上海與東京垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施的對(duì)比分析

文_焦學(xué)軍 上海康恒環(huán)境股份有限公司

1 分布和規(guī)模的對(duì)比分析

東京的垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施數(shù)量多，共計(jì)21 個(gè)項(xiàng)目（其中，2 個(gè)重建中）、40 條焚燒線，總規(guī)模12300t/d，單項(xiàng)目平均規(guī)模僅586t/d，單線（爐）規(guī)模為306t/d。上海的垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施數(shù)量較少，共計(jì)16 個(gè)項(xiàng)目（按立項(xiàng)數(shù)量計(jì)，部分項(xiàng)目分一期、二期建設(shè)）、49 條焚燒線，總規(guī)模28895t/d，單項(xiàng)目平均規(guī)模約為1800t/d，單線（爐）規(guī)模為590t/d。從垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施的分布來(lái)看，東京基本上每個(gè)區(qū)有一座，選址都位于市中心或城市化區(qū)域，而上海則不同。上海的焚燒設(shè)施，大部分都分布在城市外圍，特別是浦東新區(qū)的海邊分布著老港一期、老港二期、黎明、濱海4 座超大型項(xiàng)目，這4 座項(xiàng)目的總規(guī)模達(dá)到了14000t/d。規(guī)模的差異、分布特色，是由兩個(gè)國(guó)家和城市的垃圾數(shù)量、行政管理特點(diǎn)及地理?xiàng)l件所決定的。日本由于地震多發(fā)，最近要求垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施在發(fā)生災(zāi)害時(shí)具備防災(zāi)功能，且需將發(fā)電分散化以便緊急情況下可以供電。我國(guó)國(guó)家政策和標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于焚燒項(xiàng)目選址與居民區(qū)距離不小于300m 的防護(hù)距離的限制，是上海市垃圾焚燒項(xiàng)目主要分布在外圍、非城市化區(qū)域的主要原因。

2 占地面積和投資的對(duì)比分析

對(duì)上海和東京垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施的占地面積、投資概算進(jìn)行對(duì)比分析，不計(jì)貨幣匯率指數(shù)、物價(jià)參數(shù)等因素的影響，僅從數(shù)字分析得出：①東京的21 個(gè)項(xiàng)目的占地面積共計(jì)約68.2 萬(wàn)m2，單個(gè)項(xiàng)目占地約3.25 萬(wàn)m2，單位處理規(guī)模占地面積約55m2；上海的16 個(gè)項(xiàng)目的占地面積共計(jì)約134.06萬(wàn)m2，單個(gè)項(xiàng)目占地約8.38 萬(wàn)m2，單位處理規(guī)模占地面積約46m2。②東京的21 個(gè)項(xiàng)目的總投資約6436.75 億日元（合現(xiàn)時(shí)人民幣約425.99 億元），單個(gè)項(xiàng)目投資約306.51 億日元（合現(xiàn)時(shí)人民幣約20.28 億元），單位處理規(guī)模投資約5191 萬(wàn)日元（合現(xiàn)時(shí)人民幣約344.54 萬(wàn)元）；上海的16 個(gè)項(xiàng)目總投資約203.02 億元人民幣，單個(gè)項(xiàng)目投資約12.69 億元人民幣，單位處理規(guī)模投資約70.26 萬(wàn)元人民幣。

3 主體工藝和設(shè)備的對(duì)比分析

3.1 焚燒爐和余熱鍋爐、余熱利用的對(duì)比分析

圖1表示東京和上海垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施的設(shè)計(jì)熱值變化情況。

圖1 東京和上海垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施設(shè)計(jì)熱值統(tǒng)計(jì)

東京垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施的余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)，低于上海。東京的主蒸汽溫度，經(jīng)歷了從300℃左右增加至400℃左右的過(guò)程，壓力最低的僅2.7MPa、最高的5.3MPa；上海的主蒸汽溫度，僅限于400℃和450℃二種，設(shè)計(jì)壓力經(jīng)歷了從4.0MPa、5.4MPa、6.4MPa，直至寶山項(xiàng)目13.0MPa的過(guò)程（注：寶山項(xiàng)目采用了爐外蒸汽再熱技術(shù)）。

