山東省生活垃圾處理方式變化趨勢及各組分熱值特性研究

于曉飛，于 鵬

（泰思特（青島）檢驗檢測有限公司，山東 青島 266000）

引言

隨著經濟增長、新農村化和城市化進程的推進，生活垃圾作為經濟發展的必然產物，正逐漸增加我國環境治理的負擔。根據《中國城市建設統計年鑒》統計，我國2016年—2020年城市垃圾清運量整體呈增長趨勢（見表1）。

表1 連續5年年度垃圾清運量 單位：萬噸

我國廣東、江蘇、山東、浙江、福建等省的生活垃圾產生量保持著較高增長趨勢，這5個省份為全國垃圾清運量最多的省份。山東省作為全國經濟和人口大省，全年垃圾清運量連續5年位居全國第三。我國2020年全年垃圾清運量達到23 511.7萬噸，其中山東省年度清運量達1 673.9萬噸（見表1），全國占比7.1%。垃圾產量的快速增長使得許多城市開始面臨“垃圾圍城”的困境。我國目前的城市生活垃圾無害化處理手段主要有衛生填埋、焚燒和堆肥等[1]。山東省生活垃圾無害化處理方式正面臨著重要轉型，由原來的衛生填埋為主，焚燒處理為輔，其他方式為補充的形式逐漸轉變為焚燒處理為主，衛生填埋為輔，其他方式為補充[2]。衛生填埋不僅占用大量土地資源，且容易出現污染地下水和土壤的風險。相比之下，焚燒是較為徹底的減容、減量、無害化的處理手段[3]。相比其他處理方式，焚燒處理對環境的危害程度更低。隨著山東省人口和經濟發展趨勢及生活垃圾分類工作的逐步推進，垃圾清運量逐年提高，如何有效處理生活垃圾已成為山東省面臨的一個亟待解決的問題[4]。近年來，生活垃圾的焚燒廣泛應用于垃圾焚燒發電行業，生活垃圾的熱值直接影響焚燒鍋爐性能設計以及焚燒量的設計。

1 山東省生活垃圾處理方式的變化趨勢

隨著地球化石能源的枯竭，全球能源危機日益加重。能源的再生循環利用成為國家能源節約的一種重要策略性手段。近幾年生活垃圾焚燒廣泛應用于垃圾焚燒發電行業。生活垃圾焚燒處理在垃圾無害化處理方式中的優勢更為突出。隨著能源策略的轉變，我國2016年—2020年期間，隨著全國生活垃圾清運量的增長，全國生活垃圾處理廠個數呈逐年上升趨勢，全國生活垃圾焚燒處理廠數目也明顯增加，而衛生填埋處理廠數目略有減少（見圖1）。2016年，衛生填埋處理廠占全國生活垃圾無害化處理廠總數的69.89%，焚燒處理占比26.49%。到2020年，衛生填埋處理廠占比為50.04%，焚燒處理占比35.98%，全國生活垃圾無害化處理方式發生了明顯變化。而圖2中，山東省對全國能源策略的應對更為明顯。期間，山東省生活垃圾無害化處理廠和焚燒處理廠總數均有明顯增長，垃圾填埋場數量明顯下降，生活垃圾焚燒占比從2016年的36.36%上升到2020年的50.52%；衛生填埋處理由2016年的57.58%降低為31.96%；其他處理方式由2016年的6.06%上升到2020年的17.53%。山東省在全國垃圾處理方式逐步發生轉變的大環境下，其生活垃圾處理方式發生了更為明顯的轉變，焚燒處理正逐漸替代衛生填埋。而隨著居民居住區垃圾分類投放工作的逐步推行，促使一些不適用于填埋和焚燒的垃圾通過垃圾分類的方式進行篩選，并通過其他處理方式進行處理。

