劉晨

摘  要：本文介紹幾種企業(yè)和城市無廢低碳改造可以選擇和開發(fā)的技術(shù)，探討無廢低碳改造技術(shù)應(yīng)用中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無廢技術(shù)；低碳技術(shù)

0  概述

我國(guó)正在140多個(gè)城市和地區(qū)進(jìn)行無廢城市建設(shè)，主要針對(duì)垃圾、污泥、工業(yè)固廢的無害化處理。企業(yè)不僅產(chǎn)生工業(yè)固廢，還有廢氣、廢水、廢熱需要處理利用，以廢氣治理為例，需要顆粒物、二氧化硫、氮氧化物常規(guī)污染物超低排放；超低了還得減排VOCs、CO、重金屬、二噁英、除酸等新污染物，還得節(jié)能減少碳排放。大多企業(yè)都超低了還是經(jīng)常出現(xiàn)大氣污染，不得不再停限搬，排放總量巨大環(huán)境容量不足已經(jīng)是很多區(qū)域性的難題。廢水、固廢處理也都存在種種問題。

目前許多行業(yè)企業(yè)大范圍虧損，原材料、能源價(jià)格上漲、需求不足是普遍性原因，環(huán)境治理負(fù)擔(dān)沉重、能源資源利用效率低也是重要原因，特別是企業(yè)可以有所作為的領(lǐng)域。企業(yè)和城市無廢低碳既是國(guó)家城市建設(shè)的要求，也是企業(yè)解決問題的關(guān)鍵途徑。企業(yè)和城市無廢低碳改造有很多技術(shù)可供選擇，本文重點(diǎn)簡(jiǎn)介以下幾項(xiàng)共用技術(shù)：

1) 煙廢氣余熱極限回收技術(shù)

2) 煙廢氣循環(huán)減量技術(shù)

3) 煤炭清潔高效低碳利用技術(shù)

4) 城市污泥處理利用技術(shù)

5) 城市垃圾水洗分類技術(shù)

現(xiàn)將相關(guān)技術(shù)的原理、用途和應(yīng)用狀況分別簡(jiǎn)介如下。

1  煙廢氣余熱極限回收技術(shù)

幾十年來，我國(guó)大氣污染治理，從除塵、脫硫、脫硝、超低排放，到如今的新污染物控制，如今三項(xiàng)常規(guī)污染物排放總量已經(jīng)降低到上世紀(jì)八九十年代的水平，成就顯著，但也到底了。新污染物都包括什么還不明確，怎么治理更是問題，有必要進(jìn)行深度分析研究。如圖1所示，在很多工業(yè)過程中，水蒸發(fā)吸熱變?yōu)樗羝?，水蒸汽遇冷后變成白煙，最終以水霧、CPM可凝結(jié)顆粒物、余熱的形式排入大氣層。研究表明，我國(guó)2022年能耗總量50多億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能源利用率不到40%，30多億標(biāo)準(zhǔn)煤是以水蒸汽形式的低溫余熱浪費(fèi)的，因此，余熱不僅是大氣污染的源頭，也是能源、水資源的浪費(fèi)。主要是低溫余熱和間隙性余熱，比如火電乏汽循環(huán)水冷卻塔、高溫渣余熱。粗略估算，我國(guó)每年以余熱導(dǎo)致的水蒸汽排放量160億噸，煤電排放水蒸汽量超過50%，其它依次為鋼鐵、煤化工等。

圖1 煙氣余熱極限回收的作用

 白煙不僅是大氣污染的最大源頭，更是現(xiàn)在環(huán)境、水力、能源等部門標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管控的漏洞，僅從余熱和水資源極限回收利用已經(jīng)足夠，比如某市估算煤電、鋼鐵等企業(yè)年排放水蒸汽4億噸，回收60%頂替取黃河取水，年節(jié)水超兩億噸，正好解決了黃河水超采，回收的余熱相當(dāng)于節(jié)煤200萬噸、減少二氧化碳排放近500萬噸?；厥諢煔庵械乃羝?，還可以深度凈化煙氣減少新污染物排放、阻隔煙氣殘余污染物的排放，允許在各種煙氣治理過程中，處理和利用廢水，把廢水變新水，協(xié)同解決城市大氣污染和廢水排放問題。

