城市生活垃圾焚燒處理技術綜述

武建業

（甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100）

1 城市生活垃圾的處置方式[1-2]

城市生活垃圾的處置是指利用填埋、焚燒、降解等手段，將其快捷、高效、無公害的分類處置，最終實現“減量化、穩定化、衛生化、資源回收化”的目的。我國生活垃圾無害化處置主要包含以下常用方法：(1)衛生填埋，由于其成本低得到了廣泛應用；(2)堆肥，主要將有機物較多的垃圾破碎后做堆肥抑或發酵處理；(3)焚燒，利用高溫環境進行熱分解、燃燒以及熔融等，實現減容，將廢棄物轉變為殘渣或者熔融固體物質。焚燒廢棄物還可以用來發電；(4)回收，將生活垃圾中可以循環利用的廢紙、無公害塑料、玻璃、金屬等進行分類處理回收再利用。以上四種方法各有其優缺點，綜合比較詳見表1。就垃圾處理方式而言，城市生活垃圾焚燒處理優點明顯，已經成為不少城市解決垃圾問題的重要方案。

表1 主要垃圾處理處置方式的比較

2 國內外發展情況

2.1 國外垃圾焚燒現狀

生活垃圾焚燒處理技術在國外已經得到了快速的發展，并且各個國家和地區得到了廣泛的應用。總體來看，日本在城市生活垃圾處理方面，無論是數量還是質量都領先于其他國家，早在1981年，就建立了一千多座垃圾焚燒處理廠，城市生活垃圾焚燒率超過80%；此外法國也建立了超過50座生活垃圾焚燒處理廠，每年可以焚燒250～300萬t生活垃圾。目前日本、新加坡等人口密度高、土地資源緊缺的國家，焚燒已經成為固廢處理的主要方法，特別是在新加坡已完全采取垃圾焚燒處理 （見表2）。全世界共有生活垃圾焚燒廠超過2100座，年焚燒生活垃圾量約2.3億t，絕大部分分布于發達國家，其中生活垃圾焚燒發電項目約1200個。按年處理量分析，2015年歐洲22個國家生活垃圾焚燒處理量約9000萬t，占全球生活垃圾焚燒量的40%，發達國家生活垃圾焚燒量最多的是日本、美國、德國，年焚燒量分別為 3490 萬 t、2700 萬 t、2500 萬 t。

表2 國外城市生活垃圾處理方法統計

2.2 國內生活垃圾焚燒廠的發展[3-4]

“十二五”期間，我國城市生活垃圾焚燒行業迅速發展推進，根據住房城鄉建設部《關于加快推進部分重點城市生活垃圾分類工作的通知》相關要求，垃圾焚燒廠的投運數量逐年增加，2000年以前全國僅有2座垃圾焚燒發電廠，截至2017年底內地建成并投入運行的生活垃圾焚燒發電廠約303座、總處理能力為30.4萬t/d，總裝機約為6280MW。其中采用爐排爐的焚燒發電廠有220座，合計處理能力達到22.8萬t/d，裝機達到4380MW，約占無害化處理能力的50%，對生活垃圾的處置能力大幅提升。根據國內目前情況，受經濟環境的影響，生活垃圾焚燒發電廠主要分布在東南沿海地區，特別是江浙滬一帶的大城市周邊，其垃圾處理設施建設進度遙遙領先。隨著經濟發展，內地也有越來越多的城市選擇建設生活垃圾焚燒發電廠，但總體進展相比較沿海一帶較為緩慢。

如圖1所示，“十二五”期間，我國各大城市累計投運生活垃圾焚燒設施129座，占總投運數量的一半以上，2016年、2017年我國共投運城市生活垃圾焚燒設施均超過50座，焚燒設施投運速度非常快，焚燒處理已經遠遠超過其他處理方式。近年垃圾焚燒廠投運數量大幅增長，究其原因，主要有以下幾個方面：一是過去國內生活垃圾的主要處理方式是填埋處理，而填埋對環境污染較大、占地較多，如今填埋處理達到困境，經濟發展使得土地資源漸少，埋填成本日益增加，迫使各地政府尋求減量化處置手段，垃圾焚燒技術比較符合這種要求；二是近年全球各個國家在垃圾焚燒行業設備、技術上投入的研發精力較多，經過長期的研發，垃圾焚燒技術已經日趨成熟；三是國家在綠色環保方面的各項政策對垃圾焚燒持支持態度；四是國家對環評審批的更加重視，以及對環評審批等各種程序的簡政措施使得流程更加便捷，較大程度上縮短了垃圾焚燒項目的工程建設周期；五是環衛服務業市場化增長迅速，從政府主導到市場經濟主導、從政府購買服務到PPP模式服務，多種商業模式活躍在環衛市場中，使得行業發展越來越快。

