城市生活垃圾清潔高效一體化解決技術(shù)展望

葉笑臣 吳宏亮 肖堯 鄧啟剛 蘇虎

摘 要：由于人民生活水平的不斷提高，如何對其進行高效清潔的資源化利用，是我國城市生活垃圾面臨的重要問題。在眾多垃圾處理技術(shù)當(dāng)中，垃圾焚燒以其優(yōu)越的減毒、減量和減容特性成為國內(nèi)的主流垃圾處理技術(shù)。通過對比國內(nèi)外垃圾焚燒技術(shù)及垃圾焚燒技術(shù)工藝，展望未來垃圾處理技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：生活垃圾;焚燒;爐排;余熱鍋爐

1 前言

隨著我國人民的生活水平的不斷提高和城鎮(zhèn)化的進行，在過去的幾十年的時間里，我國的城市固體廢棄物產(chǎn)生總量經(jīng)歷了飛速地增長，圖1為2000年至2014年間我國城市固體廢棄物產(chǎn)生量與城鎮(zhèn)人口的變化情況。根據(jù)世界銀行估算，到2030年我國城鎮(zhèn)固體廢棄物將達到4.8億噸。

目前生活垃圾的處理方式主要有三種，即填埋、焚燒和堆肥。若使用堆肥的方法，則面臨非發(fā)酵垃圾分離的難題，同時我國垃圾含水量較高，長時間的發(fā)酵很可能會帶來滲濾液污染的問題。另外從處理效率和項目規(guī)模來看，堆肥也不宜作為主流處理方式推廣。填埋法的主要問題是占用大量土地，同時重復(fù)利用率低，舊填埋場庫容達到極限后又需要新建設(shè)施，嚴重耗費土地資源。當(dāng)前我國面臨城鎮(zhèn)開發(fā)以及人口壓力等一系列和土地資源相關(guān)的問題，建設(shè)垃圾填埋場帶來的綜合成本高企，不符合社會實際需求[2]。

焚燒法對垃圾原料的要求較低，處理效率高、占地面積小，可利用焚燒產(chǎn)生的熱能、灰渣后端資源化利用，處理相同規(guī)模的垃圾占地只需要填埋方式的十分之一。圖2為2006年到2019年國內(nèi)固廢的處理方式占比情況。當(dāng)前垃圾焚燒方式越來越得到地方政府的青睞。表1為焚燒、填埋及堆肥的比較，可以看出，焚燒在占地面積、防止水污染和防止土壤污染等方面都有較大的優(yōu)勢，是實現(xiàn)固體廢棄物減量化、無害化和資源化的有效手段。同時，在管理要求，尾部煙氣處理等方面是難點。

焚燒法按燃燒技術(shù)不同還可以進一步細分。生活垃圾焚燒處理的燃燒技術(shù)主要有：機械爐排爐、循環(huán)流化床焚燒爐、熱解焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯焚燒爐四種，其中熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在生活垃圾焚燒中應(yīng)用較少，循環(huán)流化床焚燒爐的應(yīng)用相對機械爐排爐市場份額占比較小，機械爐排爐是當(dāng)前市場的主力[2]。

2 固廢焚燒發(fā)電現(xiàn)狀

2.1國外固廢焚燒概況

垃圾焚燒技術(shù)在世界發(fā)達國家是已有上百年發(fā)展歷史的成熟技術(shù)。國外最早進行垃圾焚燒技術(shù)研究開發(fā)的是德國，隨后英國、法國、美國、日本等國也積極開展了這方面的研究。

在2011年，德國有69座垃圾焚燒發(fā)電廠在運行，其年處理能力為2000萬噸。這其中有30座是RDF（垃圾衍生燃料）焚燒發(fā)電廠，年處理能力為460萬噸。在2011年，德國有MBT廠48座，年處理能力為600萬噸，處理了500萬噸分類收集后的剩余居民生活垃圾。經(jīng)MBT廠分選出的可燃物被送到焚燒廠焚燒發(fā)電[5]。日本是世界上焚燒廠最多的國家，2017 年共有 1 103 座垃圾焚燒設(shè)施，其中新建設(shè)施 43 座，合計處理能力為 1.8×105t/d。隨著環(huán)保要求的不斷提高，日本垃圾焚燒廠的數(shù)量在不斷減少，一方面是因為其垃圾焚燒廠處理能力已經(jīng)相對飽和，另一方面是隨著垃圾資源化利用率的提高，需要焚燒的垃圾量有所下降[4]。北歐等發(fā)達國家也有類似的焚燒發(fā)電廠。國外主要爐排垃圾焚燒爐排見表2。