采用煙氣噴淋冷凝+熱泵技術(shù)回收利用水蒸汽和余熱極限回收煙廢氣余熱技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1) 煙氣水份和余熱回收到大氣平均溫度25°C，實(shí)現(xiàn)極限回收

2) 煙氣采用直接噴淋冷凝換熱，不增加阻損

3) 噴淋換熱在線布置，或離線旁路布置，施工和故障不影響運(yùn)行

4) 分別采用余熱制冰、二氧化碳制冰+蒸汽壓縮，實(shí)現(xiàn)0—130°C大溫差循環(huán)冷卻，減少循環(huán)水量節(jié)電，余熱利用節(jié)煤，并提高發(fā)電企業(yè)的靈魂性。余熱利用后可以逐步淘汰各種循環(huán)水冷卻塔、空冷器等設(shè)備，并且制冰還可以長(zhǎng)輸利用，比如用于中央空調(diào)蓄冷節(jié)電，。

5) 通過與煙氣新鈣法脫硫改造結(jié)合，減少脫硫電耗80%，不產(chǎn)生脫硫廢水和廢石膏，回收化肥和化工產(chǎn)品原料，任何工業(yè)煙氣處理過程都可以成為一個(gè)污水處理廠。

2  煙廢氣循環(huán)減量技術(shù)

幾十年來，我國(guó)大氣污染治理從消煙除塵，到脫硫、脫硝，一直都只控制濃度，不控制排放量，通過停限搬淘汰產(chǎn)等措施解決環(huán)境容量不足，雖然臨時(shí)性解決了區(qū)域污染，但大幅度加大社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本。按大氣容量理論，污染物包括常規(guī)和非常規(guī)污染物，實(shí)踐已經(jīng)證明只控制常規(guī)污染物，不能保障空氣質(zhì)量，碳減排還沒有成熟可靠的解決方法。

研究表明，以鋼鐵企業(yè)為例，煙廢氣，根據(jù)溫度和含氧量，可以粗略分為如下三類：

1) 常溫常氧廢氣：比如密閉料場(chǎng)、煤場(chǎng)，原料轉(zhuǎn)運(yùn)、裝卸、混料等廢氣，其實(shí)就是環(huán)境空氣增多了顆粒物

2) 高溫常氧廢氣：比如高爐出鐵場(chǎng)廢氣、燒結(jié)礦冷卻廢氣、轉(zhuǎn)爐二次三次廢氣，含顆粒物+余熱

3) 高溫低氧煙氣：比如燒結(jié)大煙道煙氣、焦?fàn)t煙道氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、各種加熱燃燒煙氣等，含顆粒物+余熱+多種污染物+二氧化碳

前兩類煙廢氣占比80%以上，都可以簡(jiǎn)單處理、循環(huán)利用不排放。如圖1所示，所謂煙廢氣循環(huán)利用，就是將煙廢氣不處理、或簡(jiǎn)化處理后循環(huán)利用，用于源頭的冷卻、密封、燃燒等，替代進(jìn)入系統(tǒng)的潔凈空氣，簡(jiǎn)單說就是用煙廢氣替換新空氣，因?yàn)樵俪徒愕臒煆U氣，也比環(huán)境空氣質(zhì)量差，少排、不排是最高效低成本的、協(xié)同解決新污染物控制、節(jié)能減碳的方法。

以鋼鐵聯(lián)合企業(yè)為例，我國(guó)長(zhǎng)流程鋼企平均噸鋼排放煙廢氣量43.5t/t，與節(jié)水改造前的噸鋼耗水量接近，主要通過廢水循環(huán)利用，目前平均噸鋼新水消耗不到3t/t。借鑒節(jié)水的成功經(jīng)驗(yàn)，80%煙廢氣都可以通過不處理、簡(jiǎn)單處理后自循環(huán)或串級(jí)循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)近零排放。涉及燃燒和工藝過程的煙氣也可以采取技術(shù)措施循環(huán)利用源頭減量，企業(yè)不僅不再需要停限搬，企業(yè)超低排放、創(chuàng)A改造的投資、成本、能耗、碳排、新污染物控制目標(biāo)都可以低成本、甚至有效益實(shí)現(xiàn)。研究結(jié)果，通過這種方式進(jìn)行超低排放和節(jié)能減碳改造，噸鋼成本最低減少100元。

圖2 煙廢氣循環(huán)利用方法

3  煤炭清潔高效低碳利用技術(shù)