蒸汽參數(shù)的差異，主要是政策和商業(yè)模式的不同導(dǎo)致的。東京的垃圾焚燒設(shè)施，基本采用地方政府投資并主持運(yùn)營(yíng)的商業(yè)模式，近期采用DBO（Design Build and Operate）模式增多，即由地方自治體（地方政府）向民營(yíng)企業(yè)一攬子委托垃圾焚燒廠的設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)的方式增加了，長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行更加重要；而上海的垃圾焚燒設(shè)施，主要為企業(yè)投資、企業(yè)運(yùn)營(yíng)的商業(yè)模式，垃圾處理貼費(fèi)遠(yuǎn)低于日本，而上網(wǎng)電價(jià)優(yōu)惠，這就導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)追求更高的發(fā)電效率。

東京的垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施的余熱鍋爐布置形式，立式布置占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；而上海則以臥式布置為主、∏式和立式為輔。在東京，省煤器外置早在20 多年前便開始應(yīng)用，近幾年來(lái)低溫省煤器的使用取代了減溫塔以回收更多的能量，而上海尚未在工程上應(yīng)用。

3.2 煙氣凈化工藝與煙氣回流的對(duì)比分析

20 世紀(jì)90 年代開始，東京焚燒設(shè)施的煙氣凈化以“減溫塔+干法（管道噴射石灰、活性炭）+袋式除塵+濕法+SGH+SCR”的工藝為主流；2014 年至今投產(chǎn)和建設(shè)中的焚燒設(shè)施，減溫塔被熱回收設(shè)備取代，煙氣凈化工藝簡(jiǎn)化為“干法（管道噴射石灰、活性炭）+袋式除塵+濕法+SGH+SCR”（最新投產(chǎn)的東京杉并廠就采用了這個(gè)工藝）。經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，東京的21 座焚燒設(shè)施，袋式除塵和濕法得以全部采用，但沒(méi)有采用半干法工藝的（歐洲和中國(guó)普遍采用的旋轉(zhuǎn)霧化器半干法反應(yīng)塔）；針對(duì)NOx的凈化，東京都采用了SCR 且都布置在濕法凈化之后，但SNCR 的使用似乎不普遍；也沒(méi)有采用GGH（回收熱能、降低SGH 汽耗）的設(shè)施。

上海的焚燒技術(shù)，剛開始從歐洲引進(jìn)，后來(lái)日本企業(yè)相繼進(jìn)入上海市場(chǎng)，因此，上海的垃圾焚燒煙氣凈化工藝，20年的發(fā)展經(jīng)歷了“歐洲引進(jìn)、日本引進(jìn)、自我創(chuàng)新”的過(guò)程，期間伴隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高導(dǎo)致的技改、多種工藝技術(shù)在國(guó)內(nèi)的首次采用，特別是“濕法和GGH、碳酸氫鈉干法”的應(yīng)用在中國(guó)起到了帶頭、示范的作用。在上海，最初的煙氣凈化工藝，御橋廠和江橋廠為“半干法（石灰漿旋轉(zhuǎn)霧化器反應(yīng)塔、活性炭噴射）+袋式除塵”，2014 年進(jìn)行了技改，增加了干法和SNCR；2012 年投產(chǎn)的金山一期，采用了“SNCR 半干法（石灰漿旋轉(zhuǎn)霧化器反應(yīng)塔、活性炭噴射）+干法（碳酸氫鈉干粉）+袋式除塵”，這是中國(guó)國(guó)內(nèi)首次采用碳酸氫鈉干法工藝；2013 年投產(chǎn)的老港一期，采用了“SNCR+干法（石灰干粉、活性炭）+袋式除塵+ PTFE-GGH+濕法”工藝，這是中國(guó)國(guó)內(nèi)首次采用濕法（引進(jìn)日本技術(shù)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)）和PTFE-GGH（引進(jìn)德國(guó)技術(shù)和管件，國(guó)內(nèi)組裝生產(chǎn)）。2019年投產(chǎn)的老港二期，為世界最大規(guī)模的垃圾焚燒設(shè)施，煙氣凈化工藝在一期的基礎(chǔ)上又增加了“低溫SCR”；目前正在建設(shè)的松江二期、奉賢二期、海濱、寶山項(xiàng)目，采用了“SNCR+半干法（石灰漿旋轉(zhuǎn)霧化）＋干法（熟石灰粉、活性碳噴射）＋袋式除塵＋PTFE-GGH1＋濕法＋PTFE-GGH2＋SGH+低溫SCR”的工藝，系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，煙氣污染物控制也將越來(lái)越好，以適應(yīng)中國(guó)和上海市地方政府、企業(yè)內(nèi)部的更高的追求，但成本也大幅增加。

