水泥窑协同处置固废成本分析
水泥窑协同处置固废成本分析
近年来，水泥窑协同处理固体废物已成为业界研究和开发应用的重点。2012 年，《建材行业节能减排先进适用技术目录》将采用预分解窑协同处理危险废物技术，预分解窑协同处理污泥，协同处理通过预分解窑从废物焚烧炉中飞灰。2014 年12 月，工业和信息化部，科技部和环境保护部联合发布了《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2014 年版）》，鼓励国家发展。水泥窑协调无害化处理的全套设备包括在固体废物处理设备的推广项目中。2015 年，工业和信息化部等六部委联合发布了水泥窑共处理生活垃圾试点项目的通知。
水泥窑协同处置技术早已成为德国、日本等国家的主要处理方式。由于我国还处于发展阶段，水泥窑协同处置技术面临初始投资成本高、运行成本高、政府补贴低等主要难题。本文拟就水泥窑协同处置固体废物技术中3 种协同处置工艺，即水泥窑协同处置城市生活垃圾（RDF）、水泥窑协同处置城市生活垃圾（联合气化炉）和水泥窑协同处置城市污水污泥（干化），以5 000 t/d 生产线为基准，综合考虑减排量、减排成本指标，进行技术节能减排潜力和成本的分析，并给出技术发展的政策建议。
1 水泥窑协同处置固体废物概况
1.1 水泥窑协同处置城市生活垃圾（RDF）技术
水泥窑协同处置城市生活垃圾(RDF)技术，即把城市生活垃圾经筛分、粉碎、发酵、干燥、加工成型等预处理工艺，加工成热值更高、更稳定的垃
圾衍生燃料(RDF)，结合水泥分解炉燃烧特点，达到资源化处置与利用的技术。它适用于新型干法水泥生产线协同处置城市生活垃圾技术改造。需要注意的是：垃圾处理站或RDF预处理站与水泥生产企业的距离不宜过远; 垃圾引入的有害元素对水泥窑正常生产的影响等问题。F.L.Sth 的“热盘”技术和Polysius 的预燃烧室技术，就属于RDF协同处置技术的范畴。国内华新水泥、中材国际开发了此类相关技术，过程预燃技术和设备也在研发过程中。华新水泥窑协同处置的商业运作模式是集合生活垃圾的收集、转运，垃圾的预处理和水泥窑协同处置于一体的创新性模式。经估算，若5 000 t/d 水泥熟料生产线利用此类技术日处理200~500 t 的生活垃圾，可实现吨熟料煤耗降低3%~6%，电耗增加3~5 kWh，折算成吨熟料CO2排放量降低4.02~13.23 kg ，吨熟料NOx排放量降低0.02~0.06 kg 。初始投资平均增加约8 000万元，单位熟料运行成本降低3.36~6.72 元/t 。生活垃圾补贴费用因各地政府标准不统一(50~200 元/t) ，假设每吨生活垃圾补贴100 元，预计投资回收期超过10年。
1.2 水泥窑协同处置城市生活垃圾(联合气化炉)技术
水泥窑协同处置城市生活垃圾(联合气化炉)技术，即将城市生活垃圾发酵、均化、破碎、称量等工序后，先送入气化炉，汽化后形成可燃性气体送入水泥分解炉内焚烧，气化炉底渣经分离后作为水泥配料。这种技术是联合水泥窑炉和气化炉的双重优势，对由此产生的废气、炉底渣及渗滤液进行无害化处理的全新的环境保护技术。它适用于新型干法水泥生产线协同处置城市生活垃圾技术改造。需要注意的是：垃圾处理站与水泥生产企业的距离
不宜过远; 垃圾引入的有害元素对水泥窑正常生产的影响等问题。日本川崎、德国RüDERSDO水RF 泥等掌握该类技术，安徽海螺CKK系统技术和南京凯盛开能环保气化焚烧系统技术等就属于此协同处置技术的范畴。CKK系统技术，气化炉单炉主要规格为100~400 t/d ，以配套2 000~12 000 t/d 等不同规格的水泥窑系统。经调查，当垃圾喂入量占生产水泥熟料量10%以内时，对水泥正常生产并无影响。经估算，若5 000 t/d 水泥熟料生产线利用此类技术日处理300 t 的生活垃圾，可实现吨熟料煤耗降低约4%，电耗增加2~4 kWh，折算成吨熟料CO2排放量降低7.34~8.82 kg，吨熟料NOx排放量降低0.03~0.04 kg 。初始投资平均增加约1 亿元，单位运行成本降低约4.48 元/t 。假设每吨生活垃圾补贴100 元，预计投资回收期约为10 年。
