發(fā)達國家垃圾焚燒發(fā)電經(jīng)驗及借鑒

李湘洲

（長春理工大學，吉林 長春 130022）

隨著城市進程的加快，市區(qū)人口日益增多，城市垃圾總量正以驚人的速度遞增。一方面越來越多的城市陷入“垃圾圍城”的尷尬境地，另一方面地下資源日趨枯竭。重壓之下，人們對垃圾的認識發(fā)生了重大變化。垃圾焚燒發(fā)電就是在這種背景下應運而生的。垃圾焚燒發(fā)電是一項高科技垃圾處理技術，既可對垃圾進行無害化、減量化處理，又可以利用垃圾焚燒產(chǎn)生高溫蒸汽發(fā)電，實現(xiàn)廢棄資源的綜合利用。通過垃圾焚燒發(fā)電，過去的廢棄物現(xiàn)在被認為是最具開發(fā)潛力，永不枯竭的“城市礦藏”。

垃圾焚燒發(fā)電是一種對垃圾進行高溫熱化學處理的技術。它將垃圾作為固體燃料送入爐膛內(nèi)燃燒，在一定的高溫條件下，燃燒后的垃圾轉(zhuǎn)化成高溫氣體和少量的固體殘渣，其燃燒產(chǎn)生的熱能被轉(zhuǎn)為蒸汽，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

垃圾焚燒發(fā)電與填埋或堆肥處理垃圾相比，具有明顯的優(yōu)勢。

首先，垃圾填埋需占用耕地，并且難以重復利用，容易造成二次污染。而垃圾焚燒發(fā)電不占用耕地，減少了原生垃圾對土壤、地下水的污染。其次，焚燒后的垃圾減容減量功能明顯，可大面積減少占用土地。三是無害化處理徹底。通過對煙氣進行凈化后，達到環(huán)保部門要求的標準處理再排放，減少了垃圾對周邊空氣的污染，消除了沼氣可能帶來的安全隱患。四是利用垃圾焚燒余熱發(fā)電，可將其資源利用最大化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。五是焚燒后的灰渣不會引發(fā)二次污染。因此，垃圾焚燒發(fā)電是目前處理城市生活垃圾最有效的途徑[1]。

1 國外垃圾發(fā)電歷史回顧

垃圾焚燒法是20世紀30年代發(fā)展起來的垃圾處理技術。1895年，德國漢堡建成了世界第一個垃圾焚燒發(fā)電設備。1905年，美國紐約建成了全美第一家垃圾焚燒發(fā)電廠，跟隨其后，法國和日本也相繼建成了垃圾發(fā)電廠。

1965年，聯(lián)邦德國有焚燒爐7臺，共焚燒垃圾700萬t。1985年，垃圾焚燒爐增至46臺（其中有部分可回收熱能），共焚燒垃圾800萬t，受益人口達2 120萬人。1995年，垃圾焚燒爐已猛增到67臺（其中絕大部分是垃圾焚燒熱電廠），受益人口占全國總?cè)丝诘?0％，垃圾利用率達40％以上。目前的垃圾利用率在80％左右。

1995年，法國共有垃圾焚燒爐300多臺，可燒掉40％以上的城市垃圾。巴黎建有一個較完善的垃圾處理系統(tǒng)，有4個垃圾焚燒廠，處理全市170萬t垃圾，并可產(chǎn)生相當于20萬t石油能源的蒸汽供全市使用。

20世紀60年代，英國建有50臺垃圾焚燒爐。它們大部分是由燃煤鏈排爐改造而成的連續(xù)式或滾動式爐排型焚燒爐，其中只有4臺能進行熱能回收。20世紀70年代以后建造的212座焚燒廠中有201座具有熱回收功能。著名的埃德蒙垃圾熱電廠有5臺鍋爐，每臺每小時焚燒垃圾11.5 t，產(chǎn)生壓力為4.4 MPa、溫度為455℃的蒸汽25 000 kg。5臺中4臺保持運行，全部蒸汽供給4臺12.5 MW的冷凝式汽輪發(fā)電機組發(fā)電，每年向英國東部輸送電力15億kW·h。

