城市生活垃圾清潔高效一體化解決技術展望

葉笑臣 吳宏亮 肖堯 鄧啟剛 蘇虎

摘 要：由于人民生活水平的不斷提高，如何對其進行高效清潔的資源化利用，是我國城市生活垃圾面臨的重要問題。在眾多垃圾處理技術當中，垃圾焚燒以其優越的減毒、減量和減容特性成為國內的主流垃圾處理技術。通過對比國內外垃圾焚燒技術及垃圾焚燒技術工藝，展望未來垃圾處理技術發展。

關鍵詞：生活垃圾;焚燒;爐排;余熱鍋爐

1 前言

隨著我國人民的生活水平的不斷提高和城鎮化的進行，在過去的幾十年的時間里，我國的城市固體廢棄物產生總量經歷了飛速地增長，圖1為2000年至2014年間我國城市固體廢棄物產生量與城鎮人口的變化情況。根據世界銀行估算，到2030年我國城鎮固體廢棄物將達到4.8億噸。

目前生活垃圾的處理方式主要有三種，即填埋、焚燒和堆肥。若使用堆肥的方法，則面臨非發酵垃圾分離的難題，同時我國垃圾含水量較高，長時間的發酵很可能會帶來滲濾液污染的問題。另外從處理效率和項目規模來看，堆肥也不宜作為主流處理方式推廣。填埋法的主要問題是占用大量土地，同時重復利用率低，舊填埋場庫容達到極限后又需要新建設施，嚴重耗費土地資源。當前我國面臨城鎮開發以及人口壓力等一系列和土地資源相關的問題，建設垃圾填埋場帶來的綜合成本高企，不符合社會實際需求[2]。

焚燒法對垃圾原料的要求較低，處理效率高、占地面積小，可利用焚燒產生的熱能、灰渣后端資源化利用，處理相同規模的垃圾占地只需要填埋方式的十分之一。圖2為2006年到2019年國內固廢的處理方式占比情況。當前垃圾焚燒方式越來越得到地方政府的青睞。表1為焚燒、填埋及堆肥的比較，可以看出，焚燒在占地面積、防止水污染和防止土壤污染等方面都有較大的優勢，是實現固體廢棄物減量化、無害化和資源化的有效手段。同時，在管理要求，尾部煙氣處理等方面是難點。

焚燒法按燃燒技術不同還可以進一步細分。生活垃圾焚燒處理的燃燒技術主要有：機械爐排爐、循環流化床焚燒爐、熱解焚燒爐和回轉窯焚燒爐四種，其中熱解焚燒爐、回轉窯焚燒爐在生活垃圾焚燒中應用較少，循環流化床焚燒爐的應用相對機械爐排爐市場份額占比較小，機械爐排爐是當前市場的主力[2]。

2 固廢焚燒發電現狀

2.1國外固廢焚燒概況

垃圾焚燒技術在世界發達國家是已有上百年發展歷史的成熟技術。國外最早進行垃圾焚燒技術研究開發的是德國，隨后英國、法國、美國、日本等國也積極開展了這方面的研究。

在2011年，德國有69座垃圾焚燒發電廠在運行，其年處理能力為2000萬噸。這其中有30座是RDF（垃圾衍生燃料）焚燒發電廠，年處理能力為460萬噸。在2011年，德國有MBT廠48座，年處理能力為600萬噸，處理了500萬噸分類收集后的剩余居民生活垃圾。經MBT廠分選出的可燃物被送到焚燒廠焚燒發電[5]。日本是世界上焚燒廠最多的國家，2017 年共有 1 103 座垃圾焚燒設施，其中新建設施 43 座，合計處理能力為 1.8×105t/d。隨著環保要求的不斷提高，日本垃圾焚燒廠的數量在不斷減少，一方面是因為其垃圾焚燒廠處理能力已經相對飽和，另一方面是隨著垃圾資源化利用率的提高，需要焚燒的垃圾量有所下降[4]。北歐等發達國家也有類似的焚燒發電廠。國外主要爐排垃圾焚燒爐排見表2。

