分享

工业窑炉—产废大户or利废大户?

 书洋康乐 2022-03-16


工业炉窑的生产过程是经过煤炭等工业燃料的燃烧加热不同设备、不同工序进行协同生产,包含物质与能量在各个系统之间的转换与转移,既是能源、资源消耗大户,也是废热、废气、固体废物产生大户。近年来,国家发布了许多政策将工业炉窑纳入监管,并鼓励其在环保、节能等方面升级改造。2019年,针对行业的《工业炉窑大气污染综合治理方案》就明确了工业窑炉大气污染综合治理的目标,加大了对工业窑炉的监管范围,强调“强化全过程环保管理,全面加强有组织和无组织排放管控”,同时提出了减免环境保护税、实施差别化电价政策、税收优惠等激励政策。山西、上海、河北、天津、浙江等地也都陆续发布了相关方案、政策、标准,这也导致在工业炉窑的建设项目中配套的节能环保设施投资占比逐步加大。

以超低排放改造较早的行业-火电行业为例,超低排放改造技术一般有:除尘技术——主要有高频电源改造+低低温电除尘改造等,另外在湿式脱硫系统后加装湿式电除尘器;脱硫技术——传统空塔提效技术增加喷淋层、塔外浆池、增效板,或选择复合塔脱硫技术中的双托盘、沸腾泡沫等,或改用SDS干法脱硫技术等;脱硝技术——低氮燃烧器、优化喷氨、增加选择性还原脱硝(SCR)催化剂。根据不同的燃煤组分等,选择不同改造技术。前期改造投资方面,330MW等级机组投资约0.8-1亿元,600MW等级机组超低排放改造投资约1.2-3.4亿元。另外,还需要考虑运行成本(主要由运维成本包括电耗、水耗、物耗、维修支出,折旧成本,财务成本和其他成本组成)。

火电、焦化、钢铁等行业工业炉窑按照企业环保绩效分级评估结果,每年执行错峰生产、调峰调压、重污染天气等政策方面的停限产要求。未来随着全球碳中和、碳达峰战略的逐步推进,工业炉窑面临的的大气污染物超低排放要求、能耗指标、碳排放指标、煤控指标等要求日趋严格,已建项目的工业炉窑的生产负荷将可能进一步减少。而反观新建项目方面,近年来各地生活垃圾焚烧发电项目、市政污泥处置项目、生物质发电项目等纷纷上马,投资过亿者屡见不鲜,如:日处理500吨生活垃圾焚烧发电项目投资额近2亿元,日处理1000吨生物质焚烧发电项目投资额近3亿元......

如何优化资源配置,协同利用工业炉窑及其配套的节能环保设施,避免重复投资是“十四五”规划前期重点统筹考虑的内容。近年来,工业窑炉协同处置技术已成为固体废物重要的处理处置技术路线之一,具有明显的社会、经济与环境效益,将持续发挥重要作用。因此,工业炉窑及其污染防治设施既产生大量废弃物,又是协同消纳固体废物的重要路径。

工业窑炉协同处置技术是近年来逐渐发展起来的固体废物处置技术,水泥窑协同处置固体废物方向是其中发展最快的细分领域。工业炉窑协同处置技术可根据固体废物物料特性替代工业窑炉生产过程中的燃料或原料,在实现固体废物的减量化、无害化、资源化利用的同时,节约窑炉生产过程中的原料或燃料,兼具“碳减排”功能与环保双重功能属性,相关技术受到越来越多企业及研究者的关注。目前工业化和已经过验证的协同处置固废的工业炉窑主要为新型干法水泥窑、炼铁高炉、水煤浆气化炉、燃煤锅炉燃煤锅炉以循环流化床锅炉和煤粉炉为主(但部分文件未将其划为工业炉窑范畴)。

我国工业炉窑数量大,种类多,固废协同处置潜力巨大。据文献等资料,2018年底我国工业锅炉约40万台(燃煤锅炉约47万台);2019年全国除工业锅炉外的工业炉窑共计8000余座,其中机械行业炉窑约7.5万台,玻璃、陶瓷、建材、耐火材料行业炉窑约1.5万台,冶金行业炉窑约1万台,轻工、化工行业炉窑约5000台。工业炉窑中燃料炉占炉窑总数约77%电炉约占炉窑总数的41.7%。然而,工业窑炉协同处置固体废物需慎重选择有关技术路线及配套设施,不同炉窑的热工制度、反应气氛、温度场和物质流分布情况等不完全相同,需要科学筛选适合处置的固废类型,还需在固废入炉窑前匹配合理的规范化管理体系、预处理技术及配伍技术等,应考虑在生产系统、污染防治系统等进行兼容改进,保障企业安全生产、产品质量达标、污染物排放达标等。

标准引领产业发展。国际上已有涉及水泥窑、燃煤锅炉、钢铁窑炉、有色金属冶炼炉、水煤浆气化炉等协同处置固体废物的标准。国内的水泥窑协同处置固体废物方面的标准、技术规范相对健全,导致该细分领域发展较为快速,而其他工业炉窑协同处置方面标准尚未发布,循环流化床锅炉、水煤浆气化炉及钢铁窑炉等协同处置固废的有关标准在起草中。未来随着标准及技术规范逐步建立与完善,将进一步推动工业炉窑协同处置固废产业健康发展。(后期将列标准专题分析)

目前,工业炉窑协同处置的固废种类以有机固废或废液为主,以替代燃料功能居多,其他适合协同处置的固废需要根据工业窑炉的具体类型、不同工况条件、生产过程及产品质量要求等筛选。目前国内协同处置固体废物的产业化方向如下图所示。