圖1 全國垃圾焚燒廠歷年投運數量

3 焚燒爐及其工藝

垃圾焚燒爐的選型尤為關鍵，需要綜合考慮設備投資額、運行費用以及現有垃圾的種類。焚燒爐首先要能有效地應對現有的城市生活垃圾，其次設備價格和運行費用要經濟合理，還要考慮到生活垃圾中能源和資源的回收利用價值，以及對環境的影響程度。垃圾的焚燒技術基于幾十年的應用和發展，目前能滿足環保性、適用性、經濟型、可循環性的焚燒爐種類較多，按照其爐體構成、傳熱方式、燃燒方式總體可歸納為3種類型：機械爐排型、流化床型和回轉窯型。

3.1 機械爐排爐焚燒爐[5-6]

爐排型焚燒爐核心在于機械爐排，其使用歷史悠久，經過長期的研發和實際應用使得技術成熟、品種繁多、運行可靠，結構方面功能區較集中，占地小，熱效率高。一般爐排爐按照其各部分功能和燃燒程度的不同可分為3個區段：預熱段（干燥區）、燃燒區和燃燼區。分類堆放的生活垃圾在入料口推送器的推送下，先進入干燥區，進行預熱、干燥和氣化，預熱之后隨著爐排機械動作，垃圾在爐排上往前移動到燃燒區進行充分焚燒，最后到燃燼區，進行多次燃燒直至剩余難燃固體廢棄物為止，最終排出難燃廢渣。機械爐排按其機械運動方式分為固定爐排、滑動爐排和翻轉爐排，通過液壓連桿機構驅動進行往復動作，爐排之間的相對運動使生活垃圾能夠在在爐體內移動、翻滾、前進，保證其充分燃燒和廢棄物的順利排出。機械爐排型焚燒爐的優點在于不需對進爐垃圾作嚴格的預處理，在爐排移動過程中對垃圾進行切割、翻轉和攪拌，垃圾得以均勻混合，有利于著火和燃燒。生活垃圾焚燒全部活動可以在爐排上進行流水作業，故處理快捷、自動化程度高。

3.2 流化床式焚燒爐[7-8]

流化床焚燒爐爐體通常是以耐火材料為襯里的容器，豎向布置，爐底設置多孔分布板，生活垃圾從流化床上部或側部送入爐內，并伴有惰性顆粒物（一般可采用硅砂）作為流化載體，以一定比例同時進入爐體，空氣由焚燒爐底部的通風裝置進入爐內，垂直上升的氣流吹動爐內的混合顆粒物，發生激烈的翻騰燃燒和不斷的循環流動，具有流體的特性。流化床焚燒爐具有固體廢物焚燒率高、負荷調節范圍寬、污染物排放少、熱強度高、適合燃燒低熱值物料等優點，在中小城鎮有較大的發展前景，尤其對于熱值相對偏低的垃圾的焚燒。但是，因生活垃圾在燃燒過程中會發生激烈翻騰和循環流動，對其粒度和密度的要求較高，故需要對其進行嚴格的粉碎、攪拌等預處理，保證較小的差異性。這樣使得生活垃圾進入流化床式焚燒爐之前的預處理步驟較為繁瑣，增加了時間、空間和經濟成本，很大程度上影響了其發展和使用。

3.3 回轉窯焚燒爐[9-10]

