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1研究對象及方法

1．1二嗯英減排技術(shù)及選定研究的技術(shù)方案

大量文獻報道，大氣中二嗯英的減排技術(shù)主要包括燃燒前進料控制技術(shù)、燃燒過程控制技術(shù)和末端控制技術(shù)三大類，對于垃圾焚燒發(fā)電廠尤其需要燃燒過程控制技術(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。燃燒過程控制技術(shù)主要是對燃燒條件(包括溫度、時間、湍流度、氧氣量等參數(shù))的控制使其達到阻止二嗯英前驅(qū)物的生成；還包括通過添加抑制劑達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行控制。對于大型垃圾焚燒發(fā)電廠，可通過自動監(jiān)控裝置對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必須環(huán)節(jié)，不單獨評價此類技術(shù)。因此，對目前常用的以活性炭噴射吸附二嗯英(簡稱活性炭噴射方案)和選擇性催化分解二嗯英(簡稱催化分解方案)為主導(dǎo)的2種方案進行比較分析。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。

1．2研究方法

對2種方案進行比較時，主要從環(huán)境及技術(shù)和經(jīng)濟兩方面進行評價，環(huán)境及技術(shù)、經(jīng)濟性能的評價因素見。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)報道的定量數(shù)據(jù)進行比較。這主要是由于催化分解方案在我國的垃圾焚燒發(fā)電廠還沒有應(yīng)用，對其環(huán)境及技術(shù)性能的描述主要來自國外文獻，很難完全采用定量打分的方法對2種方案進行評價，因此評價方法以定性比較為主。對2種方案進行經(jīng)濟性能評價時，雖然布袋除塵、煙氣脫酸等煙氣控制措施對二嗯英的減排起到很好的作用，但由于其最初設(shè)計目的及主要功能并非針對二嗯英的減排。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用列入減排二嗯英產(chǎn)生的費用。

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，當煙氣溫度在160、190℃時，噴人活性炭后二嗯英的去除效率可達到97～98；但當煙氣溫度達到220℃時，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，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到95．5％的二嗯英去除效率。ABAD等J證實，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不到0．1ngI—TEQ／m的二嗯英排放限值，當以100mg／m~的噴射速率噴入活性炭時，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。當噴射速率小于65mg／m~時，去除效率隨著噴射速率的提高而提高，呈近線性關(guān)系；當噴射速率達到150mg／m~時，去除效率提高到95以上時，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，可以計算達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，通常活性炭的噴人計量在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行的基礎(chǔ)上，活性炭的噴射速率達到100mg／m~時，出口二嗯英質(zhì)量濃度可以達到0．05～0．10ngI-TEQ／m?；钚蕴繃娚湓谌コ庞⒌耐瑫r，對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)也能達到9O的去除E]，同時對重金屬汞也能高效吸附去除使其達到排放限值[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對城市生活焚燒爐飛灰的實驗研究表明，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，是沒有噴射時(254ng／g)的1．8倍。因此，該方案中的飛灰要根據(jù)危險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，最初用來催化還原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。本研究對催化分解二嗯英技術(shù)進行評價時以Shell提供的SDDS技術(shù)為例。該技術(shù)在煙氣溫度達到150℃時，二嗯英的去除效率可以達到98．0～99．7，同時對其他有機污染物如五氯苯酚(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。)。這比我國目前煙塵排放最高地方標準DB11／502-2008中要求的30mg／m。高許多。因此，對于我國目前大多數(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)濟性能分析

對2種方案進行經(jīng)濟性能評價時，以700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠為評價對象。此規(guī)模的垃圾焚燒發(fā)電廠和我國正在及即將建設(shè)的大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠規(guī)模相當，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(包括活性炭儲倉、體積計量給料器、空氣壓縮裝置和噴嘴)需約5O萬元，2條的投資成本為100萬元。若采用進口設(shè)備，一般為國產(chǎn)設(shè)備的1．8倍，約180萬元。

3．1．2運行成本

運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。選用國產(chǎn)活性炭時，按每噸10000元計算；若選用進口活性炭，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廢物。垃圾焚燒飛灰安全處置收費多數(shù)地區(qū)還沒有指定價格標準，公布的可查標準來自無錫市，因此按照無錫市收費標準1．7元／kg計算，可得由于噴射活性炭所增加的飛灰處置費用為198900元／a。因此，該方案的運行成本為1368900元(國產(chǎn))或2585700元(進口)。能耗和維護費用所占比例很少，因此忽略不計。

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)?；钚蕴繃娚浞桨冈?5年內(nèi)的等值年成本為147萬～276萬元。從計算可以看出，活性炭噴射方案的運行成本占到等值年成本的9O％以上，即活性炭的購買費用和飛灰處置費用占主導(dǎo)。這些費用均是由于活性炭的噴人量決定，因此等值年成本對活性炭用量這個參數(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等值年成本的影響程度見(以國產(chǎn)設(shè)備+國產(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。700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠投資約為50萬～120萬美元?？紤]增值稅(17％)和進口稅(6．5)后，投資約為62萬～150萬美元。該裝置中催化劑費用占6O，鋼筑的反應(yīng)器費用占40。

3．2．2運行成本

SDDS裝置運行中不需要額外再添加任何物質(zhì)。由于其在溫度160℃就可達到對二嗯英的高效催化分解作用，因此不需要對煙氣進行加熱，不需要額外能耗，維護費用也較低。該技術(shù)運行成本可忽略。

