北京市生活垃圾焚燒項(xiàng)目LCA評(píng)價(jià)

1、北京市高安屯生活垃圾焚燒項(xiàng)目LCA評(píng)價(jià)摘要：文中作者采用生命循環(huán)周期評(píng)價(jià)方法對(duì)北京第一家垃圾焚燒發(fā)電廠，也是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的一個(gè) 生活垃圾處理項(xiàng)目一一高安屯生活垃圾焚燒發(fā)電廠，在城市垃圾處理處置及節(jié)能減排方面所作的貢獻(xiàn)進(jìn)行 了評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)生活垃圾處理的全過(guò)程的投入與產(chǎn)出的分析對(duì)比，對(duì)該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性及其對(duì)環(huán)境帶來(lái)的影 響進(jìn)行了分析，最終得出其具有顯著的減排及經(jīng)濟(jì)效益，該處理方式值得推廣的結(jié)論。刖言本文中作者意圖采用LCA （生命循環(huán)周期評(píng)價(jià)）方法，對(duì)北京市第一家垃圾焚燒發(fā)電廠，也是目前國(guó)內(nèi) 規(guī)模最大的項(xiàng)目一一高安屯生活垃圾焚燒發(fā)電廠，在城市垃圾處理處置及節(jié)能減排方面所作的貢獻(xiàn)進(jìn)行評(píng) 價(jià)。LCA

2、方法即通過(guò)對(duì)能源、原材料消耗及廢物排放的鑒定及量化來(lái)評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品、過(guò)程或活動(dòng) 對(duì)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)擔(dān)的客觀方法。本文擬通過(guò)對(duì)ADP不可再生之原料消耗、EDP不可再生之能源消耗、 GWP溫室效應(yīng)等幾項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行分析，以期對(duì)高安屯垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目適用性、經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)性進(jìn)行全面評(píng) 價(jià)。一、北京市生活垃圾處理處置現(xiàn)狀及發(fā)展延慶小5K家口埴埋場(chǎng)阿蘇填埋場(chǎng)六里屯填埋場(chǎng)門頭溝焦家坡埴埋場(chǎng)豐臺(tái)永合莊埴埋場(chǎng)房山半壁店境埋場(chǎng)昌平密云濱陽(yáng)埋場(chǎng)高安屯填埋場(chǎng)平谷前芮首填埋場(chǎng)北坤樹埴埋場(chǎng)通州西田陽(yáng)填理場(chǎng)安定境埋場(chǎng)房由東南召填埋場(chǎng)北京作為我國(guó)政治文化經(jīng)濟(jì)的中心，環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。通過(guò)近幾年建設(shè)中心城 和新城已經(jīng)形

3、成了較為完善的生活垃圾管理系統(tǒng)，具體如下：1.1北京市生活垃圾總量：2005年北京市生活垃圾產(chǎn)生量14710噸/日，預(yù)計(jì)2010年全市生活垃圾產(chǎn)生量16620噸/日。1.2北京市生活垃圾處理設(shè)施情況：2005年全市已經(jīng)建成17座垃圾處理設(shè)施，其中，垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)9座，垃圾堆肥廠2座，垃圾焚燒廠2座，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站6座，日處理能力為8800噸，城區(qū)垃圾無(wú)害化處理 率達(dá)到95%，郊區(qū)達(dá)到45%，垃圾資源利用率僅為10%。主要方式是衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒，所占比重分 別為89.6%、5.8%和4.6%。 “十一五”發(fā)展目標(biāo)：“十一五”期間全市新建生活垃圾處理設(shè)施23座，改擴(kuò) 建3座，其中：焚燒廠4座（新建

