苏州市垃圾分类对焚烧过程碳排放的影响_孙雨清.pdf

苏州市垃圾分类对焚烧过程碳排放的影响孙雨清1，钱寅飞1，储思琴2（1.苏州市环境卫生管理处，江苏苏州215007；2.上海环境卫生工程设计院有限公司，上海200232）【摘要】基于 20172021 年苏州市某生活垃圾焚烧厂的进厂垃圾调查采样资料，对垃圾物理组成、含水率等指标进行了分析，并探讨了理化特性变化对焚烧过程碳排放的影响。结果表明：进厂垃圾以厨余类、橡塑类、纸类为主。垃圾分类政策实施后，厨余类含量均值（39.2%）相较分类前（54.8%）显著下降，橡塑类含量（37.4%）相对提高 11.6 个百分点。垃圾含水率随组分变化逐年下降，而低位发热量则相反。采用清洁发展机制方法学结合改进的上游-操作-下游表格法进行碳排放核算分析，发现由于橡塑类含量提高及含水率下降等因素，垃圾焚烧过程产生的直接排放量逐年提高，而碳减排潜力有所下降。建议苏州市今后在做好垃圾分类管理的基础上，对垃圾中较高利用价值的橡塑类进行有效分选和利用，同时采取一定的技术手段控制垃圾焚烧过程中产生的碳排放，以进一步提升垃圾焚烧发电项目碳减排潜力。【关键词】垃圾分类；进厂垃圾；理化特性；焚烧；碳排放中图分类号：X733；X799.3文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）01-0104-09DOI：10.19841/ki.hjwsgc.2023.01.017The Impact of Waste Classification on Carbon Emissions in the Incineration Process in SuzhouSUN Yuqing1，QIAN Yinfei1，CHU Siqin2（1.Suzhou Environmental Sanitation Administration Agency，SuzhouJiangsu215007；2.Shanghai EnvironmentalSanitation Engineering Design Institute Co.Ltd.，Shanghai200232）【Abstract】Based on the investigation and sampling data of the incoming waste of a domestic waste incineration plantin Suzhou from 2017 to 2021，various indicators such as the physical composition and moisture content of the waste wereanalyzed.And the impact of changes in physical and chemical characteristics on the carbon emissions of the incinerationprocess was discussed.The results showed that the incoming waste in Suzhou was mainly composed of kitchen waste，rubberand plastic，and paper.After the implementation of the waste classification policy，the average content of kitchen waste（39.2%）decreased significantly compared with that before classification（54.8%）.While the content of rubber and plastic（37.4%）increased by 11.6 percents.The moisture content of waste have decreased year by year with the change ofcomponents，while the low calorific value was the opposite.Carbon emission accounting analysis was carried out using theclean development mechanism methodology combined with the improved upstream operation downstream table method.With the increase in rubber and plastic content and the decline in moisture content and other factors，the direct emissionsgenerated by the waste incineration process increased year by year，while the carbon emission reduction potential declined.Itwas suggested that Suzhou should effectively sort and utilize rubber and plastic products with high utilization value in waste inthe future on the basis of waste classification management.At the same time，some technical measures should be taken tocontrol the carbon emissions generated in the process of waste incineration，so as to further enhance the carbon emissionreduction potential of waste to energy projects.