垃圾分類政策實施后對北京市現有焚燒設施的影響及對策

溫 冬，鄭鳳才，王明飛

（1.北京環境工程技術有限公司，北京 101102；2.北京市城鎮生活固廢綜合處理與資源化工程技術研究中心，北京 100091）

1 引言

21 世紀以來，盡管我國環衛設施的運營已經越來越好，但相關投訴卻依然居高不下，行業需求不斷升級。分析原因，我國環衛設施行業忽略了垃圾處理是一個完整鏈條的性質，會造成污染物在不同處理環節、環境介質、存在形態之間循環往復地遷移與轉化，污染減排變成了污染轉移、延伸與擴散，環境質量難以根本改善［1］。

垃圾分類本質上就是垃圾處理路徑的升級。如果前端垃圾沒有變化，再好的技術也不能全方位地解決因垃圾帶來的環境問題。如果收集的垃圾成分沒有變化，也無法很好地解決大量滲濾液難處理的問題［2］。

北京市的生活垃圾分類政策框架是在繼承2000年第1 次生活垃圾分類經驗的基礎上，通過2009年4 月第2 次生活垃圾分類試點和推廣逐步建立和完善的。2010 年上半年北京市在全市范圍內選擇了600 個小區進行生活垃圾分類試點試驗，總結經驗后，從2010 年下半年開始，逐漸向全市推廣，這一時期出臺的政策更有針對性，內容更加細化［3］。

2019 年11 月27 日，北京市十五屆人大常委會第十六次會議決定對2011 年11 月發布的《北京市生活垃圾管理條例》做出修改，修訂的內容涉及加強生活垃圾總量控制、推行生活垃圾分類、完善源頭減量措施、強化分類投放要求、健全分類處置流程、增加分類收集容器設置、加大宣傳示范等具體條款。

修訂后的《北京市生活垃圾管理條例》（以下簡稱“新《條例》”） 于2020 年5 月1 日正式實施，標志著北京市生活垃圾分類正式步入法治化、常態化、系統化軌道。新《條例》實施后，進入垃圾焚燒廠的垃圾在數量、熱值、理化特性等方面會發生明顯變化，會影響現有垃圾焚燒設施運行的安全性、經濟性［4］。本研究對新《條例》實施后對現有垃圾焚燒設施的影響進行了分析，提出了可行的工藝或設備應對措施。

2 材料與方法

2.1 研究方法

1） 文獻研究法。通過查閱生活垃圾焚燒以及垃圾分類等相關文件和文獻［4-7］，如上海市人民政府辦公廳2018 年初印發的《關于建立完善本市生活垃圾全程分類體系的實施方案》、2019 年1 月31 日發布《上海市生活垃圾管理條例》、《北京市生活垃圾管理條例》、《北京市生活垃圾分類工作行動方案》、首都城市環境建設管理委員會發布的《垃圾分類減量四個實施辦法》等，了解垃圾分類的研究現狀、前沿以及政府已出臺的相關政策，整體掌握了垃圾分類實施后對垃圾焚燒廠的影響。

2） 類比法。為了預判新《條例》實施后，進入北京市垃圾焚燒廠的垃圾在數量、熱值、理化特性等方面將發生的變化趨勢，對已實施垃圾分類政策地區（如上海） 的垃圾分類情況進行調研、總結，在此基礎上做了相關的假設研究。

3） 實地調研法。為了分析新《條例》的實施對北京市已建成垃圾焚燒設施的影響并提出改進措施，對北京市部分垃圾焚燒廠進行了實地調研，掌握了上述垃圾焚燒廠的運行現狀、處理能力、垃圾來源及運行情況。

2.2 上海市垃圾分類政策及垃圾焚燒廠運行現狀調研

2.2.1 垃圾分類政策實施現狀

上海市人民政府辦公廳于2018 年初印發《關于建立完善本市生活垃圾全程分類體系的實施方案》，上海市垃圾分類正式進入“全程分類，整體推進”的新階段。同年，上海市發布了《上海市生活垃圾全程分類體系建設行動計劃（2018—2020 年）》，明確了上海市該項工作的時間節點、任務分工和工作目標。上海市于2019 年1 月31日審議通過了《上海市生活垃圾管理條例》，為垃圾分類全程體系建設提供了法治保障，該條例于2019 年7 月1 日正式施行。

2020 年4 月15 日，上海市生活垃圾分類減量推進工作聯席會議召開電視電話會議［8］。會議總結2019 年上海市生活垃圾分類工作：2019 年分類達標率由2018 年年底的15%提高到90%，單位達標率總體為87%，具體數據見表1。2020 年生活垃圾源頭分類目標見表2。