图片

小结
1、促进设施共享与产业共生。挖掘工业窑炉服务半径内的原材料及固体废物/副产品之间的物质流耦合关系,协同利用高温工业炉窑及其配套的污染防治设施,强化余温余热梯级利用,提升节能水平及资源综合利用水平,培育多产业协同共生系统;推动产业发展、生态保护与碳减排等融合发展。  
2、围绕“减量化、资源化、无害化”处置要求,探索以“源头减量—智能分类—高效转化—清洁利用—精深加工—精准管控”新型工业窑炉协同处理处置产业是未来行业发展重要方向。
       3、结合水泥、钢铁、能源动力行业工业窑炉热工制度、污染防治特点及产品质量控制要求等,建立固体废物数据库及典型污染因子全过程控制方法,通过物质全生命周期研究方法及能量流方法,优化提升工业窑炉协同处置产业技术水平和成熟度。

后续我们将针对典型的工业炉窑类型介绍协同处置固废具体情况。敬请期待。如有问题请指正,欢迎留言交流。

附表:

工业炉窑分类表

炉窑
类型
行业
类别
产品类别
炉窑子类
说  明
熔炼炉
钢铁
粗钢/生铁
炼铁高炉
将物料熔化,使其发生物理化学变化、去除杂质,获得设定组分产品的工业炉窑。
炼钢转炉、炼钢电炉、铁水预处理炉
铁合金
铁合金
还原矿热电炉、精炼电炉、锰铁高炉、富锰渣高炉、精炼转炉、铝热法熔炼炉等
有色
铝、铜、铅、锌、钛、钴、镍、锡、锑、稀土、钒、硅等
底(侧、顶)吹炉、闪速炉、阳极炉、转炉、反射炉、铝电解槽、矿热炉、鼓风炉等
建材
玻璃、岩矿棉等
玻璃熔窑、岩矿棉熔炼炉等
化工
电石、黄磷等
电石炉、黄磷炉等
轻工
日用玻璃
玻璃熔窑等
熔化炉
铸造
铸件
冲天炉、感应电炉、电弧炉、燃气炉等
将物料或工件熔化成液体的工业炉窑。
有色
铝、铜、铅等制品
化铅炉、熔铝炉、
熔铜炉等
建材
玻璃、玻璃纤维等制品
玻璃、玻璃纤维熔化炉等
化工
铅、锌等重金属单质、烧碱等
熔融炉等
焙(煅)烧炉(窑)
钢铁
烧结矿、球团矿
烧结机、球团竖炉、链篦机回转窑、
球团带式焙烧机
对物料进行焙(煅)烧,使其发生物理化学变化或烧结成块的工业炉窑。
有色
氧化铝、稀土、镁等
焙烧炉、煅烧炉(窑)、熟料烧成窑、回转窑等
建材
水泥
新型干法窑、立窑等
陶瓷(含卫生陶瓷等)、搪瓷
辊道窑、隧道窑、
梭式窑等
耐火材料
回转窑、隧道窑等
砖瓦
隧道窑、轮窑等
石灰
竖窑、套筒窑等
化工
铬、钡、锶、铅、锌、锰等重金属无机化合物、硫化合物、硫酸盐、磷酸盐、无机氟化物、
轻质碳酸钙、泡花碱等
回转窑、竖窑、
马蹄窑等
炭素
焙烧炉、煅烧炉(窑)
加热炉
钢铁、有色、建材、化工、石化等
——
将物料或工件加热,提高温度但不改变其形态的工业炉窑。
热处理炉
钢铁、有色、铸造等
退火炉、正火炉、回火炉、保温炉、淬火炉、固溶炉、调质炉等
将工件加热后进行热处理工艺(正火、回火、淬火、退火等)的工业炉窑。
干燥炉(窑)
农林产品、设备制造、金属制品、建材、化工等
烟草、木材、铸造砂、砂石、矿料(渣)、化工产品、有机涂层产品等
烘干炉(窑)、干燥炉(窑)
去除物料或产品中所含水分或挥发分的工业炉窑。
焦炉
焦化
焦炭
常规机焦炉、热回收焦炉等
对炼焦煤等进行干馏转化,生产焦炭及其他副产品的工业炉窑。
兰炭
炭化炉
煤气
发生炉
建材、化工、轧钢、有色等
——
——
以煤等为气化原料,通过与气化剂在高温下进行物理化学反应制取煤气的工业炉窑。
工业
锅炉
火电、供热等
电力、蒸汽、供暖等
煤粉炉、循环流化床锅炉、炉排炉、层燃炉等
以燃煤、燃油和燃气为燃料的蒸汽锅炉、各种容量的热水锅炉及有机热载体锅炉;各种容量的层燃炉等
参考资料:
[1]关于印发《工业炉窑大气污染综合治理方案》的通知(环大气〔2019〕56 号) ,生态环境部等四部委联合发布,2019.7;
[2]魏小林等,工业炉窑物质流和能量流匹配的节能原理分析,洁净煤技术,2020.10;
[3]江苏省等地工业炉窑大气污染物排放标准编制说明,2019-2020.9;
[4]张临峰, 黄导. 钢铁工业大宗固体废物综合利用综述[J]. 冶金管理, 2017(4):27-32.
[5]刘四威, 陈慧, 周志江,等. 工业窑炉协同处置固体废物产业现状分析及发展建议[J]. 能源与节能.2021(7):137-140.;
[6] 闫大海,工业炉窑协同处置固体废物进展及“十四五”展望,ppt,2020.12;
[7] 程元.燃煤电厂超低排放改造经济性研究[J].中国资源综合利用,2019,37(12):101-105,140.;
[8]徐灏等,大型燃煤电厂超低排放改造技术经济性分析[J],上海节能,2018;
[9]齐国利,中国工业锅炉定型产品变化情况研究[J],中国特种设备安全,2019。

END


    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多