回轉窯焚燒爐是指在鋼板制的圓筒狀本體內部設置了耐火材料襯爐的焚燒爐，其結構組成從前往后通常包括生活垃圾堆放區、垃圾進料口、焚燒爐爐體、熱能回收裝置、二次燃燒室、廢棄物回收和污染控制等部分。窯身為一維傾斜布置、低速回轉的圓筒，垃圾進入后一邊進行緩慢的旋轉，一邊使從上部供給的廢物向下部轉移，從前部或后部等供給空氣使之燃燒，直至燃燼從下端排出。通常，在回轉窯后設置二次燃燒室，使前段熱解未完全燒掉的有毒有害氣體得以在較高溫度的氧化狀態下完全燃燒。回轉窯焚燒爐是一種成熟的技術，具有對焚燒物變化適應性強，可焚燒不同性能的廢棄物，停留時間長，隔熱好等優點，并且因為回轉作用使廢物料層得到充分翻動，比較適用于含有多種難燃物質的垃圾，此外垃圾中水分變化范圍較大的情況也較為適用。因其燃燒狀態穩定、安全性能較好，目前主要應用在廢棄物較少和危險程度較大的垃圾處理項目，比如醫療垃圾、危險廢棄物等。但是當生活垃圾發熱量較低、含水率較高時，會存在燃燒不充分、爐體內濕度大、壓力過高等情況，燃燒存在一定困難，不適用回轉窯焚燒。并且，回轉窯的爐體轉動緩慢，處理量較小，燃燒不易控制，長時間不均勻燃燒使其耐火材料襯里損壞嚴重，需要頻繁維修和更換，且設備的封閉性要求高，維修成本較高，這使它很難適應實際的垃圾處理和發電需要，在當前的垃圾焚燒發電中應用較少。

4 生活垃圾焚燒處理在環保方面的優勢

4.1 提高環保排放要求

提到垃圾焚燒，首要考慮的就是煙氣中二噁英的排放問題，二噁英類芳烴化合物對生態環境影響非常大，難以凈化，并且具有較強的致癌作用，如何處理二噁英成為垃圾焚燒處理技術研究繞不開的課題，其研究進展直接影響垃圾焚燒技術的發展。環境中的二噁英類芳烴化合物主要來源于工業焚燒、殺蟲劑濫用、氯酚類化工用品揮發、漂白造紙等活動，近年全球各國研發的焚化爐，首先從根本上解決二噁英的產生，其次注重垃圾二次燃燒和廢氣凈化，此外嚴格遵守環境保護紅線，已經有效的控制了此類化學品的擴散，在政府的各項管制下，垃圾焚化爐焚燒已經不再是二噁英排放的源頭了。早在2005年根據德國環境部（BMU）、美國環保署等多個部門的多項研究指出：生活垃圾焚化工廠排放的二噁英已經不足全部排放的1%；合格的焚燒廠排出的煙氣污染物遠遠低于散布的垃圾桶、垃圾堆燃燒排放。政府的管控、民眾的監督以及嚴格的排放標準使得垃圾焚燒更加環保，除二噁英之外，重金屬煙塵、硫化物、氮氣等有害氣體的排放也顯著減少。

4.2 減少溫室氣體排放

垃圾焚燒技術相比其他處理方式有著非常多的優點，尤其在節能減排方面：第一，相比較傳統填埋處理，充分的焚燒很大程度上減少了填埋場甲烷、一氧化碳等溫室氣體的排放；第二，垃圾焚燒可以提供大量的熱能用以工業生產，從而顯著減少化石燃料的使用，降低了溫室氣體的產生；第三，垃圾焚燒廢渣中碳含量不足1%，充分利用了碳資源。

4.3 降低垃圾填埋的COD排放量[11]

COD的排放量是我國節能減排重要的考核指標，垃圾填埋可能造成大量的COD排放，每填埋1t生活垃圾可產生0～0.2t左右的COD，而焚燒處置技術大大減少了垃圾的填埋量，同時也降低了因垃圾填埋而產生的COD污染物。

4.4 提供新能源[12-14]

雖然與發達國家相比，我國生活垃圾是“絕對的貧礦”，其熱值含有率不足發達國家50%，但是垃圾焚燒仍然能夠提供大量的能量。據統計，我國垃圾焚燒發電項目每噸生活垃圾平均產生電能為250kWh，處理過程需要消耗 50kWh，凈產出200kWh，這一數據（每噸生活垃圾發電量）在美國更是高達520kWh，早在2004年，美國的垃圾焚燒發電廠產值就高達100億元，可以稱之為“垃圾中的財富”。垃圾焚燒發電是所有燃燒發電中對環境影響最小的，2005年8月，美國將其納入可再生能源序列。