美國的垃圾能源化工業(yè)發(fā)展很快。從20世紀80年代起，由美國政府投資70億美元興建了90座處理能力為800萬t的垃圾焚燒廠，到20世紀90年代發(fā)展到402座。例如埃薩克斯縣的垃圾電廠，于1990年11月開始投入運行，總投資為3.2億美元，接收該縣22個垃圾收集點的垃圾，日處理垃圾2 277 t，配置3臺鍋爐，每小時產(chǎn)生壓力65.5 MPa、溫度為400℃的蒸汽30 t，供兩臺13.43 MW的冷凝式汽輪發(fā)電機組發(fā)電，每天24 h連續(xù)運行，每周可產(chǎn)生電力60 MW，相當于一年燒油1.36萬m3的電廠所產(chǎn)生的電力。該廠歸美國垃圾燃料公司管轄，是美國布朗寧的合伙公司，它已為世界各國建造了60多座垃圾電廠。

日本的垃圾能源工業(yè)起步較晚，但發(fā)展很快。1996年11月，位于群馬縣棒名町的日本首座“超級垃圾發(fā)電機組”正式投入運行。這標志著日本垃圾發(fā)電技術的開發(fā)取得突破性進展。日本通產(chǎn)省從1994年開始大力推廣“廢物利用發(fā)電法”，將垃圾加工成固體燃燒，并開發(fā)為高效率的垃圾發(fā)電技術。到2010年，日本已建造200多套垃圾發(fā)電設備，總發(fā)電能力達200萬kW。目前日本的垃圾處理能力已達世界之最，接近75％。

2 國外垃圾發(fā)電的現(xiàn)狀

目前，全世界約有35個國家和地區(qū)投入運行的生活垃圾焚燒廠近2 100座，其中垃圾電廠900多座，年生活垃圾焚燒量約1.65億t。歐洲選擇包括垃圾焚燒發(fā)電技術、生化處理等方式，進一步削減生活垃圾填埋量，即絕大部分垃圾必須通過焚燒處理后才能進行填埋。日本生活垃圾處理主要以焚燒為主，埋填處理僅占4.3％。美國生活垃圾年焚燒處理比例約為15％[2]。

目前，全世界900多座垃圾焚燒發(fā)電廠中，最大單機容量達10萬kW，其中德國有78座，美國有近400座。例如，美國某垃圾發(fā)電站的發(fā)電能力高達10萬kW，每天處理垃圾60萬t。現(xiàn)在，德國的垃圾發(fā)電廠每年還要花巨資從國外進口垃圾。科學家測算，垃圾中的有機可燃物等所含的熱值高，焚燒2 t垃圾產(chǎn)生的熱量約相當于1 t煤的熱量。照此計算，如果中國能將垃圾充分有效地用于發(fā)電，每年將節(jié)省煤炭5 000～6 000 萬 t。

2.1 法國

法國政府和社會都采用多種辦法控制或減少垃圾的增長。國家從政策、稅收、科技等方面來提高人們的環(huán)保意識和支持環(huán)保產(chǎn)業(yè)。（1）控制垃圾總量的增長。垃圾體積每年都在增長，但其質(zhì)量并不增長，主要是在包裝材料上減輕了質(zhì)量，并盡量用污染小的材料。（2）居民必須按其居住面積大小繳納垃圾處置稅，每年人均大約是200法郎。（3）還有一些其他措施，如塑料飲料瓶上有一種專門標志，此標志說明這瓶飲料是4或5個法郎，但其中有3或5個生丁（100生丁為1法郎）算是交的垃圾（塑料瓶）處理費。另外，垃圾電廠生產(chǎn)出來的電力，不是由工廠自行消費處理，而是被強制出售給法國電力公司，電力公司以偏高的價格向垃圾發(fā)電廠收購電力，其中包括給垃圾發(fā)電廠的垃圾處理費[3]。

