北京市生活垃圾焚烧项目LCA评价

1、北京市高安屯生活垃圾焚烧项目LCA评价摘要：文中作者采用生命循环周期评价方法对北京第一家垃圾焚烧发电厂，也是目前国内规模最大的一个 生活垃圾处理项目一一高安屯生活垃圾焚烧发电厂，在城市垃圾处理处置及节能减排方面所作的贡献进行 了评价。通过对生活垃圾处理的全过程的投入与产出的分析对比，对该项目的经济性及其对环境带来的影 响进行了分析，最终得出其具有显著的减排及经济效益，该处理方式值得推广的结论。刖言本文中作者意图采用LCA （生命循环周期评价）方法，对北京市第一家垃圾焚烧发电厂，也是目前国内 规模最大的项目一一高安屯生活垃圾焚烧发电厂，在城市垃圾处理处置及节能减排方面所作的贡献进行评 价。LCA

2、方法即通过对能源、原材料消耗及废物排放的鉴定及量化来评估一个产品、过程或活动 对环境带来的负担的客观方法。本文拟通过对ADP不可再生之原料消耗、EDP不可再生之能源消耗、 GWP温室效应等几项内容进行分析，以期对高安屯垃圾焚烧发电项目适用性、经济性、社会性进行全面评 价。一、北京市生活垃圾处理处置现状及发展延庆小5K家口埴埋场阿苏填埋场六里屯填埋场门头沟焦家坡埴埋场丰台永合庄埴埋场房山半壁店境埋场昌平密云滨阳埋场高安屯填埋场平谷前芮首填埋场北坤树埴埋场通州西田阳填理场安定境埋场房由东南召填埋场北京作为我国政治文化经济的中心，环境质量问题日益成为人们关注的焦点。通过近几年建设中心城 和新城已经形

3、成了较为完善的生活垃圾管理系统，具体如下：1.1北京市生活垃圾总量：2005年北京市生活垃圾产生量14710吨/日，预计2010年全市生活垃圾产生量16620吨/日。1.2北京市生活垃圾处理设施情况：2005年全市已经建成17座垃圾处理设施，其中，垃圾卫生填埋场9座，垃圾堆肥厂2座，垃圾焚烧厂2座，垃圾转运站6座，日处理能力为8800吨，城区垃圾无害化处理 率达到95%，郊区达到45%，垃圾资源利用率仅为10%。主要方式是卫生填埋、堆肥和焚烧，所占比重分 别为89.6%、5.8%和4.6%。 “十一五”发展目标：“十一五”期间全市新建生活垃圾处理设施23座，改扩 建3座，其中：焚烧厂4座（新建

4、），综合处理厂10座（新建），填埋场12座（新建9座，扩建3座），形成焚 烧处理能力7200吨/日，堆肥处理能力8050吨/日，填埋处理能力6050吨/日。另外，“ 一五”期间将陆续 关闭8座垃圾处理设施。到2010年，全市共拥有生活垃圾处理设施32座，处理原生垃圾总能力18395吨/ 日，城区、郊区生活垃圾无害化处理率分别达到99%、80%。目前，高安屯所在区朝阳区日产垃圾2800吨，占城八区全部垃圾的四分之一。二、高安屯生活垃圾焚烧项目总体情况2.1建设规模及社会效益高安屯生活垃圾焚烧发电厂是北京市第一家垃圾焚烧发电厂，也是目前国内规模最大、亚洲单线最大 的项目。该项目采用BOT模式，由金

5、州环境集团负责投资、建设和运营，总投资8.2亿元，占地70亩， 建设规模36793.64平方米。建成后日处理生活垃圾1600吨，能消化”朝阳区一半以上的垃圾，产生的余 热每年发电2.2亿度。高安屯垃圾焚烧发电厂的运营期为30年（含建设期）。作为北京市惟一为奥运提供 垃圾焚烧处理的服务设施，运营后将解决朝阳区一半的生活垃圾处理量，为200多万城市人口提供环境服 务，同时解决奥运期间运动场馆、运动员村及相关公共场所的垃圾焚烧处理问题。2.2系统组成及配套设施该生活垃圾焚烧厂以生活垃圾为主要原料，垃圾热值范围为11002000大卡/公斤。工厂由垃圾接受 系统、焚烧和余热锅炉系统、烟气净化系统、灰渣处

6、理系统、汽轮发电机组系统、输配电系统等组成。主 要设备为2台日处理生活垃圾800吨的垃圾焚烧炉、2台15MW的汽轮发电机组。2.3预期节能减排效果生活垃圾通过焚烧后，垃圾可以减容90%，减量80%。在垃圾焚烧工艺中，高安屯项目采用所 需生活用水、锅炉补水取自地下水，生产用水取自酒仙桥污水处理厂处理后的中水。中水作为冷却循环水， 每年可节约160万吨城市供水资源，有效地节约了水资源。垃圾作为一种生物质能，将其燃烧用于发 电，可以有效节约化石能源，高安屯项目每年将焚烧53.3万吨垃圾，余热每年发电2.2亿度，相当 于每年节约7万吨标准煤。一方面，由于焚烧垃圾代替燃煤发电，带来二氧化碳气体的减排；另