4、），綜合處理廠10座（新建），填埋場(chǎng)12座（新建9座，擴(kuò)建3座），形成焚 燒處理能力7200噸/日，堆肥處理能力8050噸/日，填埋處理能力6050噸/日。另外，“ 一五”期間將陸續(xù) 關(guān)閉8座垃圾處理設(shè)施。到2010年，全市共擁有生活垃圾處理設(shè)施32座，處理原生垃圾總能力18395噸/ 日，城區(qū)、郊區(qū)生活垃圾無(wú)害化處理率分別達(dá)到99%、80%。目前，高安屯所在區(qū)朝陽(yáng)區(qū)日產(chǎn)垃圾2800噸，占城八區(qū)全部垃圾的四分之一。二、高安屯生活垃圾焚燒項(xiàng)目總體情況2.1建設(shè)規(guī)模及社會(huì)效益高安屯生活垃圾焚燒發(fā)電廠是北京市第一家垃圾焚燒發(fā)電廠，也是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、亞洲單線最大 的項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用BOT模式，由金

5、州環(huán)境集團(tuán)負(fù)責(zé)投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，總投資8.2億元，占地70畝， 建設(shè)規(guī)模36793.64平方米。建成后日處理生活垃圾1600噸，能消化”朝陽(yáng)區(qū)一半以上的垃圾，產(chǎn)生的余 熱每年發(fā)電2.2億度。高安屯垃圾焚燒發(fā)電廠的運(yùn)營(yíng)期為30年（含建設(shè)期）。作為北京市惟一為奧運(yùn)提供 垃圾焚燒處理的服務(wù)設(shè)施，運(yùn)營(yíng)后將解決朝陽(yáng)區(qū)一半的生活垃圾處理量，為200多萬(wàn)城市人口提供環(huán)境服 務(wù)，同時(shí)解決奧運(yùn)期間運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、運(yùn)動(dòng)員村及相關(guān)公共場(chǎng)所的垃圾焚燒處理問(wèn)題。2.2系統(tǒng)組成及配套設(shè)施該生活垃圾焚燒廠以生活垃圾為主要原料，垃圾熱值范圍為11002000大卡/公斤。工廠由垃圾接受 系統(tǒng)、焚燒和余熱鍋爐系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、灰渣處

6、理系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、輸配電系統(tǒng)等組成。主 要設(shè)備為2臺(tái)日處理生活垃圾800噸的垃圾焚燒爐、2臺(tái)15MW的汽輪發(fā)電機(jī)組。2.3預(yù)期節(jié)能減排效果生活垃圾通過(guò)焚燒后，垃圾可以減容90%，減量80%。在垃圾焚燒工藝中，高安屯項(xiàng)目采用所 需生活用水、鍋爐補(bǔ)水取自地下水，生產(chǎn)用水取自酒仙橋污水處理廠處理后的中水。中水作為冷卻循環(huán)水， 每年可節(jié)約160萬(wàn)噸城市供水資源，有效地節(jié)約了水資源。垃圾作為一種生物質(zhì)能，將其燃燒用于發(fā) 電，可以有效節(jié)約化石能源，高安屯項(xiàng)目每年將焚燒53.3萬(wàn)噸垃圾，余熱每年發(fā)電2.2億度，相當(dāng) 于每年節(jié)約7萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。一方面，由于焚燒垃圾代替燃煤發(fā)電，帶來(lái)二氧化碳?xì)怏w的減排；另

7、一方面， 每天1600噸的垃圾用焚燒代替填埋，由此大量甲烷氣體得到減排，因此，本項(xiàng)目年平均減排溫室氣體的二 氧化碳當(dāng)量約20萬(wàn)噸。該廠采用完全燃燒+活性炭吸附工藝，排放的煙氣經(jīng)過(guò)處理后，其中的二氧化硫、 氮氧化物、二惡英等污染物完全能夠達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。2.4資源化目標(biāo)燃燒爐中的爐渣進(jìn)行綜合利用，每年產(chǎn)生的12萬(wàn)噸爐渣用于制磚。另外，每年產(chǎn)生的1.4萬(wàn)噸 飛灰，按國(guó)家關(guān)于危險(xiǎn)廢物的政策法規(guī)要求進(jìn)行處理和處置，并燒制陶粒，作為建筑材料，達(dá)到綜合 利用。目前國(guó)家禁止使用粘土用作建筑材料，這樣可以節(jié)約相應(yīng)量的粘土資源，實(shí)現(xiàn)了資源化的目標(biāo)。三、調(diào)查目的和調(diào)查范圍的確定目的是分析高安屯垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，

