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| 发布时间：2022-11-03 16:17:32 | 来源：本站原创 | 作者：本站编辑 | 浏览次数： |
我国主流的污泥处理处置路线主要有 3 条，分别是厌氧消化后土地利用、好氧发酵后土地利用、干化焚烧后建材利用，深度脱水后填埋仅是用于污泥应急处理和处置。目前，我国针对污泥的碳排放研究还较少，本文将通过模型估算法和运行数据估算法对污泥干化焚烧处理段的碳排放进行研究，提出干化焚烧处理段在碳减排方面的可行性措施，形成优化策略。 技术框架 （1）温室气体系统核算边界 污泥干化焚烧温室气体系统核算边界见图。 主要包括干化环节、焚烧环节（包含烟气处理）。系统碳排放主要包括 3 部分 ：①污泥焚烧环节产生的CO2，CH4 和N2O 排放（称为生物源CO2排放）；②污泥干化、焚烧环节因设施因耗能所产生的间接温室气体排放（称为能量源CO2排放）；③污泥焚烧环节利用产生的能量形成电能或热能等（称为替代类CO2排放）。 （2）温室气体CO2当量值 研究发现有许多对气候系统产生影响的气体， 但只有 6 种主要类型的温室气体包含在京都协议中，并包含在碳排放评估中，它们是CO2，CH4，N2O，HFCs，PCFs 和SF。为了量化和对比各种温室气体的影响，采用二氧化碳当量（CO2-e）来计算碳排放。6种主要类型的温室气体，每一种都有相关的全球致暖潜能指数（GWP），气体排放的吨数乘以相关的全球致暖指数便可以得到CO2-e值。根据《联合国气候变化框架公约的京都议定书》，将GWP值的水平年设定为 100 a。 （3）可用的评估方法 目前，关于碳排放计算的方法和导则主要基于大型组织的程序或数据库。其中包括政府间气候变化专门委员会（IPCC），美国环境保护局（USEPA），欧洲环境保护局（EEA）等。IPCC发布了国际性的清单性质的碳审计方法（如《2006年国家温室气体清单导则》），作为所有温室气体清单的基础，确保他们具有可对比性并易于理解。2011年我国颁布《省级温室气体清单编制指南（试行）》，其以IPCC 发布的《2006 年国家温室气体清单导则》为基础，给出了能源活动、工艺生产过程、农业、土地利用变化和林业、废弃物处理 5 个部分的碳审计办法。 污泥处理处置过程温室气体排放量的计算方法主要包括模型估算法、运行数据估算法等。现有的清单计算大都基于模型估算法中的排放系数法进行估算，这些研究具有很强的指导意义，但其结果与现实实际情况的差异很大程度上取决于假设和情景分析。运行数据估算法则是通过实际项目运行数据，主要包括能源消耗、物料消耗等来计算碳排放量。 案例工程 案例工程设计规模为每天150t干污泥，采用干化焚烧技术路线。 （1）污泥接收系统所接收的脱水污泥含水率平均值为80%，热值为13700 kJ/kg。 （2）污泥干化系统采用桨叶式干化机，干化热源采用压力为 0.8 MPa、温度为 175 ℃的饱和蒸汽，其主要来自余热锅炉产生的蒸汽，不足部分由电厂外来蒸汽补充。 （3）污泥焚烧系统采用鼓泡流化床焚烧炉，入炉污泥含水率为 60% 左右。 （4）烟气处理系统主要包括静电除尘器、布袋除尘器、洗涤塔。其中，布袋除尘器需要喷射活性炭与石灰的混合粉末，用于吸附重金属及二噁英类有机化合物；洗涤塔需要采用NaOH 溶液进行喷淋，用于吸收烟气中的酸性气体。 碳排放计算 （1）模型估算法 1）基本假设和计算参数的选取 碳足迹与处理厂的规模、实际工艺、设备选型等都直接相关，模型估算法不考虑处理规模带来的影响，计算1t干污泥采用干化焚烧路线时的碳排放量，条件如下：①脱水污泥含水率为80%（案例工程运行工况）；②挥发性有有机物含量为65%（案例工程污泥性质）；③碳含量比例为32%（案例工程污泥性质）；④焚烧效率为95%（专家判断）；⑤干化污泥含水率为60%（案例工程运行工况）；⑥污泥焚烧能量利用效率为70%（假设值）。 采用IPCC 发布的《2006 年国家温室气体清单导则》中提供的方法对污泥干化焚烧工艺的碳排放进行估算，估算采用参数见表2。在干化、焚烧阶段，由于使用设备及运行实际情况有所不同，导致其比能耗产生差异，因此表2中的比能耗为范围值。 2）计算结果 污泥干化焚烧工艺碳排放量见表。通过计算，污泥焚烧工艺中CO2的排放当量为每t干污泥1456.6~1709.9 kg CO2，其中能量源CO2的排放当量为每t干污泥734.7~988.0kg CO2，生物源CO2的排放当量为每t干污泥 1432.5 kg CO2，替代类CO2的排放当量为每t干污泥-710.6 kg CO2。 （2）运行数据估算法 1）能量源CO2排放 案例污泥处理工程能量源CO2排放主要包括电力消耗、轻柴油消耗以及烟气处理中的活性炭消耗、NaOH消耗以及Ca(OH)2消耗，具体数值见表4。