北京市生活垃圾焚燒發電“零碳”模式探討

一、北京市生活垃圾概況

（一）生活垃圾產生及處理概況

北京市生活垃圾產生量隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高而增加，在2019年生活垃圾清運量達到了1011.2萬t，生活垃圾（含廚余垃圾）人均日產生量達到1.26kg。隨著2020年5月1日新修訂的《北京市生活垃圾管理條例》（以下簡稱《條例》）正式實施，生活垃圾的清運量自2020年呈現逐年下降趨勢，在2022年降至740.57萬t，同比下降5.56%；生活垃圾人均日產生量降至0.93kg，同比下降5.1%。

（二）生活垃圾處理方式對比

在原生生活垃圾“零填埋”的政策引領下，占地面積小、減量化明顯、減污降碳協同增效顯著的垃圾焚燒工藝成為當前生活垃圾處理的主要方式，一系列利好政策助推了其高速發展。

2018年，北京市生活垃圾焚燒量超過衛生填埋量（圖1），2020年、2021年生活垃圾焚燒處理量均在60%以上（圖2）。可見，一直以來以填埋為主的生活垃圾處理方式將會逐漸減少，而生活垃圾焚燒將成為北京今后的主流方向。

二、生活垃圾焚燒與碳排放

在不同生活垃圾處理方式中，垃圾焚燒的碳排放強度遠低于垃圾填埋處理。根據北京市地方標準《溫室氣體排放核算指南 生活垃圾焚燒企業》 （DB11/T 1416—2017）（以下簡稱《核算指南》），生活垃圾焚燒企業碳排放分為生活垃圾物理組分礦物碳焚燒，助燃化石燃料燃燒，外購電力、熱力及發電上網四部分，以下從這四部分排放源進行核算。

（一）生活垃圾礦物碳焚燒碳排放

生活垃圾焚燒的碳排放分為礦物碳和生物碳兩種，由于生物碳焚燒產生的碳排放不計入統計，本文只對礦物碳焚燒產生的碳排放進行核算并計入統計中。

按照《生活垃圾采樣和分析方法》（CJ/T 313—2009），生活垃圾物理組分中具有可燃性并能釋放CO2組分的主要包括廚余類、紙類、橡塑類、紡織類和木竹類5類。本文參考《核算指南》給出的可燃組分的推薦值，計算生活垃圾焚燒礦物碳的碳排放強度，見表1和式（1）。

表1 某市入爐生活垃圾焚燒可燃組分參數推薦值

Ei=MSWi×Σi （WFi × dmi × CFi × FCFi × OFi ）× 44/12" " " " " " " " " " " " "（1）

式（1）中：Ei——生活垃圾中礦物成因碳焚燒導致CO2排放量，tCO2；

MSWi——生活垃圾焚燒量，t；

i——生活垃圾成分；

WFi——第i種成分生活垃圾所占比例，％；

dmi——第i種成分生活垃圾中的干物質比例，％；

CFi——第i種成分生活垃圾干物質中碳元素比例，％；

FCFi——第i種成分生活垃圾碳元素中礦物碳比例，％；

OFi——氧化因子，%（生活垃圾焚燒碳氧化率按95％確定）；

44/12——碳轉化成二氧化碳的轉換比例。

由表1和公式（1）得出噸入爐生活垃圾焚燒礦物碳排放強度為0.390tCO2，其中廚余類占46.15%、紙類占7.69%、塑料類占79.74、紡織類占7.44%、木竹類占0.51%。

（二）助燃化石燃料燃燒碳排放

生活垃圾焚燒在點火或在維持爐溫時，需要添加化石燃料（一般情況下為柴油）輔助燃燒時產生的CO2排放量計算如式（2）所示：

Ei=Σi （FCi × NCVi × CCi × OFi ）× 44/12" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

式（2）中：Ei——生活垃圾焚燒添加的助燃化石燃燒導致的CO2排放量，t CO2；

i——化石燃料成分；

FCi——添加助燃的第i種化石燃料的年凈消耗量，其中固體或液體燃料單位為t，氣體燃料單位為萬m3；

NCVi——添加助燃的第i種化石燃料的平均低位熱值，其中，固體或液體燃料，GJ/t；氣體燃料，GJ/萬m3；

CCi——添加助燃的第i種化石燃料的單位熱值含碳量，tC/GJ；

OFi——添加助燃的第i種化石燃料的碳氧化率，%；

44/12——碳轉化成二氧化碳的轉換比例。

根據《核算指南》，北京市化石燃料燃燒CO2排放因子缺省值（表2）。另外，由式（2）可計算得出：噸柴油燃燒排放值為3.14tCO2。

表2 化石燃料燃燒CO2排放因子缺省值

以北京某垃圾焚燒發電廠2015年生活垃圾焚燒處理量72.82萬t/a、使用輔助燃料柴油424t/a為例，核算出該生活垃圾焚燒發電廠入爐化石燃料助燃溫室氣體排放強度（CO2當量）約為0.002tCO2/t入爐垃圾。

