我國生活垃圾焚燒工程分析

白良成，卜亞明，劉慶麗，張曉斌

（城市建設研究院，北京 100120）

我國生活垃圾焚燒工程分析

白良成，卜亞明，劉慶麗，張曉斌

（城市建設研究院，北京 100120）

分析了我國生活垃圾的基本特征、垃圾焚燒廠的效益和垃圾焚燒廠的現狀，展望了我國垃圾焚燒工程的發展趨勢。

生活垃圾;焚燒工程;現狀分析;發展趨勢

我國生活垃圾焚燒工程已經歷了20多年的發展歷程，其中前10年主要是學習和經驗積累的過程，此期間工程以采用進口設備為主，建設了約10座垃圾焚燒廠，包括我國第一座日處理450t的深圳環衛綜合處理廠，處理規模分別為1200t/d和1000t/d的上海江橋和御橋垃圾焚燒廠，處理規模為1000t/d的寧波垃圾焚燒廠，處理規模為300t/d的深圳龍崗綜合處理廠以及數座小型國產爐型的垃圾焚燒廠。我國的垃圾焚燒工程在建設初期就十分注重對煙氣污染物排放、滲濾液收集、惡臭及噪聲控制等環境污染問題的控制和治理，因而國內的垃圾焚燒工程一直處于健康發展并不斷完善的過程中。進入21世紀以來的10年，不斷深化我國的垃圾焚燒工程理論，實現了焚燒工程主體設備的國產化，確立了以環境效益（包括保護環境資源；嚴格控制污染物排放，減小土壤、大氣、水體的環境負荷）、社會效益（承擔垃圾處理與不會對暴露人群的健康造成危害的社會責任）與經濟效益（達到資源消耗最小化，經濟利益適度化）為支撐的垃圾焚燒處理的可持續發展，使垃圾焚燒事業進入了高速發展時期。

1 生活垃圾的基本特征及效益分析

垃圾焚燒過程是以揮發分的空間燃燒為主。在生活垃圾的可燃物中，通常固定碳占20%左右，揮發分占70%～80%。據報道，在溫度達到600℃時一些有機物揮發分的析出比例為：塑料99.94%、橡膠55%、紙類與竹木80%等，并具有在100℃～600℃溫度環境下，短時間內大量析出的特點。

從熱處理角度看，我國的生活垃圾大部分熱值在3800～5500kJ/kg，處于從低熱值（3350kJ/kg）向穩定高熱值（7530kJ/kg以上）的過渡期。近兩年一些城市對生活垃圾進行了垃圾干濕分類試點工作，通過對這些城市生活垃圾特性變化的分析估測（見表1），將會加速垃圾熱值的提高。

表1 城市生活垃圾特性

垃圾焚燒臨界熱值是實現垃圾持續、穩定焚燒的基本特征參數，定義為在無輔助燃料的條件下，實現進爐垃圾持續、穩定燃燒的下限低位熱值。垃圾焚燒臨界熱值必須達到的預定狀態為燃燒性的臨界熱值、環保性的臨界熱值、經濟性的臨界熱值（見表2）。

表2 垃圾焚燒臨界熱值及說明

我國垃圾焚燒工程的經濟效益主要來自垃圾處理費和上網電價，因而垃圾處理量與上網電量就成為了垃圾焚燒廠追求企業利潤最大化的經濟目標。垃圾處理量分為進廠垃圾處理量和進爐垃圾處理量，按每天的進廠垃圾全部焚燒處理計，進爐垃圾處理量是進廠垃圾處理量與垃圾池內析出的滲濾液量的差（滲濾液析出量統計值為進廠垃圾量的10%～15%）；另考慮焚燒裝備允許每天4h多燒10%的垃圾量，則垃圾焚燒爐的處理規模為100%時，進廠垃圾量為112%～117%。因此實際上垃圾焚燒廠一直是在超負荷運行。在正常運行條件下，連續超負荷運行，對設備短期內的影響并不是很明顯，但將會帶來長期的損害。從保證環境效益和焚燒裝備運行壽命的基本前提出發，垃圾焚燒量不應超過上述進廠垃圾量的計算比例，實現上網電量最大化也是提升垃圾焚燒廠運行管理水平的具體體現。主要途徑是降低企業的用電率，提高上網電量；降低汽輪機排汽壓力及各項熱損失，提高全廠熱效率。廠用電率有設計廠用電率和運行廠用電率之分，前者大于后者。設計廠用電率是用電設備銘牌功率與運行條件的計算結果。基于目前各類污染物的排放指標條件，大型垃圾焚燒廠的設計廠用電率約20%，中小型垃圾焚燒廠最高達24%。運行廠用電率是實際發生的廠用電率，一般在16%～18%，小型垃圾焚燒廠會大于20%。對垃圾焚燒鍋爐、汽輪發電機組及管道等系統設備進行熱平衡分析與全廠熱效率分析找出節能降耗點，是優化運行廠用電率的有效途徑。進行熱平衡分析時，要求熱平衡的不平衡率≯±1%；垃圾焚燒鍋爐考核期熱效率≮78%；汽輪機內效率達到設計值。機組排汽用水冷卻時，全廠熱效率在24%左右，用空氣冷卻時，可按降低4%考慮。

