我國垃圾焚燒發電行業現狀分析及對策研究

趙貝琦，蒙澤，覃金鳳，張懿萱

（南京財經大學，江蘇 南京 210046）

1 相關背景

2020 年9 月22 日，第七十五屆聯合國大會上，國家主席習近平宣布中國將力爭2030年前實現“碳達峰”，2060 年前實現“碳中和”。火力發電一直以來在發電領域占據主體地位，而煤炭燃燒作為主要的發電方式，容易造成嚴重的污染問題。因此，火力發電領域的低碳轉型成為我國目前重要的發展需求。從火力發電角度，與傳統煤炭燃燒發電相比，垃圾焚燒原料成本低，發電成本小，且相對碳排放量更低。

根據國家發展改革委發布的《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃》到2025 年底我國城市垃圾資源化利用率將達到60%左右，全國城鎮生活垃圾焚燒處理能力將達到80 萬噸左右，城市生活垃圾焚燒處理能力占比65%左右。垃圾焚燒發電作為一種新型的垃圾處理方式，具有環保、節能等優勢。從垃圾處理角度，與傳統的垃圾填埋處理相比，垃圾焚燒處理速度更快，容量更大，徹底的焚燒處理能有效減少二次污染造成的危害。因此，垃圾焚燒發電對我國垃圾的無污染、減量化和資源化處理具有重要作用。

相對而言，國外的垃圾焚燒發電技術非常成熟，其發展已有130 多年的歷史[1]，而我國垃圾焚燒發電行業起步較晚，仍處于初期階段。在國外先進技術的引進下，我國垃圾焚燒發電行業的初始建設取得成功，而后續國內在垃圾滲濾液處理技術、污泥干化技術、無軸螺旋給料技術和爐本體結構優化等方面的不斷突破，為垃圾焚燒發電行業的未來發展提供了巨大的可行性。

2 垃圾焚燒發電行業狀況分析

垃圾焚燒發電利用城市生活垃圾作為燃燒物，將有毒有害的有機物燃燒轉變成無毒無害的無機物，利用產生的蒸汽帶動發電機組發電。在固廢領域，溫室氣體排放的主要來源是填埋場，而垃圾焚燒是生活垃圾資源化、減量化、無害化的重要手段。垃圾的無害化處理一直以來都是我國非常重視的問題。早年，垃圾無害化處理方式以衛生填埋為主，焚燒處理占比較小，但隨著近些年技術水平的發展，焚燒處理已經逐步代替衛生填埋成為無害化處理的主要方式；截至2020 年，我國垃圾焚燒發電行業的垃圾處理能力已經超過了每日60萬噸，年生活垃圾無害化處理量達到了1.4億噸，在垃圾處理中的占比仍然在持續上升[2]（圖1）。

圖1 2012-2020 生活垃圾清運量與處理量變化圖

垃圾焚燒發電的環保效益體現在兩大方面：一是避免填埋式垃圾處理方法在堆放過程中垃圾分解釋放甲烷等溫室氣體；二是利用垃圾焚燒代替傳統燃煤進行發電，從而抵消由燃煤發電產生等額電量帶來的溫室氣體排放。在市區的附近建立垃圾焚燒發電廠不僅能夠滿足園區周邊生活區、小型工業區的電力和熱力需求，其不斷發展還有助于改善城鄉面貌，提高城市基礎設施現代化水平，進一步完善城市功能，彰顯著巨大的環保效益和社會價值[3]。

近年來，我國垃圾焚燒發電裝機容量持續走高，截至2020 年，我國裝機容量已經達到1450 千瓦。對2015-2020 年的垃圾焚燒發電裝機容量數據觀察發現，我國垃圾焚燒發電裝機容量變化趨勢近似一條拋物線，因此，本文利用該數據，利用最小二乘法確定二次曲線參數，構建二次曲線方程。

設t=1,2...6 期分別對應2015,2016...2020 年期數，表示對應年份的裝機容量預測值，yt表示對應年份的裝機容量真實值，ei表示對應年份離差值，Q表示總離差平方和，則有：

