我國生活垃圾焚燒及燃煤耦合發電現狀與行業發展趨勢

王文仲，孟素麗，王麗平

(中國五洲工程設計集團有限公司 環境與能源工程設計研究院，北京 100053)

0 引 言

城市生活垃圾處理是城市管理和環境保護的重要內容，同時也是社會文明程度的重要標志，更是關系到人民群眾的切身利益。生活垃圾主要指人們在日常生活中或為日常生活提供服務的活動中產生的固廢等以及法律、行政法規規定視為生活垃圾的固廢。隨著我國經濟的不斷發展和人民生活水平的日益提高，各類城市生活垃圾也在逐步增加，帶來的環境問題日益突出，即生活垃圾的妥善處理與否已成為影響城市發展的要素。

近年來，國家大力發展生態文明建設，對垃圾處理行業也日趨加大重視。在國家政策推動的背景下，我國城市生活垃圾處理設施建設明顯加快，處理能力和水平不斷提高，城市環境衛生獲得較大改善。但隨著我國城鎮化的快速發展，仍然存在設施處理能力總體不足、部分設施超負荷運行的現象，仍有部分生活垃圾未得到有效處理或處理方式較為落后，有待未來進一步改進。

生活垃圾處理主要有焚燒、填埋等方式，但在對其填埋處理時存在選址難、占地大、減量化差等不足。生活垃圾焚燒作為 1 種重要的生活垃圾處置措施，不僅能解決生活垃圾的消納問題，還可充分利用垃圾焚燒產生的能量，實現變廢為寶、保護環境、節約能源，提高垃圾資源化綜合利用率，可有效實現生活垃圾的減量化、資源化、無害化處理。加快推進生活焚燒設施建設、提升全社會生活垃圾處理水平是改善城鎮生態環境、保障人民健康的有效舉措，對推動生態文明建設實現新進步、社會文明程度得到新提高具有重要意義。

進入21世紀以來，尤其自2010年起至今，生活垃圾焚燒行業在我國蓬勃發展，設施數量和處理能力逐年快速增長，初步形成新增生活垃圾處理能力以焚燒為主的垃圾處理發展格局。伴隨著國家“十四五”規劃的實施，我國生活垃圾焚燒行業逐步進入高質量發展的穩步發展期，有必要對我國生活垃圾焚燒及燃煤耦合發電現狀與行業發展趨勢進行分析，以期將來生活垃圾焚燒行業持續健康發展。

1 我國生活垃圾焚燒行業現狀

1.1 生活垃圾焚燒與燃煤耦合發電技術現狀

隨著我國生活垃圾焚燒行業逐步進入高質量發展的穩步發展期，生活垃圾焚燒技術也趨于成熟。目前，我國生活垃圾焚燒的主要爐型有爐排爐、流化床爐、熱解爐及回轉焚燒爐等。其中，爐排爐因其燃料無需預處理、可靠性高、無需輔助燃料、廠用電率低、飛灰產量低等優勢成為主流焚燒技術，市場份額超過80%。

與此同時，從我國煤電機組在電力系統發揮基礎性作用的國情出發，通過現役煤電機組的高效發電系統和環保集中治理平臺，可規模化協同處理垃圾等固廢，此為優化能源資源配置、破解污染治理難題的有力舉措。我國擁有世界最大的清潔高效煤電體系，依托現役煤電高效發電系統和污染物集中治理設施，可兜底消納生活垃圾。國家能源局、生態環境部等相關政府部門陸續出臺了相關政策，鼓勵具備條件的地區可考慮燃煤耦合垃圾發電。然而受制于技術等各方面因素，我國目前尚未見到生活垃圾與大型煤粉電站機組耦合發電的工業案例。

基于以上可知，目前我國需要相關管理部門盡快制定符合我國國情的燃煤電站耦合廢棄物發電技術指南，規范污染物控制標準，并需制定運行靈活的耦合工藝方案，充分挖掘煤電機組煙氣、蒸汽熱力利用潛力，綜合考慮垃圾儲存上料方案，采取有效措施防止全過程惡臭污染物外泄，將惡臭污染物送入鍋爐進行高溫分解，盡可能減少對機組原有燃煤煤質和制粉系統的影響，降低對煤電機組運行安全、運行效率、負荷調節和經濟性的影響，通過采取系列有效措施以有效推動燃煤耦合垃圾發電的發展。