1.3 水泥窑协同处置城市污水污泥（干化）技术
水泥窑协同处置城市污水污泥（干化）技术，即将城市污水污泥送入污泥干化系统，利用水泥厂余热来直接或间接烘干湿污泥（含水率80%左右）至干污泥（含水率30%以下，部分干化技术可达到5%以下）。烘干所得废气再次处理; 所得干污泥呈散状颗粒（部分干化技术可实现粒径在10 mm以下，而热值高达12 540~14 630 kJ/kg），经输送及喂料设备，送入水泥窑，可作为替代燃料直接参与燃烧。另外，干污泥中含有SiO2、CaO等，可用作水泥生产替代原料。污泥干化技术的核心在于热交换器和干燥机。污泥干化系统因热源与污泥接触方式、干化效率的不同，分为增钙热干化技术、直接接触干燥技术、导热油干化技术、污泥燃料化技术等。它
适用于新型干法水泥生产线协同处置城市污水污泥技术改造。需要注意的
是：城市污水污泥站与水泥生产企业的距离不宜过远; 引入的有害元素对水泥窑正常生产的影响; 城市污水污泥运输过程中的密闭; 臭味的监测与控制等问题。日本日挥公司、意大利涡龙公司等掌握了相关水泥窑协同处置污水污泥（干化）的技术; 国内北京水泥厂引进意大利“ VOMM高效涡轮薄层干燥技术” （简称涡轮薄层技术/ 工艺），是采用导热油干化污泥; 广州越堡水泥公司自行开发的旋流喷嘴直接干燥污泥，是利用窑尾余热气体对湿污泥进行干燥，污泥含水率可降至约30%[1] ，是典型的半干化技术; 华新环境工程有限公司、合肥水泥研究设计院等产学研单位也有相应技术应用案例。经估算，5 000 t/d 水泥熟料生产线日处理污泥500~600 t ，吨熟料降低标准煤耗约6 kg ，增加电耗3 kWh，减少余热发电量约20%，吨熟料可实现CO2排放量减少11.5 kg ，NOx的削减量在40%~60%之间，假定原吨熟料NOx排放量为1.6 kg（《第一次全国污染源普查》），NOx 的削减量为50%，则吨熟料可实现NOx减少0.8 kg 。初始投资平均增加约8 000 万元，单位熟料运行成本增加4.55 元/t 。污泥补贴费用因各地政府标准不统一（50~300 元/t），假设吨污泥补贴100 元，预计投资回收期约
为6 年。
2 水泥窑协同处置技术减排潜力与成本
为了较为全面地分析各主要水泥窑协同处置固体废物技术的减排潜力和减排成本，以5 000 t/d 水泥熟料生产线作为基准，采用边际减排成本曲线(MAC)方法进行相关技术的评估分析。
2.1 边际减排成本曲线
边际减排成本曲线(MAC)，是从技术发展趋势的角度，着重考虑相对基准情景的技术减排潜力和减排成本，通过目标的年减排成本排序，以进行技术评估分析。主要优点是数据要求较低，便于操作。主要分析步骤包括：
1) 收集技术的减排潜力和减排成本。
2) 协同控制效应分析。在二维坐标系中，横轴反映技术措施对NOx的减排效果，纵轴反映技术措施对CO2的减排效果，该技术措施在坐标系中所处的空间位置，可以直观地反映其减排效果及其处置状况。
3) 费用-效果评价。单位污染物减排成本是将减排措施的减排效果和减排成本综合考虑，反映了减排单位量的污染物所必须付出的成本。
4) 将技术按照长期边际成本由低到高排序，绘制边际减排成本曲线(见图1)。
5）根据减排目标，通过横坐标画一条直线（其值为目标减排量），直线左侧即为拟筛选技术组合。
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2.2 协同控制效应分析
根据《中国水泥年鉴》[2] 以及《第一次全国污染源普查》[3] ，计算得出水泥行业单位标准煤的NOx排放量; 根据《中国水泥年鉴》以及《中国水泥行业二氧化碳排放系数测算数据》[4] ，计算得出水泥行业单位标准煤