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算。催化劑成本計算中為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8．83萬～21．37萬美元，反應(yīng)器的等值年成本為2．55萬～6．18萬美元，則總和為11．38萬～27．55萬美元，約77萬～187萬元。從計算可以看出，催化分解方案的費用主要集中在設(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較長(一般為5年)，所需等值年成本就越低。

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

4．1垃圾焚燒發(fā)電廠投資費用

《城市生活垃圾焚燒處理工程項目建設(shè)標準》中將垃圾焚燒發(fā)電廠投資指標估算定為2O萬～65萬元／(t•d)。不同技術(shù)投資有所不同，目前一般分為四大類型，包括引進設(shè)備爐排爐焚燒廠、引進技術(shù)爐排爐焚燒廠、國產(chǎn)爐排爐焚燒廠和國產(chǎn)流化床焚燒廠。以國產(chǎn)爐排爐為例，投資指標約為35萬元／(t•d)。700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠投資費用約為2．45億元。以為20年、r為6計算，其年投資費用為2136萬元。

4．2垃圾焚燒發(fā)電廠收入

垃圾焚燒發(fā)電廠收入主要來自政府垃圾補貼和上網(wǎng)售電兩大部分。受投資費用、運行成本和地區(qū)經(jīng)濟差異影響，補貼費用各地區(qū)、各廠不一。上海和深圳補貼最高，一般中等城市如成都、紹興、溫州等補貼約7O元／t。根據(jù)國家發(fā)改委《可再生能源發(fā)電價格和費用分攤管理試行辦法》規(guī)定，2006年以后建設(shè)的新電廠，上網(wǎng)電價執(zhí)行2005年脫硫燃煤機組標桿上網(wǎng)電價加補貼電價組成，電價補貼標準為0．25元／(kw•h)。同時，垃圾焚燒發(fā)電廠在增值稅和所得稅方面均有優(yōu)惠。按照每噸垃圾補貼70元、上網(wǎng)電價0．60元／(kw•h)、每噸垃圾上網(wǎng)電量200kw•h來計算，700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠主要年收入約為4433萬元。

4．3垃圾焚燒發(fā)電廠利潤

我國絕大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠采取BOT經(jīng)營模式，銷售收入年利潤率一般保持1o。為達到該利潤，在年投資費用為2136萬元、年收入為4433萬元情況下，年運行及維護費用需要控制在1854萬元，每噸垃圾運行成本需控制在79元。

4．42種方案對垃圾焚燒發(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)。但該方案在運行成本中所占比例較顯著，其運行成本占總運行維護成本的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。由于其運行過程中不需要額外物耗、能耗，對垃圾焚燒發(fā)電廠的運行成本不造成影響。但考慮到其催化劑使用壽命，每5年需要更換，每次費用約為253萬～612萬元。

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，我國對垃圾焚燒發(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用是建設(shè)前期需要考慮的因素，根據(jù)對700t／d垃圾焚燒發(fā)電廠的估算，可計算不同規(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)，當建設(shè)項目擴大或縮減規(guī)模主要靠增減機器設(shè)備的規(guī)格尺寸、容量時，e取0．6～0．7，當建設(shè)項目擴大規(guī)模主要靠增加相同機器設(shè)備數(shù)量的方式時，取0．8～1．0；為物價調(diào)整系數(shù)；P為活性炭價格，元／t；P。為飛灰處置費用，元／t。等值年成本結(jié)合DC和0C根據(jù)式(1)進行計算。由于Shell提供的SDDS技術(shù)的催化劑和反應(yīng)器均需進口，隨著應(yīng)用項目的擴展，其價格可能會發(fā)生一定的波動，目前可以按照生產(chǎn)規(guī)模指數(shù)法對其直接投資成本進行估算。

5討論

列出了2種方案在技術(shù)、經(jīng)濟方面的比較。由可以看出，從技術(shù)指標分析，2種方案均可滿足國際最嚴格的0．1ngI—TEQ／m二嗯英排放限值。但活性炭噴射方案對污染物由大氣轉(zhuǎn)移到飛灰，因此從總體排放強度來看，催化分解方案所排放的二嗯英更少。從經(jīng)濟指標分析，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)。長期來看，催化分解方案的等值年費用和活性炭噴射方案相差不多，因此在經(jīng)濟發(fā)達地區(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)管成本在評價2種方案時也是一顯著因素。由于活性炭噴射方案的費用主要體現(xiàn)在運行成本中，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，對活性炭少用或者以次充好來節(jié)省成本。如何確保企業(yè)在實際運行中能穩(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。但實際運行中，大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠對煙氣排放的二嗯英每年僅進行1～2次監(jiān)測，對活性炭的噴入量環(huán)境監(jiān)管部門也無法做到實時監(jiān)管，需要企業(yè)自覺投入，因此加大了環(huán)境中二嗯英排放的風(fēng)險。催化分解方案一次投入后，運行中所需監(jiān)管成本少。綜合來看，在將來二嗯英排放限制越來越嚴的情況下催化分解方案更具有吸引力。

6結(jié)語

針對垃圾焚燒行業(yè)，對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種方案進行了環(huán)境及技術(shù)性能比較，計算了2種方案的設(shè)備成本、運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用的公式。今后，垃圾焚燒發(fā)電廠在建設(shè)時設(shè)計、選擇二嗯英類污染物的控制方案過程中，采用本研究提出的公式將較準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、合理確定項目投資的基礎(chǔ)。