1.2 生活垃圾焚燒行業快速發展

近年來，隨著生活垃圾填埋設施庫容漸滿及生活垃圾焚燒技術不斷成熟，生活垃圾焚燒在原生生活垃圾處理中的比例顯著增加，原生垃圾填埋占比大幅降低。2005年全國城鎮生活垃圾焚燒處理設施規模僅約為2.55萬t/d，經過近十多年的迅猛發展，2020年全國城鎮生活垃圾焚燒處理設施規模達到58萬t/d，焚燒處理在各類生活垃圾處理方式中所占比例相應地從12%增至45%。“十三五”期間，全國共建成生活垃圾焚燒廠254 座，累計在運行生活垃圾焚燒廠超過500座[1]。2005—2020年全國城鎮生活垃圾焚燒設施發展情況如圖1所示。

圖1 2005—2020年全國城鎮生活垃圾焚燒設施發展情況Fig.1 Development of waste incineration facilities in national towns from 2005 to 2020

隨著生活垃圾焚燒行業不斷發展，其在各類生活垃圾處理方式中所占比例將繼續提高。根據《“十四五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》，到2025 年底，全國城鎮生活垃圾焚燒處理能力將達到80 萬t/d左右，城市生活垃圾焚燒處理能力占比達到65%左右。

1.3 區域發展不平衡

我國生活垃圾焚燒行業總體上處于快速發展階段，但仍存在區域發展不平衡的問題。中西部地區的生活垃圾焚燒處理水平低于東部，東南沿海城市焚燒處理率超過60%，中西部地區焚燒處理率不到50%，特別是西部人口稀疏、位置偏遠等特殊地區，受經濟條件、人口數量、運輸條件等限制，尚未探索出與當地經濟發展水平相適應的成熟高效、經濟適用的焚燒處理模式[2]。

生活垃圾焚燒設施在分布上存在發展不平衡的現象。根據我國生活垃圾焚燒發電廠自動監測數據公開平臺的相關信息分析可知，我國的生活垃圾焚燒發電廠絕大多數分布在地理學“胡煥庸線”的東南區域，此現象與我國各區域的氣候條件、人口數量、經濟發展水平等相契合，也體現出我國生活垃圾焚燒行業所存在的區域發展不平衡問題。

生活垃圾焚燒設施在規模上也存在發展不平衡的現象。主要體現在大型城市生活垃圾焚燒廠數量多，總體規模大，而許多中小型城市往往僅有1、2座生活垃圾焚燒廠，且規模一般較小。以北京為例，截至2021年8月，北京已投運生活垃圾焚燒廠11座，總規模超過1.7萬t/d[3]；在建生活垃圾焚燒廠2座，總規模超過0.6萬t/d；以上合計總規模超過2.3萬t/d。2020年北京生活垃圾清運量為797.52萬t[4]，日處理量約為2.18萬t。北京在建生活垃圾焚燒廠全部投產后，生活垃圾焚燒處理率可達到100%，生活垃圾焚燒市場將處于飽和狀態。其他直轄市、省會城市、計劃單列市等國內大型城市的生活垃圾焚燒市場情況也較為類似，都處于已飽和或接近飽和狀態。

城市生活垃圾產量與城市的人口數量、經濟水平息息相關。國內大型城市人口集中、數量龐大，經濟較為發達，城市生活垃圾產量也相對較大，生活垃圾焚燒市場規模也相應較大。在國內大型城市的生活垃圾焚燒市場都已飽和或接近飽和的情況下，其他城市的生活垃圾產量不足以支撐大規模的生活垃圾焚燒市場，新增生活垃圾焚燒項目規模將日趨減小。當前全國有約50%的城市(含地級市和縣級市)尚未建成焚燒設施，大多數縣城焚燒處理能力有較大缺口，其城市各自所需的生活垃圾焚燒項目規模均在1 000 t/d以下，總體規模仍有數十萬t/d。事實上，目前我國生活垃圾焚燒市場的新增項目中，位于大型城市、焚燒規模超過1 000 t/d的大中型項目已越來越少，取而代之的多是位于中小型城市、焚燒規模在1 000 t/d以下的小型項目。就目前行業發展水平而言，我國生活垃圾焚燒項目合理的規模下限在500 t/d左右，如低于該規模，則項目運行成本將超過收益，項目正常運行難以維持。

