/t。假設(shè)每噸生活垃圾補(bǔ)貼100元，預(yù)計(jì)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(shù)

水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥（干化）技術(shù)，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(shù)可達(dá)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(shù)可實(shí)現(xiàn)粒徑在10 mm以下，而熱值高達(dá)12 540~14 630 kJ/kg），經(jīng)輸送及喂料設(shè)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(chǎn)替代原料。污泥干化技術(shù)的核心在于熱交換器和干燥機(jī)。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(shù)、直接接觸干燥技術(shù)、導(dǎo)熱油干化技術(shù)、污泥燃料化技術(shù)等。它適用于新型干法水泥生產(chǎn)線協(xié)同處置城市污水污泥技術(shù)改造。需要注意的是：城市污水污泥站與水泥生產(chǎn)企業(yè)的距離不宜過遠(yuǎn)；引入的有害元素對水泥窯正常生產(chǎn)的影響；城市污水污泥運(yùn)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(guān)水泥窯協(xié)同處置污水污泥（干化）的技術(shù)；國內(nèi)北京水泥廠引進(jìn)意大利“VOMM高效渦輪薄層干燥技術(shù)”（簡稱渦輪薄層技術(shù)/工藝），是采用導(dǎo)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(jìn)行干燥，污泥含水率可降至約30%[1]，是典型的半干化技術(shù)；華新環(huán)境工程有限公司、合肥水泥研究設(shè)計(jì)院等產(chǎn)學(xué)研單位也有相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用案例。經(jīng)估算，5 000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線日處理污泥500~600 t，噸熟料降低標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(shí)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(yùn)行成本增加4.55元/t。污泥補(bǔ)貼費(fèi)用因各地政府標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（50~300元/t），假設(shè)噸污泥補(bǔ)貼100元，預(yù)計(jì)投資回收期約為6年。

2 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)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(shù)的減排潛力和減排成本，以5 000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線作為基準(zhǔn)，采用邊際減排成本曲線（MAC）方法進(jìn)行相關(guān)技術(shù)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(shù)發(fā)展趨勢的角度，著重考慮相對基準(zhǔn)情景的技術(shù)減排潛力和減排成本，通過目標(biāo)的年減排成本排序，以進(jìn)行技術(shù)評估分析。主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)要求較低，便于操作。主要分析步驟包括：

1）收集技術(shù)的減排潛力和減排成本。

2）協(xié)同控制效應(yīng)分析。在二維坐標(biāo)系中，橫軸反映技術(shù)措施對NOx的減排效果，縱軸反映技術(shù)措施對CO2的減排效果，該技術(shù)措施在坐標(biāo)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(fèi)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(shù)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(jù)減排目標(biāo)，通過橫坐標(biāo)畫一條直線（其值為目標(biāo)減排量），直線左側(cè)即為擬篩選技術(shù)組合。

2.2 協(xié)同控制效應(yīng)分析

根據(jù)《中國水泥年鑒》[2]以及《第一次全國污染源普查》[3]，計(jì)算得出水泥行業(yè)單位標(biāo)準(zhǔn)煤的NOx排放量；根據(jù)《中國水泥年鑒》以及《中國水泥行業(yè)二氧化碳排放系數(shù)測算數(shù)據(jù)》[4]，計(jì)算得出水泥行業(yè)單位標(biāo)準(zhǔn)煤CO2排放量；根據(jù)《能源數(shù)據(jù)》[5]得到電力行業(yè)NOx和CO2排放系數(shù)。相關(guān)排放參數(shù)見表1。

根據(jù)上述第1部分的技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和表1的排放系數(shù)，計(jì)算得出三類技術(shù)的減排潛力和減排成本基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見表2和表3，這為后續(xù)計(jì)算協(xié)同控制效應(yīng)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

以市場交易價格為基礎(chǔ)確定各污染物的權(quán)重，污染物價格變化，其權(quán)重會發(fā)生相應(yīng)變化，繼而影響大氣污染物協(xié)同減排當(dāng)量APeq的數(shù)值、技術(shù)減排措施的單位污染物減排成本及優(yōu)先度排序結(jié)果?！笆濉敝?，NOx不是總量控制指標(biāo)，暫無排污權(quán)交易案例，由《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》可知，NOx交易價格為5 000元/t；2008年我國市場CDM項(xiàng)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(shù)。為考察價格的影響，進(jìn)行敏感性分析：（N、C分別為NOx、CO2減排潛力或減排劇本）。

根據(jù)上述1.1~1.3節(jié)中所述基本數(shù)據(jù)，主要水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)的NOx與CO2協(xié)同控制效應(yīng)二維坐標(biāo)系如圖2所示，各技術(shù)措施減排潛力及協(xié)同減排當(dāng)量指標(biāo)見表4。水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾（RDF）技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾（聯(lián)合氣化爐）技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥（干化）技術(shù)這三項(xiàng)技術(shù)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(yīng)。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(shù)總減排效果較好。

2.3 費(fèi)用-效果評價

主要水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)減排措施的減排成本結(jié)果如表5所示。這3項(xiàng)技術(shù)中水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾（RDF）技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾（聯(lián)合氣化爐）技術(shù)的減排成本為負(fù)值，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益；水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥（干化）技術(shù)的減排成本為正值，協(xié)同減排過程中需要一定的經(jīng)濟(jì)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(yīng)用于減排規(guī)劃時，可根據(jù)“總量減排目標(biāo)（即橫坐標(biāo)上從原點(diǎn)向右截取的長度）”、“邊際減排成本（即縱坐標(biāo)高度）”等目標(biāo)約束，選擇適當(dāng)?shù)臏p排路徑。依據(jù)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(shù)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(shù)均明顯位于橫軸下方，說明該兩項(xiàng)技術(shù)在減排的同時還能節(jié)約成本，即是成本有效的減排技術(shù)。從CO2減排量、NOx減排量以及協(xié)同減排當(dāng)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(shù)，具有較好的應(yīng)用前景。從CO2減排成本以及協(xié)同減排當(dāng)量成本來看，水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾（RDF）技術(shù)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(shù)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(shù)的投資成本略高。

3 結(jié)論與建議

1）要充分考慮水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)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(shù)，并給予更多的技術(shù)和財(cái)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(shù)中，除水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥（干化）技術(shù)外，均為成本有效的處置技術(shù)，但是對水泥企業(yè)來說，巨大的初始投資對其財(cái)務(wù)是極大的考驗(yàn)，故必要的財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等是最直接有效的手段。

原標(biāo)題:水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)減排潛力與成本分析