8、在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程的資源、能源消耗，以及向大氣、水體和土壤 中排放的污染物對(duì)環(huán)境造成的影響，進(jìn)而提出對(duì)生活垃圾焚燒項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行可持續(xù)管理的對(duì)策。調(diào)查范圍確定為生活垃圾焚燒的典型工藝。即垃圾混合收集后，汽運(yùn)送抵垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站（以小武基為例），經(jīng)分選后適合焚燒部分約14.1%的廢紙、 織品和橡膠及部分廢塑料等則被送入焚燒爐焚燒回收熱能。分選獲得的鋼鐵、紙張、玻璃等利用價(jià)值較高 的可再生資源，進(jìn)行回收并送資源工廠再利用。焚燒部分產(chǎn)生的熱量通過(guò)廢熱鍋爐及汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，也 可選擇汽電聯(lián)產(chǎn)。焚燒過(guò)程產(chǎn)物之一的尾氣需要進(jìn)一步處理，其中飛灰被分離下來(lái)以后，進(jìn)行建筑材料陶 粒的燒制。氣體需采用活性碳進(jìn)行二惡英等有毒害

9、物質(zhì)進(jìn)行吸附處理后排放。焚燒產(chǎn)物還可利用磁體進(jìn)行金屬的回收，底灰爐渣部分采集后用于燒制建筑用磚，從而完成整個(gè)生命周期循環(huán)。高安屯垃圾焚燒發(fā)電廠系統(tǒng)邊界圖四、生命清單周期分析（LCI）4.1數(shù)據(jù)分析城市生活垃圾LCI數(shù)據(jù)收集包括其在生命周期各個(gè)階段的物質(zhì)能源消耗，以及向水體、大氣和土壤中各 類污染物排放。數(shù)據(jù)來(lái)源:北京市環(huán)保局和其他環(huán)境管理部門提供的數(shù)據(jù);北京市部分垃圾處理設(shè)施（如小武 基轉(zhuǎn)運(yùn)站、高安屯垃圾焚燒發(fā)電廠等）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);文獻(xiàn)參考數(shù)據(jù)。4.2成本及CO2排放分析社會(huì)成本數(shù)據(jù)包括固定成本和運(yùn)行成本單項(xiàng)處理成本和全程處理成本。下面通過(guò)對(duì)各流程的分解來(lái)具體分析垃圾全過(guò)程的處理成本。收

10、運(yùn)分選單元成本及CO排放量計(jì)算從垃圾收集點(diǎn)到小武基中轉(zhuǎn)站距離取15公里為半徑(以朝陽(yáng)區(qū)垃圾為主)，車輛采用東風(fēng)L40前滑蓋式密封垃圾車(柴油)，裝載容積8方，按垃圾密度0.4T/M3計(jì)，實(shí)際裝載3.2噸，百公里油耗(18L/100km)。從小 武基轉(zhuǎn)運(yùn)站至高安屯焚燒發(fā)電廠距離22公里，車輛采用BQJ5320ZYS壓縮式垃圾車，箱體容積24立方，分選 后垃圾密度按0.8T/M3計(jì)，實(shí)際裝載19.2噸，百公里油耗(40L/100km)。小武基轉(zhuǎn)運(yùn)站未中德合建，總投資1.5 億元，日處理量980噸/天，運(yùn)行成本124元/噸。1) 從收集到轉(zhuǎn)運(yùn)站運(yùn)費(fèi)及排放量每日收集運(yùn)輸輛次數(shù)=980/3.2=307輛

11、次往返里程=307*2*10=6140公里此處取平均里程10公里油耗 6140*18/100=1105.2L噸成本4*1105.2980=4.5元/噸柴油按4元/升計(jì)CO2 排放量2.59*1105.2=2862.5Kg噸排放量2862.5/980=2.9Kg/T2) 從轉(zhuǎn)運(yùn)站到焚燒廠因高安屯日處理能力為1600噸/天每日燃燒用垃圾運(yùn)輸量次數(shù)=1600/19.2=84輛次往返里程=84*2*22=3696公里此處里程取小武基到高安屯油耗 3696*40/100=1478.4L噸成本4*1478.4/1600=3.7元/噸柴油按4元/升計(jì)CO2 排放量2.59*1478.4=3829.1Kg噸排