1.4 環保要求不斷提高

在國民經濟高質量發展的新形勢下，在環保方面也對生活垃圾焚燒行業提出新的要求。國家鼓勵有條件的地區，按照高質量發展要求優化焚燒處理技術，完善污染物處理配套設施，逐步提高設施運行的環保水平。

2014年，生態環境部發布國家強制性標準GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》，標準對生活垃圾焚燒爐排放煙氣中的污染物濃度給出了明確要求。近年來，上海、深圳、海南、福建、河北、天津等地陸續出臺地方標準，地方標準對生活垃圾焚燒大氣污染物的排放濃度都做出了更加嚴格的要求。浙江、廣東等地的許多新建生活垃圾焚燒項目，在項目的環境影響評價中，也都對生活垃圾焚燒各類大氣污染物的排放濃度做出嚴格要求。

與焚燒煙氣污染物排放標準日趨嚴格相對應，焚燒煙氣的凈化工藝日趨復雜。以往為滿足國家標準GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》的要求，一般采用“SNCR+半干法+干法+活性炭噴射+袋式除塵器”的煙氣凈化工藝組合。近年來為滿足日趨嚴格的排放標準，煙氣凈化工藝組合也越來越復雜。如福建省地方標準DB 35/1976—2021《生活垃圾焚燒氮氧化物排放標準》要求新建生活垃圾焚燒廠的NOx排放濃度限值為:小時均值150 mg/Nm3，24 h均值120 mg/Nm3。原有的SNCR脫硝工藝已不能滿足此要求，必須新增SCR工藝或PNCR[5]工藝。浙江、廣東等地近幾年新建的生活垃圾焚燒廠，為了達到煙氣污染物超低排放的要求，均采用“SNCR+半干法+干法+活性炭噴射+袋式除塵器+濕法+SCR”的煙氣凈化工藝組合[6]。

此外，生活垃圾焚燒廠的設施監管也日趨得到重視。2017年4月20日，原環境保護部印發《關于生活垃圾焚燒廠安裝污染物排放自動監控設備和聯網有關事項的通知》(環辦環監(2017)33號)，要求垃圾焚燒企業于2017年9月30日前全面完成“裝、樹、聯”3項任務，依法依規安裝污染物排放自動監測設備、廠區門口樹立電子顯示屏實時公布污染物排放和焚燒爐運行數據、自動監測設備與環保部門聯網。按照《生活垃圾焚燒發電廠自動監測數據應用管理規定》有關要求，自2020年1月2日起，生活垃圾焚燒發電廠自動監測數據公開平臺每日公開國內生活垃圾焚燒發電廠前1日5項污染物(顆粒物、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氫)日均值、爐膛溫度曲線和相關數據標記。地方上，國內已有多地實現了垃圾焚燒設施第3方監管。2013年起上海已經開始委托第3方專業公司對市屬焚燒設施開展監管[7]。

除上述煙氣污染物外，環保對于污水、飛灰、臭氣、噪聲等各類污染物的排放要求也在不斷提高。可見，日益增長的環境保護需求對于垃圾焚燒設施的污染物排放控制和設施監管都提出了更高的要求。