法國還發(fā)明了既可儲存又可長途運輸?shù)睦铣扇剂稀Ｔ诠S進行垃圾篩選的時候，一些質(zhì)量輕的物質(zhì)如紙、塑料等均被吹走，然后被烘干、破碎。這些可燃物質(zhì)的熱能含量為12.6～16.7 kJ/kg，與木材相同，卻兩倍低于煤炭。將這些粉碎后的垃圾摻入粘合劑后壓實，生產(chǎn)成一種類似磚頭又小于磚頭的燃料。這種垃圾燃料便于在垃圾發(fā)電廠操作和運輸[4]。

2.2 日本

前文提到的群馬縣棒名町日本首座“超級垃圾發(fā)電機組”，是風靡世界的高效垃圾發(fā)電新技術。這種新技術可把發(fā)電效率上升到31％，比原有的垃圾發(fā)電高出約20個百分點，而且不必對垃圾進行細致分類。

垃圾中含有大量的鹽分和氯乙烯等物質(zhì)，燃燒后會產(chǎn)生一種含有氯元素的氣體，這種氣體在溫度達到300℃時就會嚴重腐蝕鍋爐及管道，所以發(fā)電用蒸汽的溫度只能控制在250℃左右。蒸汽的溫度越低，發(fā)電效率就越低。通常垃圾焚燒發(fā)電的效率只有10％～15％，普通火力發(fā)電的效率在40％左右，因而這樣低效的垃圾發(fā)電技術難以普及和使用。

采用新技術發(fā)電時，首先用500～650℃的高溫對垃圾進行烘烤，使垃圾成為熱分解氣體和碳化物，然后將碳化物加入到1 000℃的燃燒爐中，使碳化物分化出CO氣體，最后再將產(chǎn)生的氣體通過燃燒轉(zhuǎn)化成電能。這樣，發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱能又可用來烘烤垃圾。由于蒸汽溫度大幅提高，發(fā)電效率可上升到31％。現(xiàn)在該電廠每天能處理50 t以上的垃圾，發(fā)電2 000 kW[3]。據(jù)測算，如果將日本全國每天產(chǎn)生的垃圾全部用于發(fā)電，每天可發(fā)電6 000萬kW時，相當于100座中型火力發(fā)電廠的發(fā)電能力。據(jù)統(tǒng)計，2006年日本有293座垃圾發(fā)電廠，總裝機容量1 590 MW，當年共發(fā)電72億kW·h，相當于197萬戶居民的年用電量。

日本的環(huán)保專家認為，由于大幅度提高垃圾發(fā)電的效率，垃圾發(fā)電不僅可以解決垃圾處理場地不足的問題，還可以減少環(huán)境污染，并可望成為很有潛力的電力來源。

2.3 德國

2005年，德國提出進入填埋場的填埋物總有機碳（TOC）要小于5％，意味著剩余垃圾（即除去單獨收集部分的剩余垃圾）都要進行焚燒處理。當年德國生活垃圾焚燒處理廠為67座，總處理能力達到1 630萬t/a；到2007年達到了72座，總處理能力達1 780萬t/a[5]。

2008年，德國環(huán)境部門（UBA）公布的一項報告表明：當生活垃圾不適宜回收利用，進行焚燒發(fā)電是符合生態(tài)要求的處理手段，對垃圾焚燒并進行能源發(fā)電利用，德國每年減少CO2溫室氣體排放975萬t。

2005年9月，德國環(huán)境部在一份報告中指出：“盡管1985年以來，生活垃圾焚燒的規(guī)模增加一倍，由于垃圾焚燒電廠執(zhí)行嚴格的排放標準，生活垃圾焚燒已經(jīng)不是大氣中二惡英、重金屬和煙塵等污染物的顯著排放源。”在德國所有的67座垃圾焚燒裝置中，由于按照法規(guī)要求配置袋式除塵器，二惡英的年排放量由400 g下降到不足0.5 g。比較其他工業(yè)排放，生活垃圾焚燒排放下降最為顯著。1990年時德國垃圾焚燒二惡英的年排放量約占全部的三分之一，而到2000年，這一比例已下降到不足1％[5]。

