造纸厂固体废弃物能源化利用的LCA分析

　　摘要  应用生命周期分析法（LCA）评价了以原木造纸为主的固体废弃物能源化利用的4种方案。计算了每种方案中固体废弃物能源化和燃煤的废渣、CO2 、SO2、NOx排放。结果表明，固体废弃物汽化后进入内燃机发电机组方案是最优方案，每年可以节省动力煤25824t，减少排放CO2514t、SO2343t、NOx370t。

　　关键词：生命周期分析法  固体废弃物  能源化利用  原木造纸

　　1前言

　　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。

表1  B造纸厂固体废弃物的特性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

表2  煤的工业分析和元素分析表1）（%）

　　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。

表5  造纸厂固体废弃物的4种处理方案比较表