山東省生活垃圾處理方式變化趨勢及各組分熱值特性研究

于曉飛，于 鵬

（泰思特（青島）檢驗(yàn)檢測有限公司，山東 青島 266000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)增長、新農(nóng)村化和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，生活垃圾作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，正逐漸增加我國環(huán)境治理的負(fù)擔(dān)。根據(jù)《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)，我國2016年—2020年城市垃圾清運(yùn)量整體呈增長趨勢（見表1）。

表1 連續(xù)5年年度垃圾清運(yùn)量 單位：萬噸

我國廣東、江蘇、山東、浙江、福建等省的生活垃圾產(chǎn)生量保持著較高增長趨勢，這5個(gè)省份為全國垃圾清運(yùn)量最多的省份。山東省作為全國經(jīng)濟(jì)和人口大省，全年垃圾清運(yùn)量連續(xù)5年位居全國第三。我國2020年全年垃圾清運(yùn)量達(dá)到23 511.7萬噸，其中山東省年度清運(yùn)量達(dá)1 673.9萬噸（見表1），全國占比7.1%。垃圾產(chǎn)量的快速增長使得許多城市開始面臨“垃圾圍城”的困境。我國目前的城市生活垃圾無害化處理手段主要有衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥等[1]。山東省生活垃圾無害化處理方式正面臨著重要轉(zhuǎn)型，由原來的衛(wèi)生填埋為主，焚燒處理為輔，其他方式為補(bǔ)充的形式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉贌幚頌橹?，衛(wèi)生填埋為輔，其他方式為補(bǔ)充[2]。衛(wèi)生填埋不僅占用大量土地資源，且容易出現(xiàn)污染地下水和土壤的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，焚燒是較為徹底的減容、減量、無害化的處理手段[3]。相比其他處理方式，焚燒處理對(duì)環(huán)境的危害程度更低。隨著山東省人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢及生活垃圾分類工作的逐步推進(jìn)，垃圾清運(yùn)量逐年提高，如何有效處理生活垃圾已成為山東省面臨的一個(gè)亟待解決的問題[4]。近年來，生活垃圾的焚燒廣泛應(yīng)用于垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)，生活垃圾的熱值直接影響焚燒鍋爐性能設(shè)計(jì)以及焚燒量的設(shè)計(jì)。

1 山東省生活垃圾處理方式的變化趨勢

隨著地球化石能源的枯竭，全球能源危機(jī)日益加重。能源的再生循環(huán)利用成為國家能源節(jié)約的一種重要策略性手段。近幾年生活垃圾焚燒廣泛應(yīng)用于垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)。生活垃圾焚燒處理在垃圾無害化處理方式中的優(yōu)勢更為突出。隨著能源策略的轉(zhuǎn)變，我國2016年—2020年期間，隨著全國生活垃圾清運(yùn)量的增長，全國生活垃圾處理廠個(gè)數(shù)呈逐年上升趨勢，全國生活垃圾焚燒處理廠數(shù)目也明顯增加，而衛(wèi)生填埋處理廠數(shù)目略有減少（見圖1）。2016年，衛(wèi)生填埋處理廠占全國生活垃圾無害化處理廠總數(shù)的69.89%，焚燒處理占比26.49%。到2020年，衛(wèi)生填埋處理廠占比為50.04%，焚燒處理占比35.98%，全國生活垃圾無害化處理方式發(fā)生了明顯變化。而圖2中，山東省對(duì)全國能源策略的應(yīng)對(duì)更為明顯。期間，山東省生活垃圾無害化處理廠和焚燒處理廠總數(shù)均有明顯增長，垃圾填埋場數(shù)量明顯下降，生活垃圾焚燒占比從2016年的36.36%上升到2020年的50.52%；衛(wèi)生填埋處理由2016年的57.58%降低為31.96%；其他處理方式由2016年的6.06%上升到2020年的17.53%。山東省在全國垃圾處理方式逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變的大環(huán)境下，其生活垃圾處理方式發(fā)生了更為明顯的轉(zhuǎn)變，焚燒處理正逐漸替代衛(wèi)生填埋。而隨著居民居住區(qū)垃圾分類投放工作的逐步推行，促使一些不適用于填埋和焚燒的垃圾通過垃圾分類的方式進(jìn)行篩選，并通過其他處理方式進(jìn)行處理。