表1 2019 年上海垃圾分類情況

表2 2020 年上海垃圾分類目標

通過分析上海市垃圾分類的相關數據，預測《上海市生活垃圾管理條例》（以下簡稱《條例》）實施后，濕垃圾占收集到垃圾總量的25%～30%、干垃圾占收集到垃圾總量的50%～55%、可回收垃圾占垃圾總量的15%～20%。

2.2.2 垃圾分類政策實施后上海焚燒廠運行情況

《條例》 實施后，分別對上海老港垃圾焚燒廠、上海黎明垃圾焚燒廠、上海金山垃圾焚燒廠的運行情況進行了詳細調研，得到如下結論。

1） 入廠生活垃圾總量有所降低，但降低程度有限，目前進入垃圾焚燒廠的垃圾量較分類前減少約5%～10%。分析主要原因：①上海市現有濕垃圾處理設施能力不足，分出去的濕垃圾最終大部分又回到了垃圾焚燒設施處理；②生活垃圾收集率提高。

2） 入廠生活垃圾熱值有所提高，但提高程度有限。進入該垃圾焚燒廠的生活垃圾熱值較之前提高400～500 kJ/kg，噸垃圾發電量提升24～30 kW·h［5］。分析原因：①進入生活垃圾焚燒設施的干垃圾中濕垃圾的含量減少，熱值提高；②熱值較高的可回收垃圾占比提高，導致進入生活垃圾焚燒設施干垃圾的熱值提高量有限。

3） 焚燒廠鍋爐機組運行穩定性提高，鍋爐機組使用壽命延長。通過垃圾分類將生活垃圾中塑料、橡膠、金屬包裝、電池等進行分類回收利用，焚燒垃圾成分簡單，燃燒就會穩定，并可提高焚燒廠鍋爐機組運行穩定性，延長鍋爐機組使用壽命，減少故障停爐次數，確保焚燒廠安全、環保、穩定運行。

4） 氣態污染物排放大幅減少，煙氣處理成本降低。從運行數據中發現垃圾產生的臭氣量、滲濾液量有減少趨勢；煙氣中重金屬含量、氣態污染物排放量有減少趨勢；飛灰產生量、爐渣量等較之前有減少趨勢；同時煙氣處理時需要的熟石灰、活性炭、液堿等消耗量也會降低，節約生產成本。

3 結果與討論

北京市生活垃圾焚燒發電產業起步較晚，高安屯生活垃圾焚燒發電廠是北京市第1 家垃圾焚燒發電廠，到目前為止，北京已建成的垃圾焚燒設施如表3 所示。

表3 北京市生活垃圾焚燒設施統計

新《條例》 實施后，將直接導致進入北京市已建成垃圾焚燒廠垃圾的數量、組分、熱值等發生變化，從而對現有垃圾焚燒廠的運行安全性、經濟性造成影響。

上海市與北京市均為特大型城市，人口數量均在2 000 萬左右，年產生垃圾量相當，而且，上海市已于2019 年7 月1 日正式實施垃圾分類政策。因此，借鑒上海市垃圾分類政策實施對上海已建成垃圾焚燒廠的影響情況來預測新《條例》實施后對北京市已建成垃圾焚燒廠的影響是可行的。通過對比上海市《條例》實施后對垃圾焚燒廠產生影響的分析，對實施新《條例》 后對北京市現有焚燒設施的影響做出如下判斷。

3.1 新《條例》對北京市現有焚燒設施的影響

3.1.1 進入焚燒廠垃圾量的變化趨勢分析及對現有焚燒設施的影響預測

對比分析上海市與北京市垃圾產生量現狀與生活垃圾管理條例，最終預測北京市新《條例》實施后，廚余垃圾占收集到垃圾種類的25%～35%較為合理。根據2019 年《垃圾處理設施工藝處理過程物料監測數據分析報告》，2019 年北京市各設施生活垃圾物理組成及工業分析見表4～5。

表4 2019 年北京市各設施生活垃圾物理組成 %

表5 2019 年北京市各設施生活垃圾工業分析

由表4～5 可知，北京市目前收集到的生活垃圾中廚余垃圾的平均占比為56.11%（表4 中“蔬果落葉+肉類+骨頭”平均值），含水率為62.44%。可預測進入生活垃圾焚燒設施的生活垃圾量較之前降低約20%～30%。通過對上海部分垃圾焚燒廠的調研可以得知，上海市《條例》實施后進入垃圾焚燒廠的垃圾量將逐漸減少，最終將達到減量目標值。可以預測，進入北京市垃圾焚燒廠的垃圾量短期內不會有大的變化，幾年后可實現減量20%～30%的目標值。