经过计算，能量源CO2排放量为每t干污泥1891.96 kg CO2。其中需要说明的是由于污泥焚烧后产生的能量不足以支撑污泥干化，还需要外来能量以补足干化能量缺口。 2）替代类CO2排放 由于在此污泥处理工程中污泥焚烧产生的热量除损失外全部自用，一部分用于焚烧炉一次风加热，另一部分用于余热锅炉产生蒸汽污泥干化，因此不再计入排放量统计中。 （3） 结果比较 采用模型估算法，污泥焚烧工艺中CO2的排放当量为每t干污泥 1456.6~1709.9 kg CO2，利用运行数据估算法计算此污泥处理工程的CO2排放当量为每t干污泥 3046.6 kg CO2。对于以上差异，分析其原因主要包括物料特性及运行系统 2 个方面。 1）物料特性影响因素分析 污泥含水率直接影响干化环节的外来能源消耗量以及焚烧环节烟气处理量，模型估算法中的含水率为设定值，而运行数据估算法中的含水率为实际运行值存在一定波动，因此在进行碳排放计算时会影响能量源CO2排放数值；污泥热值的提高会显著增加可利用能量的形成，模型估算法中污泥热值为设定值，而运行数据估算法中的热值仍为波动值，因此会影响替代类CO2排放数值的计算。 2） 运行系统影响因素分析 运行数据估算法中电耗为整个工程运行设施的总电耗，大于模型估算法中的指定设备电耗；模型估算中的比能耗受假设条件、设备以及工况影响较大，与实际运行工况存在较大差异；模型估算中污泥焚烧后可利用的能量是依靠假定利用率数值进行估算的，这与运行数据估算法中的能量实际使用值也存在较大差异。 优化策略 根据国家发改委发布的《省级温室气体清单编制指南》，废弃物焚烧过程中的碳排放需要区分化石和生物成因，其中生物质材料燃烧产生的CO2不计入清单总量。鉴于此，生物源CO2排放量虽然占排放总量比例较大，但不在优化策略中讨论。 （1）工艺选择优化 通过前面分析可以看出干化环节以及烟气处理环节中的能量源CO2排放量占比较大，尤其是干化环节，是CO2排放的最重要的环节之一。污泥干化过程中的CO2排放量依据的是干化过程中的能耗量。不同污泥干化工艺能耗见表5。从表5可以看出，污泥干化技术的能耗与干燥形式有关，因此选择能耗较低的干化工艺可以有效减少CO2排放。 （2）能量来源优化 干化的能源消耗还在很大程度上与所选用的热源种类、加热方式和热效率有关。一般来说间接加热方式可以使用所有热源，其利用的差别表现在温度、压力和效率方面。直接加热方式则因热源种类不同受到一定限制，其中燃煤炉、焚烧炉烟气因量大和含有腐蚀性污染物而难以利用。采用间接加热方式时，干化系统可以采用废热烟气，从减少碳排放的角度来讲，在烟气温度足够高、输送距离相对较短而便于利用时，可以优先采用大型工业、环保基础设施（垃圾焚烧炉、电站、窑炉、化工设施等）的废热烟气。其次可以采用生物质产生的沼气（生物质厌氧消化产气、垃圾填埋场填埋气等）作为热源，其可直接燃烧供热，加之自身为生物质材料因此其焚烧产生的CO2不计入清单总量。 案例工程干化所用蒸汽一部分来源于污泥自身焚烧所产生的能源，另一部分来自附近电厂，电厂在发电的同时释放大量低温、低压蒸汽，这些蒸汽不仅适宜作为污泥干化的热源，还可减少能量源CO2的排放。 （3） 系统效率优化 与能量源及生物源CO2排放不同，替代类CO2属于碳汇部分，在干化焚烧工艺路线中，应根据工程实际情况，选择合适的利用方式，并提高能量利用率，减少热损失，以达到提高此部分CO2 排放数值的目的。 案例工程污泥焚烧烟气经过高温空气换热器后进入余热锅炉，余热锅炉将污泥焚烧烟气中的热量转化成饱和蒸汽，供干化使用，此外工程通过设置一级、二级空气预热器，用于回收系统能量，提高了能量利用率。值得注意的是，在工程实施过程中，合理的热交换系统以及良好的保温措施将有效减少系统的热损失。 （1）当前，我国在碳减排方面，将重点集中在集约利用能源和开发清洁能源降低排放两方面。但就目前来看，常规的工业行业减排、能源结构减排对于任何城市来说，都是巨大的挑战。与能源、建筑、交通等行业相比，污水、污泥处理减排成本低，减碳效益大。因此在考虑其“减量化、资源化、无害化”的同时，应该站在更高、更远的角度来讨论其在温室气体减排上可做的工作，应该意识到污泥处理行业蕴含的高效减排潜力，并探索出一些可行的碳减排路径。 （2）本文通过模型估算法和运行数据估算法对某污泥焚烧工程的碳排放进行研究，除污泥焚烧产生的生物源CO2排放不计入排放清单外，干化所带来的能量源CO2排放最高，虽然污泥焚烧产生的能量可带来一定的碳汇，但整体来说焚烧工艺的碳排放较高。通过分析，可通过优化干化和焚烧环节达到降低碳排放的目的，例如提高能量利用率、选取能耗低的设备设施、减少热损失、采用生物质能源等。