7、一方面， 每天1600吨的垃圾用焚烧代替填埋，由此大量甲烷气体得到减排，因此，本项目年平均减排温室气体的二 氧化碳当量约20万吨。该厂采用完全燃烧+活性炭吸附工艺，排放的烟气经过处理后，其中的二氧化硫、 氮氧化物、二恶英等污染物完全能够达到国家排放标准。2.4资源化目标燃烧炉中的炉渣进行综合利用，每年产生的12万吨炉渣用于制砖。另外，每年产生的1.4万吨 飞灰，按国家关于危险废物的政策法规要求进行处理和处置，并烧制陶粒，作为建筑材料，达到综合 利用。目前国家禁止使用粘土用作建筑材料，这样可以节约相应量的粘土资源，实现了资源化的目标。三、调查目的和调查范围的确定目的是分析高安屯垃圾焚烧发电项目，

8、在整个运行过程的资源、能源消耗，以及向大气、水体和土壤 中排放的污染物对环境造成的影响，进而提出对生活垃圾焚烧项目建设进行可持续管理的对策。调查范围确定为生活垃圾焚烧的典型工艺。即垃圾混合收集后，汽运送抵垃圾转运站（以小武基为例），经分选后适合焚烧部分约14.1%的废纸、 织品和橡胶及部分废塑料等则被送入焚烧炉焚烧回收热能。分选获得的钢铁、纸张、玻璃等利用价值较高 的可再生资源，进行回收并送资源工厂再利用。焚烧部分产生的热量通过废热锅炉及汽轮机进行发电，也 可选择汽电联产。焚烧过程产物之一的尾气需要进一步处理，其中飞灰被分离下来以后，进行建筑材料陶 粒的烧制。气体需采用活性碳进行二恶英等有毒害

9、物质进行吸附处理后排放。焚烧产物还可利用磁体进行金属的回收，底灰炉渣部分采集后用于烧制建筑用砖，从而完成整个生命周期循环。高安屯垃圾焚烧发电厂系统边界图四、生命清单周期分析（LCI）4.1数据分析城市生活垃圾LCI数据收集包括其在生命周期各个阶段的物质能源消耗，以及向水体、大气和土壤中各 类污染物排放。数据来源:北京市环保局和其他环境管理部门提供的数据;北京市部分垃圾处理设施（如小武 基转运站、高安屯垃圾焚烧发电厂等）现场调查的监测数据;文献参考数据。4.2成本及CO2排放分析社会成本数据包括固定成本和运行成本单项处理成本和全程处理成本。下面通过对各流程的分解来具体分析垃圾全过程的处理成本。收

10、运分选单元成本及CO排放量计算从垃圾收集点到小武基中转站距离取15公里为半径(以朝阳区垃圾为主)，车辆采用东风L40前滑盖式密封垃圾车(柴油)，装载容积8方，按垃圾密度0.4T/M3计，实际装载3.2吨，百公里油耗(18L/100km)。从小 武基转运站至高安屯焚烧发电厂距离22公里，车辆采用BQJ5320ZYS压缩式垃圾车，箱体容积24立方，分选 后垃圾密度按0.8T/M3计，实际装载19.2吨，百公里油耗(40L/100km)。小武基转运站未中德合建，总投资1.5 亿元，日处理量980吨/天，运行成本124元/吨。1) 从收集到转运站运费及排放量每日收集运输辆次数=980/3.2=307辆

11、次往返里程=307*2*10=6140公里此处取平均里程10公里油耗 6140*18/100=1105.2L吨成本4*1105.2980=4.5元/吨柴油按4元/升计CO2 排放量2.59*1105.2=2862.5Kg吨排放量2862.5/980=2.9Kg/T2) 从转运站到焚烧厂因高安屯日处理能力为1600吨/天每日燃烧用垃圾运输量次数=1600/19.2=84辆次往返里程=84*2*22=3696公里此处里程取小武基到高安屯油耗 3696*40/100=1478.4L吨成本4*1478.4/1600=3.7元/吨柴油按4元/升计CO2 排放量2.59*1478.4=3829.1Kg吨排

12、放量3829.1/1600=2.4Kg/T3)分选成本收益及CO2排放分析北京市城市垃圾平均组分表:年份厨余塑料纸类玻璃草木灰土织物砖瓦金属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分选

13、效率及回收收益表物质回收收益（元/吨）含量分选率%实际回收收益（元/吨垃圾）塑料40017.68559.84金属10001.4188512.6纸类20016.247022.74玻璃1507.424808.91合计104.1除尘器垃圾车垃圾车760 mm015eit15 60 mmmm皿图4-14北京小武基垃圾转运站工艺流程图分选过程能耗18.6 KWh/T垃圾82排放量0.547*18.6 KWh/T 垃圾=10.1472Kg/T 垃圾4）资源回收成本及CO2排放分析回收垃圾质量334.7Kg/吨垃圾，回收总量334.7*980=328吨采用20吨货运柴油车共需17辆次往返里程=17*2*20