圖1 2016-2020年全國生活垃圾處理廠數量趨勢圖

圖2 2016-2020年山東省生活垃圾處理廠數量趨勢圖

2 生活垃圾各組分熱值特性及對焚燒爐性能參數的影響

近年來，山東省發電行業正由生活垃圾焚燒發電逐漸替代化石能源燃燒發電。不僅節約了化石能源的消耗，同時緩解了生活垃圾處置壓力，從而保護了生態環境。生活垃圾焚燒熱值的大小，對焚燒爐設計參數的選取和焚燒發電工藝的優化起到至關重要的作用。如公式（1）所示，當垃圾焚燒爐的額定垃圾處理量確定后，垃圾低位熱值的高低直接決定了垃圾焚燒爐正常運行的負荷上限，垃圾焚燒爐的輸入總熱量為[5]：

式中 Q—垃圾總輸入熱量，kJ/h ；B—垃圾焚燒量，kg/h ；Qnet.v.Ar—垃圾低位熱值，kJ/kg。

在生活垃圾熱值已知的情況下，垃圾焚燒發電所需的熱量一定時，通過控制垃圾焚燒量可直接控制焚燒熱值。因此，生活垃圾的熱值大小直接影響焚燒爐的焚燒量和生活垃圾處理量。

現選取山東省某生活垃圾焚燒發電廠燃料用生活垃圾，用氧彈式熱量儀對生活垃圾中幾種主要的可燃物組分的熱值進行測定。表2所示，生活垃圾中各組分試劑低位熱值分別為橡塑類29 490 kJ/kg、復合包裝14 410 kJ/kg、紡織類15 200 kJ/kg、紙制品12 470 kJ/kg、中藥殘渣11 550 kJ/kg、木竹類8 478 kJ/kg、農業固廢8 176 kJ/kg。從數據可以看出，有機類垃圾燃燒熱值最高，其次為初級農產品加工后的產品，而未經加工的竹木類垃圾的濕基低位熱值最低，但也超過了8 000以上，已經可以滿足焚燒爐的焚燒熱量要求。從表中列出的幾種材質的垃圾灰分含量可以看出，灰分含量越少，其熱值越高。濕基低位熱值的大小除了與垃圾材質有關外，材料的水分含量對濕基低位熱值也有不同影響。垃圾水分含量越高，其濕基低位熱值越低。有機類垃圾具有拒水的特點，水分對其濕基低位熱值影響不大。而紡織類、紙制品和木竹類等垃圾的吸水性比較大，如果垃圾水分含量太高，其濕基低位熱值會降低。因此，生活垃圾在用作燃料時，其有機物含量越高，燃燒熱值越高。在混合垃圾投入焚燒前，了解其物理組成情況和含水率情況，可預測垃圾的熱值。同時我國各大城市正逐步實現垃圾分類收集，根據垃圾歸類要求，可通過控制可回收利用垃圾各組分的占比來調整焚燒垃圾的濕基低位熱值，以實現不同性能的焚燒爐配置不同產熱量的垃圾做為燃料。

表2 生活垃圾中幾種組分熱值

3 結論

山東省生活垃圾無害化處理正由焚燒處理逐漸替代衛生填埋，焚燒處理占比從2016年的36.4%上升到2020年的50.5%，垃圾處理方式發生明顯變化。而生活垃圾作為一種新型的可回收利用能源正逐步被應用在垃圾焚燒發電行業。生活垃圾濕基低位熱值的大小直接影響焚燒爐的焚燒性能。有機組分生活垃圾濕基低位熱值可達到14 000～29 000 kJ/kg左右，紡織類、紙制品等初級加工產品垃圾的濕基低位熱值可達12 000～15 000左右，而未經加工的植被類垃圾，其濕基低位熱值在8 000～10 000 kJ/kg左右。通過各垃圾成分的不同配比可實現配置一定熱值的垃圾燃料來配合焚燒爐性能，或通過生活垃圾物理組成含量的不同來預判生活垃圾作為燃料的濕基低位熱值。