Y=22.77×t2+42.3×t+391.5

平均百分誤差MAPE=1.747，準確度較優。帶入2021...2025 對應t=7...11，利用二次曲線趨勢預測模型進行未來裝機容量的預測，求出對應裝機容量為1804、2187、2617、3092、3612 千瓦，2025 年裝機容量較2020年增加約149.1%，其發展潛力巨大（圖2）。

圖2 2015-2020 我國垃圾焚燒發電裝機容量及預測

3 垃圾焚燒發電行業存在的發展問題

3.1 污染控制的成本較大

垃圾焚燒發電具有良好的環保效應，但由于城市生活垃圾成分復雜，垃圾焚燒發電工藝流程中會產生各種污染物（圖3）。首先，在堆放和存儲過程中，垃圾會發酵產生垃圾滲濾液，滲濾液通常氣味難聞且含有復雜的有害物質，如若外滲或未經處理排放，將會對土壤和淡水資源造成巨大污染；固體廢物主要為垃圾攜帶的污泥以及焚燒后留下的灰塵、爐渣和廢活性炭；此外，垃圾焚燒產生的煙氣中也含有多種有害物質，比如酸性化合物、二噁英、粉塵顆粒和重金屬物質等，這些物質具有較強的污染性，對于煙氣的處理成為污染控制任務中最為關鍵、投入最大的部分[4]。

目前，我國對于垃圾焚燒爐的煙氣排放污染物控制標準按照《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）執行，該標準在顆粒物和部分酸性物質上的要求接近歐盟相關標準，而在東部發達地區，相關要求則更加嚴格。相關人士表明，在環保方面，發電廠的資金投入占比正逐年上升。發電行業中的大型企業所具有的較強的社會公信力為其項目融資提供了便利，其余小型企業則更多地通過貸款和發行債券來進行資金籌集，轉型資金存在較大缺口。

3.2 用于焚燒的垃圾原料日益短缺

垃圾焚燒發電行業有著巨大的發展潛力，伴隨“雙碳”目標等環保戰略的不斷推進，各大中小型企業接連步入垃圾焚燒發電行業，部分大城市的垃圾焚燒發電市場已經有了初步的定型，一些中小城市則存在著巨大的市場空間。根據調查研究，在設施產能方面，多家先入的垃圾焚燒發電廠的總裝機容量已足夠大，年發電量可達1 億kWh 以上，垃圾焚燒年處理量高達50 萬噸；但隨著行業內競爭者的后續加入，大型城市生活垃圾開始大量分流，小型城市則對垃圾的收集效率低、對垃圾的焚燒利用不徹底，作為原材料的生活垃圾漸漸不能滿足一些發電廠的需求。工作人員描述稱，PPP 模式下發電廠焚燒處理一定量的垃圾可獲得政府對應量的資金補助，但由于不斷加劇的市場競爭，未來可能出現惡意競價和發電廠自己向政府購買垃圾的情況。

3.3 技術水平與經營模式尚未成熟

相較于國外的成熟體系，我國的垃圾焚燒發電行業發展較晚，仍處于起步階段。日本作為垃圾焚燒技術最先進的國家之一，1960 年便開始對生活垃圾進行焚燒處理。2019 年，日本在運營的垃圾焚燒發電項目約1028 座，總焚燒量達17 萬噸每日，進行焚燒處理的垃圾總量約占全國垃圾處理的83%以上[5]。2020 年，我國的該數據占比在62%左右。

在主體工藝與設備上，日本的垃圾焚燒發電設施有著嚴格的余熱鍋爐主蒸汽參數，其余熱鍋爐的布置主要以立式布置為主，近幾年還引入了低溫省煤器，取代了降溫塔以回收更多的能量；在經營模式上，東京的垃圾焚燒發電廠基本采用地方政府投資并主持運營的商業模式，即由地方政府向民營企業委托垃圾焚燒廠的設計、建設及運營的方式，其優勢在于能對垃圾焚燒電廠進行更加嚴格的污染排放管控，并提供更加穩定的資金供給和更加先進的技術支持[6]。除此之外，日本更加嚴格的城市生活垃圾分類措施也是垃圾焚燒發電廠高質量發展的有力支持。對比之下，我國垃圾焚燒發電的專業技術和運行體系存在巨大的改善空間。

