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1研究對(duì)象及方法

1．1二嗯英減排技術(shù)及選定研究的技術(shù)方案

大量文獻(xiàn)報(bào)道，大氣中二嗯英的減排技術(shù)主要包括燃燒前進(jìn)料控制技術(shù)、燃燒過(guò)程控制技術(shù)和末端控制技術(shù)三大類，對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電廠尤其需要燃燒過(guò)程控制技術(shù)和末端控制技術(shù)的結(jié)合才能保證有效控制二嗯英的排放。燃燒過(guò)程控制技術(shù)主要是對(duì)燃燒條件(包括溫度、時(shí)間、湍流度、氧氣量等參數(shù))的控制使其達(dá)到阻止二嗯英前驅(qū)物的生成；還包括通過(guò)添加抑制劑達(dá)到控制二嗯英的目的。末端控制技術(shù)從控制原理的不同可以分為抑制二嗯英從頭合成的煙氣急冷技術(shù)、吸附轉(zhuǎn)移技術(shù)和催化分解技術(shù)。二嗯英的減排需要多種技術(shù)，采取綜合控制的手段進(jìn)行控制。對(duì)于大型垃圾焚燒發(fā)電廠，可通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控裝置對(duì)燃燒條件起到很好的控制。煙氣急冷技術(shù)由于其結(jié)合一般煙氣處理技術(shù)后達(dá)到0．1ngI—TEQ／m的排放要求還有一段距離，僅能作為綜合控制的一個(gè)必須環(huán)節(jié)，不單獨(dú)評(píng)價(jià)此類技術(shù)。因此，對(duì)目前常用的以活性炭噴射吸附二嗯英(簡(jiǎn)稱活性炭噴射方案)和選擇性催化分解二嗯英(簡(jiǎn)稱催化分解方案)為主導(dǎo)的2種方案進(jìn)行比較分析。這2種方案在結(jié)合常規(guī)尾氣處理技術(shù)(如脫酸裝置、布袋除塵器)后均能達(dá)到二嗯英排放限值0．1ngI—TEQ／m的要求。一般垃圾焚燒發(fā)電廠采用以上2種方案減排二嗯英的流程見(jiàn)。

1．2研究方法

對(duì)2種方案進(jìn)行比較時(shí)，主要從環(huán)境及技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，環(huán)境及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)因素見(jiàn)。2種方案的環(huán)境及技術(shù)性能主要采取定性描述和部門相關(guān)報(bào)道的定量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這主要是由于催化分解方案在我國(guó)的垃圾焚燒發(fā)電廠還沒(méi)有應(yīng)用，對(duì)其環(huán)境及技術(shù)性能的描述主要來(lái)自國(guó)外文獻(xiàn)，很難完全采用定量打分的方法對(duì)2種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此評(píng)價(jià)方法以定性比較為主。對(duì)2種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)時(shí)，雖然布袋除塵、煙氣脫酸等煙氣控制措施對(duì)二嗯英的減排起到很好的作用，但由于其最初設(shè)計(jì)目的及主要功能并非針對(duì)二嗯英的減排。因此，盡管其有協(xié)同去除的作用，但本研究不把這部分的費(fèi)用列入減排二嗯英產(chǎn)生的費(fèi)用。