2.4 美國

1999年，美國已有259座總發(fā)電裝機75萬kW的填埋沼氣發(fā)電裝置，是世界上垃圾發(fā)電比較成功的國家之一。但是他們并沒有止步，而是不斷深入地研究多種領域垃圾的發(fā)電前景。美國北達科塔大學能源和環(huán)境研究中心（EERC）已成功地利用生物能發(fā)電，所采用的是柴油發(fā)電機低成本氣化技術，燃料為森林廢棄物、劈柴、鋸木和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品。

美國生活垃圾焚燒量為3 300～3 500萬t，約占垃圾處理總量的15％。二戰(zhàn)前，美國垃圾焚燒爐已發(fā)展到700座。1960年焚燒處理量就達2 700萬t。在20世紀70年代后期和80年代初期，由于公眾對垃圾焚燒煙氣污染，特別是對二惡英的厭惡，到1980年，美國城市生活垃圾焚燒量下降到1 700萬t。進入20世紀90年代以后，隨著煙氣處理技術不斷改進，余熱利用系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)得到進一步完善，有害氣體的控制水平也不斷提高，垃圾焚燒電廠的數(shù)量重新增長，一直處于穩(wěn)定發(fā)展階段。

在美國，生活垃圾焚燒平均年產(chǎn)電能為520 kW·h/t，而填埋處理時平均產(chǎn)生電能為20 kW·h/t。2007年，美國有87座垃圾焚燒發(fā)電廠，每天焚燒處理垃圾9.5萬t，發(fā)電能力2 500 MW，可以滿足2 300萬個家庭使用，垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)值為100億美元，可提供6 000個就業(yè)崗位和超過4億美元的年工資額。2003年1月14日，美國環(huán)保局發(fā)布的報告指出：“垃圾焚燒產(chǎn)生的電能與其他來源產(chǎn)生的電能相比，其對環(huán)境的影響幾乎是最小的”。

3 國外經(jīng)驗對我國的借鑒

在國土資源有限、經(jīng)濟發(fā)達的日本和一些西方國家，都選擇了以焚燒發(fā)電為主的垃圾處理方式，并有完善的相關法律支撐和科技保證，形成了良性運作體系。所以，這些發(fā)達國家的垃圾處理方式一直居世界領先地位，值得學習和借鑒。

3.1 垃圾處理是一個系統(tǒng)工程，每個環(huán)節(jié)都不可忽視

各國不同的國情，決定了各國采用不同的垃圾處理方式。我國城市總體上存在著重收集、輕處理的傾向，目前，城市垃圾處理最主要的方式是填埋，約占全部處理量的70％；其次是高溫堆肥，約占20％以上；焚燒量很少。填埋并不能處理數(shù)量巨大的垃圾，大部分垃圾都是運到郊區(qū)一倒了事。中國人均耕地不足1 333 m2，不到世界平均水平的1/2，是加拿大的1/17，美國的1/8，環(huán)境承載力很有限。即使是在美國，面對大量增長的垃圾，填埋場也越來越難找。填埋是不得已采取的辦法，必須綜合利用各種處理方式，尤其是發(fā)展垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)。各國焚燒垃圾占總質(zhì)量的比重分別為：美國15％，日本72.8％，法國38％，瑞士80％，丹麥70％，瑞典55％[6]。我國在沿海發(fā)達城市和其他大城市，建立垃圾焚燒電廠以減少垃圾填埋量是必要的，也是可行的。

3.2 引入市場機制，加快垃圾處理市場化進程

《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》提出：要“引入市場機制，充分調(diào)動社會資金參與生活垃圾處理設施建設和運營的積極性”；“到2015年，全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理設施能力達到無害化處理總能力的35％以上，其中東部地區(qū)達到48％以上”。

