前言

“如期實現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)”是中國向世界作出的莊嚴(yán)承諾，作為碳排放的核心源頭，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源轉(zhuǎn)型與能源價格改革位居實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵地位。水泥行業(yè)作為全球碳減排重點關(guān)注對象，面臨著非常嚴(yán)峻的碳減排壓力，因此需要不斷的探尋碳減排技術(shù)。目前主要關(guān)注的是原料替代技術(shù)、燃料替代技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)、低碳水泥技術(shù)、碳捕集技術(shù)、能源替代技術(shù)等。

餐廚垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)屬于沼氣工程范疇，以厭氧消化技術(shù)為核心，集生物質(zhì)廢棄物處理、沼氣生產(chǎn)、沼氣和沼渣資源化利用為一體的系統(tǒng)性工程。利用厭氧消化技術(shù)，不僅可以減輕環(huán)境污染，還可生產(chǎn)清潔能源，達(dá)到減少碳排放的目的。厭氧消化技術(shù)是目前國家推進(jìn)碳減排主要推廣成熟技術(shù)之一，相比于風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等其它清潔能源技術(shù)，沼氣發(fā)電具有發(fā)電量穩(wěn)定、不受環(huán)境因素影響等優(yōu)勢。

水泥行業(yè)與餐廚垃圾行業(yè)屬于完全不同的行業(yè)，一個屬于能源消耗行業(yè)，一個屬于清潔能源行業(yè)，但是在能源和廢棄物處置方面互補。水泥行業(yè)作為能源消耗行業(yè)，在水泥熟料生產(chǎn)過程中具有進(jìn)一步余熱利用潛力、廢氣和固廢處置能力；餐廚垃圾行業(yè)作為清潔能源行業(yè)，可為其它行業(yè)提供清潔能源，同時不可避免的自身消耗一部分能源，并在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢氣、固廢等廢物。

1.1 餐廚垃圾物特性

餐廚垃圾主要由水、肉類、蔬菜、動植物油脂等組成。此外還含有骨頭、貝殼、陶瓷、玻璃、金屬、塑料等，同時還混入生活垃圾如織物、紙張等物料。物料特性參考表1。

表1 西部某地區(qū)參數(shù)垃圾特性（%）

1.2 預(yù)處理及厭氧發(fā)酵技術(shù)

項目建設(shè)內(nèi)容為餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、除砂系統(tǒng)、加熱提油系統(tǒng)、高溫厭氧發(fā)酵系統(tǒng)、沼渣脫水系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)、沼氣發(fā)電系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)及與之相配套的電氣、給排水、辦公室等輔助設(shè)計。技術(shù)路線如圖1所示。

餐廚垃圾經(jīng)專用運輸車輛卸料至卸料倉，通過底部螺旋輸送至洗滌制漿機(jī)，經(jīng)洗滌制漿后，粗渣經(jīng)渣水分離器輸送至擠壓脫水機(jī)脫水后外運。提取的漿液經(jīng)旋流沉砂、高濃除砂、加熱攪拌靜置除砂等多級沉砂裝置除砂，沉砂外運處置。除砂后的漿液經(jīng)多級換熱后加熱至85℃后經(jīng)三相離心機(jī)提取油相、水相、固相三股物料，油相物料直接出售，水相物料與固相物料混合后進(jìn)入后端高溫厭氧發(fā)酵系統(tǒng)厭氧發(fā)酵后的沼氣經(jīng)凈化后進(jìn)行發(fā)電。厭氧后的物料經(jīng)離心脫水后得到固相和水相兩股物料，固相經(jīng)好氧堆肥后出售，水相經(jīng)污水處理后外排，污泥外運處置。

該處置工藝路線中洗滌制漿機(jī)可增加除重渣/沉砂結(jié)構(gòu)，將粗渣中的骨頭、貝殼等重質(zhì)物分離。

1.3 粗渣物理特性

餐廚粗渣是指餐廚垃圾預(yù)處理過程中經(jīng)洗滌制漿工藝將餐廚垃圾中易破碎、溶解的有機(jī)質(zhì)提取后剩余的粒徑大于6mm的物料。如表2所示，該物料含水率較高，接近70%，物料中含有較大量的有機(jī)質(zhì)、塑料和骨頭、貝殼等重渣。

表2 經(jīng)洗滌制漿工藝產(chǎn)出的粗渣物料特性（%）

該類型物料暫時未有更好的處置方法，主要以焚燒、填埋為主。若做水泥窯協(xié)同處置，需要將物料中的尺寸較大的骨頭、貝殼等重渣去除。因日產(chǎn)生量較低，在對水泥窯影響較小的情況下可不做烘干處置。

1.4 沉砂物理特性

餐廚垃圾沉砂是指餐廚垃圾多級除砂工藝過程中通過旋流或者沉降的方式產(chǎn)生的重渣，該物料粒徑小于6mm，主要以玻璃、陶瓷、雞蛋殼等無機(jī)物為主，因洗滌制漿工藝為柔性破碎，骨頭類物料不易破碎，沉砂中骨頭含量較少。

