| 固废处理

徐海云:流化床和炉排炉焚烧工艺的碳减排比较

2018-09-05 17:52:05 环卫科技网 作者:徐海云

8月28日-29日,中国城市生活垃圾领域国家适当减缓行动项目垃圾低碳综合管理研讨会在苏州召开。会议上,徐海云先生做了名为“碳减排比较---流化床与炉排炉”的报告。徐海云先生是中国城市建设研究院有限公司总工程师,教授级高级工程师,长期从事生活垃圾处理设计、咨询、规划、标准及科研工作。曾多次参加生活垃圾处理国际合作研究项目,如联合国工业发展组织项目“中国城市垃圾清洁管理”(2002-2005)等。他在2017年参编的项目《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014获华夏建设科技一等奖。

他在报告中主要分析了现在垃圾焚烧领域流化床和炉排炉两种工艺,他的观点是炉排炉工艺符合现在我国的情况,是适合长期发展的。而流化床工艺需要煤炭参与而发电量较低,不符合“低碳”的要求。

以下内容根据嘉宾现场发言整理,未经本人审阅。

1 生活垃圾焚烧处理发展

从1979年开始,随着我国城市化的进程,到2016年,我国城市化垃圾已经到达两亿吨。可以看到,我国城市垃圾的无害化处理在2016年已经接近100%,可以说我国城市垃圾的无害化处理取得的成绩还是非常显著的。

2016年,全国设市城市生活垃圾无害化处理率达到96.6%。全国657个设市城市生活垃圾清运量2.03亿吨,处理能力为62.1万吨/日,无害化处理量也为1.97亿吨。其中卫生填埋量为1.19亿吨。焚烧处理量为7378万吨/年;生活垃圾堆肥厂(含综合处理)处理量为429万吨。按生活垃圾清运量统计分析填埋、堆肥和焚烧处理比例分别为58.5%、2.1%(其中包括综合处理厂数据)和36.3%,其余3.1%为堆放和简易填埋处理。


从2010年开始,焚烧处理生活垃圾的占比越来越高,可以说目前中国焚烧发电无论数量还是处理能力已经位于世界前列。


国家发展改革委印发《关于完善垃圾焚烧发电价格政策的通知(发改价格[2012]801号)》。通知中规定:以生活垃圾为原料的垃圾焚烧发电项目,均先按其入厂垃圾处理量折算成上网电量进行结算,每吨生活垃圾折算上网电量暂定为280千瓦时,并执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元(含税,下同);其余上网电量执行当地同类燃煤发电机组上网电价。这项文件可以说是我国焚烧发电走向规范化具有里程碑的意义。

我国焚烧发电的主要模式有:流化床焚烧发电厂和炉排炉焚烧发电厂两种。2010年以前,两种发电厂数量基本相等。2015年以后,炉排炉焚烧发电厂比例提升,现在成为主流,流化床焚烧发电厂数量降至25%。


截止2018年7月底,内地建成并投入运行的生活垃圾焚烧发电厂约332座,总处理能力为34万吨/日,总装机约为7060MW。其中采用炉排炉的焚烧发电厂有248座,合计处理能力达到26.3万吨/日,装机达到5100MW。

2 流化床与炉排炉比较

目前,我国还缺乏针对机械炉排炉生活垃圾焚烧发电厂与采用流化床生活垃圾焚烧发电厂碳排放的深入研究,也没有统一的计算参数。我主要通过比较处理每吨垃圾能源贡献(扣除处理过程的能源消耗),也可间接反映出流化床与炉排炉焚烧厂不同处理方式的碳排放区别。

案例一:某L市生活垃圾焚烧发电厂,采用流化床焚烧工艺。

2012年报告焚烧生活垃圾40.79万吨,耗煤5.1万吨(煤产地为山西烟煤,热值为23390KJ/kg),该生活垃圾焚烧发电厂年总发电量1.3722亿度,厂用电率为20.94%。依据国家能源局公布的2012年6000千瓦及以上供电标准煤耗率为326克/千瓦时,按此指标计算,5.1万吨可以发电1.2506亿度电,扣除这部分电量后还剩余1216万度,折合到每吨垃圾的发电量为30度。如果扣除厂用电,该垃圾焚烧厂折合到每吨垃圾的发电量为负数。也就是说,对于这个生活垃圾焚烧发电厂,扣除煤的应有贡献,扣除垃圾处理过程的耗能,每吨垃圾余热利用贡献是0。

案例二:某H市生活垃圾焚烧发电厂,采用流化床焚烧发电

2012年报告焚烧生活垃圾28.3万吨,耗煤0.8万吨(煤来自秦皇岛港,热值为20674Kj/Kg),该生活垃圾焚烧发电厂年总发电量5241万度,厂用电率为28.24%。同样按照标准煤耗326克/千瓦指标计算,0.8万吨煤可以发电1734万度电,扣除这部分发电量后剩余3507万度,折合到每吨垃圾的发电量124度。如果扣除厂用电,该垃圾焚烧厂折合到每吨垃圾的发电量为78.3度。可以看出,每吨垃圾发电量也并不很高。

