垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展綜述

符鑫杰，李濤，班允鵬，王新建

（1.中信重工機械股份有限公司，河南 洛陽 471003；2.中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471003）

引言

城市生活垃圾是指人類在日常生產(chǎn)、生活活動中產(chǎn)生的固體廢棄物以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為生活垃圾的固體廢棄物[1]。隨著我國城市化發(fā)展進程的不斷推進，人民的生活質(zhì)量不斷提高，同時也帶來了垃圾產(chǎn)生總量不斷增加的問題[2]（見圖1）。垃圾對環(huán)境的危害持續(xù)時間長，如不及時進行無害化處理，會引起醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境、社會等諸多問題。隨著全社會環(huán)境意識的不斷提高，城市垃圾無害化處理率也在不斷增長（見圖2）。

圖1 近年來我國生活垃圾清運量

圖2 我國垃圾無害化處理率

1 垃圾處理主要方式

目前垃圾無害化處理的主要方式為[3]：分類回收、衛(wèi)生填埋、垃圾堆肥、垃圾焚燒。

（1）垃圾分類回收：理論上是垃圾處理的最優(yōu)方式。作為被放錯位置的資源，只有對垃圾進行有效的分類回收，才能做到物盡其用。隨著社會的發(fā)展，更多的國家大力推行垃圾分類回收，其占垃圾無害化處理的比例也逐年提高。

（2）垃圾衛(wèi)生填埋：該技術(shù)使用最為普遍，也是目前最主要的垃圾處理方式。工藝簡單，處理成本最低，但需要占用大量土地，因此在土地資源充足的地區(qū)多采用此種垃圾處理方式。衛(wèi)生填埋在垃圾處理總量的占比中，我國達62%[2]，美國達54%[4]。

（3）垃圾堆肥：該技術(shù)使用自然界的微生物來消化垃圾中的有機物質(zhì)，使其變?yōu)榉€(wěn)定的腐殖質(zhì)，垃圾堆肥的剩余殘渣可作為農(nóng)業(yè)肥料，使其資源化利用[5]。但堆肥工藝要求嚴苛，對大氣、土壤、水源地也存在較大的影響，目前此項技術(shù)的垃圾處理量占垃圾總處理量的比例在不斷降低。

（4）垃圾焚燒：該技術(shù)是將垃圾在高溫條件下快速氧化燃燒，實現(xiàn)垃圾的減量、復(fù)用、再生、能源回收。德國漢堡于1869年，法國巴黎于1898年先后建立了垃圾焚燒廠，垃圾焚燒技術(shù)自此開始廣為流傳。隨著垃圾的熱值不斷提高，對垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M行余熱利用成為了可能，并逐步形成了垃圾焚燒發(fā)電成套技術(shù)，使垃圾焚燒實現(xiàn)了能源回收。由于實現(xiàn)了垃圾的4R（Reduce、Reuse、Recycle、Recovery）綜合處理，該技術(shù)也越來越被國內(nèi)外接受。

2 我國垃圾處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

此前，我國部分地區(qū)（如北京、上海等城市）試點推行垃圾分類回收，但由于垃圾分類體系的建設(shè)不完善，導(dǎo)致出現(xiàn)垃圾在回收源頭分類，在中間過程又再次混合的情況。這種垃圾分類處理方式并沒有形成真正意義上的“垃圾分類回收利用”機制。

垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)目前仍是我國垃圾處理的主要手段，但隨著垃圾產(chǎn)生量日益增加，垃圾填埋處理的薄弱環(huán)節(jié)也在不斷顯現(xiàn)。如生活垃圾填埋場滲濾液的處理及填埋場產(chǎn)生氣體的控制。更值得注意的是，垃圾填埋不斷占用日益稀缺的土地資源，這也正是我國目前不斷尋找更合理的垃圾處理方式的主要原因。

垃圾堆肥在國內(nèi)主要是針對廚房廢物、庭院廢物、污水處理污泥和糞便等富含有機物的生活垃圾，用混合垃圾堆肥的實例并不多，我國從20世紀50、60年代開始向國外學(xué)習(xí)，在70、80年代開始給予垃圾堆肥處理以積極的支持，但由于垃圾堆肥對垃圾的處理能力有限，同時受制于垃圾的成分、收集方式等因素的限制，導(dǎo)致該項垃圾處理方式占垃圾處理總量的比例依然很小。

由于垃圾焚燒技術(shù)具有垃圾處理量大、速度快、占地面積小等特點，同時鑒于我國垃圾填埋場容量受限，垃圾衛(wèi)生填埋土地供應(yīng)日益緊張等實際情況，使得垃圾焚燒技術(shù)成為今后我國垃圾處理的主要發(fā)展方向。