對現有焚燒設施的影響預測如下：

1） 入廠垃圾量的減少，將導致垃圾貼費收入減少。

2） 對焚燒爐運行的影響。常規垃圾焚燒爐的連續負荷能力為70%～110%，基于現狀考慮，新《條例》實施后，現階段入廠垃圾量減少20%～30%，不會影響焚燒爐的安全運行。但垃圾焚燒爐長期處于低負荷運行，會降低整個垃圾焚燒廠的經濟性。

3） 減少滲濾液的產生量。新《條例》 實施后，進入垃圾焚燒廠的生活垃圾含水率降低，直接導致垃圾滲濾液量的減少，參照上海垃圾焚燒廠的經驗，滲濾液產生量將減少1/3～1/2。垃圾焚燒廠滲濾液的減少，可以降低焚燒廠的滲濾液處置成本，直接表現為水處理藥劑和廠用電消耗減少，這對垃圾焚燒項目實際收益水平的提升最為直接和明顯［9］。

4） 垃圾貯坑臭氣的產生量減少。垃圾在貯坑中發酵產生臭氣的主要原因是生活垃圾中存在易腐化的廚余垃圾。新《條例》實施后，廚余垃圾的收集比例將提高，進入生活垃圾焚燒廠垃圾中的廚余垃圾量較之前減少50%左右。

5） 降低垃圾焚燒廠用電率。垃圾分類政策實施后，由于滲濾液的產生量降低，滲濾液處理設施運行時間會縮短，會直接減少滲濾液處理廠用電。

3.1.2 進入垃圾廠垃圾組分變化趨勢及對現有焚燒設施的影響

新《條例》 實施后，隨著廚余垃圾分離量比例的增加，進入垃圾焚燒廠垃圾的含水率降低；隨著可回收垃圾收集比例的提高，生活垃圾中塑料、橡膠、金屬包裝、電池等分類回收利用率增加。因此，進入生活垃圾焚燒廠的垃圾成分變的較為簡單［6］。總結出新《條例》實施后入廠垃圾組分變化趨勢：①生活垃圾密度呈現整體波動下降趨勢；②生活垃圾含水率呈現下降趨勢；③生活垃圾發熱量呈現升高趨勢；④生活垃圾濕基灰分平均值呈下降趨勢；⑤紙類呈明顯下降趨勢。但具體變化數值有待進一步跟蹤檢測。

垃圾組分的變化將對現有垃圾焚燒設施產生如下影響。

1） 對焚燒爐運行的影響：①進入垃圾焚燒廠垃圾成分簡單，使焚燒爐燃燒穩定，從而提高鍋爐機組運行穩定性，延長鍋爐機組使用壽命，減少故障停爐次數；②進入垃圾焚燒廠垃圾的熱值較之前有所提高，焚燒爐運行過程中爐膛溫度升高，生成氮氧化物的濃度有所增加；爐排運行溫度較高、爐墻會出現超溫現象，有可能影響焚燒爐安全運行；③焚燒爐在運行過程中，爐膛的溫度大多都保持在1 000 ℃以上，而焰心處的溫度更高，已達到煙氣中飛灰的熔融溫度，飛灰出現軟化現象，垃圾焚燒爐將出現結焦積灰現象，嚴重時會影響焚燒爐安全運行。

2） 垃圾焚燒后固態產物減少。進入垃圾焚燒廠垃圾中無機物含量較之前大幅降低，從而導致垃圾焚燒后爐渣、飛灰產生量較之前有減少趨勢。

3） 對煙氣凈化系統的影響。最終進入垃圾焚燒廠的垃圾量及組分會發生較大的變化，如熱值提高、含水率降低、金屬含量減少等。從而導致鍋爐出口的煙氣參數會發生較大的變化，如煙氣量、污染物濃度、含水率、重金屬含量等，需要對實際工況的煙氣參數進行設計校核，核算凈化工藝以及設備選型能否滿足新工況條件下的排放要求。垃圾分類后鍋爐出口煙氣會存在污染物濃度高、峰值波動超標問題，隨著排放要求的提高，煙氣凈化系統承擔的負荷會越來越大。垃圾分類對煙氣凈化系統的影響主要包括面對峰值波動如何穩定控制達標排放和降低運行成本。