煤炭清潔高效低碳利用技術(shù)涉及兩個(gè)方面，一個(gè)煙氣-空氣系統(tǒng)，幾千年來煤炭一直采用空氣助燃，產(chǎn)生的煙氣中80%是氮?dú)猓饕醋钥諝?，按照噸煤排?3噸、含氮?dú)?噸估算，全國(guó)僅煤電熱力燃燒每年排放近200億噸氮?dú)?，變?yōu)槲廴緹煔猓@是燃煤煙氣除塵、脫硫、脫硝成本居高不下的最主要原因，進(jìn)行新污染物控制、燃燒后捕碳成本還得增加，企業(yè)真得難以承受。

研究煙氣循環(huán)利用技術(shù)，容易實(shí)施，對(duì)原設(shè)備改造量最少。方案特點(diǎn)：

1) 煙氣自循環(huán)，需要超低排放凈化處理的煙氣量可減少80%、甚至零排放

2) 煙氣除塵、脫硫、脫硝運(yùn)行成本大幅降低

4) CO₂會(huì)在爐內(nèi)被還原為CO，抑制NO生成，并節(jié)煤

5) 排煙量少、CO₂濃度高，可大幅減少捕捉成本

另一方面，逐步改變、禁止煤炭直接入爐燃燒，煤分兩段制氣，首先制氣回收氫、甲烷煤氣，然后用焦炭還原二氧化碳制氣，高濃度CO煤氣純氧循環(huán)燃燒、或外供做化工原料利用，實(shí)現(xiàn)用煤不排碳、節(jié)煤降成本。理論估算，每噸純碳能還原3.7噸二氧化碳，產(chǎn)生4.7噸一氧化碳，一氧化碳首先是能源，可替煤替焦替石油替天然氣，還是基礎(chǔ)煤化工中間原料，有很多其它用途，短流程碳循環(huán)是近中期解決我國(guó)煤炭的碳中和難題最可行的途徑。

圖3 煤炭?jī)啥沃茪饧夹g(shù)

4  城市污泥處理利用技術(shù)

2020年我國(guó)污水處理廠泥處置量超過1.4億噸，~70%采用填埋，存在二次污染隱患，國(guó)家在逐步禁止填埋，鼓勵(lì)無害化資源化利用。電廠、水泥企業(yè)都在摻燒，由于污泥中污染物含量和水分限制，環(huán)保部門限制摻燒率不超過5%，摻燒企業(yè)由地方政府補(bǔ)貼噸污泥（含水份80%）200-300元，最主要的是污泥含水20-60%，運(yùn)輸和燃燒過程能源浪費(fèi)多。浙江省有十幾家企業(yè)，采用噴霧干燥深度脫水+焚燒實(shí)現(xiàn)了無害化，但沒有實(shí)現(xiàn)資源化，更主要的是處理日100噸以下眾多中小型污水處理廠所產(chǎn)污泥不經(jīng)濟(jì)，需要研究新的利用技術(shù)。

我們推薦污泥無害化資源處置利用方法見圖4，保留現(xiàn)有污染處理流程不變，旁路將脫水污泥首選煙氣余熱噴霧干化，節(jié)省污泥干化的投資和運(yùn)行成本，煤電、水泥、鋼鐵、煤化工等行業(yè)可以不再受限制的摻燒，不降低熱效率，再與煙氣除濕、循環(huán)利用結(jié)合就能徹底實(shí)現(xiàn)無害化。2022年煤電供熱年耗煤19億噸，鋼鐵、水泥等原材料吞吐量都超過20億噸，可以輕松處置利用城市污泥。

圖4 污水處理廠污泥處理利用技術(shù)

利用污泥自熱噴霧干化，不再直接單燒含水污泥，而是與生物質(zhì)、煤等混合造球制氣，通過燒生物質(zhì)煤氣實(shí)現(xiàn)資源化，余熱以自用為主，比如供暖、生活熱水、夏天制冷空調(diào)，還可以直接外供生物球、煤氣，這種方法特別適合縣城及村鎮(zhèn)等中小型污水處理企業(yè)污泥的處置處理。

5  城市垃圾水洗分類技術(shù)