基于上述垃圾熱值、析出滲濾液量及廠用電率等的分析，以噸垃圾焚燒總收益260元為例，對單位垃圾上網電價和垃圾處理費進行分析。噸垃圾發電量按下式估算。

由于該公式忽略了許多詳細計算時的邊界條件，通過對我國目前的垃圾焚燒狀態的對比分析，估算發電量比項目的詳細計算結果約低1%。測算結果如表3所示。該結果也印證了垃圾焚燒經濟性的臨界熱值的合理性。

表3 單位垃圾上網電價測算

上述測算公式中的關鍵點是進爐垃圾熱值（LHV）的確定，與之密切相關的是垃圾采樣分析的誤差率問題。垃圾采樣分析的誤差和干擾是任何檢測過程中都存在的，誤差原因主要有：樣品基質隨檢測的區域、時間、氣候而不同；采樣計劃、采樣方法、樣品前處理、檢測范圍以及檢測溶劑、試劑及樣品處理用的設備都可能對樣品分析造成誤差和干擾。垃圾采樣分析與實際情況有偏差會導致全廠調試時間較長。利用統計分析原理，研究出垃圾物理成分與元素分析的經驗關系（詳見《生活垃圾焚燒技術導則》）。經過多年實踐證明，該《生活垃圾焚燒技術導則》可作為核算垃圾元素與熱值的實用工具。

2 我國垃圾焚燒廠的現狀分析

2.1 國內垃圾焚燒廠的現狀

2009年，我國大陸地區已經運行的垃圾焚燒廠為93座，日處理總規模71,253t，單位廠日處理規模766.16t，實際日處理量55,396t，實際單位廠日處理量595.66t，焚燒設施利用率77.75%（見表4）。與歐盟、日本、美國等其他國家的垃圾焚燒廠建設運行情況比（見表5），我國單位垃圾焚燒廠處理規模最大，結合歷年垃圾處理情況，說明我國垃圾焚燒廠的建設規模趨于大型化。此外2010年垃圾焚燒廠達到106座，表明我國垃圾焚燒項目正在高速發展中。從年等效利用時數與焚燒設施利用率看，我國垃圾焚燒廠的運行狀況處于偏低水平，表明需進一步提高我國垃圾焚燒廠的運行管理水平。另一原因是，我國的垃圾焚燒技術是爐排型與流化床型（處理規模占30%以上）焚燒爐技術共同發展。其中，采用流化床焚燒鍋爐的多屬于大中型垃圾焚燒廠，但等效利用時數及焚燒設施利用率低于爐排型焚燒爐，需提高其設施的可靠度。

表4 2001—2010年國內垃圾焚燒廠運行情況

表5 我國與部分國外垃圾焚燒廠建設運行的對比（2009年）

2.2 國內的垃圾焚燒設備現狀

我國爐排型焚燒爐裝備國產化的路線圖是：引進—消化—吸收—創新。至今，國際公認的優秀焚燒技術設備都已引進到我國，各項可靠性指標都較高，對我國垃圾特征的適應性基本良好，但DCS尚不能充分發揮功能。隨著爐排型焚燒爐產品進口減免稅門檻提高，進一步促進了垃圾焚燒技術裝備的國產化。在消化吸收過程中，引進技術國產化設備的類型有5（已運行）+1（未運行）種，技術原型有MATIN、CITY2000、VON ROLL、SIGHERS、WATERLUE及VOLUND。全面引進技術、結構、制造、組裝、調試等的國產化設備運行良好；但無全面引進的設備需注意防止重大故障發生。杭州新世紀、偉明、綠色動力等在馬丁技術基礎上的創新工作，獲得了實用新型專利，總體運行狀況正常。在焚燒設備國產化進程中，爐排片鑄造質量與鋼結構加工精度達到引進技術的要求甚至高于了引進部件的要求；設備裝配精度仍有進一步提高空間；液壓缸的質量與國際先進水平尚有差距。我國一些企業自主研發的垃圾焚燒裝備主要以小型設備為主，大部分可靠性較低，一些環保不達標的企業已被關停。

2.3 垃圾焚燒熱解氣化技術

目前，垃圾焚燒行業的熱解氣化理論已經不是傳統意義上的干餾概念，而是將氣化與干餾統稱為熱解氣化技術，這也是國際上有較大爭論的原因。該技術目前在國際上處于市場應用初級階段并具有發展潛力，我國目前幾乎還沒有實質上的熱解氣化應用技術。垃圾熱解氣化技術的主要特點有：發電效率高、能實現對焦油的控制、能耗較高、可燃氣體凈化投資高；采用干餾技術的垃圾處理規模小；不需煙氣凈化設施，但對前處理要求較高；氣化技術對燃燒段溫度的控制困難，市場化進程尚不明朗。