3 垃圾焚燒技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展狀況

垃圾焚燒技術(shù)距今已有百年歷史，最早的垃圾焚燒處理廠工藝設(shè)備簡單，人工操作繁瑣，工作量極大，直到20世紀70年代才出現(xiàn)了如今天工藝形式相近的垃圾焚燒廠（有控制系統(tǒng)和煙氣處理）。繼德國漢堡、法國巴黎發(fā)展垃圾焚燒之后，焚燒技術(shù)才開始逐漸發(fā)展推廣。目前國外典型的垃圾焚燒廠有新加坡大士南垃圾焚燒廠，該廠建于2000年，有6條日處理量720噸的焚燒線，日處理能力3000噸，采用馬丁爐排，配置2×66MW汽輪發(fā)電機組。丹麥的能源之塔，2014年投入使用，被稱作是全球最美麗的垃圾焚燒處理廠，年處理能力35萬噸，能源利用率高達95%，大約可為6.5萬戶家庭供電，為近4萬戶家庭供暖。瑞士圖恩垃圾焚燒發(fā)電廠建成于2004年，日處理垃圾400噸，其產(chǎn)生的電力占到圖恩市垃圾供電的1/3，同時該廠還是一個提供熱能的公共設(shè)施。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，許多國家的垃圾處理方式都由單一方式向多樣綜合發(fā)展。在發(fā)展新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備以提高垃圾焚燒發(fā)電能源化利用的同時，能更加注重從源頭開始做好垃圾分類工作，這不僅有利于垃圾的綜合利用，更有利垃圾焚燒處理的實際運行。

我國城市生活垃圾焚燒技術(shù)于20世紀80年代引進，1988年深圳市引進的生活垃圾焚燒處理廠投產(chǎn)；1992年珠海市開始籌建3個2000噸/日的生活垃圾焚燒處理廠，由此我國的垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)進入了快速發(fā)展時期。截至2016年，我國有垃圾焚燒發(fā)電廠249座，處理量255,850萬噸/日[2]。

4 垃圾焚燒工藝的特點

垃圾焚燒目前有三種工藝：爐排爐技術(shù)、循環(huán)流化床技術(shù)、回轉(zhuǎn)窯技術(shù)[6]。

4.1 爐排爐特點

垃圾從進料口落在爐排上，爐排通過運動帶動垃圾產(chǎn)生空間位移，從而形成預(yù)熱段、燃燒段和燃盡段。

由于國內(nèi)垃圾的熱值普遍偏低，需要補燃才能維持一定的爐膛溫度。爐排爐由于結(jié)構(gòu)的特殊性，可以利用油進行輔燃，不用摻燒煤。由于爐排爐本身能夠?qū)M行干燥，因此進料垃圾不需進行干燥預(yù)處理，縮短了垃圾處理流程。依靠爐排可動部件的運動，實現(xiàn)垃圾的充分攪動與混合，達到垃圾完全燃燒的目的。爐排爐具有可連續(xù)運轉(zhuǎn)的特點，垃圾燃燒穩(wěn)定，飛灰量少，爐渣熱灼減率低。經(jīng)過長期發(fā)展，該類技術(shù)相對成熟，設(shè)備年運行時間在8000小時以上。但此類焚燒爐不宜經(jīng)常性的起停鍋爐。目前主要的爐排技術(shù)及廠商見表1。

表1 主要爐排技術(shù)及廠商

4. 2 循環(huán)流化床技術(shù)

氣體從布風(fēng)板快速向上流出，并帶動床層床料，隨著速度的增加，床層的物料堆積狀態(tài)發(fā)生變化，直至形成流化狀態(tài)，垃圾在這種狀態(tài)下進入鍋爐進行燃燒[7、8]。

循環(huán)流化床技術(shù)需要使用合適粒徑的石英砂作為床料，在進行垃圾焚燒時還需要摻煤。該燃燒技術(shù)的燃料適應(yīng)性廣，可以混合多種廢物，但是要保證進料的均勻性。爐內(nèi)已燃燃料（垃圾和煤）與床料充分混合處于懸浮流化狀態(tài)，新入爐燃料為瞬時燃燒，因此燃燒不完全，飛灰量大，飛灰熱灼減率高，二英產(chǎn)量相對較大。

表2 我國主要流化床技術(shù)廠家

4.3 回轉(zhuǎn)窯技術(shù)

回轉(zhuǎn)窯窯體相對于水平空間具有一定的傾斜角度，一般為4度左右，在運行過程中一邊進行緩慢旋轉(zhuǎn)，一邊使得物料從上部向下部滑落，以達到物料充分翻轉(zhuǎn)混合以及前進的效果，供其燃燒的空氣一般從兩端供給。