近年來，我國垃圾焚燒發(fā)電發(fā)展較快。2005年，全國城鎮(zhèn)共有垃圾焚燒廠48座，2010年已增至119座，處理能力從2005年的每日26 075 t猛增至每日89 625 t[7]。到2011年，我國內(nèi)地建成并投入運行的垃圾焚燒電廠約90座，總處理規(guī)模為7.7萬t，總裝機容量1 600 MW，預計將來，這個數(shù)字還會持續(xù)增長[5]。

然而，除了焚燒發(fā)電，我國在垃圾處理的許多環(huán)節(jié)上，還沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，特別是源頭減量、轉(zhuǎn)運和物質(zhì)利用等環(huán)節(jié)還沒有得到充分重視，整個產(chǎn)業(yè)鏈還不健全，垃圾處理的整個市場化程度還比較低，產(chǎn)業(yè)仍處于初級階段。

因此，要學習國外經(jīng)驗，加快垃圾處理的市場化進程，改進垃圾處理管理及市場模式，加強對垃圾處理設施運營狀況和處理效果的監(jiān)管，建立合理的垃圾處理費計收標準和辦法。同時，推進垃圾處理設施投資主體的多元化，充分調(diào)動社會資金參與生活垃圾處理設施建設和運營，改變單純依賴政府投資而導致資金投入不足問題，從而改變垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)較國外滯后的局面。

3.3 加大垃圾發(fā)電行業(yè)政策和補貼力度

垃圾發(fā)電行業(yè)在發(fā)達國家迅速發(fā)展的一個重要原因，就是政府不斷加大政策和補貼力度。這是因為，垃圾處理和焚燒發(fā)電，所追求的是環(huán)境和社會兩個效益，屬于社會公益事業(yè)，是政府政務的一部分。在這樣的理念推動下，這些國家的垃圾發(fā)電都有政府支持，企業(yè)的經(jīng)營風險很小。而在我國，雖然提倡發(fā)展垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)，規(guī)定支持環(huán)保企業(yè)，實際上卻沒有實施細則，缺乏足夠的政策保障，僅有的一些補貼等優(yōu)惠政策，也難以落到實處。這是我國倡導發(fā)展垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)近20年難以實現(xiàn)大突破的一個重要原因[1]。

垃圾發(fā)電產(chǎn)業(yè)急需市場化運作，利用經(jīng)濟杠桿予以鼓勵和保護。目前，垃圾發(fā)電具有較高的“門檻”，迫切需要利用經(jīng)濟杠桿來鼓勵、保護企業(yè)的合法權益，允許和鼓勵各類企業(yè)參與競爭，以公開、公平、公正的原則，通過招標將垃圾焚燒電廠的建設和運行管理權，交給符合條件、有信譽、有資質(zhì)的企業(yè)來建設和運行管理。

3.4 加強技術研究和開發(fā)利用

國外的垃圾焚燒發(fā)電技術已有50年的成熟經(jīng)驗，但我國城市垃圾的成分與國外有較大差別，因此需要開發(fā)和研制適合我國垃圾成分的焚燒設備。

利用垃圾作燃料進行發(fā)電或熱能回收，國外有3種方法：一是全垃圾燃料，一般將其加工成固態(tài)；二是垃圾和劣質(zhì)煤摻合成混合燃料，一般將其加工成顆粒狀；三是建造垃圾池，使其發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，再由燃氣輪機發(fā)電。

在開發(fā)垃圾能源化工業(yè)的過程中，國外普遍注意3個問題，即環(huán)境標準和空氣污染物排放標準的限制，垃圾的預處理和實施自動化操作。在垃圾焚燒設備的設計和生產(chǎn)工藝中，需要重視的是核心設備的耐腐蝕和耐磨蝕問題。此外，垃圾焚燒過程中的除臭和除塵問題也不容忽視。我國應注意結合國情解決好上述問題[8]。