2.2國內(nèi)垃圾焚燒概況

我國垃圾焚燒發(fā)電起步于20世紀90年代末，發(fā)展至今僅二十年時間，但隨著我國城鎮(zhèn)化進程和城市人口的增加，我國城市生活垃圾對環(huán)境造成的壓力不斷加大，垃圾無害化處理技術(shù)已越來越引起我國重視并快速發(fā)展起來。

2012年發(fā)布的《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》反映了填埋和焚燒比例的變化趨勢。規(guī)劃中表明，在十二五期間垃圾無害化處理中選用焚燒技術(shù)的達到35%，東部地區(qū)選用焚燒技術(shù)達到48%。在2010年，全國焚燒的比例僅20%。而填埋處理量的占比則從2010年的77%降低至2015年的59%。

2016年發(fā)布的《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中則明確提出焚燒處理要達到 50% 以上，其中東部地區(qū)達到60% 以上，“十三五”期間，全國預(yù)計新增 228座垃圾焚燒廠，增幅達 103%，在“十二五”的基礎(chǔ)上又將實現(xiàn)翻番[7]。

經(jīng)過“十三五”期間產(chǎn)能的快速增長，目前中國共有生活垃圾處理設(shè)施2561座，日處理能力超過了 1 百萬噸，其中焚燒發(fā)電占比達到44%[3]。。近年來，垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)集中度不斷提升，截至2019年底，前十大垃圾焚燒企業(yè)的市場占有率已經(jīng)接近80%。大部分產(chǎn)能集中在專業(yè)運營商手里，其余部分分布在地方環(huán)保公司和當(dāng)?shù)卣掷?。隨著市場進一步呈現(xiàn)集約化趨勢，專業(yè)運營商的競爭優(yōu)勢越發(fā)凸顯，地方產(chǎn)能將大概率被行業(yè)龍頭企業(yè)整合，行業(yè)集中度繼續(xù)提高。

中國的垃圾焚燒發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)基本都是從與國外技術(shù)合作和引進起步并逐步發(fā)展起來，乃至擁有自主垃圾焚燒爐技術(shù)的。例如，已知的技術(shù)引進關(guān)系有：光大國際、重慶三峰和德國馬丁公司;深圳能源和比利時吉寶西格斯公司;康恒環(huán)境、華光鍋爐和日立造船;中科集團、廣環(huán)投和丹麥偉倫等等。中國企業(yè)經(jīng)過向國外公司的學(xué)習(xí)，推陳出新也發(fā)展出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)垃圾焚燒爐技術(shù)，例如，杭州新世紀、偉明環(huán)保的兩段式爐排技術(shù);綠色動力的逆推式機械爐排技術(shù)、杭州錦江的異重循環(huán)流化床技術(shù)、湖州環(huán)清環(huán)保科技有限公司的二次蓄熱升溫氣化燃燒技術(shù);江蘇天楹環(huán)保等企業(yè)，在國外技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了垃圾焚燒發(fā)電成套裝備技術(shù)方面的改進，使之更適應(yīng)中國垃圾分組，有效增強了國產(chǎn)和進口設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性，降低了煙氣中的二噁英濃度。

國內(nèi)垃圾焚燒領(lǐng)域經(jīng)過多年的發(fā)展，在各自專注和產(chǎn)業(yè)鏈分工下已形成了相對成熟的商業(yè)模式和分工，可分為甲乙丙三種類型的企業(yè)。甲類企業(yè)是以資產(chǎn)布局為主的企業(yè)，以光大國際、城發(fā)環(huán)境等投資運營類、跨地域的國企或民企為代表;乙類為工程承包類為主的企業(yè)如上海環(huán)境，目前已從B方陣中逐步走出，并正在成為A方陣的重要組成力量;丁類為為環(huán)保裝備設(shè)備制造企業(yè)，其中東方鍋爐為國內(nèi)唯一具有爐排、余熱鍋爐、煙氣治理、滲濾液處理等全套一體化設(shè)計生產(chǎn)的設(shè)備廠家。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)：截至2013年底我國垃圾發(fā)電裝機容量達到340.03萬千瓦時，較2012年增長35%，2014年我國垃圾發(fā)電裝機容量430.8萬千瓦時，較2013年增長26.7%。僅在“十二五”期間，全國城市共新增 127 座垃圾焚燒廠，增幅達 133%，超過 2010 年以前建成垃圾焚燒廠的總和[3]。隨著垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，截至2019年，全國已投運501個項目，已建成了光大南京、成都祥福、北京高安屯、佛山南海等一批典型項目，尤其是在經(jīng)濟水平較高的地區(qū)，截止2019年垃圾焚燒處理方式占比超過30%甚至50%。