案例三:炉排炉垃圾焚烧厂

光大环保能源(苏州)有限公司以BOT方式在2006到2013年先后建成一、二、三期生活垃圾焚烧发电厂,共有8条焚烧线,总处理规模达到3550吨/日,成为单个垃圾焚烧厂焚烧线最多的生活垃圾焚烧发电厂。2013年该厂焚烧生活垃圾量(进厂量)141.13万吨,发电量4.68亿度,上网电量3.83亿度,折合每吨垃圾上网电量271度。

案例四:炉排炉垃圾焚烧厂

深圳市宝安区老虎垃圾焚烧发电厂一、二期总处理规模为4200t/d,(其中一期工程3*400t/d),是目前建成的中国最大的垃圾焚烧发电厂。该项目是由深圳市能源环保有限公司采用BOT方式进行建设运行。2013年,二期3000吨/日焚烧发电厂投入运行以来,每吨垃圾焚烧发电量达到400度左右,焚烧余热利用效率创国内先进水平。

以上案例可以看出,流化床焚烧发电厂需要一定的煤参与燃烧,而煤本身就可以发电,如果除去这些本可以用来发电的量,垃圾本身用来发电的量并不多。这一角度,流化床焚烧工艺与炉排炉焚烧工艺相比较处于劣势。

3 问题与建议

(1)流化床焚烧是否减排?

根据住建部的统计,2016年实际焚烧生活垃圾约7300万吨,与国家能源局的数据1.05亿吨相差近2700万吨,国家能源局是根据全部使用垃圾焚烧折算的数据,而使用流化床焚烧是需要使用煤参与的,之所以相差的2700万吨,就是因为流化床焚烧是用煤作为辅助燃烧。

上述图表可以看出,炉排炉垃圾发电上网量较流流化床垃圾发电量大。而且随着时间推移,炉排炉垃圾焚烧发电工艺发电量有明显上升趋势,而流化厂工艺这种趋势并不明显。

(2)焚烧是否环保?

2016年9月,《整体环境科学》(Science of Total Environment)刊登了一篇由我国四家科研机构(浙江省疾控中心、中国计量大学、国家疾控中心、国家食品安全风险评估中心)联合研究论文。该研究报告采样分析检测2006-2015年浙江市场零售食品与一座生活垃圾焚烧发电厂(注:义务)和一个电子垃圾拆解场地附近食品中二噁英和聚氯联苯毒性当量值。

论文中显示:未在焚烧厂附近的市场出售的食品,所采样品的二噁英毒性当量浓度总体低于欧盟标准限值。13类食品的二噁英毒性当量平均值为欧盟标准限值的42%;一些动物源食品的二噁英毒性当量平均值接近欧盟标准限值,其中,猪肉为欧盟标准限值的79%,牛肉为欧盟标准限值的96%。

而对生活垃圾发电厂附近的河鱼、鸡蛋、鸡肉以及鸡肝采样分析表明,二噁英毒性当量分别是欧盟标准限值1.4倍、11.2倍、20.7倍、3.3倍。研究结论指出,若考虑最严重情况,焚烧厂周边居民二噁英毒性当量的每月摄入水平达244皮克/千克体重,约为世界卫生组织推荐值(70皮克/千克体重)的3.5倍,生活垃圾焚烧厂排放的二噁英对当地居民健康构成较高危险。

这篇文章的权威性没有理由怀疑,在网上查阅到,该文章最后一位署名作者是吴永宁先生,他是中国疾病预防控制中心研究员、博士生导师,是世界卫生组织(WHO)食品污染检测合作中心(中国)主任、中国疾病预防控制中心化学污染与健康安全重点实验室主任、营养与食品安全所化学污染监控室主任,卫生部卫生行业科研专项食品安全首席专家。可以说,本论文的结论令人信服,也就是垃圾焚烧厂排放的有害物质确实影响附近居民的身体健康。

(3)炉排炉垃圾焚烧工艺是否可持续?


中国的生活垃圾水分比较高,一般在垃圾池中放七天左右,使大部分水分能够析出。这样使垃圾不仅好烧,还能用于发电。在世界范围内,中国的焚烧处理工艺还是比较高的。上图是江苏省某生活垃圾焚烧发电厂季度上网发电情况(2013-2018),这座焚烧厂采用的是炉排炉的工艺,可以看出,这几年的发电情况呈逐年上升的趋势。

中国现在主要使用的炉排炉焚烧工艺中比较高效,我认为应该会持续运行下去,至少短期内没有更好的替代方法。也是最符合现阶段我国国情的一种工艺方式。

北极星环保网官方微信