水泥窯協(xié)同處理垃圾可以利用水泥燒成系統(tǒng)處理垃圾或垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的臭氣和其他有毒物質(zhì)；垃圾焚燒產(chǎn)生的灰渣可以作為水泥原料，垃圾中的有毒氣體能夠在窯內(nèi)高溫氣氛中得到分解；水泥窯系統(tǒng)產(chǎn)生的部分高溫廢氣可作為垃圾焚燒的補充熱源或全部熱源，增加垃圾焚燒系統(tǒng)的入熱量，使垃圾得到助燃，焚燒過程更加充分，進而降低甚至消除二英的排放。但含水率高，熱值低于5000kJ/kg的生活垃圾不適用于此類技術(shù)。

利用水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的主要工藝有：1）水泥窯改造使之與垃圾處理工藝相互融合，如：銅陵海螺水泥廠的新型干法水泥窯和氣化爐相融合的處置技術(shù)（簡稱CKK系統(tǒng)）；2）對生活垃圾進行提質(zhì)、原料化，在進入水泥窯爐焚燒之前將生活垃圾制備成下游原料，以供水泥工業(yè)使用，如華新水泥廠的垃圾衍生燃料技術(shù)（RDF：Refuse Derived Fuel）[9]。其他類型的處置技術(shù)及廠商見表3。

表3 國內(nèi)外水泥窯協(xié)同垃圾處理技術(shù)[9]

5 焚燒發(fā)電技術(shù)進展

目前國內(nèi)大部分垃圾焚燒發(fā)電采用的技術(shù)參數(shù)均為中溫中壓參數(shù)，即4MPa/400℃，發(fā)電熱效率僅22%～25%，效率不高。近年來，歐洲已經(jīng)出現(xiàn)了高參數(shù)的垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)（見表4），主要可概括為以下幾類：1）與火力發(fā)電廠耦合（WTE-GT）[10、11]，采用燃氣輪機蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，利用燃氣輪機的高溫排氣為焚燒發(fā)電廠提供額外熱源，西班牙Zabalgarbi焚燒發(fā)電廠就是采用這種新型垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)；2）借鑒于火力發(fā)電機組的再熱循環(huán)技術(shù)，發(fā)展了垃圾焚燒發(fā)電的再熱循環(huán)系統(tǒng)，荷蘭阿姆斯特丹AEB焚燒廠采用的即為此技術(shù)；3）增強材料性能，提高鍋爐參數(shù)，如采用涂層技術(shù)等過熱器保護技術(shù)，提高鍋爐的初參數(shù)。

國內(nèi)企業(yè)中國光大國際有限公司（以下簡稱“光大國際”）也在著手進行高參數(shù)垃圾焚燒發(fā)電可行性的研究。目前光大國際大部分的垃圾焚燒發(fā)電廠均為中溫中壓參數(shù)，近期的廣東惠東項目、山東壽光項目也都采用最新的中溫次高壓技術(shù)，相較之前的中溫中壓技術(shù)，其發(fā)電效率有了一定的提高，垃圾焚燒處理的整體效益也得到了提升。

表4 歐洲發(fā)電效率較高的垃圾焚燒廠[12]

目前，除了常規(guī)狹義上的垃圾焚燒技術(shù)，還發(fā)展出垃圾氣化熔融技術(shù)[13]，垃圾熱解氣化技術(shù)[14]、等離子氣化技術(shù)[15]等其他廣義上的垃圾焚燒處理技術(shù)，也是未來垃圾焚燒處理技術(shù)的發(fā)展方向。

6 展望

我國垃圾處理過程中的分類問題始終沒有解決，在上海、北京、杭州等城市推行的垃圾分類試點效果也不盡如人意。垃圾分類作為垃圾處理的源頭，是垃圾處理效果的關(guān)鍵，有效的垃圾分類能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾資源化、利用最大化，同時也能有效提高后續(xù)垃圾處理的效率。

近些年國家及有關(guān)部委發(fā)布了多項關(guān)于垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)意見，強調(diào)建設(shè)高標準垃圾焚燒廠的要求，進一步降低垃圾焚燒對環(huán)境的影響，避免“鄰避效應(yīng)”。以上指導(dǎo)意見闡述的正是我國垃圾焚燒發(fā)電發(fā)展的主要著手點，在做好垃圾焚燒宣傳教育工作的同時，還需努力提高垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的資源化，積極推進垃圾焚燒超低排放技術(shù)，實現(xiàn)垃圾焚燒真正意義上的無害化、資源化、產(chǎn)業(yè)化。