22種方案的環(huán)境及技術(shù)性能分析

活性炭噴射方案是目前使用最廣泛的二嗯英控制方式。大量研究發(fā)現(xiàn)，該方案下二嗯英的去除效率受到煙氣溫度、活性炭噴射量、活性炭性能、噴射方式和除塵裝置的影響I6]。TEJIMA等研究證實(shí)，當(dāng)煙氣溫度在160、190℃時(shí)，噴人活性炭后二嗯英的去除效率可達(dá)到97～98；但當(dāng)煙氣溫度達(dá)到220℃時(shí)，去除效率下降為90。CHI等在某大型垃圾焚燒發(fā)電廠用椰殼活性炭吸附二嗯英，噴射速率為100mg／m~時(shí)，尾氣排放的二噫英為0．031ngI—TEQ／m，活性炭噴射加布袋除塵可達(dá)到95．5％的二嗯英去除效率。ABAD等J證實(shí)，在垃圾焚燒發(fā)電廠僅依賴布袋除塵和半干法脫酸裝置達(dá)不到0．1ngI—TEQ／m的二嗯英排放限值，當(dāng)以100mg／m~的噴射速率噴入活性炭時(shí)，二嗯英的去除效率較以前提高92～96，出口質(zhì)量濃度降低到0．036ngI-TEQ／m。CHANG等研究了不同活性炭噴射速率下二嗯英的去除效率，并得出了兩者關(guān)系的方程。當(dāng)噴射速率小于65mg／m~時(shí)，去除效率隨著噴射速率的提高而提高，呈近線性關(guān)系；當(dāng)噴射速率達(dá)到150mg／m~時(shí)，去除效率提高到95以上時(shí)，隨噴射速率變化而趨于穩(wěn)定口。。。根據(jù)該方程，在已知入口二嗯英濃度的情況下，可以計(jì)算達(dá)到排放值所需的最小活性炭噴射速率，這將有效地減少活性炭的噴入成本。歐盟在其焚燒行業(yè)最佳可行性技術(shù)參考文件中建議，通?；钚蕴康膰娙擞?jì)量在0．5～1．0kg／t(噴射速率約100～200mg／m~，以每噸垃圾產(chǎn)生煙氣量5000m計(jì)算)，能滿足0．1ngI-TEQ／m的二嗯英排放限值L1l_。。結(jié)合以往研究可以得出，在其他煙氣處理措施很好運(yùn)行的基礎(chǔ)上，活性炭的噴射速率達(dá)到100mg／m~時(shí)，出口二嗯英質(zhì)量濃度可以達(dá)到0．05～0．10ngI-TEQ／m。活性炭噴射在去除二嗯英的同時(shí)，對(duì)煙氣中燃燒形成的不完全產(chǎn)物(PICs)如多氯聯(lián)苯(PCB)、氯苯、氯酚和多環(huán)芳烴(PAH)等物質(zhì)也能達(dá)到9O的去除E]，同時(shí)對(duì)重金屬汞也能高效吸附去除使其達(dá)到排放限值[1引。然而吸附了污染物的活性炭被下端的除塵裝置捕集，轉(zhuǎn)移到了固相飛灰中。金宜英等[1對(duì)城市生活焚燒爐飛灰的實(shí)驗(yàn)研究表明，布袋除塵器前噴射活性炭粉末后，飛灰中二嗯英類污染物的質(zhì)量濃度為460ng／g，是沒(méi)有噴射時(shí)(254ng／g)的1．8倍。因此，該方案中的飛灰要根據(jù)危險(xiǎn)廢物處置要求安全處置。催化分解方案的技術(shù)源于NO的催化還原技術(shù)。有大量研究證實(shí)，最初用來(lái)催化還原No的催化劑能有效地分解二嗯英類物質(zhì)l_】"]。催化分解技術(shù)可以將氣態(tài)二嗯英分解效率達(dá)到98．0％99．9oA，結(jié)合布袋除塵，出口二嗯英質(zhì)量濃度可以達(dá)到0．050～0．002ngI-TEQ／ml_1l_弘。大多數(shù)研究采用VO一wO。一TiO。催化劑進(jìn)行二嗯英的氧化分解，溫度在240300℃有較好的分解效果。在商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，Shell公司提供的二嗯英催化分解系統(tǒng)(sDDS)由于其良好的低溫催化分解效果，被歐洲和日本的垃圾焚燒發(fā)電廠廣泛使用。本研究對(duì)催化分解二嗯英技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)以Shell提供的SDDS技術(shù)為例。該技術(shù)在煙氣溫度達(dá)到150℃時(shí)，二嗯英的去除效率可以達(dá)到98．0～99．7，同時(shí)對(duì)其他有機(jī)污染物如五氯苯酚(PCP)、PCB和PAH也可以起到有效分解，再結(jié)合脫氮反應(yīng)后，NO的排放可小于50mg／maL1。為保持催化劑的性能防止其中毒，SDDS技術(shù)要求位于其前端的除塵技術(shù)需滿足煙塵排放限值(小于10mg／m。)。這比我國(guó)目前煙塵排放最高地方標(biāo)準(zhǔn)DB11／502-2008中要求的30mg／m。高許多。因此，對(duì)于我國(guó)目前大多數(shù)垃圾焚燒處理廠煙氣處理效率還不能滿足該技術(shù)的要求。