2.4 爐排型焚燒爐運行情況

（1）進口設備與引進技術國產化設備均可實現年運行8000h的要求，國產技術設備需進一步減少非計劃停爐時間。

（2）存在連續超負荷20%～30%運行的狀況，原因解釋為“垃圾熱值偏低，要達到爐膛出口處溫度850℃/2s的要求，就要增加垃圾處理量”。但實際上，垃圾焚燒鍋爐在設計時考慮到20～30年長期運行的要求，運行初期的爐膛熱負荷要低于額定值。正常運行的垃圾處理量控制在70%～100%（實際控制在80%以上），相應總發熱量控制在65%～100%，爐膛熱負荷也在此區域內，即垃圾熱值在燃燒圖確定的穩定燃燒區域內時，均可保證設備連續、穩定運行。

（3）爐渣熱灼減率≯5%是在我國垃圾焚燒裝備國產化進程初期缺乏相應工程經驗條件下的規定，其中對引進技術的國產化垃圾焚燒爐的爐渣熱灼減率要求≯3%。實踐證明，此規定對推動我國焚燒裝備的發展及保證引進焚燒技術設備的可靠性具有保駕護航作用。至今，無論是采用引進技術還是具有專利技術的國產設備，大都以3%作為爐渣熱灼減率的運行控制目標。主要問題是對采集樣品代表性的質疑。對此，《福建省生活垃圾焚燒廠運行維護、檢測監管及考核評價標準》中首次提出焚燒爐渣熱酌減率按照《工業固體廢物采樣制樣技術規范》HJ/T20采樣的規定，彌補了國內對該采樣規范的空白。

（4）針對爐排下灰斗易發生再燃燒事故，經對設備和運行狀態分析，提出爐排漏渣率≯0.5%的參考指標，實際可達到≯0.2%。

（5）鍋爐出口煙氣含氧量一般控制在6%～10%，目前大多按8%控制，相應CO量控制在80mg/Nm3以內。

2.5 煙氣凈化系統

煙氣凈化系統中，脫酸系統以旋轉霧化半干法為多，其關鍵設備采用下圖所示的三種進口設備，這些設備的運行可靠性較高，但對Ca(OH)2粒度與品質要求也高，計劃停運系數高。對于循環流化法脫酸系統，國內的垃圾焚燒廠從瑞士引進了一套GSA系統，從日本引進了一套NID系統，運行狀態均優于國產同類系統。隨著煙氣污染物排放標準的提高，一些新建的垃圾焚燒廠將采用半干法+干法等組合工藝。目前濕法在上海老港項目上準備嘗試應用，實際運行費用與全廠的熱效率等經濟性問題尚待實踐證實。

除塵器本體目前已基本實現國產化，但不同產品的質量差異比較明顯。國產覆膜PTFE濾袋已成功應用，具有與進口產品強有力的市場競爭能力。以SNCR系統為主的脫氮裝置陸續應用于垃圾焚燒廠，以提高脫氮效率為目的的改進型裝置也在逐漸進入市場，但我國還沒有應用。SCR系統受運行費和催化材料等問題的困擾，尚未有運行業績。采取高效袋除塵+規定質量的活性炭吸附，加之燃燒控制措施，可有效控制二英達到目前嚴格的排放標準。由于二英的多類型與痕量特點，現還不能實現在線監測，現階段的研究成果可從包括CO與爐渣熱灼減率等完全燃燒指標進行日常運行的間接控制，具體指標可參考現行的歐盟標準。

3 我國垃圾焚燒工程的發展趨勢

近十年來，我國垃圾焚燒項目取得了較快發展，一線城市絕大部分已經建設了垃圾焚燒廠，二線城市的需求量仍較大，且按城鄉一體化發展的需求，仍有較大發展空間。我國垃圾焚燒項目的建設資金來自政府投資與企業投資。從垃圾處理規模、發電功率與規劃投資等方面看，截至2008年底，政府投資建設項目所占的比例較小，通常建設周期較長。民營企業的投資占大多數，已成為垃圾焚燒事業主力軍，但建設資金與總建設規模的矛盾比較突出（見表6）。近年來，央企、國企市場占有率大幅提高，其明顯優勢在于資金有保證。按目前的政策，垃圾焚燒項目近期仍以企業投資為主。

表6 垃圾焚燒項目建設資金及總建設規模情況

從我國垃圾焚燒處理的發展趨勢看，應進一步樹立環境、社會與經濟效益高度統一的理念，建立良好的投資環境，避免惡性競爭。應結合垃圾焚燒廠設計運行全過程的經驗積累，針對本垃圾焚燒廠特點，加強對垃圾特性的分析與工程理論研究，提高過程維護，提高安全運行水平，提高量化管理水平。

Engineering Analysis on China’s Municipal Solid Waste Incineration

BAI Liang-cheng, BU Ya-ming, LIU Qing-li, ZHANG Xiao-bin
(Urban Construction Design & Research Institute, Beijing 100120, China)

This paper discusses the basic characteristics of the municipal solid waste(MSW), the benifit of MSW incineration plant and the current situation of MSW incineration plant in China, and puts forward views on the development trend of MSW incineration engineering.

municipal solid waste; incineration project; present situation; growing trend

X705

A

1006-5377（2012）02-0025-05