4 垃圾焚燒發電行業后續發展的相關建議

4.1 堅持設備改造與技術突破

垃圾焚燒發電廠的焚燒爐主要有流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、回轉窯焚燒爐和機械爐排爐四大類。經對比發現，機械爐排爐較其他焚燒爐更優，體現在機械爐排爐的工藝技術更加成熟，能處理的垃圾范圍更廣，對垃圾的預處理要求相對較低，燃燒更加充分，同時對設備的維護更簡單，因此具有更高的經濟價值。

在污染物的防治和處理上，工程施工時可選用防滲系數為1×10-7cm/s 的瀝青混凝土或防滲系數為1×10-10cm/s的高密度聚乙烯材料，能有效防止滲濾液外滲；固體廢物爐渣可與除塵設備收集的灰塵進行統一的運輸和處置；對于煙氣的處理以脫硝技術為核心，在爐膛和除塵器出口分別設置SNCR 脫硝系統和SCR 反應系統（SNCR+SCR 模式），尿素和氨氣在催化劑作用下還原NOX，以達到排放標準；對SO2等酸性污染物的脫除利用“半干法+干法”處理模式，重金屬物質和二噁英等則利用活性炭粉吸附[7]。當前，國內大部分垃圾焚燒發電廠排放指標均優于國家標準，有的甚至可實現全指標優于歐盟2010 標準，但如何更加經濟、綠色、有效地處理污染，還需要自身技術的不斷突破和國外先進技術的引進。

4.2 推進工業垃圾的開發利用

生活垃圾焚燒發電方面我國取得了較好的前期成果，工業垃圾發電項目的推進也應提上日程。工業垃圾包括食品垃圾（食品加工過程產生）、普通垃圾（塑料、橡膠、廢玻璃等）、建筑垃圾（碎磚、廢木材等）和危險垃圾（化學和生物危險品）四類。工業垃圾質地堅硬，處理難度大，我國主要以填埋方式為主，焚燒僅占10%左右。而工業垃圾的開發利用不僅能緩解工業發展帶來的工業垃圾圍城問題，也能解決垃圾來源不足的問題，在政府資金的大量投入和處理技術的持續突破下，工業垃圾的處理方式正在變得更加高效[8]。工業垃圾發電是一片巨大的“藍海”，相信在行業的科學規劃、創新管理、技術研發下，未來的工業垃圾焚燒發電必然是垃圾焚燒發電產業的中流砥柱。

4.3 加大政府與社會的共同參與

PPP 模式（政府和社會資本合作制）是政府在垃圾焚燒發電項目參與上的主要方式。政府的加入使得企業能夠享受更大優惠政策和財政補貼，并保障穩定的發電收入；政府也能很好地解決生活垃圾處理問題，引導社會綠色發展。然而在利益驅動下，部分官員將PPP項目當作提升政績的手段，出現項目運營效率低下，資金調動不合理，官企聯合謀取私利等情況，對于政府和行業都是巨大的損失[9]。

因此，需加大對地方政府PPP 項目的巡視檢查和社會公眾的監督約束，完善項目信息公開及公眾舉報渠道，鼓勵與支持相關科研機構或非政府組織開展對垃圾焚燒發電項目進行的科學調研；對于其違規行為進行曝光。而在資金運轉上，我國在PPP 項目上投資巨大，投資回報與企業經營息息相關。政府一方面應采用更加靈活的補貼政策，建立科學統一的補貼標準，使得物盡其用；另一方面需積極加速綠色金融服務的有序推進，實現投資形式的多樣化，并引導社會公眾共同參與和支持垃圾焚燒發電項目，降低風險的同時反而更加有利于行業的發展進步。