14、=680公里此处里程取20公里油耗 680*40/100=272L柴油按4元/升计吨成本4*27勿980=1.1元/吨82排放量2.59*272=704.5Kg 吨排放量704.5/980=0.72Kg/T抽气锅炉给水资源化焚烧单元成本及CO拜放量计算一次空气 预热器炉渣储坑除氧器化学水处半干式清石灰浆泵制浆罐焚烧单元运行成本分析如下表所示:设备使用寿命按20年计设备折旧 8.2*108/20/(53.3*104)=77 元 / 吨吨发电量 2.2*10八8/(53.3*10八4)=412.8度/吨按电价0.48计上网发电吨价格0.48*412.8=198.144元/吨系统焚烧单元投入产出清单

15、设备折旧-77运行费用（包括废热锅炉、汽轮机）-91.22（参考深圳）焚烧发电上网费用198.144元费用（元/吨垃圾）项目合计31元/吨以平均垃圾组分为例（分选后）计算其成分与低位发热值如下表物理组分工业分析（典型 值）元素分析（，干基典型值）热值（对，典型值）分 类湿基 比例水八刀固 定 碳灰 分CHONS其 他高位低位厨余类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纸 类7.330.08.46.044.06.044.00.30.25.5

16、16700.09988.2布类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金属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合计100.053.64.717.944.75.832.41.80.315.013455.14337.0

17、计算垃圾元素分析如下表CHONS其他0.414050.054060.3216580.0174610.00270.15由热值知燃烧过程不需要添加辅助燃料。生活垃圾中的有机物元素组成主要为C、H、0、N、S、A （灰 分）、w （水分），其可燃烧成分完全燃烧后生成的烟气主要成分幽02、so2、h2o、n2和02,同时也含有部 分有害物质，有烟尘、酸性气体（HCL、HF、S02、NOX）、CO、碳氢化合物、重金属、二嗯英（PCDD/PCDFS）, 但容积比例很低且采用了尾气处理手段，在计算烟气量时不予考虑。生活垃圾完全燃烧时的理论空气需要量为A0、理论烟气排放量Gp的计算公式如下：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为生活垃圾中C、H、0、N、S元素和水分的质量百分比；m为空气过剩系数， 取均值1.7。每公斤垃圾产生干烟气体积(m)Kg)理论空气 量理论烟气 量实际烟气排放量4.064.67.44即根据焚烧处理的生活垃圾分类及元素分析和上述公式计算得1吨垃圾焚烧所需理论空气量为4060m3/T，实际烟气排放量为7440m3/T。其中CO2的产生量采用碳的转化率进行计算，即Mco2=1t*C%*4

19、4/12=0.414*44/12=1489Kg/t(垃圾)消耗电能产生CO2量=0.547*412.8/5=45.2Kg/吨垃圾假设发电量总量的1/5用于生产燃烧废产物处理资源化输入输出及CO2排放量废气及飞灰处理成本及CO2排放量大型炉排焚烧炉焚烧一吨垃圾会产生2% 5%的飞灰，笔者取飞灰产率为4%，计算焚烧过程中的飞灰 排放量为：M飞灰=1t*4%=40Kg飞灰/t垃圾飞灰可用于制作陶粒成品价格280元/吨，假设飞灰作为原料价格30元/吨飞灰资源化产出=40Kg飞灰/t垃圾*30元/吨/1000=1.2元/吨垃圾飞灰总量=40Kg飞灰/t垃圾*1600t=64吨采用4吨卡车16辆次往返里程

20、=16*2*20=640公里此处取平均里程20公里油耗 640*1&100=115.2L吨成本4*115.2/1600=0.288元/吨垃圾柴油按4元/升计CO2 排放量2.59*115.2=298.37Kg吨排放量298.3；/1600=0.186Kg/吨垃圾渗滤液处理成本及CO2排放量渗滤液来源于垃圾含水511.5Kg/t垃圾来源于个垃圾组分含水假设全部滤出采用工艺方法MBR+NF+RO膜法，反硝化和硝化（生化处理）+超滤+纳滤+反渗透（R0）此处理系统由德国维尔利公司全套提供。填埋处理渗沥液成本约为20元/吨（来源于北神树）单位质量垃圾渗滤液处理成本=20元/吨*0.5t/t垃圾=10元/吨垃圾3）炉渣处理成本及C02排放量生活垃圾焚烧设施炉渣生成量，与垃圾种类、焚烧炉型式、焚烧条件有关。一般焚烧 1t垃圾会产生20%的炉渣。计算焚烧过程中炉渣排放量为：M炉渣=1t*20%=200Kg（炉渣）/t（生活垃圾）炉渣资源化产出=200Kg（炉渣）/t（生活垃圾）*38元/吨/1000=7.6元/吨垃圾炉渣产生总量=200 Kg（炉渣）/t（生活垃圾）*160