造纸厂固体废弃物能源化利用,可以替代造纸工艺中的部分能源消耗。减少部分造纸厂常用的能源煤,从而也减少了这部分煤燃烧所排放的灰渣和气体污染物,故具有一定的经济效益。但由于固体废弃物的焚烧(或汽化)最终也会排放一些废渣和废气,所以有必要对两者进行系统的比较。
本文采用生命周期分析方法[1](LCA),分析以原木造纸为主的B造纸厂固体废弃物能源化利用的4种方案。在分析中,由于固体废弃物是产品纸的副产品,故不追溯其产生过程的排放。而对于煤,则要考虑其开采、运输等过程的排放。
2 造纸厂固体废弃物能源化利用过程编目分析
2.1 固体废弃物特性
造纸厂固体废弃物特性如表1。
1)M—水分,ar—收到基, f—外在水分(自由基),ad—空气干燥剂,A—灰分,V—挥发分, FC—固定碳。
由于造纸厂规模较大,固体废弃物量较多,所以对其处理考虑下面4种方案:直接焚烧供蒸气、直接焚烧后产生蒸气进入汽轮机发电机组发电、汽化后进入锅炉与煤混烧供蒸气、汽化后进入内燃机发电机组发电。
2.2 固体废弃物能源化利用过程的编目分析
2.2.1方案1:直接焚烧供蒸气
若新建1台焚烧炉和余热锅炉,固体废弃物直接焚烧,为造纸工艺提供蒸气。
2.2.2 燃煤生命周期过程的编目分析
1)C、H、O、N—碳、氢、氧、氮,Qnet,ar —低为热值。
2.3 直接焚烧后产生蒸气进入汽轮机发电机组发电
2.3.1 固体废弃物能源化利用过程的编目分析
若新建1台焚烧炉和余热锅炉,固体废弃物直接焚烧,然后进入汽轮机发电机组发电,过程如图3所示。废弃物焚烧烟气复杂,水蒸气含量高。焚烧塑料时烟气中含腐蚀性强的HCl,而焚烧含碱污泥时烟气中含微粒钠化合物,将限制余热锅炉蒸气参数的提高,焚烧固体废弃物小型发电机组的各项效率[2]为:
焚烧炉效率 92% ,余热锅炉热效率 75% ,朗肯循环热效率 37% ,汽轮机内效率 74% ,汽轮机机械效率 93% ,发电机机械效率 94% ,汽轮机绝对电效率 24%,汽轮机汽耗率 5.0 kg/(kW.h) 。
3 综合分析与比较
3.1造纸厂固体废弃物的4种处理方案分析比较
4种处理方案煤耗、热损失、灰渣和气体排放比较如表5所示。