2.2國內垃圾焚燒概況

我國垃圾焚燒發電起步于20世紀90年代末，發展至今僅二十年時間，但隨著我國城鎮化進程和城市人口的增加，我國城市生活垃圾對環境造成的壓力不斷加大，垃圾無害化處理技術已越來越引起我國重視并快速發展起來。

2012年發布的《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》反映了填埋和焚燒比例的變化趨勢。規劃中表明，在十二五期間垃圾無害化處理中選用焚燒技術的達到35%，東部地區選用焚燒技術達到48%。在2010年，全國焚燒的比例僅20%。而填埋處理量的占比則從2010年的77%降低至2015年的59%。

2016年發布的《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》中則明確提出焚燒處理要達到 50% 以上，其中東部地區達到60% 以上，“十三五”期間，全國預計新增 228座垃圾焚燒廠，增幅達 103%，在“十二五”的基礎上又將實現翻番[7]。

經過“十三五”期間產能的快速增長，目前中國共有生活垃圾處理設施2561座，日處理能力超過了 1 百萬噸，其中焚燒發電占比達到44%[3]。。近年來，垃圾焚燒發電行業集中度不斷提升，截至2019年底，前十大垃圾焚燒企業的市場占有率已經接近80%。大部分產能集中在專業運營商手里，其余部分分布在地方環保公司和當地政府手里。隨著市場進一步呈現集約化趨勢，專業運營商的競爭優勢越發凸顯，地方產能將大概率被行業龍頭企業整合，行業集中度繼續提高。

中國的垃圾焚燒發電設備制造企業基本都是從與國外技術合作和引進起步并逐步發展起來，乃至擁有自主垃圾焚燒爐技術的。例如，已知的技術引進關系有：光大國際、重慶三峰和德國馬丁公司;深圳能源和比利時吉寶西格斯公司;康恒環境、華光鍋爐和日立造船;中科集團、廣環投和丹麥偉倫等等。中國企業經過向國外公司的學習，推陳出新也發展出擁有自主知識產權垃圾焚燒爐技術，例如，杭州新世紀、偉明環保的兩段式爐排技術;綠色動力的逆推式機械爐排技術、杭州錦江的異重循環流化床技術、湖州環清環保科技有限公司的二次蓄熱升溫氣化燃燒技術;江蘇天楹環保等企業，在國外技術的基礎上進行了垃圾焚燒發電成套裝備技術方面的改進，使之更適應中國垃圾分組，有效增強了國產和進口設備之間的協調性，降低了煙氣中的二噁英濃度。

國內垃圾焚燒領域經過多年的發展，在各自專注和產業鏈分工下已形成了相對成熟的商業模式和分工，可分為甲乙丙三種類型的企業。甲類企業是以資產布局為主的企業，以光大國際、城發環境等投資運營類、跨地域的國企或民企為代表;乙類為工程承包類為主的企業如上海環境，目前已從B方陣中逐步走出，并正在成為A方陣的重要組成力量;丁類為為環保裝備設備制造企業，其中東方鍋爐為國內唯一具有爐排、余熱鍋爐、煙氣治理、滲濾液處理等全套一體化設計生產的設備廠家。

根據統計數據：截至2013年底我國垃圾發電裝機容量達到340.03萬千瓦時，較2012年增長35%，2014年我國垃圾發電裝機容量430.8萬千瓦時，較2013年增長26.7%。僅在“十二五”期間，全國城市共新增 127 座垃圾焚燒廠，增幅達 133%，超過 2010 年以前建成垃圾焚燒廠的總和[3]。隨著垃圾焚燒發電產業不斷發展，截至2019年，全國已投運501個項目，已建成了光大南京、成都祥福、北京高安屯、佛山南海等一批典型項目，尤其是在經濟水平較高的地區，截止2019年垃圾焚燒處理方式占比超過30%甚至50%。