我國(guó)垃圾處理逐步不許填埋，也沒有地方再填埋，一直力推垃圾焚燒發(fā)電，但垃圾焚燒發(fā)電也是問題多多，最大問題是排放二噁英嫌疑，專家企業(yè)都認(rèn)為沒有問題，因?yàn)闄z測(cè)都達(dá)標(biāo)，但周邊百姓都不認(rèn)可，因?yàn)槊磕昃蜋z測(cè)幾次、每次都提前通知，在不檢測(cè)、不正常的工況下，不可能排放達(dá)標(biāo)。二是熱利用率太低，垃圾焚燒發(fā)電的熱利用率只有23%，70%以上的熱量是汽輪機(jī)乏汽冷卻塔和煙囪排入大氣層浪費(fèi)的，是大氣污染源頭，更是水、余熱資源浪費(fèi)，垃圾滲濾液、飛灰處理成本都太高。分析原因，主要是因?yàn)槔鴽]分類，或分類不徹底，塑料、25%的水份都進(jìn)爐燃燒，產(chǎn)生二噁英、熱利用率低和處理成本高都是不可避免的，研究水洗分類技術(shù)是一個(gè)可行的辦法，特別是對(duì)于歷史存量填埋垃圾。

城市垃圾水選分類技術(shù)利用水洗，通過水選、重選及磁選等多種方式組合對(duì)垃圾進(jìn)行分選，類似選礦工藝，根據(jù)金屬、玻璃和沙子等無機(jī)材料比重比水大得多，而塑料和生物降解有機(jī)物等于或小于水的比重，將未分類、或分類不徹底垃圾推入水中，通過類似洗衣機(jī)的水洗機(jī)，先分離出垃圾中~50%的水分，垃圾水分循環(huán)利用，富裕水分處理后回用。主要水洗分類工序和設(shè)備包括：

-水選

-重選

-篩分

-磁選/滴流感應(yīng)

-水輪機(jī)

-風(fēng)干機(jī)

水洗過程中，比重大的物質(zhì)下沉到分選罐的底部，包括黑色金屬、有色金屬、玻璃、沙石等，分類出來傳送到加工處理線，分選出可以直接回用物質(zhì)和殘余物質(zhì)（通常約為初始重量的15%）。

比重輕的無機(jī)廢棄物，與比重重的物質(zhì)中分選出來，通過一個(gè)斜槽向下傳送到一個(gè)粗破碎器。在那里，有機(jī)廢棄物浸泡在液體中，使其中的成分盡可能多地吸收水分。由于塑料不能吸收液體，可生物降解材料的比重更輕，可以使用氣流導(dǎo)向分選出來，并離開剩余物質(zhì)，送入單獨(dú)的回收容器，垃圾水洗分類后采用生物處理工藝流程如圖5所示。

圖5 城市垃圾水洗分類工藝流程圖

垃圾水洗分類的好處，首先將垃圾中的水分分離出來，還將垃圾中的鋼鐵、有色金屬、玻璃等分離出來，特別是將塑料分離直接回用，徹底消除了焚燒產(chǎn)生二噁英的根源。經(jīng)過水洗分離出水分、可直接回用物質(zhì)、不可燃燒殘?jiān)?，剩余的垃圾只有原始重量?5%，大幅度實(shí)現(xiàn)了垃圾的減量化和直接資源化回用?？?b>直接回用物質(zhì)包括鋼鐵、有色金屬、玻璃、塑料瓶、塑料袋、紙板等，可無害化填埋物質(zhì)沙石、水泥、磚塊等。生物有機(jī)液可以用生物沼氣系統(tǒng)制成煤氣，供市民直接利用，剩余的用于發(fā)電、供熱，也可以噴霧干燥后，在煤電、水泥、鋼鐵、焦化等行業(yè)摻燒，不增加成本，降低能耗。對(duì)于新生和已經(jīng)填埋的存量垃圾，優(yōu)先選擇將生物液干化后摻燒，對(duì)于原有的垃圾焚燒廠，可以改為燒氣，原鍋爐和發(fā)電設(shè)備直接保留利用。

垃圾水洗分類技術(shù)是已經(jīng)應(yīng)用十幾年的成熟技術(shù)，在國(guó)外已經(jīng)有處理750t/d的垃圾處理廠運(yùn)行多年，國(guó)內(nèi)云南某廠也已經(jīng)建設(shè)完成，即將投入運(yùn)行，日處理150t/d。