3.3 煙氣回流

煙氣回流技術(shù)在垃圾焚燒設(shè)施上的應(yīng)用源于歐洲，在節(jié)能以及控制NOx的產(chǎn)生方面具有良好的效果。在東京，于2006 年投產(chǎn)的設(shè)施上開始使用，現(xiàn)已成為標(biāo)配，之后投產(chǎn)的、正在建設(shè)的焚燒設(shè)施都采用了煙氣回流。在上海，煙氣回流首次使用于2012 年投產(chǎn)的金山一期項(xiàng)目（后由于技改需增加SCR，空間不夠，被迫拆除），2016 年投產(chǎn)的松江一期、奉賢一期和正在建設(shè)的松江二期、奉賢二期、金山二期、崇明二期、寶山項(xiàng)目都采用了煙氣回流。

3.4 煙囪

上海和東京的焚燒設(shè)施煙囪，結(jié)構(gòu)形式相同，大都采用內(nèi)置鋼筒的鋼砼結(jié)構(gòu)。區(qū)別在于，東京的煙囪高度明顯高于上海。東京的煙囪高度，21 座設(shè)施的平均高度約140m，大多介于130 ～156m；上海的煙囪高度，16 座設(shè)施的平均高度約70m，大多為80m。這與環(huán)評(píng)相關(guān)，也與國(guó)內(nèi)的習(xí)慣、部分關(guān)鍵的行政管理人員的認(rèn)知也有不小的關(guān)系。

3.5 灰渣處理的對(duì)比分析

在東京，21 座焚燒設(shè)施中，15 座飛灰處理采用了“螯合穩(wěn)定+填埋”的工藝，6 座設(shè)施采用了“飛灰+爐渣熔融”的處理工藝（熔融工藝主要有等離子體和電弧2 種。但由于耗電太高，處理成本過(guò)高，目前已停用4 座，改為了“螯合穩(wěn)定+填埋”工藝）。在上海，飛灰的處理，目前全部采用“螯合穩(wěn)定+填埋”。在上海，爐渣采用“分選、有用物質(zhì)回收、制作建材”的綜合利用方式（與美國(guó)相同），并建立了爐渣處理基地。在東京，爐渣的處理與上海相似。

4 上海市垃圾焚燒設(shè)施存在的問(wèn)題思考

4.1 選址難

選址困難是這個(gè)行業(yè)的共同屬性。老港是上海市垃圾處理的托底保障基地。上海市是超大型城市，16 座設(shè)施的平均規(guī)模達(dá)到1800t/d、單爐規(guī)模達(dá)到590t/d，體現(xiàn)了良好的規(guī)模效益。但是，剛開始建設(shè)的幾年，規(guī)模選小了。占地面積超過(guò)國(guó)內(nèi)平均值，主要是個(gè)別項(xiàng)目的項(xiàng)目規(guī)劃考慮不足導(dǎo)致的。項(xiàng)目投資高于全國(guó)平均值，個(gè)別項(xiàng)目遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)平均值。但與東京比，則投資低得多，僅為東京的約1/5。

4.2 焚燒爐與鍋爐

上海的焚燒技術(shù)成熟可靠，選擇正確。流化床、熱解氣化爐等，沒(méi)有在上海得到應(yīng)用。焚燒爐排技術(shù)多樣，基本上世界上的主流爐排技術(shù)都在上海得以應(yīng)用。但是，在國(guó)內(nèi)廠商引進(jìn)技術(shù)得以良好發(fā)展的前提下，仍過(guò)份依賴國(guó)外技術(shù)和爐排裝備。設(shè)計(jì)熱值偏低，主要體現(xiàn)在2012 年之前開始設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，以金山、老港一期、松江和奉賢等項(xiàng)目為主。2015 年之后設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，充分考慮了熱值的增加。蒸汽主參數(shù)的設(shè)計(jì)合理，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性考慮充分。特別是最近幾個(gè)正在建設(shè)中的項(xiàng)目，更好地吸收了國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)。寶山項(xiàng)目采用450℃、13MPa 的參數(shù)和爐外再熱技術(shù)，將成為本行業(yè)國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)水平的設(shè)施之一。鍋爐的布置，多種形式并存，但臥式較多。省煤器外置、低溫省煤器的使用，在上海使用較少（僅海濱項(xiàng)目采用了獨(dú)立外置的省煤器）。煙氣回流技術(shù)已在上海開始使用，取得了節(jié)能、控制NOx良好效果。但在工程應(yīng)用細(xì)節(jié)方面，還需繼續(xù)積累經(jīng)驗(yàn)。