12、放量3829.1/1600=2.4Kg/T3)分選成本收益及CO2排放分析北京市城市垃圾平均組分表:年份廚余塑料紙類玻璃草木灰土織物磚瓦金屬2001年40.515.715.677.68.72.11.41.42002年45.7714.5915.494.326.458.82.920.710.892005年38.317.416.27.97.67.42.21.41.62008年36.419.8178.67.45.22.31.81.62010 年35.420.516.99.37.44.62.61.81.6平均39.27417.59816.2387.4247.296.942.4241.4221.418分選

13、效率及回收收益表物質(zhì)回收收益（元/噸）含量分選率%實(shí)際回收收益（元/噸垃圾）塑料40017.68559.84金屬10001.4188512.6紙類20016.247022.74玻璃1507.424808.91合計(jì)104.1除塵器垃圾車?yán)?60 mm015eit15 60 mmmm皿圖4-14北京小武基垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站工藝流程圖分選過(guò)程能耗18.6 KWh/T垃圾82排放量0.547*18.6 KWh/T 垃圾=10.1472Kg/T 垃圾4）資源回收成本及CO2排放分析回收垃圾質(zhì)量334.7Kg/噸垃圾，回收總量334.7*980=328噸采用20噸貨運(yùn)柴油車共需17輛次往返里程=17*2*20

14、=680公里此處里程取20公里油耗 680*40/100=272L柴油按4元/升計(jì)噸成本4*27勿980=1.1元/噸82排放量2.59*272=704.5Kg 噸排放量704.5/980=0.72Kg/T抽氣鍋爐給水資源化焚燒單元成本及CO拜放量計(jì)算一次空氣 預(yù)熱器爐渣儲(chǔ)坑除氧器化學(xué)水處半干式清石灰漿泵制漿罐焚燒單元運(yùn)行成本分析如下表所示:設(shè)備使用壽命按20年計(jì)設(shè)備折舊 8.2*108/20/(53.3*104)=77 元 / 噸噸發(fā)電量 2.2*10八8/(53.3*10八4)=412.8度/噸按電價(jià)0.48計(jì)上網(wǎng)發(fā)電噸價(jià)格0.48*412.8=198.144元/噸系統(tǒng)焚燒單元投入產(chǎn)出清單

15、設(shè)備折舊-77運(yùn)行費(fèi)用（包括廢熱鍋爐、汽輪機(jī)）-91.22（參考深圳）焚燒發(fā)電上網(wǎng)費(fèi)用198.144元費(fèi)用（元/噸垃圾）項(xiàng)目合計(jì)31元/噸以平均垃圾組分為例（分選后）計(jì)算其成分與低位發(fā)熱值如下表物理組分工業(yè)分析（典型 值）元素分析（，干基典型值）熱值（對(duì)，典型值）分 類濕基 比例水八刀固 定 碳灰 分CHONS其 他高位低位廚余類59.170.03.69.048.06.437.62.60.45.013917.01984.4塑 料4.06.02.010.060.07.222.80.00.010.032064.028460.7紙 類7.330.08.46.044.06.044.00.30.25.5

16、16700.09988.2布類3.630.017.56.055.06.631.24.60.22.517450.010418.3竹 木11.045.011.33.049.56.042.70.20.11.511260.04318.0玻璃2.22.00.098.00.50.10.40.10.098.90.0-72.3金屬0.32.00.098.04.50.64.30.10.090.50.0-183.0灰土12.530.00.070.026.33.02.00.50.367.96980.03658.6合計(jì)100.053.64.717.944.75.832.41.80.315.013455.14337.0

