垃圾焚燒技術發展綜述

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.中信重工工程技術有限責任公司，河南 洛陽 471003）

引言

城市生活垃圾是指人類在日常生產、生活活動中產生的固體廢棄物以及法律、行政法規規定視為生活垃圾的固體廢棄物[1]。隨著我國城市化發展進程的不斷推進，人民的生活質量不斷提高，同時也帶來了垃圾產生總量不斷增加的問題[2]（見圖1）。垃圾對環境的危害持續時間長，如不及時進行無害化處理，會引起醫療衛生、環境、社會等諸多問題。隨著全社會環境意識的不斷提高，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）垃圾衛生填埋：該技術使用最為普遍，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多采用此種垃圾處理方式。衛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：該技術使用自然界的微生物來消化垃圾中的有機物質，使其變為穩定的腐殖質，垃圾堆肥的剩余殘渣可作為農業肥料，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：該技術是將垃圾在高溫條件下快速氧化燃燒，實現垃圾的減量、復用、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，對垃圾焚燒產生的高溫煙氣進行余熱利用成為了可能，并逐步形成了垃圾焚燒發電成套技術，使垃圾焚燒實現了能源回收。由于實現了垃圾的4R（Reduce、Reuse、Recycle、Recovery）綜合處理，該技術也越來越被國內外接受。

2 我國垃圾處理技術發展現狀

此前，我國部分地區（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不完善，導致出現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。

垃圾衛生填埋技術目前仍是我國垃圾處理的主要手段，但隨著垃圾產生量日益增加，垃圾填埋處理的薄弱環節也在不斷顯現。如生活垃圾填埋場滲濾液的處理及填埋場產生氣體的控制。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年代開始向國外學習，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，垃圾衛生填埋土地供應日益緊張等實際情況，使得垃圾焚燒技術成為今后我國垃圾處理的主要發展方向。

3 垃圾焚燒技術國內外發展狀況

垃圾焚燒技術距今已有百年歷史，最早的垃圾焚燒處理廠工藝設備簡單，人工操作繁瑣，工作量極大，直到20世紀70年代才出現了如今天工藝形式相近的垃圾焚燒廠（有控制系統和煙氣處理）。繼德國漢堡、法國巴黎發展垃圾焚燒之后，焚燒技術才開始逐漸發展推廣。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電廠建成于2004年，日處理垃圾400噸，其產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施。

經過幾十年的發展，許多國家的垃圾處理方式都由單一方式向多樣綜合發展。在發展新技術、新工藝、新設備以提高垃圾焚燒發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；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電技術進入了快速發展時期。截至2016年，我國有垃圾焚燒發電廠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、循環流化床技術、回轉窯技術[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生空間位移，從而形成預熱段、燃燒段和燃盡段。

由于國內垃圾的熱值普遍偏低，需要補燃才能維持一定的爐膛溫度。爐排爐由于結構的特殊性，可以利用油進行輔燃，不用摻燒煤。由于爐排爐本身能夠對垃圾進行干燥，因此進料垃圾不需進行干燥預處理，縮短了垃圾處理流程。依靠爐排可動部件的運動，實現垃圾的充分攪動與混合，達到垃圾完全燃燒的目的。爐排爐具有可連續運轉的特點，垃圾燃燒穩定，飛灰量少，爐渣熱灼減率低。經過長期發展，該類技術相對成熟，設備年運行時間在8000小時以上。但此類焚燒爐不宜經常性的起停鍋爐。目前主要的爐排技術及廠商見表1。

表1 主要爐排技術及廠商

4. 2 循環流化床技術

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

循環流化床技術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。該燃燒技術的燃料適應性廣，可以混合多種廢物，但是要保證進料的均勻性。爐內已燃燃料（垃圾和煤）與床料充分混合處于懸浮流化狀態，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，二英產量相對較大。

表2 我國主要流化床技術廠家

4.3 回轉窯技術

回轉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，一邊使得物料從上部向下部滑落，以達到物料充分翻轉混合以及前進的效果，供其燃燒的空氣一般從兩端供給。

水泥窯協同處理垃圾可以利用水泥燒成系統處理垃圾或垃圾焚燒過程中產生的臭氣和其他有毒物質；垃圾焚燒產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高溫氣氛中得到分解；水泥窯系統產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。

利用水泥窯協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（簡稱CKK系統）；2）對生活垃圾進行提質、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，以供水泥工業使用，如華新水泥廠的垃圾衍生燃料技術（RDF：Refuse Derived Fuel）[9]。其他類型的處置技術及廠商見表3。

表3 國內外水泥窯協同垃圾處理技術[9]

5 焚燒發電技術進展

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

國內企業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垃圾焚燒發電可行性的研究。目前光大國際大部分的垃圾焚燒發電廠均為中溫中壓參數，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，相較之前的中溫中壓技術，其發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 歐洲發電效率較高的垃圾焚燒廠[12]

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

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鍵，有效的垃圾分類能夠實現垃圾資源化、利用最大化，同時也能有效提高后續垃圾處理的效率。

近些年國家及有關部委發布了多項關于垃圾焚燒技術發展的指導意見，強調建設高標準垃圾焚燒廠的要求，進一步降低垃圾焚燒對環境的影響，避免“鄰避效應”。以上指導意見闡述的正是我國垃圾焚燒發電發展的主要著手點，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電技術的資源化，積極推進垃圾焚燒超低排放技術，實現垃圾焚燒真正意義上的無害化、資源化、產業化。