32種方案的經(jīng)濟(jì)性能分析

對(duì)2種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)時(shí)，以700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠為評(píng)價(jià)對(duì)象。此規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠和我國(guó)正在及即將建設(shè)的大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠規(guī)模相當(dāng)，具有普適性。

3．1活性炭噴射方案

3．1．1設(shè)備成本

700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠一般需要2條生產(chǎn)線，據(jù)調(diào)查，每條的投資成本(包括活性炭?jī)?chǔ)倉(cāng)、體積計(jì)量給料器、空氣壓縮裝置和噴嘴)需約5O萬(wàn)元，2條的投資成本為100萬(wàn)元。若采用進(jìn)口設(shè)備，一般為國(guó)產(chǎn)設(shè)備的1．8倍，約180萬(wàn)元。

3．1．2運(yùn)行成本

運(yùn)行成本受活性炭用量和品質(zhì)影響。列出了活性炭噴射方案的參數(shù)、噴射量及成本。選用國(guó)產(chǎn)活性炭時(shí)，按每噸10000元計(jì)算；若選用進(jìn)口活性炭，以世界最大的活性炭公司N0RIT提供的產(chǎn)品為例，按每噸3000美元計(jì)算。此外，噴入的活性炭由于吸附二嗯英等污染物，其收集的飛灰屬于危險(xiǎn)廢物。垃圾焚燒飛灰安全處置收費(fèi)多數(shù)地區(qū)還沒(méi)有指定價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，公布的可查標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自無(wú)錫市，因此按照無(wú)錫市收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)1．7元／kg計(jì)算，可得由于噴射活性炭所增加的飛灰處置費(fèi)用為198900元／a。因此，該方案的運(yùn)行成本為1368900元(國(guó)產(chǎn))或2585700元(進(jìn)口)。能耗和維護(hù)費(fèi)用所占比例很少，因此忽略不計(jì)。

3．1．3等值年成本

根據(jù)式(1)，r取6％，取15年(不考慮設(shè)備殘值)。活性炭噴射方案在15年內(nèi)的等值年成本為147萬(wàn)～276萬(wàn)元。從計(jì)算可以看出，活性炭噴射方案的運(yùn)行成本占到等值年成本的9O％以上，即活性炭的購(gòu)買費(fèi)用和飛灰處置費(fèi)用占主導(dǎo)。這些費(fèi)用均是由于活性炭的噴人量決定，因此等值年成本對(duì)活性炭用量這個(gè)參數(shù)最為敏感。假定其他因素不變，僅考慮活性炭噴入量變化對(duì)等值年成本的影響程度見(jiàn)(以國(guó)產(chǎn)設(shè)備+國(guó)產(chǎn)活性炭為例)。

3．2催化分解方案

3．2．1設(shè)備成本

以Shell提供的SDDS技術(shù)為例，需要裝有催化劑、規(guī)格為2．7m×1．42m×1．43m的側(cè)流反應(yīng)器模塊4個(gè)。700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠投資約為50萬(wàn)～120萬(wàn)美元?？紤]增值稅(17％)和進(jìn)口稅(6．5)后，投資約為62萬(wàn)～150萬(wàn)美元。該裝置中催化劑費(fèi)用占6O，鋼筑的反應(yīng)器費(fèi)用占40。

3．2．2運(yùn)行成本

SDDS裝置運(yùn)行中不需要額外再添加任何物質(zhì)。由于其在溫度160℃就可達(dá)到對(duì)二嗯英的高效催化分解作用，因此不需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱，不需要額外能耗，維護(hù)費(fèi)用也較低。該技術(shù)運(yùn)行成本可忽略。

