Page 341 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 李佩诗等：高炉渣质能耦合处理系统的综合评价 · 337 ·

如 图 6 所示，制类水滑石单元的能耗贡献率高达
42.12%，其次是制沸石单元，贡献率 为 37.91%。这
是因为在制备沸石和类水滑石的过程中需要较高的
温度、较长的时间以完成晶化处理。此外，过滤得到
的产品还需要消耗大量热能来干燥。余热回收阶段
2 个单元的能耗之和不到总量 的 5%。

图 7 各单元对不同成本的贡献
Fig.7 Contribution of each unit to different costs

相似性，这是由于污染物的排放主要来自原料的上
游生产过程，而下游高炉渣处理过程中设备消耗电
力所造成的排放很少。

图 6 各单元能源消耗量对总能耗贡献 2.2 系统效益
Fig.6 Contribution of each unit to the total energy consumption 在日益严峻的全球变暖形势以及不断完善的碳

2.1.3 经济成本 交易机制背景下，笔者提出的高炉渣处理系统与其
由于与上游生产过程相关的成本已经包含在材 他系统相比具有以下优势：1）冷却高炉渣的过程中，
料和能源成本中，故系统的生命周期成本只需计算 通过将物理余热回收和化学余热回收相结合，有效
高炉渣处理过程中直接发生的成本。涉及的各项成 利用了高炉渣的高品质余热，不仅实现了能源的节
本如 表 5 所示。由 表 5 可见，处 理 1 高炉渣的生命 约，还制得了合成气和蒸 气 2 种副产品，可带来额外
t
周期总成本将 近 3 92 元，其主要贡献者为内部成 收益。2）高炉渣资源化过程制备的产品沸石和类水
6
本，贡献率 为 91.89%。内部成本中，HC 和 l NaO 的 滑石都是性能优良、再生性好的吸附剂，可用于吸
H
成本贡献率高。由 于 CO 排放而带来的外部成本 附 CO ，从而产生可观的环境和经济效益。基于此，
2
2
为 318.2 元，对总成本的贡献率仅 为 8.11%。 定量分析系统特性所带来的环境、能源和经济效益，
9

结果如 表 6 所示。
表 5 生命周期成本数据清单
由 表 6 可知， 在 CO 排放方面，每处 理 1 高炉
2
t
Table 5 Inventory data of life cycle cost
渣，系统 的 CO 排放量 为 1 501.38 kg，其主要来自预
2
成本类型 成本来源 数量 单价 总价/元
处理单元，贡献率高 达 47.96%。而制得的沸石和类
HCl 1 752 kg 1元/kg 1 752
水滑石共可吸附7 600.06 kg CO ，使得系统最终的
NaOH 680 kg 2元/kg 1 360 2
CO 净排放量为−6 098.68 kg。这说明除了吸附本系
2
NaAlO 2 80 kg 5元/kg 400
内部成本 统产生 的 CO ，产品还可额外吸附大量系统之外的
2
煤 40.41 kg 1.09元/kg 44.05
CO 。尽管 在 2.1. 节中提到，GW 是系统产生环境
1
P
水 0.27 t 4.10元/t 1.11 2
问题的最主要指标，但产品 对 CO 巨大的吸附能力
2
电力 131.95 kW·h 0.38元/(kW·h) 50.14
足以抵消这一不良环境影响。
外部成本 CO 排放 1.50 t 212.19元/t 318.29
2
在能源消耗方面，尽管在高炉渣处理的过程中

图 7 显示了各单元对不同种类成本的贡献率。 消耗了一定能量，但 在 2 个余热回收单元中回收利
从 图 7 可以看出，污染成本和材料成本主要来自预 用的能量值远远超过了所消耗的（约为消耗能量的
处理单元，能源成本主要来自制沸石和制类水滑石 2. 倍），使得系统的最终净能耗为负值。
4
单元。化学、物理余热回收单元对各类成本的贡献 在经济成本方面，系统的生命周期成本主要产
都很小，均 在 5 % 以下。值得注意的是，污染成本在 生于高炉渣资源化利用阶段，尤其是预处理单元，其
各单元中的分布情况和材料成本而非能源成本具有 对总成本的贡献率接 近 50%。依据当前中国市场，