1.5 加強工程投資控制

國內生活垃圾焚燒發電項目大多采用BOT或PPP模式。隨著新增生活垃圾焚燒項目規模日趨減小，投資風險相應增大，如何在確保工程質量的前提下控制工程投資水平，得到了各地方政府和投資商的重視。廣義的工程投資控制應為全過程控制，即在項目前期決策到設計、采購、施工、調試直至竣工驗收等各個環節，進行科學合理的方案論證和嚴格的實施，最終達到控制工程投資的目的。對于工程建設階段而言，項目規模、邊界條件等往往已經基本確定，要進行工程投資控制，首先要從控制工程投資的直接費用著手。工程投資的直接費用主要包括建筑工程費、設備購置費、安裝工程費等方面，相應的工程投資控制也從此幾方面著手。主要的工程投資控制措施包括優化設計方案、采購國產化設備、控制材料費用等方式。

1.5.1優化設計方案

優化設計方案是控制工程投資的關鍵。經濟合理的設計方案可以縮短工期，節省投資。根據近年來實踐經驗，生活垃圾焚燒項目設計方案的優化重點主要在于以下2個方面：

(1)合理優化工房布置、減小工房面積和高度。通過合理分析生產功能需求，結合項目的邊界條件，對工房布置進行合理優化，從而達到控制工程投資的目的。例如，垃圾池是生活垃圾焚燒項目建設的重點之一，其長度、寬度、深度等尺寸是影響工程投資和施工周期的重要因素，結合垃圾熱值、垃圾滲瀝液含量、項目所在地的氣候等因素，對垃圾池尺寸進行合理設計，可以有效減少造價、縮短工期。

(2)合理優化結構設計、減少混凝土及鋼材耗量。結構設計直接影響建、構筑物的結構安全，其合規性必須得到保證。在保證結構安全的前提下，應結合實際工況，與工藝電控等上行專業密切配合，合理選擇結構方案，細化設計時按規范盡量選擇合理的系數進行設計，避免重復考慮余量，造成梁柱截面過大、配筋浪費等現象。

1.5.2采購國產化設備

現代化生活垃圾焚燒技術起源于歐洲。我國早期建設的生活垃圾焚燒設施，核心技術均為引進國外先進技術，焚燒的核心設備如焚燒爐、燃燒器、垃圾抓斗起重機、旋轉噴霧器等均采用國外進口設備。近年來，隨著我國生活垃圾焚燒行業的快速發展，在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，各個核心設備的國產化已經基本完成，可以為生活垃圾焚燒設施提供成熟可靠的設備[8-10]。相對于進口設備，國產設備在穩定性上雖仍存在一定差距，但其價格優勢明顯，一般可低至進口設備的一半左右，性價比突出，到貨周期更短，日常維護檢修也更為方便。因此，在目前國內新建生活垃圾焚燒項目尤其是中小型項目中，除旋轉噴霧器等個別設備仍普遍采取進口設備外，其他包括焚燒爐、燃燒器、垃圾抓斗起重機等核心設備在內的絕大多數設備，一般都采用國產設備。設備國產化是降低垃圾發電廠工程造價的關鍵，可以使造價降低30%[11]。

1.5.3控制材料費用

材料費用的控制主要包括控制材料用量和控制材料價格。在滿足設計和質量要求的前提下，在施工過程中應合理使用材料，避免返工，從而有效控制材料用量。以電纜材料為例，對于生活垃圾焚燒發電項目而言，控制電纜長度尤其是動力電纜長度是控制材料用量的重點，在電纜采購過程中，根據工期需求分批次采購或者按單價采購按需供貨，可以有效控制電纜采購長度，避免浪費。控制材料價格則應在采購過程中加以控制，通過合法合規的市場手段確保材料價格控制在合理范圍內。

1.6 重視產業經濟效益

除了控制工程投資外，如何在保證安全、環保的前提下合理提高經濟效益，也是投資商關注的重點。為了提高經濟效益，國內生活垃圾焚燒廠進行了大量探索，一些能夠有效提高經濟效益的措施也日益得到普遍推廣。

目前，對于國內生活垃圾焚燒廠而言，絕大多數的余熱利用方式為余熱發電，除去廠內自用電外，其余通過電力上網對外售電，售電價格按其入廠垃圾處理量折算成上網電量進行結算，每噸生活垃圾折算上網電量按280 kWh，并執行全國統一垃圾發電標桿電價0.65元/kWh(含稅)；其余上網電量執行當地同類燃煤發電機組上網電價[12]。因此，國內生活垃圾焚燒廠的主要收入來源為垃圾處理貼費和對外售電收入。垃圾處理貼費一般在BOT或PPP協議中有所規定，在1個調價周期內一般不變。因此，如何有效提高發電效率、節省廠內自用電量，進而提高對外售電收入，成為提高經濟效益的重要課題。