3.5 加大力度，控制垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生的二次污染

垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生的二次污染，是人們共同關注的問題，特別是焚燒中產(chǎn)生的二惡英更是全世界重點研究解決的課題。對尾氣的處理凈化是關系到垃圾能否資源化利用的關鍵所在。垃圾焚燒發(fā)電二次污染的控制必須采取全方位的措施，即從垃圾源頭去除生成源和催化劑，加大力度控制燃燒過程中二惡英等的產(chǎn)生，最后對鍋爐尾部煙氣實施有效的處理凈化，使其達標排放。

例如，20世紀90年代，日本大氣中測得的二惡英水平是其他工業(yè)國家的10倍，基于安全及環(huán)境考慮，日本垃圾焚燒行業(yè)停業(yè)3年。在此期間，日本政府組織專家對垃圾焚燒污染問題進行調(diào)查研究，調(diào)查結果表明，二惡英并不完全是由垃圾焚燒產(chǎn)生，工業(yè)生產(chǎn)也是二惡英的重要來源之一。

之后，日本政府制定了更為嚴格的垃圾焚燒排放標準，進行大型焚燒爐的建造，關閉不能達標排放的小型焚燒爐。由于大型焚燒爐可以在高溫下持續(xù)操作，有助于控制二惡英排放，因此日本垃圾焚燒廠雖在逐年減少，而焚燒處理能力卻在不斷增加，同時二惡英的排放量也得到了有效控制[9]。

4 結語

2012年以來，國家相關部委先后發(fā)布了《關于完善垃圾焚燒發(fā)電價格政策的通知》和《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》等文件。各地垃圾焚燒發(fā)電項目開始紛紛啟動。同時，由于近年城市垃圾的快速增長以及土地資源緊缺，傳統(tǒng)的垃圾填埋處理方式難以為繼。因此，我國的垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)如雨后春筍，迅速發(fā)展。

然而，當前也存在許多亟待解決的難題：垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)缺乏合理、科學的布局和規(guī)劃；垃圾分類回收制度有待完善，以促使每個公民履行自身應盡的職責，有效降低垃圾焚燒發(fā)電成本；構建長效電價補貼機制；提高垃圾焚燒發(fā)電的技術水平[10]。

可以預期，隨著垃圾回收、處理、綜合利用等各環(huán)節(jié)技術的不斷發(fā)展，工藝日益先進，監(jiān)管機制不斷完善，我國垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)必將解決上述難題，具有更大的發(fā)展前景，城市的“垃圾圍城”現(xiàn)象可望得到根本扭轉(zhuǎn)。垃圾焚燒發(fā)電技術的普及將在未來城市大有作為。

[1] 王云峰.焚燒發(fā)電：城市垃圾處理的突圍之路[N].遼寧日報，2011-10-25.

[2] 垃圾焚燒發(fā)電已成全球潮流[N].廣州日報，2009-10-11.

[3] 曹夢南.世界各國垃圾發(fā)電一瞥[N].吉林日報，2006-10-24.

[4][法]西爾吉.人類與垃圾的歷史[M].劉躍進，譯，天津：百花文藝出版社，2005：109-110.

[5] 張倩.生活垃圾焚燒處理技術現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].環(huán)境工程，2012(4)：79-81.

[6] 彭述剛.國外城市垃圾收集與處理的經(jīng)驗及啟示[J].城市開發(fā)，1999(6)：25-26.

[7] 來潔.垃圾處理需借助市場力量[N].中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報，2012-6-11.

[8] 沈關龍.發(fā)展熱回收工業(yè)是人類實現(xiàn)垃圾資源化的根本辦法[J].科技導報，1996(9)：62-63.

[9] 趙寧.全社會應轉(zhuǎn)變對于垃圾焚燒的認識[J].中國循環(huán)經(jīng)濟，2012(8)：15-16.

[10] 王曉領.我省首個垃圾焚燒發(fā)電廠試運行，可供5萬家庭全年供電[N].遼寧日報，2012-8-28.