（三）生活垃圾焚燒發電上網碳排放

生活垃圾焚燒發電上網產生的CO2排放計算如式（3）所示：

Ebd=ADbd×EFbd" " " " " " " " " " " " " "（3）

式（3）中：Ebd——生活垃圾焚燒發電上網產生的CO2的排放量，tCO2；

ADbd——生活垃圾焚燒發電上網電量，MW·h；

EFbd——電力排放的CO2排放因子，tCO2/ MW·h。

參照生態環境部《關于做好2023—2025年發電行業企業溫室氣體排放報告管理有關工作的通知》，2022年度全國電網平均排放因子EFbd為0.5703tCO2/MW·h，垃圾焚燒發電廠單位生活垃圾上網電量取值為280kW·h/t，即單位生活垃圾焚燒發電碳排放量為Ebd=280×10-3 × 0.5703=0.160tCO2

（四）生活垃圾焚燒外購電力、熱力

生活垃圾焚燒對外供熱的CO2排放計算見公式（4）：

Ebr=ADbr×EFbr" " " " " " " " " " " " " " "（4）

式（4）中：Ebr——生活垃圾焚燒對外供熱產生的CO2的排放量，tCO2；

ADbr——生活垃圾焚燒對外供熱，GJ；

EFbr——熱力排放的CO2排放因子，tCO2/MW·h。

對于垃圾焚燒發電企業，除滿足自身電力外，剩余的用于上網發電，基本上不存在外購電力，即Ebr為零，熱力也能夠滿足自身需要，無須外購。

（五）小結

生活垃圾焚燒發電企業的碳排放強度情況見表3，生活垃圾焚燒礦物碳排放量最大為0.39tCO2/t入爐垃圾；上網電量CO2排放量為負，即-0.160tCO2/t入爐垃圾。

表3 生活垃圾焚燒發電企業碳排放強度情況

三、生活垃圾焚燒發電企業“零碳”路徑探究

（一）開展生活垃圾源頭減量

1．嚴格執行生活垃圾分類收集及回收利用政策

自2020年《條例》實施以來，北京城市生活垃圾的清運量呈現逐年下降的趨勢，可見政策的導向作用助力了生活垃圾的源頭減量。

從目前的垃圾分類情況來看，垃圾源頭減量還有很大的空間。其間，做好低碳、環保、綠色理念的宣傳工作，加強居民垃圾分類意識并自覺按要求分類投放，保證有價值的再生資源得到回收利用，從源頭減少垃圾排放量。

在生活垃圾焚燒過程中，垃圾組分對碳排放量貢獻由大至小的順序依次是：塑料類＞廚余類＞紙類＞紡織類＞木竹類，其中塑料類占79.74%，廚余類占46.15%。由于現在物流行業的發達，產生了大量各種各樣的包裝塑料廢棄物，使塑料類垃圾在城市生活垃圾中占較大的比例，廢棄塑料中最普遍、數量最多的塑料聚烯烴（PO）主要包括聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），這些塑料經過加工做成產品如包裝膜、編織袋、周轉箱和緩沖材料等進行再利用；對于廚余垃圾來說，由于我國廚余垃圾含水率高、有機質高、含油率高的特點，生化處理是目前廚余垃圾處理的主流技術，它是一種經濟、綠色、可循環，同時減量率達90%以上的處理方式。

2．實施居民生活垃圾分類計價、計量收費制度

積極探索居民生活垃圾按戶收費或按垃圾分類計價、計量收費制度，制定合理的收費價格，做好宣傳，開展試點，逐步推進實施，以達到生活垃圾源頭減量的目的。

（二）提高生活垃圾焚燒發電效率

首先，生活垃圾焚燒運營設備由專人負責管理和維護，保持設備持續穩定的運營工況。

其次，垃圾焚燒發電熱效率主要受余熱鍋爐熱效率和汽輪機熱效率的影響，理論上兩者的熱效率分別為80%以上和30%以上。我國生活垃圾焚燒發電廠主要采用中溫中壓余熱利用技術，若采用中溫次高壓或中溫超高壓技術，焚燒發電能效可提升3%～6%或6%～10%。因此，積極開展技術創新，不斷改進高參數余熱利用技術，對垃圾焚燒發電企業減污降碳具有重要意義。

四、結論

生活垃圾焚燒實現了生活垃圾的減量化和無害化，減少了溫室氣體的排放，但是生活垃圾焚燒也帶來了新的環境問題，如占比較大的塑料類及廚余類等混合垃圾在焚燒設施檢修、故障等不穩定的工況時，既產生大量溫室氣體，也會產生大量的有毒有害氣體，對環境和人類健康帶來損害。因此，需要進一步出臺細化生活垃圾分類政策和措施，實施居民生活垃圾分類收集、計量收費制度，使分出的各種資源都有一個相對合理的去處，實現資源的循環利用。

垃圾分類及資源循環利用，會大量減少入爐垃圾，這在很大程度上減少了溫室氣體的排放；生活垃圾焚燒上網發電可以抵消部分由于垃圾焚燒產生的溫室氣體，因此，通過科技創新提高垃圾焚燒發電效率，生活垃圾焚燒發電企業“零碳”排放是可以實現的。

現階段，隨著國內外碳捕集與封存CCS（Carbon Capture and Storage）及碳捕集、利用與封存CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）技術的快速發展，將該技術應用到生活垃圾焚燒發電企業中，助力“負碳”排放。

參考文獻

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（責任編輯：張秋辰）