17、計(jì)算垃圾元素分析如下表CHONS其他0.414050.054060.3216580.0174610.00270.15由熱值知燃燒過(guò)程不需要添加輔助燃料。生活垃圾中的有機(jī)物元素組成主要為C、H、0、N、S、A （灰 分）、w （水分），其可燃燒成分完全燃燒后生成的煙氣主要成分幽02、so2、h2o、n2和02,同時(shí)也含有部 分有害物質(zhì)，有煙塵、酸性氣體（HCL、HF、S02、NOX）、CO、碳?xì)浠衔?、重金屬、二嗯英（PCDD/PCDFS）, 但容積比例很低且采用了尾氣處理手段，在計(jì)算煙氣量時(shí)不予考慮。生活垃圾完全燃燒時(shí)的理論空氣需要量為A0、理論煙氣排放量Gp的計(jì)算公式如下：Ad = （1.8

18、67C+ 5.6H+ 0.7S- 0.70）/0.21Gy= 1.B67C + 0.7S + 0.BN+ 11.2H + 1. 24W + 0.79A QGp = G,. + (tn -其中：C、H、0、N、S、W為生活垃圾中C、H、0、N、S元素和水分的質(zhì)量百分比；m為空氣過(guò)剩系數(shù)， 取均值1.7。每公斤垃圾產(chǎn)生干煙氣體積(m)Kg)理論空氣 量理論煙氣 量實(shí)際煙氣排放量4.064.67.44即根據(jù)焚燒處理的生活垃圾分類及元素分析和上述公式計(jì)算得1噸垃圾焚燒所需理論空氣量為4060m3/T，實(shí)際煙氣排放量為7440m3/T。其中CO2的產(chǎn)生量采用碳的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行計(jì)算，即Mco2=1t*C%*4

19、4/12=0.414*44/12=1489Kg/t(垃圾)消耗電能產(chǎn)生CO2量=0.547*412.8/5=45.2Kg/噸垃圾假設(shè)發(fā)電量總量的1/5用于生產(chǎn)燃燒廢產(chǎn)物處理資源化輸入輸出及CO2排放量廢氣及飛灰處理成本及CO2排放量大型爐排焚燒爐焚燒一噸垃圾會(huì)產(chǎn)生2% 5%的飛灰，筆者取飛灰產(chǎn)率為4%，計(jì)算焚燒過(guò)程中的飛灰 排放量為：M飛灰=1t*4%=40Kg飛灰/t垃圾飛灰可用于制作陶粒成品價(jià)格280元/噸，假設(shè)飛灰作為原料價(jià)格30元/噸飛灰資源化產(chǎn)出=40Kg飛灰/t垃圾*30元/噸/1000=1.2元/噸垃圾飛灰總量=40Kg飛灰/t垃圾*1600t=64噸采用4噸卡車16輛次往返里程

20、=16*2*20=640公里此處取平均里程20公里油耗 640*1&100=115.2L噸成本4*115.2/1600=0.288元/噸垃圾柴油按4元/升計(jì)CO2 排放量2.59*115.2=298.37Kg噸排放量298.3；/1600=0.186Kg/噸垃圾滲濾液處理成本及CO2排放量滲濾液來(lái)源于垃圾含水511.5Kg/t垃圾來(lái)源于個(gè)垃圾組分含水假設(shè)全部濾出采用工藝方法MBR+NF+RO膜法，反硝化和硝化（生化處理）+超濾+納濾+反滲透（R0）此處理系統(tǒng)由德國(guó)維爾利公司全套提供。填埋處理滲瀝液成本約為20元/噸（來(lái)源于北神樹）單位質(zhì)量垃圾滲濾液處理成本=20元/噸*0.5t/t垃圾=10元/噸垃圾3）爐渣處理成本及C02排放量生活垃圾焚燒設(shè)施爐渣生成量，與垃圾種類、焚燒爐型式、焚燒條件有關(guān)。一般焚燒 1t垃圾會(huì)產(chǎn)生20%的爐渣。計(jì)算焚燒過(guò)程中爐渣排放量為：M爐渣=1t*20%=200Kg（爐渣）/t（生活垃圾）爐渣資源化產(chǎn)出=200Kg（爐渣）/t（生活垃圾）*38元/噸/1000=7.6元/噸垃圾爐渣產(chǎn)生總量=200 Kg（爐渣）/t（生活垃圾）*160