3.1.3 進入焚燒廠垃圾熱值變化趨勢分析及對現有焚燒設施的影響

新《條例》 實施后，進入生活垃圾焚燒設施垃圾的熱值升高，但升高幅度有限［7］。主要原因有：新《條例》實施后，隨著廚余垃圾分離率的增加，進入垃圾焚燒廠垃圾的含水率降低；隨著可回收垃圾分離率的提高，進入垃圾焚燒廠垃圾的熱值有降低趨勢。通過對比上海市《條例》 實施后，進入垃圾焚燒設施的生活垃圾熱值變化情況，預判北京市新《條例》實施后，進入垃圾焚燒設施生活垃圾的熱值較之前提高400～500 kJ/kg，噸垃圾發電量提升20～30 kW·h。

入廠垃圾熱值提高，最明顯的特征就是噸垃圾發電量增加。垃圾焚燒爐的額定熱負荷是一個定值，如果入爐垃圾熱值提高且超過焚燒爐設計額定熱值，必然導致入爐垃圾量低于焚燒爐額定焚燒量。入廠垃圾熱值提高后，為了保證現有垃圾焚燒爐正常運行，垃圾焚燒爐始終面臨“吃不飽”的情況，導致垃圾焚燒爐運行不經濟。

3.2 新《條例》對北京市現有垃圾焚燒廠改進措施研究

3.2.1 解決焚燒爐“吃不飽”的措施

根據預測，新《條例》 實施后進入生活垃圾焚燒設施的生活垃圾量較之前降低20%～30%。對于現有垃圾焚燒爐而言，該入廠量在焚燒爐允許的負荷調節范圍內（70%～110%），焚燒爐可以正常運行，但運行不經濟。另外，如果焚燒爐長期處于低負荷運行，對焚燒爐壽命有影響［10］。為保證垃圾焚燒廠能夠保持現有經濟效益及垃圾焚燒爐良好運行，提出建議：①增加入廠垃圾貼費；②協調更多的城鎮固廢進入垃圾焚燒廠協同處置，例如廚余垃圾處理設施產生的沼渣、污水處理廠的污泥等。

3.2.2 焚燒過程中NOx濃度增高問題

1） 在沒有設置SNCR 系統的焚燒廠增設SNCR 脫硝系統。

2） 在已設置SNCR+SCR 系統的焚燒廠，增設SCR 備用層的裝填來提高催化劑效率。

3） 采用煙氣再循環，即降低NOx的同時提高對流吸熱量。

3.2.3 垃圾焚燒爐運行安全措施

1） 為保證爐排片在運行過程中得到及時的冷卻，建議調整爐排運行方式，調整各風室一次風配風量。

2） 為保證焚燒爐在運行過程中爐墻不出現高溫，建議更換較大風量、風壓的爐墻送、引風機，加大爐墻冷卻能力。

3.2.4 解決余熱鍋爐發生積灰、結焦現象的措施

1） 爐膛溫度控制。結焦很大程度是受到了溫度的影響。CJJ 90—2009 生活垃圾焚燒處理工程技術規范表明，煙氣要在850～950 ℃的爐膛中停留2 s 以上，這樣做的原因就是為了讓二噁英可以完全分解。因此，為了滿足這一條件并且充分保證垃圾焚燒鍋爐的熱負荷，應當保證950～960 ℃的爐膛出口溫度范圍上限［11］。

2） 垃圾焚燒爐熱負荷以及蒸發量的控制。在保證垃圾焚燒爐充分燃燒的前提下，最大程度地將焚燒爐的熱負荷進行有效把控，確保鍋爐處在最大蒸發量的狀態。垃圾焚燒爐在運行一段時間過后，不可避免會有輕微的結焦積灰現象發生，而此時就應當根據垃圾焚燒爐運行的時間對最大蒸發量進行降低。這樣做是因為在大多垃圾焚燒爐實際的運行過程中，焚燒爐的出力會被人為提高，會出現較高水平的爐膛出口單位界面熱負荷以及焚燒爐內單位容積熱負荷，垃圾焚燒爐內的熔融飛灰也會隨之增加。

3） 風量和風溫控制。要將一、二次風的風量進行優化，確保省煤器后有6%～9%的含氧量。經過一段時間的運行調整，可以將含氧量控制在6%～7%。

4 結論

新《條例》 實施后，進入垃圾焚燒廠的垃圾在數量、熱值、理化特性等方面將發生明顯變化，可通過相應焚燒爐工藝改進措施避免上述變化對垃圾焚燒廠的影響，以保證垃圾焚燒廠的安全性、經濟性。