5 生活垃圾焚燒處理存在的問題

雖然生活垃圾焚燒處理在技術、占地、環保等方面具有比其他處理方式更加顯著的優勢，但在實際的應用方面任然存在不少問題，特別是在國內，選址、監管等爭議不絕于耳，很多地方甚至遭遇民意強烈反對。在推行垃圾焚燒處理方式過程中，國內目前存在的主要問題有以下兩點：

第一，群眾對垃圾焚燒項目的不深入了解，使其仍存在污染爭議，社會群體對垃圾焚燒項目產生的二噁英、飛灰、滲瀝液等二次污染物談虎色變，各地進行“鄰避運動”以拒絕將焚燒廠建在自己住所周邊，反對的民聲成為政策推行的最大障礙。

第二，企業為利所趨，政府監管困難。盡管垃圾焚燒廠依靠地區壟斷、政府補貼、垃圾處理費、再生電力資源收入確保了項目的高回報，迅速成為國內外企業的投資熱點，但在實際運行當中，仍存在為了降低成本大幅度減少廢氣凈化耗材、降低排放標準的諸多惡劣行為，2016年12月，據民間環保組織不完全監測，當月內有27座垃圾焚燒廠連續25d超標排放煙氣2533次。而在政府監管過程中，很多超標問題并沒有進行有力的處罰和整改，降低了地方政府公信力，觸發了民眾的抵制情緒，造成了無法溝通的困境。

6 展望

為解決大中城市“垃圾圍城”的困局，發展垃圾焚燒是我國各大城市走上綠色發展道路的不二選擇，2016年11月，住建部、環保部等五部委發布的《進一步加強城市生活垃圾焚燒處理意見》要求，到2020年全國城市垃圾焚燒處理能力占總處理能力50%以上。本文針對垃圾焚燒處理提出以下幾點建議：

第一，積極穩妥推進垃圾焚燒廠的建設。我國許多大型城市人口密度遠遠高于德國、日本、美國等發達國家一線城市，而且城市規模擴張迅速，寸土寸金，垃圾焚燒廠體量小、處理便捷的優點會愈發明顯，這將是未來大型城市處理生活垃圾的首要選擇。但是，切不可急功近利，目前來看垃圾焚燒處理比較適用于大型城市，不適宜向全國所有城市推廣，鄉鎮農村地區更是要綜合考慮、慎重選擇。

第二，做好長遠規劃。垃圾焚燒廠要綜合考慮城市地域、季風、交通等因素的影響，能夠自如的應對城市長期的發展，既要交通便捷，又不影響當地民眾生活，還要兼顧長期的投資效益。

第三，加強立法，嚴格制定并執行煙氣排放標準[15-16]。隨著 《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）的全面實施，生活垃圾焚燒設施運行和污染排放控制將更為嚴格，而城市生活垃圾處理相關投入也將在新標準倒逼下進一步加大。對于已建焚燒廠加強管控、提升技術，新建焚燒廠高標準、嚴要求，自覺遵守最嚴格的排放標準，爭取做到比歐盟排放標準更加嚴格，大幅降低主要煙氣污染物的排放。

第四，深化焚燒技術的研發和應用，讓垃圾焚燒技術更加精細化，開發各類垃圾處理前沿技術，結合生物處理、降解等技術，進一步減少垃圾處理過程的污染物排放，實現垃圾無害化、減量化。

第五，遏制“小火電廠”的產生，擴大規模，提高焚燒廠垃圾集中處理能力，精簡環保審批，加快垃圾焚燒項目的建設和發展，但是對環保方面嚴格把關，杜絕一切濫竽充數的現象。

第六，提升信息公開透明度，加強宣傳引導，消除公眾的“鄰避”疑慮。對垃圾焚燒排放污染物進行實時監控，并將數據上傳到政府部門指定網站，公布檢測結果，保證垃圾焚燒處理設施安全、高效地運行。做好科普工作，讓公眾正確認識垃圾焚燒，主動進行垃圾分類，積極參與焚燒廠選址等工作。