圖1 2016-2020年全國生活垃圾處理廠數(shù)量趨勢圖

圖2 2016-2020年山東省生活垃圾處理廠數(shù)量趨勢圖

2 生活垃圾各組分熱值特性及對(duì)焚燒爐性能參數(shù)的影響

近年來，山東省發(fā)電行業(yè)正由生活垃圾焚燒發(fā)電逐漸替代化石能源燃燒發(fā)電。不僅節(jié)約了化石能源的消耗，同時(shí)緩解了生活垃圾處置壓力，從而保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。生活垃圾焚燒熱值的大小，對(duì)焚燒爐設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和焚燒發(fā)電工藝的優(yōu)化起到至關(guān)重要的作用。如公式（1）所示，當(dāng)垃圾焚燒爐的額定垃圾處理量確定后，垃圾低位熱值的高低直接決定了垃圾焚燒爐正常運(yùn)行的負(fù)荷上限，垃圾焚燒爐的輸入總熱量為[5]：

式中 Q—垃圾總輸入熱量，kJ/h ；B—垃圾焚燒量，kg/h ；Qnet.v.Ar—垃圾低位熱值，kJ/kg。

在生活垃圾熱值已知的情況下，垃圾焚燒發(fā)電所需的熱量一定時(shí)，通過控制垃圾焚燒量可直接控制焚燒熱值。因此，生活垃圾的熱值大小直接影響焚燒爐的焚燒量和生活垃圾處理量。

現(xiàn)選取山東省某生活垃圾焚燒發(fā)電廠燃料用生活垃圾，用氧彈式熱量儀對(duì)生活垃圾中幾種主要的可燃物組分的熱值進(jìn)行測定。表2所示，生活垃圾中各組分試劑低位熱值分別為橡塑類29 490 kJ/kg、復(fù)合包裝14 410 kJ/kg、紡織類15 200 kJ/kg、紙制品12 470 kJ/kg、中藥殘?jiān)?1 550 kJ/kg、木竹類8 478 kJ/kg、農(nóng)業(yè)固廢8 176 kJ/kg。從數(shù)據(jù)可以看出，有機(jī)類垃圾燃燒熱值最高，其次為初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品加工后的產(chǎn)品，而未經(jīng)加工的竹木類垃圾的濕基低位熱值最低，但也超過了8 000以上，已經(jīng)可以滿足焚燒爐的焚燒熱量要求。從表中列出的幾種材質(zhì)的垃圾灰分含量可以看出，灰分含量越少，其熱值越高。濕基低位熱值的大小除了與垃圾材質(zhì)有關(guān)外，材料的水分含量對(duì)濕基低位熱值也有不同影響。垃圾水分含量越高，其濕基低位熱值越低。有機(jī)類垃圾具有拒水的特點(diǎn)，水分對(duì)其濕基低位熱值影響不大。而紡織類、紙制品和木竹類等垃圾的吸水性比較大，如果垃圾水分含量太高，其濕基低位熱值會(huì)降低。因此，生活垃圾在用作燃料時(shí)，其有機(jī)物含量越高，燃燒熱值越高。在混合垃圾投入焚燒前，了解其物理組成情況和含水率情況，可預(yù)測垃圾的熱值。同時(shí)我國各大城市正逐步實(shí)現(xiàn)垃圾分類收集，根據(jù)垃圾歸類要求，可通過控制可回收利用垃圾各組分的占比來調(diào)整焚燒垃圾的濕基低位熱值，以實(shí)現(xiàn)不同性能的焚燒爐配置不同產(chǎn)熱量的垃圾做為燃料。

表2 生活垃圾中幾種組分熱值

3 結(jié)論

山東省生活垃圾無害化處理正由焚燒處理逐漸替代衛(wèi)生填埋，焚燒處理占比從2016年的36.4%上升到2020年的50.5%，垃圾處理方式發(fā)生明顯變化。而生活垃圾作為一種新型的可回收利用能源正逐步被應(yīng)用在垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)。生活垃圾濕基低位熱值的大小直接影響焚燒爐的焚燒性能。有機(jī)組分生活垃圾濕基低位熱值可達(dá)到14 000～29 000 kJ/kg左右，紡織類、紙制品等初級(jí)加工產(chǎn)品垃圾的濕基低位熱值可達(dá)12 000～15 000左右，而未經(jīng)加工的植被類垃圾，其濕基低位熱值在8 000～10 000 kJ/kg左右。通過各垃圾成分的不同配比可實(shí)現(xiàn)配置一定熱值的垃圾燃料來配合焚燒爐性能，或通過生活垃圾物理組成含量的不同來預(yù)判生活垃圾作為燃料的濕基低位熱值。