【Key words】garbage classification，incoming waste，physical and chemical properties，incineration，carbon emission1引言随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产生量逐年增加。自 2020 年6 月实施生活垃圾强制分类以来，苏州市生活垃圾理化特性，如厨余类、橡塑类等组分含量和含水率、低位发热量等理化指标发生了一系列变化，这些变化对生活垃圾焚烧过程产生一定的影响1。20 世纪以来，温室气体排放带来的气候变化问题对人类产生的影响愈加显著，联合国各国先第 31 卷第 1 期2023年2月环境卫生工程Environmental Sanitation EngineeringVol.31 No.1Feb.2023收稿日期：2022-07-29；录用日期：2022-10-11固体废物处理生命周期评价与碳足迹后签署了联合国气候变化框架公约 京都协议书 巴黎协定等一系列公约，呼吁全世界有效控制温室气体排放，积极应对气候变化2。中国作为一个负责任的发展中大国，一直积极采取措施致力于碳减排行动，于 2020 年提出力争在 2030年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和的“双碳”目标。生活垃圾因含有大量的化石源碳（橡塑、纺织类等）和可降解有机碳（厨余、木竹类等），在进行物理转运、化学转化、生物降解等处理处置过程中都会直接或间接地造成大量的碳排放3-4。根据国家温室气体清单总量公布数据，我国废弃物产生的碳排放总量表现出逐年上升趋势，可见垃圾处理过程碳减排研究的必要性5。垃圾焚烧发电作为一种将生活垃圾转化为可再生利用能源的无害化处理技术，可替代化石燃料燃烧产生电能，并且可避免填埋带来的 CH4泄漏问题，因此不少学者认为其具有较强的碳减排潜力4，6-7。大量的研究集中于采用不同的核算方法对垃圾焚烧过程碳排放、碳减排问题进行研究。赵磊等7采用生命周期评价法（Life Cycle Assessment，LCA）和“IPCC2006 指南”两种方法对城市生活垃圾焚烧相较填埋处理的碳减排量进行核算，每吨垃圾减排量分别为 597660 kgCO2e 和 648747 kgCO2e。初金凤8系统地研究了 LCA 和清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）方 法 学ACM0022 对于我国垃圾焚烧发电项目的碳排放计算中的适用性，并得出 CDM 方法学更适用于“可报告、可监测、可核查”的碳市场交易体系的结论。何品晶等9通过上游-操作-下游（UpstreamOperation Downstream，UOD）表格法以上海市某生活垃圾焚烧厂为例进行碳排放研究计算，结果表明垃圾焚烧发电过程中碳排放量为 166212kgCO2e/t，而垃圾中化石碳对碳排放贡献为 257kgCO2e/t。近年来随着各城市生活垃圾分类政策的逐步实施，垃圾分类对处理过程的碳排放影响受到了广泛关注10-12，然而较少研究从实际的垃圾特性角度分析垃圾焚烧过程的碳排放变化。本研究基于苏州市某生活垃圾焚烧厂 20172021 年进厂垃圾基础调查资料，研究进厂垃圾理化特性变化规律，并采用 CDM 方法学结合改进的UOD 表格法对该厂垃圾焚烧项目进行碳排放核算，探讨评价生活垃圾焚烧发电项目的碳减排潜力，进而提出促进碳减排潜力提升的对策建议。2研究对象和方法2.1研究对象以苏州市某生活垃圾焚烧厂的垃圾焚烧项目为研究对象，该项目采用机械炉排式垃圾焚烧炉对苏州市区生活垃圾进行焚烧处理（分期建设，项目规模持续增加）。该厂锅炉产生的蒸汽约有5%供系统自身使用，其余的进入汽轮发电机发电。20172021 年该项目垃圾处理量、发电情况及辅助燃料使用情况如表 1 所示。孙雨清，等.苏州市垃圾分类对焚烧过程碳排放的影响年份20172018201920202021垃圾处理量/t1 186 6371 220 0081 370 4861 823 0981 951 765发电量/MWh522 551.00520 886.20583 399.90919 743.101 018 822.05上网电量/MWh440 963.00427 842.38474 611.11744 701.36833 064.51吨发电量/（kWh/t）440.36426.95425.69504.49522.00吨上网电量/（kWh/t）372.58358.20353.19413.00431.98柴油/t426.16807.501 795.231 441.521 846.41天然气/（104m3）92.1084.17173.22炉渣/t282 529.80253 092.10281 235.78355 757.88397 761.52飞灰/t29 252.6530 029.6931 564.5741 597.5748 503.39污水处理量/t310 494354 320355 113509 620509 904进水 TN/（mg/L）1 2911 4821 3941 1801 237出水 TN/（mg/L）131492992表 120172021 年垃圾焚烧项目处理情况Table 1Treatment of waste incineration projects from 2017 to 2021注：表中数据由该垃圾焚烧厂提供，TN 浓度为各年度 12 月处理数据。2.2研究方法2.2.1生活垃圾采样以每月 1 次的频率在垃圾焚烧厂的进厂垃圾中现场采集样本并进行理化特性分析。采样过程：从垃圾焚烧厂的进厂垃圾车辆中随机抽取 23 辆，各取约 50 kg 生活垃圾进行充分混合。依据 CJ/T3132009 生活垃圾采样和分析方法13要求，采取圆锥四分