提高垃圾焚燒鍋爐的蒸汽參數可有效提高焚燒廠的發電效率和經濟收益。以往國內外垃圾焚燒發電廠鍋爐新蒸汽多采用傳統的中溫中壓參數(4.0 MPa、400 ℃)，熱效率一般在22%左右。通過一些技術措施采用高參數機組，可在保證焚燒電廠運營穩定性和安全性的前提下有效提高發電熱效率，短時間內收回因采用高參數機組所產生的額外投資。目前國內新建的生活垃圾焚燒發電項目鍋爐新蒸汽多采用中溫次高壓參數(6.4 MPa、450 ℃)，其發電熱效率可達24%左右[13]，少數項目采用更高的蒸汽參數，甚至采用了蒸汽再熱措施[14]。

廢熱梯級利用[15]、廢水回收利用[16]、合理設置變頻器[17]等各類節能措施也得到廣泛應用。通過上述節能措施，可以有效實現節能減排進而降低廠用電率，提高經濟效益。

2 未來發展趨勢

2.1 市場逐漸下沉

在國家產業政策、產業規劃的推動下，伴隨著工程投資的控制和經濟效益提高措施的不斷進步，生活垃圾焚燒行業市場向中西部地區及東部中小型城市下沉發展的條件將逐步成熟。中西部地區及東部中小型城市的生活垃圾焚燒行業發展仍有較大空間，隨著生活垃圾焚燒行業市場的逐漸下沉，生活垃圾焚燒處理率將進一步提高。

2.2 項目規模小型化

生活垃圾焚燒行業市場的下沉伴隨著生活垃圾焚燒項目規模的小型化。就目前生活垃圾焚燒行業發展情況而言，技術上已較為成熟。制約項目規模小型化發展的主要因素在于經濟因素，即按照現行城市生活垃圾處理工程項目的建設標準和規范建設小城鎮垃圾處理的設施要求，存在投資額度大、運營成本高等問題，制約了生活垃圾焚燒小型化的發展。因此，如何有效控制工程投資和提高經濟效益是推動項目規模小型化的重點，其關鍵在于探索新的經營模式。通過協同處置實現環保產業園區化以及拓展新的收益方式將是生活垃圾焚燒行業今后的發展方向。

2.3 環保產業園區化

除生活垃圾外，城市往往同時存在大量其他固體廢棄物需要進行處置，如餐廚垃圾、市政污泥等。生活垃圾焚燒廠是良好的處置終端，在焚燒過程中會產生大量余熱及其所發電力可供利用。生活垃圾焚燒廠的此2個特點使其成為良好的協同處置終端，可協同處置市政污泥[18]、餐廚垃圾[19]等固體廢棄物。近年來出現1種通過余熱協同處置糞便生產有機肥的技術[20]，既可協同處置糞便，也可生產高質量有機肥，具有良好的經濟效益，發展前景良好。

生活垃圾焚燒廠不但可以成為良好的協同處置終端，更可以將其作為核心建設固廢綜合處理環保產業園區。在固廢綜合處理環保產業園區中，以生活垃圾焚燒熱電聯產為核心，可以對生活垃圾、餐廚垃圾、市政污泥、建筑垃圾、醫療垃圾、糞便、病死畜禽、園林廢棄物等各類城市固體廢棄物進行綜合處理。通過采用循環經濟理念對園區進行頂層設計，實現園區內部物質和能量的最大循環利用，由此可以促進廢物綜合利用、能量梯級利用以及水資源循環使用，從而有效實現綠色低碳循環發展。