4.3 煙氣凈化

上海的焚燒設(shè)施煙氣凈化水平，總體上已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先。但煙氣凈化系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，盡管可滿足超低排放的要求，然而經(jīng)濟(jì)成本過(guò)高。將所有的工藝手段和設(shè)備全部采用，這并不可取。在東京，最近幾年設(shè)計(jì)的焚燒設(shè)施，煙氣凈化流程反而縮短了，值得學(xué)習(xí)。

濕法系統(tǒng)的應(yīng)用，上海老港一期為國(guó)內(nèi)首例。本項(xiàng)目為全國(guó)的焚燒設(shè)施中濕法的應(yīng)用取得了成功示范。對(duì)于濕法，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的優(yōu)化、二噁英的記憶效應(yīng)控制，尚需很多工作要做。上海老港一期的PTFE-GGH 的使用，為亞洲首例，為國(guó)內(nèi)節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域起到了成功的示范作用。上海的焚燒設(shè)施中有29 條焚燒線采用了PTFE-GGH 換熱設(shè)施，可降低蒸汽消耗，具有良好的節(jié)能環(huán)保效益。低溫SCR 的應(yīng)用取得了成功，但氨逃逸的超標(biāo)仍有可能發(fā)生，特別是SCR 后置的正在建設(shè)中的設(shè)施。高效SNCR、PNCR 的研發(fā)和應(yīng)用，還需努力。

4.4 灰渣處理

飛灰的處理，經(jīng)濟(jì)、適用、安全，但需要優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，優(yōu)化螯合劑。螯合劑種類有二甲胺系、卡巴胺系、哌嗪系等。二甲胺系會(huì)產(chǎn)生有害氣體，已確認(rèn)有致癌性及爆炸性，但是價(jià)格便宜。我國(guó)近幾年采用的螯合劑，二甲胺系是主流，但在日本較為安全的哌嗪系是主流。因此，上海乃至我國(guó)，飛灰螯合劑的使用，經(jīng)濟(jì)性和安全性都應(yīng)充分考慮。

4.5 商業(yè)模式

政府對(duì)焚燒設(shè)施的成本支付高于全國(guó)水平，原因是多方面的。主要的原因是建設(shè)成本偏高、排放標(biāo)準(zhǔn)高造成的。應(yīng)適當(dāng)、合理地控制成本。

5 結(jié)語(yǔ)

上海的焚燒設(shè)施，應(yīng)為“垃圾分類處理不成熟期”的托底保障，摻燒雜質(zhì)、殘?jiān)蛘釉茸龊脺?zhǔn)備；各焚燒設(shè)施之間，應(yīng)注重協(xié)同功能，例如合理安排檢修計(jì)劃、調(diào)峰、人員和技術(shù)共享等。焚燒爐和余熱鍋爐注重新技術(shù)的應(yīng)用，必要時(shí)進(jìn)行技改，如鍋爐防腐蝕處理、增加受熱面、清灰新技術(shù)等。余熱利用，開發(fā)向外供熱項(xiàng)目。煙氣凈化，提高干法的效率、盡量取消旋轉(zhuǎn)霧化器半干法；優(yōu)化濕法和脫硝工藝，注重高效SNCR、PNCR、濕法凈化系統(tǒng)的簡(jiǎn)化改造等；對(duì)于濕法凈化，應(yīng)針對(duì)“二噁英的記憶效應(yīng)”，積累運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。煙氣回流，注重運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)營(yíng)的積累，必要時(shí)進(jìn)行技改。注重高效、優(yōu)質(zhì)螯合劑的優(yōu)化、選擇。