3．2．3等值年成本

SDDS設(shè)備中催化劑和反應(yīng)模塊的使用壽命不同，因此等值年成本需分別計(jì)算。催化劑成本計(jì)算中為5年，反應(yīng)模塊取為15年，r均取6，可得催化劑的等值年成本為8．83萬(wàn)～21．37萬(wàn)美元，反應(yīng)器的等值年成本為2．55萬(wàn)～6．18萬(wàn)美元，則總和為11．38萬(wàn)～27．55萬(wàn)美元，約77萬(wàn)～187萬(wàn)元。從計(jì)算可以看出，催化分解方案的費(fèi)用主要集中在設(shè)備成本。位于設(shè)備前端的煙氣處理設(shè)施效率越高，催化劑的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)(一般為5年)，所需等值年成本就越低。

42種方案對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的影響2種方案由于設(shè)備成本和運(yùn)行成本相差很大，對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)影響也大相徑庭。為了反映其影響程度，本研究在對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠投資費(fèi)用、收入、利潤(rùn)分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算了2種方案對(duì)企業(yè)建設(shè)和運(yùn)行中的影響。

4．1垃圾焚燒發(fā)電廠投資費(fèi)用

《城市生活垃圾焚燒處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中將垃圾焚燒發(fā)電廠投資指標(biāo)估算定為2O萬(wàn)～65萬(wàn)元／(t•d)。不同技術(shù)投資有所不同，目前一般分為四大類型，包括引進(jìn)設(shè)備爐排爐焚燒廠、引進(jìn)技術(shù)爐排爐焚燒廠、國(guó)產(chǎn)爐排爐焚燒廠和國(guó)產(chǎn)流化床焚燒廠。以國(guó)產(chǎn)爐排爐為例，投資指標(biāo)約為35萬(wàn)元／(t•d)。700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠投資費(fèi)用約為2．45億元。以為20年、r為6計(jì)算，其年投資費(fèi)用為2136萬(wàn)元。

4．2垃圾焚燒發(fā)電廠收入

垃圾焚燒發(fā)電廠收入主要來(lái)自政府垃圾補(bǔ)貼和上網(wǎng)售電兩大部分。受投資費(fèi)用、運(yùn)行成本和地區(qū)經(jīng)濟(jì)差異影響，補(bǔ)貼費(fèi)用各地區(qū)、各廠不一。上海和深圳補(bǔ)貼最高，一般中等城市如成都、紹興、溫州等補(bǔ)貼約7O元／t。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》規(guī)定，2006年以后建設(shè)的新電廠，上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行2005年脫硫燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)加補(bǔ)貼電價(jià)組成，電價(jià)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0．25元／(kw•h)。同時(shí)，垃圾焚燒發(fā)電廠在增值稅和所得稅方面均有優(yōu)惠。按照每噸垃圾補(bǔ)貼70元、上網(wǎng)電價(jià)0．60元／(kw•h)、每噸垃圾上網(wǎng)電量200kw•h來(lái)計(jì)算，700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠主要年收入約為4433萬(wàn)元。

4．3垃圾焚燒發(fā)電廠利潤(rùn)

我國(guó)絕大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠采取BOT經(jīng)營(yíng)模式，銷售收入年利潤(rùn)率一般保持1o。為達(dá)到該利潤(rùn)，在年投資費(fèi)用為2136萬(wàn)元、年收入為4433萬(wàn)元情況下，年運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用需要控制在1854萬(wàn)元，每噸垃圾運(yùn)行成本需控制在79元。

4．42種方案對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的影響

活性炭噴射方案一次投資(設(shè)備成本)在垃圾焚燒發(fā)電廠總投資所占比例較少，約為0．4，占環(huán)保投資比例為2．0(環(huán)保投資約為總投資的20)。但該方案在運(yùn)行成本中所占比例較顯著，其運(yùn)行成本占總運(yùn)行維護(hù)成本的7．4～13．99／6。催化分解方案一次投資(設(shè)備成本)較活性炭噴射方案高，約占總投資的1．7～4．2，占環(huán)保投資比例為8．6～2O．8。由于其運(yùn)行過(guò)程中不需要額外物耗、能耗，對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的運(yùn)行成本不造成影響。但考慮到其催化劑使用壽命，每5年需要更換，每次費(fèi)用約為253萬(wàn)～612萬(wàn)元。