此外，園區內各項生產、生活輔助設施也可實現互通共用，既能夠節約用地，同時又便于集中管理，從而充分發揮規模效應。目前國內已有多個地市建設有以生活垃圾焚燒廠作為核心的固廢綜合處理環保產業園區[21-24]，但多數園區內產業數量較為有限，產業集群效應有待進一步放大。隨著國家《“十四五”循環經濟發展規劃》的出臺，今后我國固廢綜合處理環保產業園區必將得到進一步發展。

2.4 收益方式多樣化

目前垃圾發電標桿電價0.65元/kWh中含有中央財政補貼部分。根據行業政策，垃圾焚燒發電項目全生命周期合理利用小時數為82 500 h，所發電量超過全生命周期補貼電量部分，不再享受中央財政補貼資金，核發綠證準許參與綠證交易[25]。在碳達峰、碳中和背景下，垃圾焚燒行業今后應進一步研究相關國家及行業政策，發展綠色經濟，積極參與綠色電力交易、綠證交易[26]、碳交易[27]，充分利用政策紅利助力行業發展。

此外，垃圾焚燒行業對余熱利用方式也進行了大量探索。如通過熱電聯產向工業園區進行區域集中供熱[28]、通過熱電聯產向北方地區進行民用供暖[29]，以及前述協同處置其他固體廢棄物等，均是充分利用焚燒余熱獲得一定收益。以寧波某垃圾焚燒發電項目為例，其通過熱電聯產向工業園區進行區域集中供熱，單年產生的凈利潤達數百萬元[28]。以上余熱利用方式值得在有條件的地區進行推廣。

2.5 信息化技術升級

隨著我國信息化技術的蓬勃發展，其在垃圾焚燒行業得到了越來越多的應用。通過信息化技術，可有效提高生產效率、減少故障、節省資源、降低成本，實現可持續發展。

在建設運營方面，BIM技術通過建立虛擬的建筑工程三維模型，高效利用數字化技術，從而為該模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。其在垃圾焚燒廠的設計、施工、運營全生命周期建設過程中都已得到一定的應用[30]，但目前仍處在相對初級的階段，真正實現的應用場景較為有限。

隨著BIM技術不斷發展，其應用場景將越來越豐富，通過將其與大數據、人工智能等技術進行深度融合，將有望實現真正的智慧工廠。智慧工廠的應用場景主要包括生產管理、資產管理、行政管理、安防等各方面，其核心要素在于生產管理。在生產管理功能中，主要涵蓋了生產過程中的運行管理、性能計算、運行優化、耗能分析、安全管理等方面，具體包括運行工況監視與查詢、控制系統優化、設備狀態監測與故障診斷、設備可靠性管理、機組在線性能試驗、火焰檢測、安全監察等多個模塊。

在監管方面，通過將互聯網、大數據等技術應用到環境監管執法工作中,可以有效提高監管能力、提升監督執法管理水平[31-35]。

可見，隨著信息化技術的進一步發展，其在垃圾焚燒行業的建設、運營、監管等多方面都將更加廣泛的應用。垃圾焚燒行業的信息化技術未來將不斷升級。

3 結 論

(1)國家能源局、生態環境部等相關政府部門鼓勵具備條件的地區可考慮燃煤耦合垃圾發電，然而受制于技術等各方面因素，我國目前尚未見到生活垃圾與大型煤粉電站機組耦合發電的工業案例。建議相關管理部門盡快制定符合我國國情的燃煤電站耦合廢棄物發電技術指南、規范和污染物控制標準，由此通過一系列有效措施推動燃煤耦合垃圾發電的發展。

(2)我國生活垃圾焚燒行業快速發展的同時，也出現了區域發展不平衡的情況；而隨著經濟水平的發展和人民生活水平的提高，對生活垃圾焚燒設施的環保要求也不斷提高；在新增生活垃圾焚燒項目規模日趨減小的背景下，控制工程投資和提高經濟效益也越來越多地得到重視。

(3)我國生活垃圾焚燒行業市場今后將逐漸下沉，項目規模將趨于小型化，同時通過協同處置其他固體廢棄物實現環保產業園區化等各類手段不斷拓展收益方式。此外，垃圾焚燒行業的信息化技術也將不斷升級。