3 技術(shù)路線分析

3.1 垃圾焚燒發(fā)電廠的一般工藝流程

垃圾焚燒發(fā)電廠的工藝流程總體如下：垃圾采用垃圾車運到廠內(nèi)，卸入垃圾池內(nèi)。采用吊車或抓斗將卸下的垃圾進行翻拌、混合、堆棧。垃圾經(jīng)過幾天的堆放儲存后，由吊車或抓斗抓取投進爐前的垃圾料斗，經(jīng)過垃圾給料裝置送入鍋爐燃燒。焚燒產(chǎn)生的熱由余熱鍋爐轉(zhuǎn)換為蒸汽，進入汽輪機發(fā)電。焚燒爐產(chǎn)生的爐渣則可以進行資源化利用。垃圾焚燒后產(chǎn)生的煙氣中含有較多的有害物質(zhì)，如酸性氣體（HCl， HF等），重金屬，粉塵，NOx， SO2， 二噁英，呋喃等，必須經(jīng)過煙氣凈化后才可排放。而煙氣凈化過程中的飛灰因危險性高，一般無法進行再利用，通常作填埋處理。

3.2 典型工藝設(shè)備

垃圾焚燒的主要設(shè)備包括焚燒設(shè)備、余熱鍋爐、煙氣處理設(shè)備以及滲濾液處理設(shè)備。爐排目前是國內(nèi)的主流垃圾焚燒裝備[6]。各種爐排的結(jié)構(gòu)之間略有差異，但是都包括了垃圾的干燥、燃燒和燃盡三個階段，本質(zhì)上區(qū)別不大。而與焚燒爐相匹配的余熱爐，則根據(jù)處理量不同，布置形式各有差異。圖8展示了立式、半臥式和臥式三種余熱鍋爐形式。其中立式余熱鍋爐多用在400t/d垃圾處理量的項目上，或者場地建設(shè)面積受限的項目上。在煙氣凈化上，圖9展示的SNCR+SDA（半干法）+DA（干法）+PAC（活性炭）+FF（布袋除塵器）+SCR的處理方式已經(jīng)可以滿足歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)。對于對酸性氣體排放要求更嚴格的地區(qū)，可以采用圖10中的工藝流程，增加濕法脫酸步驟。

4 結(jié)論與展望

生活垃圾焚燒以其優(yōu)越的無害化、減量化和資源化特性，將在很長一段時間內(nèi)，繼續(xù)占據(jù)生活垃圾處理技術(shù)的領(lǐng)先位置。

隨著生活水平上升，垃圾分類工作的進一步深化以及國家扶持補貼政策的不斷退坡，城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)也將面臨新的挑戰(zhàn)和機遇。穩(wěn)步上升的生活垃圾熱值，種類清晰的各式垃圾，對不同種類的垃圾的大規(guī)模協(xié)同處理提出訴求。國補退坡逐步實行，加之不斷降低的垃圾處理費，進一步對生活垃圾一體化發(fā)電技術(shù)提出更高效的要求。

未來高參數(shù)、高效率、低能耗、低碳排放，能協(xié)同處理多類垃圾的一體化技術(shù)將會成為發(fā)展方向。在硬件設(shè)備不斷發(fā)展的同時，還要結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和“互聯(lián)網(wǎng)+”等新一代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式，建設(shè)基于大數(shù)據(jù)挖掘的智能設(shè)計與管理系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的信息化智能決策平臺，支撐保障生活垃圾在資源循環(huán)轉(zhuǎn)化與能源梯級利用的健康持續(xù)發(fā)展[6]。

目前“十四五”垃圾處理規(guī)劃已發(fā)布，垃圾分類成為未來五年主旋律，進一步深化和推廣全國性垃圾分類工作將是未來五年的核心主題。而由垃圾分類衍生的前端收運、中端資源化及后端處置（焚燒 + 餐廚）產(chǎn)業(yè)亦有望迎來黃金發(fā)展期[7]。

參考文獻

[1]李婧，周宇，劉園園. 我國城市固體廢棄物處理現(xiàn)狀及展望. 城市建筑，2018.6

[2]北極星環(huán)保網(wǎng). http：//huanbao.bjx.com.cn/news/20160810/ 760727-3. shtml

[3]鄧乂寰，劉抒悅，吳坤. 中國生活垃圾主要處理方式和年運行費用分析及“十四五”政策研究. 環(huán)境與科學(xué)管理，2021.04

[4]程偉，鞠阿蓮. 日本生活垃圾焚燒處理現(xiàn)狀及啟示. 環(huán)境衛(wèi)生工程，2019.12

[5]張文陽. 德國廢物管理五步架構(gòu)對我國生活垃圾焚燒發(fā)電的啟示. 環(huán)境保護，2014.10

[6]唐爽，李鳴曉，侯佳奇. 我國生活垃圾處置技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析再生資源與循環(huán)經(jīng)濟，2020.10

[7]再協(xié). “十四五”垃圾規(guī)劃發(fā)布垃圾分類開啟“焚燒+”時代中國資源綜合利用，2021.05