該類物料主要以填埋為主，若做水泥窯協(xié)同處置，可將該類型物料直接送入立磨作為替代原料。

2.1 系統(tǒng)工藝路線

“協(xié)同共生”技術(shù)主要是區(qū)別于“協(xié)同處置”，是指通過分析兩個產(chǎn)業(yè)的特點和需求，利用兩個產(chǎn)業(yè)的設(shè)備、能源、原料等范圍進(jìn)行梯級利用、產(chǎn)業(yè)共生，盡可能的降低雙方的能耗、電耗及運營成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)價值最大化。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 水泥窯與餐廚垃圾協(xié)同共生技術(shù)工藝流程圖

餐廚垃圾與水泥窯協(xié)同共生技術(shù)具有如下良好的協(xié)同效應(yīng)：

（1）餐廚垃圾在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粗渣送入分解爐進(jìn)行焚燒處置；

（2）餐廚垃圾預(yù)處理產(chǎn)生的沉砂送入原料磨作為替代原料處置；

（3）餐廚垃圾生產(chǎn)過程產(chǎn)生的臭氣可通過管道送入水泥窯窯頭進(jìn)行處置；

（4）窯頭煙氣作為熱源可加熱餐廚垃圾有機(jī)漿液和高溫厭氧發(fā)酵裝置；

（5）餐廚垃圾污水處理產(chǎn)生的污泥可送入分解爐進(jìn)行焚燒處置；

（6）厭氧發(fā)酵后沼氣發(fā)電的電能作為水泥窯自用；

（7）通過技術(shù)探索，可將厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣全部或部分替代燃煤送入水泥窯進(jìn)行生產(chǎn)；

（8）餐廚垃圾污水處理產(chǎn)生的水可作為生產(chǎn)用水和綠化用水，降低水泥廠的用水量；

（9）餐廚垃圾項目與水泥窯項目可以實現(xiàn)資源共享，如地磅、化驗室、冷卻塔、辦公設(shè)施、機(jī)械維修人員，節(jié)約項目整體投資和人工成本。

2.2 臭氣處置節(jié)能評估

餐廚垃圾運營設(shè)施為全年365天運行，水泥窯考慮檢修時間，全年運行時間按330天計算。因此，餐廚垃圾運營設(shè)施要設(shè)計獨立的除臭系統(tǒng)，除臭系統(tǒng)年運行時間為35天。

500t/d餐廚垃圾設(shè)計兩套82500m3/h除臭系統(tǒng)（一用一備），單套裝機(jī)功率為220kW，運行有功功率~150kW，按照年330天節(jié)約用電118.8萬kWh，電價按照上網(wǎng)電價0.62元/kWh，折算噸餐廚垃圾運行成本降低4元/t。

2.3 水蒸氣節(jié)約評估

水泥窯窯頭煙氣溫度為105~120℃，可用于直接加熱餐廚垃圾有機(jī)漿液，加熱方式為間接加熱，加熱后的尾氣可直接排放。噸餐廚垃圾加熱至85℃需要水蒸氣100kg，若將窯頭煙氣引入后直接加熱漿液可極大的降低餐廚垃圾熱耗。160℃水蒸氣按照200元/t計算，330天水蒸氣節(jié)約量成本為330萬元，折算餐廚垃圾運行成本降低18元/t。

2.4 用電節(jié)約評估

500t餐廚垃圾日均發(fā)電量8.8萬kWh，考慮廠區(qū)自用電~22%，日發(fā)電可用量~6.8萬kWh，按照上網(wǎng)電價0.62元/kWh、水泥廠購買電價0.84元/kWh計算，每度電可增加0.22元收入，餐廚垃圾發(fā)電后水泥廠自用，可折算餐廚垃圾收入增加~30元/t。

2.5 固廢處置評估

500t餐廚垃圾日產(chǎn)生粗渣40t，日產(chǎn)生80%含水率污泥15t，日產(chǎn)生重渣15t。

產(chǎn)生的粗渣和污泥日處置量為55t，因物料含水率較高，為降低對水泥窯運行穩(wěn)定性影響，可均勻投加，投加量為2.3t/h。若水泥窯同時處置生活垃圾、危險廢物或其它物料，可考慮增加粗渣和污泥干化系統(tǒng)，降低粗渣、污泥處置對水泥窯的影響。

因粗渣和污泥外運處置費較高，可直接抵消因協(xié)同處置帶來的煤耗和電耗的增加。

產(chǎn)生的重渣/沉砂主要是骨頭、玻璃、陶瓷等物料，可直接作為替代原料進(jìn)入原料磨烘干、粉磨，因處置量較小，對水泥窯燒成系統(tǒng)影響可忽略不計。

2.6 其它優(yōu)勢評估

對于水泥熟料生產(chǎn)線而言，隨著碳減排壓力的不斷增大，限煤、限電等措施會倒逼企業(yè)不斷提升技術(shù)水平，節(jié)能降耗挖潛的同時，尋找替代能源，為企業(yè)生存提供保障。

餐廚垃圾屬于市政行業(yè)，社會效益優(yōu)先于經(jīng)濟(jì)效益，但隨著政府財政壓力的不斷增大，如何降低企業(yè)運行成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而降低政府財政支出，是未來的發(fā)展趨勢。

水泥熟料燒成系統(tǒng)與餐廚垃圾協(xié)同共生技術(shù)是可行的。打破傳統(tǒng)行業(yè)的壁壘，通過產(chǎn)業(yè)協(xié)同的方式，不斷探索投資成本的降低、運行成本的降低是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

作者：許威，曹飛，陳冬，徐康，邵頌友

來源：《江蘇雋諾環(huán)保工程技術(shù)有限公司》

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