4．5估算垃圾焚燒發(fā)電廠二嗯英處理成本

隨著土地資源的緊張，我國(guó)對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠的建設(shè)也在加大。合理估算二嗯英類污染物的控制費(fèi)用是建設(shè)前期需要考慮的因素，根據(jù)對(duì)700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠的估算，可計(jì)算不同規(guī)模的企業(yè)其控制二嗯英的成本。若采取活性炭噴射方案，噴射速率為100rng／ma，則DC和OC計(jì)算如下：VDC一1×1o×()×(2)OC=0．167×y×(P+P2)(3)式中：y為企業(yè)焚燒規(guī)模，t／d；為規(guī)模指數(shù)，當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目擴(kuò)大或縮減規(guī)模主要靠增減機(jī)器設(shè)備的規(guī)格尺寸、容量時(shí)，e取0．6～0．7，當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目擴(kuò)大規(guī)模主要靠增加相同機(jī)器設(shè)備數(shù)量的方式時(shí)，取0．8～1．0；為物價(jià)調(diào)整系數(shù)；P為活性炭?jī)r(jià)格，元／t；P。為飛灰處置費(fèi)用，元／t。等值年成本結(jié)合DC和0C根據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算。由于Shell提供的SDDS技術(shù)的催化劑和反應(yīng)器均需進(jìn)口，隨著應(yīng)用項(xiàng)目的擴(kuò)展，其價(jià)格可能會(huì)發(fā)生一定的波動(dòng)，目前可以按照生產(chǎn)規(guī)模指數(shù)法對(duì)其直接投資成本進(jìn)行估算。

5討論

列出了2種方案在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的比較。由可以看出，從技術(shù)指標(biāo)分析，2種方案均可滿足國(guó)際最嚴(yán)格的0．1ngI—TEQ／m二嗯英排放限值。但活性炭噴射方案對(duì)污染物由大氣轉(zhuǎn)移到飛灰，因此從總體排放強(qiáng)度來(lái)看，催化分解方案所排放的二嗯英更少。從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，活性炭噴射方案更適合初期投資資金較有限的企業(yè)和地區(qū)。長(zhǎng)期來(lái)看，催化分解方案的等值年費(fèi)用和活性炭噴射方案相差不多，因此在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和環(huán)境質(zhì)量要求更高的區(qū)域可試行催化分解方案。除上述提到的顯性成本外，監(jiān)管成本在評(píng)價(jià)2種方案時(shí)也是一顯著因素。由于活性炭噴射方案的費(fèi)用主要體現(xiàn)在運(yùn)行成本中，這是由噴入的活性炭數(shù)量和品質(zhì)所決定。如果企業(yè)為了追求效益，在監(jiān)管不利的情況下，對(duì)活性炭少用或者以次充好來(lái)節(jié)省成本。如何確保企業(yè)在實(shí)際運(yùn)行中能穩(wěn)定、足量地噴入高效的活性炭，這需要環(huán)境監(jiān)管部門投入大量的監(jiān)管成本。但實(shí)際運(yùn)行中，大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠對(duì)煙氣排放的二嗯英每年僅進(jìn)行1～2次監(jiān)測(cè)，對(duì)活性炭的噴入量環(huán)境監(jiān)管部門也無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)管，需要企業(yè)自覺(jué)投入，因此加大了環(huán)境中二嗯英排放的風(fēng)險(xiǎn)。催化分解方案一次投入后，運(yùn)行中所需監(jiān)管成本少。綜合來(lái)看，在將來(lái)二嗯英排放限制越來(lái)越嚴(yán)的情況下催化分解方案更具有吸引力。

6結(jié)語(yǔ)

針對(duì)垃圾焚燒行業(yè)，對(duì)以活性炭噴射吸附二嗯英和選擇性催化分解二嗯英為主導(dǎo)的2種方案進(jìn)行了環(huán)境及技術(shù)性能比較，計(jì)算了2種方案的設(shè)備成本、運(yùn)行成本及等值年成本，提出了垃圾焚燒發(fā)電廠建設(shè)前期估算控制二嗯英類污染物所需費(fèi)用的公式。今后，垃圾焚燒發(fā)電廠在建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)、選擇二嗯英類污染物的控制方案過(guò)程中，采用本研究提出的公式將較準(zhǔn)確地估算出不同方案的各種成本，是多方案比選、優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理確定項(xiàng)目投資的基礎(chǔ)。