3 技術路線分析

3.1 垃圾焚燒發電廠的一般工藝流程

垃圾焚燒發電廠的工藝流程總體如下：垃圾采用垃圾車運到廠內，卸入垃圾池內。采用吊車或抓斗將卸下的垃圾進行翻拌、混合、堆棧。垃圾經過幾天的堆放儲存后，由吊車或抓斗抓取投進爐前的垃圾料斗，經過垃圾給料裝置送入鍋爐燃燒。焚燒產生的熱由余熱鍋爐轉換為蒸汽，進入汽輪機發電。焚燒爐產生的爐渣則可以進行資源化利用。垃圾焚燒后產生的煙氣中含有較多的有害物質，如酸性氣體（HCl， HF等），重金屬，粉塵，NOx， SO2， 二噁英，呋喃等，必須經過煙氣凈化后才可排放。而煙氣凈化過程中的飛灰因危險性高，一般無法進行再利用，通常作填埋處理。

3.2 典型工藝設備

垃圾焚燒的主要設備包括焚燒設備、余熱鍋爐、煙氣處理設備以及滲濾液處理設備。爐排目前是國內的主流垃圾焚燒裝備[6]。各種爐排的結構之間略有差異，但是都包括了垃圾的干燥、燃燒和燃盡三個階段，本質上區別不大。而與焚燒爐相匹配的余熱爐，則根據處理量不同，布置形式各有差異。圖8展示了立式、半臥式和臥式三種余熱鍋爐形式。其中立式余熱鍋爐多用在400t/d垃圾處理量的項目上，或者場地建設面積受限的項目上。在煙氣凈化上，圖9展示的SNCR+SDA（半干法）+DA（干法）+PAC（活性炭）+FF（布袋除塵器）+SCR的處理方式已經可以滿足歐盟排放標準。對于對酸性氣體排放要求更嚴格的地區，可以采用圖10中的工藝流程，增加濕法脫酸步驟。

4 結論與展望

生活垃圾焚燒以其優越的無害化、減量化和資源化特性，將在很長一段時間內，繼續占據生活垃圾處理技術的領先位置。

隨著生活水平上升，垃圾分類工作的進一步深化以及國家扶持補貼政策的不斷退坡，城市生活垃圾焚燒發電技術也將面臨新的挑戰和機遇。穩步上升的生活垃圾熱值，種類清晰的各式垃圾，對不同種類的垃圾的大規模協同處理提出訴求。國補退坡逐步實行，加之不斷降低的垃圾處理費，進一步對生活垃圾一體化發電技術提出更高效的要求。

未來高參數、高效率、低能耗、低碳排放，能協同處理多類垃圾的一體化技術將會成為發展方向。在硬件設備不斷發展的同時，還要結合大數據、物聯網和“互聯網+”等新一代信息技術和互聯網發展模式，建設基于大數據挖掘的智能設計與管理系統開發應用的信息化智能決策平臺，支撐保障生活垃圾在資源循環轉化與能源梯級利用的健康持續發展[6]。

目前“十四五”垃圾處理規劃已發布，垃圾分類成為未來五年主旋律，進一步深化和推廣全國性垃圾分類工作將是未來五年的核心主題。而由垃圾分類衍生的前端收運、中端資源化及后端處置（焚燒 + 餐廚）產業亦有望迎來黃金發展期[7]。

參考文獻

[1]李婧，周宇，劉園園. 我國城市固體廢棄物處理現狀及展望. 城市建筑，2018.6

[2]北極星環保網. http：//huanbao.bjx.com.cn/news/20160810/ 760727-3. shtml

[3]鄧乂寰，劉抒悅，吳坤. 中國生活垃圾主要處理方式和年運行費用分析及“十四五”政策研究. 環境與科學管理，2021.04

[4]程偉，鞠阿蓮. 日本生活垃圾焚燒處理現狀及啟示. 環境衛生工程，2019.12

[5]張文陽. 德國廢物管理五步架構對我國生活垃圾焚燒發電的啟示. 環境保護，2014.10

[6]唐爽，李鳴曉，侯佳奇. 我國生活垃圾處置技術現狀及發展趨勢分析再生資源與循環經濟，2020.10

[7]再協. “十四五”垃圾規劃發布垃圾分類開啟“焚燒+”時代中國資源綜合利用，2021.05